JPH0749121B2 - 複合材の製造方法 - Google Patents

複合材の製造方法

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JPH0749121B2
JPH0749121B2 JP61187318A JP18731886A JPH0749121B2 JP H0749121 B2 JPH0749121 B2 JP H0749121B2 JP 61187318 A JP61187318 A JP 61187318A JP 18731886 A JP18731886 A JP 18731886A JP H0749121 B2 JPH0749121 B2 JP H0749121B2
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    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/017Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of aluminium or an aluminium alloy, another layer being formed of an alloy based on a non ferrous metal other than aluminium

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、芯材の外側に外層材を被嵌してなる円柱状又
は円筒状の複合材を製造する方法に関する。
〔従来技術〕 複合材としては、例えば良導電性ばね材料の耐食性を改
善するため、その外表面に耐食性のすぐれた材料を被覆
したものである。つまり、良導電性ばね材料がAl,Al合
金である場合には、これを腐食環境下でそのまま使用す
ると腐食するため、その外表面に耐食性に優れたTi,Ti
合金等からなる層を被覆するものである。
ところで、円柱状の複合材を製造する場合、その製造方
法としては種々提案されており、ダイスによる伸縮加工
を用いる方法(特開昭58−103928号)及び静水圧押出し
法を用いる方法(特公昭54−8188号,特開昭61−42416
号)等がある。
また熱間圧延を利用する方法(特開昭59−110486号)が
ある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第1の方法は、第4図に示す如く内面を清浄化した継目
無被覆管12内に表面を研磨,脱脂した芯線11を連続的に
供給して嵌合線となし、冷間にて該嵌合線における芯線
11を変形させることなく外側の継目無被覆管12のみをダ
イス40にて外径を絞ることによって、この嵌合線を連続
的に密着,伸線加工する方法である。
しかしながら、この方法による場合は加熱しないので両
材の界面にこれらの拡散層が生成せず、両材は一体物と
なっておらず、接合強度が弱かった。そこで、伸線加工
後に加熱を行うことにより一体物とすることが考えられ
る。しかし、このように加熱して拡散接合を行うと、生
成した金属間化合物が脆いために十分な接合強度を得る
ことができない。
一方、第2の方法は芯材と外層材とを嵌合して静水圧押
出し法により両材を共に延伸させ、接合する方法であ
る。しかし、この方法による場合も十分な強度で接合で
きず、また長尺の複合材を製造する場合には延伸比を大
きく設定する必要があり、製造できる複合材の長さに制
限があった。また、製造方法が前者の方法に比べて複雑
であり、製造コストが高くなるという難点があった。
更に、嵌合材を爆発力にて接合する爆着法があるが、こ
の方法による場合には爆薬を用いるために安全性を確保
する特別な装置を必要とし、製造コストが高かった。
第3の方法は心材に外皮材を嵌合し、冷間絞り加工を行
い、次いで嵌合材の端部に金属板を摩擦圧接して封じ、
次に加熱して熱間圧延を行い、その後冷間線引をする。
この方法は冷間絞り加工、両端の金属板の摩擦圧接を必
要とし、製造コストが高い。また冷間絞り加工を行って
接合界面を密着させた上で熱間圧延を行うので拡散層
(金属間化合物層)が厚くなり、接合強度が低いという
難点がある。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、接合
強度が高い円柱又は円筒状の複合材を低コストで製造で
