JPH10298663A - 異種金属材の接合熱処理方法 - Google Patents

異種金属材の接合熱処理方法

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JPH10298663A
JPH10298663A JP12162797A JP12162797A JPH10298663A JP H10298663 A JPH10298663 A JP H10298663A JP 12162797 A JP12162797 A JP 12162797A JP 12162797 A JP12162797 A JP 12162797A JP H10298663 A JPH10298663 A JP H10298663A
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heat treatment
heat
hardness
joining
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Koji Horio
浩次 堀尾
Shuji Hamano
修次 濱野
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Daido Steel Co Ltd
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    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
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Abstract

(57)【要約】 【課題】析出硬化型耐熱合金からなる第一金属材と、非
析出硬化型合金からなる第二金属材とを接合処理した場
合において、第一金属材の熱影響部が硬度低下し、第二
金属材の熱影響部が硬度上昇して両者の間で特性が不連
続となるのを防止する。 【解決手段】析出硬化型耐熱合金からなる第一金属材と
非析出硬化型合金からなる第二金属材の被接合部位を互
いに接合処理した後、第一金属材の熱影響による硬度低
下域及び第二金属材の熱影響による硬度上昇域の硬度
を、接合処理後の後熱処理によって共に回復させる。ま
たその後熱処理を、第一金属材の時効処理条件と第二金
属材の焼戻し処理条件とが重複する範囲で行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は異種金属材の接合
熱処理方法、詳しくは析出硬化型耐熱合金からなる第一
金属材と、非析出硬化型合金からなる第二金属材との接
合熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
ジェットエンジン用材料として各種の超耐熱合金が開発
されている。例えば析出硬化型超耐熱合金であるインコ
ネル(Inconel)718もその一つである。
【0003】ところでジェットエンジン部品、例えばジ
ェットエンジンシャフトをインコネル718等超耐熱合
金で構成する場合、常識的には部品全体を単一の超耐熱
合金にて一体物として構成するのが普通である。この場
合、ジェットエンジンシャフトは、ニッケルとかコバル
ト等を多量に含有した高価な材料を用いることから当然
にコストの高いものとなる。
【0004】ところでこのジェットエンジンシャフトを
例にとった場合、かかるジェットエンジンシャフトは実
際には必ずしもその全部が高温に曝されるわけではな
く、高温に曝されるのはその一部(軸方向片側のみ)で
あって、他の部分はそれ程高温には曝されない。即ち、
かかるジェットエンジンシャフトを単一の超耐熱合金で
一体物として構成した場合、高温に曝されない部分につ
いては過剰品質ということになる。
【0005】そこでこのようなジェットエンジンシャフ
トを種類の異なる2種の金属材、例えば析出硬化型超耐
熱合金である上記のインコネル718と、構造用鋼等の
非析出硬化型合金である低合金鋼とを接合して構成する
ことが構想されている。
【0006】ところでこれら析出硬化型超耐熱合金と非
析出硬化型合金とを例えばアーク溶接,摩擦圧接,液相
拡散接合等の接合手段で接合して一体化した場合、以下
のような問題が生ずる。
【0007】即ち、このような加熱を伴う接合処理を異
種金属間にまたがって施した場合、インコネル718等
析出硬化型超耐熱合金の側において熱影響部の硬度が低