きる方法を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、芯材の一端側に外層材を拘束,嵌合せしめ、
嵌合材特に外層材を加熱したのち芯材の一端側より外層
材を減肉加工する。
即ち、本発明に斯かる複合材の製造方法は、円柱状又は
円筒状の芯材の外側に外層材を被嵌してある複合材を製
造する方法において、円筒状の外層材に芯材を装入して
嵌合材を得ると共に、外層材と芯材とが相対移動しない
ように芯材の一端で機械的又は冶金的手段にて両者を拘
束し、次いで拘束した状態の嵌合材を加熱装置に通し
て、外層材を加熱し、加熱装置直後に設けた加工装置
で、拘束した状態の嵌合材の前記一端側より外層材を減
肉加工して芯材に被覆,接合させることを特徴とする。
〔作用〕
本発明にあっては外層材を加熱し、この外層材を減肉加
工するので、外層材の層厚さが薄くなる。一方界面には
拡散による金属間化合物層が生成して強固な接合が得ら
れる。更に加熱装置の直後に減肉加工装置を配して減肉
加工を行うので、外層材と芯材との界面に酸化スケール
が付着せず、この点でも界面の接合力が向上する。
なお、外層材を加熱すると外層材の熱が芯材に伝わり芯
材の表層部も多少温度が上昇するが特に問題はない。
〔実施例〕
以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。第1図は
本発明をアッセルミルタイプの傾斜圧延機に適用した場
合の実施状態を示す模式図(図中ロール1,2は第2図の
I−I線による断面図としている)、第2図は第1図の
II−II線による正面図、第3図は傾斜角βを示す側面図
であり、図中10は嵌合材を示す。
嵌合材10は、一端部が少し大径の滑り止め用の拘束部11
aが形成された略円柱状の芯材11の外側に、それよりも
長さが短い筒状の外層材12を拘束部11aに当接させて嵌
合させた段付円柱材であり、高周波加熱炉20にて加熱し
たのち傾斜圧延機4へ軸長方向(白抜矢符方向)に送給
される。
傾斜圧延機4はパスライン周りに臨んで3個のロール1,
2,3を有しており、ロール1,2,3は夫々入側より出側に向
って漸次大径となっていて、入口傾斜部1b,2b,3bと、こ
れに続く圧下面角の大きいロールハンプ部1a,2a,3aと、
出側のリーリング部,リリーフ部を備えた出口傾斜部1
c,2c,3cとが形成されている。このようなロールハンプ
部1a,2a,3aを有するロール1,2,3はいずれもその入口傾
斜部1b,2b,3bを嵌合材10の移動方向上流側に位置させた
状態とし、また軸心線Y−Yと、ロールハンプ部1a,2a,
3aを含む平面との交点O(以下ロール設定中心という)
を、嵌合材10のパスラインX−Xと直交する同一平面上
にてパスラインX−X周りに略等間隔に位置せしめるべ
く配設されている。そして各ロール1,2,3の軸心線Y−
Yはロール設定中心回りに、嵌合材10のパスラインX−
Xとの関係において第1図に示すように前方の軸端がパ
スラインX−Xに向けて接近するよう交叉角γだけ交叉
(傾斜)せしめられ、且つ第2図,第3図,に示すよう
に前方の軸端が嵌合材10の周方向の同じ側に向けて傾斜
部βだけ傾斜せしめられている。ロール1,2,3は図示し
ない駆動源に連繋されており、第2図に矢符で示す如く
同方向に回転駆動され、これらのロール間に噛み込まれ
た熱間の嵌合材10はその軸心線回りに回転駆動されつつ
軸長方向に移動される、即ち螺進移動せしめられる。
嵌合材10はロール間を螺進移動せしめられる間に、第1
図に示すごとく入口傾斜部1b,2b,3bとロールハンプ部1
a,2a,3aにて外層材12の外径を絞られて、外層材12は例
えば最大減面率が80〜90%の高圧下を受けて、外層材12
が段付円錐台形状に成形された後、出口傾斜部1c,2c,3c
にて所定の外径の円柱状複合材13となる。
このようなアッセルミルタイプの傾斜圧延機による本発
明の複合材製造方法を次に説明する。
芯材11は円柱状であって一端部に少し大径の拘束部11a
を形成しており、外層材12は芯材11の外径寸法と同一か
又は少し大きい内径を有する筒状である。斯かる芯材11
の外表面及び外層材12の内表面を脱脂,清浄したのち、
外層材12の内部に芯材11を装入して拘束部11aを当接さ
せ、嵌合材10を得る。
上記清浄は加熱,圧延の際に両材の界面に拡散層を形成
せしめるために行っており、加熱,圧延の際でも拡散が
阻害されないように界面を清浄に保つようにする。
然る後、嵌合材10を傾斜圧延機4の送給ラインへ載置す
る。送給ラインの傾斜圧延機4より上流側には高周波加
熱炉20が設けられており、高周波加熱炉20は嵌合材10の
外層材12のみを加熱するように電流が調整されている。
嵌合材10は高周波加熱炉20へ入ると、ここで外層材12の
みが加熱されたのちロール1,2,3へ噛み込まれ、特に外
層材が減肉されて延伸する。このときロールハンプ部を
有するロール1,2,3を用いているのでフレアリングを防
止できる。また、圧下を受けた外層材は拘束部11aにて
芯材との相対的な滑りが防止されているので、外層材が
延伸されて、芯材が外層材によって被覆されていく。
このため、芯材11,外層材12の夫々の長さと外層材12の
減肉率とを適当に定めておくことにより、外層材12は芯
材11を全長に亘って被覆することができる。
また、圧下の際、加熱により芯材11と外層材12との界面
に生成した金属間化合物層は薄くなり、また外層材12が
延伸してそれまで裸の芯材11部分を被い、ロール1,2,3
により圧下された外層材12部分は両材の界面で拡散が行
われ、薄い金属間化合物層を生成して接合する。従って
製造された複合材13は全長に亘って接合強度が高い。
なお、上記実施例ではアッセルミルタイプの傾斜圧延機
を用いているが本発明はこれに限らず、軸対称加工法で
あり、また押出し等のように後方より押圧力を付与する
方式でない加工法であればどのような加工法でも実施で
きることは勿論である。
第4図は本発明の他の実施例であり、前図と同一の部分
には同一番号を付している。
前同様にして得られた嵌合材10は高周波加熱炉20にて外
層材12が加熱されてダイス40,引抜工具41とを備えた引
抜加工装置へ送給されるようになっている。
嵌合材10は拘束部11aが形成された側を先端としてロー
タリースエジャ等の口絞り装置にて絞ったのち、その先
端部を引抜工具41にて把持して軸長方向(白抜矢符方
向)に引抜かれながら、ダイス40にて絞られる。このと
き、外層材12が延伸して芯材11を被っていき、また漸時
ダイス40にて圧下されるので芯材11と外層材12との界面
にその全長に亘って拡散層及び薄い金属間化合物層が形
成される。
従って、製造された複合材13は全長に亘って接合強度が
高い。
なお、上記説明では円柱状の複合材を製造しているが、
本発明はこれに限らず円筒状の複合材をも製造できる。
但し、この場合は、円筒状の芯材の内側にマンドレル,
プラグ等の内面規制工具を用いてアッセルミルタイプの
傾斜圧延機,ダイス等により外層材の減肉加工を行う。
また、上記説明では高周波加熱炉にて外層材を加熱して
いるが、本発明はこれに限らず、芯材の変形抵抗が外層
材のそれよりも大きい場合には芯材まで加熱するように
してもよく、またこの場合には環状電気炉(エレマ炉)
を用いて加熱するようにしてもよい。
更に、上記説明では芯材11に拘束部11aを設けて機械的
に減肉加工の際の芯材と外層材との相対移動を防止して
いるが、本発明はこれに限らず冶金的手段にて両材を拘
束してもよい。
次に、接合強度,界面性状等を実施例に基づいて説明す
る。
(実施例1) 芯材:純チタン(JIS 2種)、外層材:アルミ(1070)
の棒状の複合材をアッセルミルタイプの傾斜圧延機にて
製造した場合について述べる。
外径:20mm,長さ:2750mmの芯材用チタン棒と外径:32mm,
肉厚:5.75mm,長さ:800mmのアルミ管とを脱脂,清浄した
のちこれらを嵌合し、この嵌合材のアルミ管を500℃に
加熱し、設定条件として交叉角(γ):5゜,傾斜角
(β):10゜,ロール最大部径:120mm,入口傾斜部の面
角:3゜,ロールハンプ部の面角:20゜,ロール材質:SCM
440,ロール回転数:60rpmのアッセルミルタイプの傾斜圧
延機にて減肉加工して外径が24mmの棒状複合材を製造し
た。
そして、製造した複合材の界面性状について調査した。
電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)による調査
の結果、界面には酸化物が存在せず、また走査型電子顕
微鏡(SEM)による調査の結果では界面に剥離がなく、
拡散層厚は1μmであった。更に、シャーにて切断して
界面に剥離が形成されるか否かを調査したが剥離はなか