下する現象を生じる一方、非析出硬化型合金の側におい
て熱影響部が焼入れされた形となって硬度が上昇する現
象を生じ、何れも熱影響部において特性が大きく劣化し
てしまうとともに、異種金属間の接合部近傍で特性が不
連続、即ち急激な特性の変化をもたらしてしまう。
【0008】以上ジェットエンジンシャフトを例として
説明したが、この現象は析出硬化型耐熱合金と焼入れ性
を有する非析出硬化型合金とを接合して一体化する場合
において共通して生じ得る問題である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願の発明はこのような
課題を解決するために案出されたものである。而して請
求項1の接合熱処理方法は、析出硬化型耐熱合金からな
る第一金属材と非析出硬化型合金からなる第二金属材の
接合熱処理方法であって、該第一金属材及び第二金属材
の被接合部位を互いに接合処理した後、該接合に伴う該
第一金属材の熱影響による硬度低下域及び該第二金属材
の熱影響による硬度上昇域のそれぞれの硬度を該接合処
理後の後熱処理によって共に回復させることを特徴とす
る。
【0010】請求項2の接合熱処理方法は、請求項1に
おいて、前記熱影響により前記第二金属材の側において
前記硬度上昇域とともに生じた硬度低下域の硬度を、前
記後熱処理によって該硬度上昇域の硬度とともに同時に
回復させることを特徴とする。
【0011】請求項3の接合熱処理方法は、請求項1,
2の何れかにおいて、前記後熱処理を、前記第一金属材
の時効処理条件と前記第二金属材の焼戻し処理条件とが
重複する範囲で行うことを特徴とする。
【0012】請求項4の接合熱処理方法は、請求項3に
おいて、前記後熱処理として先ず前記第一金属材の固溶
化熱処理条件と前記第二金属材の焼入れ処理条件とが重
複する範囲で一次熱処理を行い、しかる後二次熱処理と
して、該第一金属材の時効処理条件と該第二金属材の焼
戻し処理条件とが重複する範囲で熱処理することを特徴
とする。
【0013】請求項5の接合熱処理方法は、請求項1〜
4の何れかにおいて、前記後熱処理に際し、前記熱影響
部のみを部分的に加熱処理することを特徴とする。
【0014】請求項6の接合熱処理方法は、請求項1〜
5の何れかにおいて、前記接合処理の方法として、アー
ク溶接,摩擦圧接,液相拡散接合の何れかの方法を用い
ることを特徴とする。
【0015】
【作用及び発明の効果】上記のように本発明は、析出硬
化型耐熱合金からなる第一金属材と非析出硬化型合金か
らなる第二金属材とを接合処理した後において、第一金
属材の熱影響による硬度低下域及び第二金属材の熱影響
による硬度上昇域のそれぞれの硬度を後熱処理によって
共に回復させるものである。
【0016】ここで本発明においては析出硬化型耐熱合
金として、例えば表1に示す化学組成を有する(ベース
成分に対して選択元素を1種又は2種以上添加した各種
の化学組成のもの)Ni基,Co基,Fe基超耐熱合金
のうちの析出硬化型のものや、或いはJISに化学成分
を規定している析出硬化型オーステナイト系ステンレス
鋼,18Niマルエージング鋼等を用い、また非析出硬
化型合金として、例えば表2に示す化学組成を有する
(ベース成分に対して選択元素を1種又は2種以上添加
した各種の化学組成のもの)低合金鋼や、JISに化学
組成を規定するマルテンサイト系ステンレス鋼,フェラ
イト系ステンレス鋼,固溶強化型オーステナイト系ステ
ンレス鋼,表1に示す化学組成のうち固溶強化型のNi
基,Co基,Fe基超耐熱合金等を用い、それら析出硬
化型耐熱合金と非析出硬化型合金とを適宜組み合わせ、
接合するに際して適用可能なものである。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】かかる本発明によれば、異種金属材を接合
して例えば1つの部品を製造するに際しても、異種金属
材の接合部及び近傍で特性が劣化するのを防止し得て良
好な部品を製造することが可能となり、必要な材料費及
び部品コストを低減することが可能となる。
【0020】本発明では、上記異種金属材の接合に際し
て熱影響により非析出硬化型合金、即ち第二金属材の側
において硬度上昇域と併せて硬度低下域が生じる場合に
おいて、上記後熱処理によってそれら硬度上昇域と硬度
低下域の硬度を同時に回復させることができる(請求項
2)。これにより上記接合処理に伴う第二金属材の側の
硬度変化領域の特性を回復せしめることができる。