った。
(実施例2) 次に、芯材:銅(C 1100)、外層材:純チタン(JIS 2
種)の棒状複合材をアッセルミルタイプの傾斜圧延機に
て製造した場合について述べる。
外径:21,5mm,長さ:3100mmの芯材用銅棒と、外径:32mm,
肉厚:5mm,長さ:800mmのチタン管とを同様にして嵌合
し、嵌合材の両材を共に750℃に加熱したのち同条件で
減肉加工して外径が21mmの棒状複合材を製造した。な
お、外層材,芯材の減肉率は夫78.3%,16.3%であっ
た。
製造した複合材のせん断強さと界面性状について調査し
た結果、せん断強さについてはJIS G3604でのせん断強
さの基準値10kgf/mm2に対してこれを満足する21.3kgf/m
m2であった。また、界面性状についてはEPMAの結果では
酸化物はなく、SEMの結果では剥離はなく拡散層厚は1.3
μmであった。
(実施例3) 次いで、ダイスによる引抜加工を用いて、芯材:ステン
レス鋼(SUS304)、外層材:アルミ(1070)の棒状複合
材を製造した場合について述べる。
外径20mm,長さ:2750mmのSUS304棒と外径:32mm,肉厚:5.7
5mm,長さ800mmのアルミ管とを同様にして嵌合し、両材
共500℃に加熱して引抜加工を行い、外径が24mmの棒状
複合材を製造した。このとき芯材の外径は変化しなかっ
た。
そして、製造した複合材の界面性状を調査した結果、EP
MA調査では酸化物がなく、またSEMの調査では剥離はな
く、拡散層厚は1μmであった。シャー切断にて剥離調
査を行ったが異常はなかった。
(実施例4) 同じく引抜加工により芯材:SUS304,外層材:アルミ(10
70)の円筒状複合材を製造した場合について述べる。
外径20mm,肉厚:1.5mm,長さ:2750mmのSUS304管と外径:32
mm,肉厚:5.75mm,長さ800mmのアルミ管とを同様にして嵌
合し、アルミ管のみを500℃に加熱したのち内面規制工
具をSUS304管内部に挿入してダイスにて引抜加工し、外
径:24mm,肉厚:2mmの円筒状複合材を製造した。このと
き、芯材の厚みは変化しなかった。
そして、界面を調査した結果、EPMA調査では酸化物がな
く、またSEMの調査では剥離はなく、拡散層厚は1μm
であった。
〔効果〕
以上詳述した如く、本発明は一端において外層材及び芯
材を拘束した状態の嵌合材の外層材を加熱し、この外層
材を減肉加工するので外層材が薄く形成され、しかも拡
散による金属間化合物が界面に生成されるので、強固な
接合が得られる。また外層材の加熱装置の直後に減肉加
工装置を設けているので界面での酸化スケール発生が防
止され、このために界面の接合力が向上する等優れた効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施状態を示す模式図、第2図は第1
図のII−II線による正面図、第3図は傾斜角βを示す側
面図、第4図は本発明の他の実施例を示す模式図であ
る。 1,2,3……ロール、4……アッセルミルタイプの傾斜圧
延機、10……嵌合材、11……芯材、12……外層材、13…
…複合材、20……高周波加熱炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−110486(JP,A) 特開 昭59−159282(JP,A) 特開 昭59−54483(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円柱状又は円筒状の芯材の外側に外層材を
    被嵌してある複合材を製造する方法において、円筒状に
    外層材に芯材を装入して嵌合材を得ると共に、外層材と
    芯材とが相対移動しないように芯材の一端で機械的又は
    冶金的手段にて両者を拘束し、次いで拘束した状態の嵌
    合材を加熱装置に通して、外層材を加熱し、加熱装置直
    後に設けた加工装置で、拘束した状態の嵌合材の前記一
    端側より外層材を減肉加工して芯材に被覆,接合させる
    ことを特徴とする複合材の製造方法。
JP61187318A 1986-07-31 1986-08-08 複合材の製造方法 Expired - Lifetime JPH0749121B2 (ja)

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