【0021】本発明においては、上記後熱処理の条件
を、第一金属材の時効処理条件と第二金属材の焼戻し処
理条件とが重複する範囲に設定し、その条件下で後熱処
理を行うことができる(請求項3)。この場合上記後熱
処理が、析出硬化型耐熱合金からなる第一金属材に対し
ては時効処理となり、上記接合処理に伴う熱影響によっ
て析出物が母相に溶け込んでしまって硬度低下した部分
を再び析出硬化させ得て、接合により硬度低下した領域
を高硬度側に硬度回復せしめることができる。
【0022】また一方、非析出硬化型合金からなる第二
金属材に対しては上記後熱処理が焼戻し処理となり、接
合に伴う熱影響によって焼入れ状態となり、硬度上昇し
た領域を低硬度側に硬度回復せしめることができる。
【0023】ここで時効処理及び焼戻し処理の条件が重
複する範囲として、470〜850℃/0.1h以上の
条件を設定することができる。
【0024】本発明においては、また、後熱処理として
上記のように時効処理条件と焼戻し処理条件とが重複す
る範囲でのみ熱処理を行うことが可能であるが、請求項
4に従って先ず一次熱処理として第一金属材の固溶化熱
処理条件と第二金属材の焼入れ処理条件とが重複する範
囲で熱処理を行い、しかる後二次熱処理として上記の熱
処理、即ち第一金属材の時効処理条件と第二金属材の焼
戻し処理条件とが重複する範囲での熱処理を行うことが
できる。ここで固溶化熱処理条件及び焼入れ処理条件の
重複する範囲として、900〜1200℃/0.1h以
上の条件を設定することができる。
【0025】更にまた本発明では、後熱処理を施すに際
して第一金属材及び第二金属材全体を熱処理することも
可能であるが、上記接合処理に伴う熱影響部のみを部分
的に加熱処理することができる(請求項5)。
【0026】このようにすれば、接合処理に伴って熱影
響を受けていない部分に対してまでも後熱処理によって
影響を及ぼしてしまうといった不都合を回避することが
できる。またこのような部分的な熱処理のみによっても
十分に熱影響による特性劣化を回復させ得ることが確認
されている。
【0027】ここで請求項5の部分的な加熱処理の方法
として電熱線炉,高周波誘導加熱炉,ガス炉等を使用し
て加熱処理を行うことができる。また本発明では、接合
処理の方法としてアーク溶接,摩擦圧接,液相拡散接合
等の方法を用いることができる(請求項6)。
【0028】
【実施例】次に本発明の実施例を以下に詳述する。析出
硬化型耐熱合金からなる第一金属材として表3に示す化
学組成のインコネル(Inconel)718を、また
非析出硬化型合金からなる第二金属材として表4に示す
化学組成の3Cr−Mo−V鋼を用い、それぞれ24m
mφ(直径)×80mml(長さ)の棒状材を作製して
軸方向端部を、表5に示すようにアーク溶接,摩擦圧
接,液相拡散接合にて互いに接合処理し、しかる後熱処
理を施した上で、常温引張試験,高温引張試験を実施し
た。
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】
【表5】
【0032】また併せて各接合方法ごとに後熱処理後の
硬さ分布を測定した。結果が表5及び図1,図2,図3
にそれぞれ示してある。但し引張試験はJIS14A号
引張試験片を用いて行い、硬さ測定はマイクロビッカー
ス硬さ計を用いて行った。また後熱処理は全体加熱を行
った。
【0033】また表5中の後熱処理A及びBはそれぞれ A:析出硬化型耐熱合金における固溶化熱処理の範囲と
非析出硬化型合金の焼入れ熱処理の範囲とが重複する範
囲 B:析出硬化型耐熱合金における時効処理の範囲と非析
出硬化型合金の焼戻し熱処理の範囲とが重複する範囲で
あって、具体的条件として A・・・930℃/4h B・・・650℃/4h の条件を採用した。
【0034】更にアーク溶接,摩擦圧接,液相拡散接合
の条件として下記の条件を採用した。 アーク溶接(TIG)条件 フィラー:ER NiCrMo-3 溶接電流:180A 溶接電圧:20V 溶接速度:15cm/min 摩擦圧接条件 回転数:2000rpm 摩擦圧力:59MPa 摩擦時間:30sec アプセット圧力:245MPa アプセット時間:5sec 液相拡散接合条件 フィラー:BNi-3 接合温度:1050℃ 保持時間:60sec 加圧力:7.8MPa
【0035】これらの結果から、アーク溶接,摩擦圧
接,液相拡散接合による接合処理の後において、時効処
理の条件及び焼戻し処理条件の重複範囲内での後熱処理
によって、或いは固溶化熱処理及び焼入れ熱処理の各条
件の重複する範囲内での一次熱処理及びこれに続く時効
処理と焼戻し処理との重複する範囲での二次熱処理を行
うことで、接合処理の際に生じた硬度上昇域及び硬度低
下域が効果的に硬度回復し、機械的特性も併せて回復す
ることが分かる。
【0036】次に接合処理方法として摩擦圧接を行った
場合において、後熱処理として第一金属材及び第二金属
材全体を加熱した場合と、図4に示す方法で部分的な加
熱を行った場合とで結果を比較した。図4に示す方法で
部分加熱を行った際の硬さ分布の測定結果が図5に示し
てある。尚この部分加熱の方法は、高周波加熱により熱
影響部のみを部分的に加熱するものである。図2と図5
との比較から明らかなように、後熱処理として部分加熱
を行った場合においても十分な結果の得られることが分
かる。
【0037】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例において得られたアーク溶接
後の硬さ分布と後熱処理後の硬さ分布との関係を示す図
である。
【図2】本発明の実施例において得られた摩擦圧接後の
硬さ分布と後熱処理後の硬さ分布との関係を表す図であ
る。
【図3】本発明の実施例において得られた液相拡散接合
後の硬さ分布と後熱処理後の硬さ分布との関係を表す図
である。
【図4】熱影響部に対する部分加熱の方法の一例を示す
説明図である。
【図5】本発明の実施例において得られた摩擦圧接後の
硬さ分布と熱影響部の部分後熱処理後の硬さ分布との関
係を表す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22C 19/05 C22C 19/05 C C22F 1/00 627 C22F 1/00 627 650 650A 651 651B 1/10 1/10 A // C22C 38/00 302 C22C 38/00 302Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 析出硬化型耐熱合金からなる第一金属材
    と非析出硬化型合金からなる第二金属材の接合熱処理方
    法であって該第一金属材及び第二金属材の被接合部位を
    互いに接合処理した後、該接合に伴う該第一金属材の熱
    影響による硬度低下域及び該第二金属材の熱影響による
    硬度上昇域のそれぞれの硬度を該接合処理後の後熱処理
    によって共に回復させることを特徴とする異種金属材の
    接合熱処理方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記熱影響により前
    記第二金属材の側において前記硬度上昇域とともに生じ
    た硬度低下域の硬度を、前記後熱処理によって該硬度上
    昇域の硬度とともに同時に回復させることを特徴とする
    異種金属材の接合熱処理方法。
  3. 【請求項3】 請求項1,2の何れかにおいて、前記後
    熱処理を、前記第一金属材の時効処理条件と前記第二金
    属材の焼戻し処理条件とが重複する範囲で行うことを特
    徴とする異種金属材の接合熱処理方法。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記後熱処理として
    先ず前記第一金属材の固溶化熱処理条件と前記第二金属
    材の焼入れ処理条件とが重複する範囲で一次熱処理を行
    い、しかる後二次熱処理として、該第一金属材の時効処
    理条件と該第二金属材の焼戻し処理条件とが重複する範
    囲で熱処理することを特徴とする異種金属材の接合熱処
    理方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記後
    熱処理に際し、前記熱影響部のみを部分的に加熱処理す
    ることを特徴とする異種金属材の接合熱処理方法。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記接
    合処理の方法として、アーク溶接,摩擦圧接,液相拡散
    接合の何れかの方法を用いることを特徴とする異種金属
    材の接合熱処理方法。
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Cited By (5)

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