專利名稱：壓入接合中的熱處理方法以及由此產(chǎn)生的接合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及構(gòu)成金屬制關(guān)鍵部件的構(gòu)件彼此的壓入接合中的熱處 理方法，以及由此產(chǎn)生的接合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
過去，在利用所謂的焊接來熔融接合構(gòu)成機(jī)械結(jié)構(gòu)物的構(gòu)件時， 表示構(gòu)件彼此接合的交界的接合線形成熔融凝固組織。
一般地，在通 過焊接將金屬材料相互接合起來的情況下，在通過熔融接合形成兩個 構(gòu)件的接合線時，主要通過熱處理消除由凝固組織形成的該接合線是
非常困難的。另外，上述熔融凝固組織，除非進(jìn)行圖7所示的擴(kuò)散退
火的熱處理(約u5ox:),很難消除上述接合線。因此，通常，對于 由焊接產(chǎn)生的接合部進(jìn)行熱處理的目的，是除去殘留應(yīng)力或者改善機(jī) 械性質(zhì)，并不謀求使構(gòu)件之間的金屬組織均勻化、 一體化。在專利文
獻(xiàn)l、 2中有關(guān)于對于構(gòu)件彼此之間的電阻焊接、凸焊的記載。
這里，本發(fā)明的申請人以前在專利文獻(xiàn)3、 4中揭示了壓入接合結(jié) 構(gòu)。如圖9(a)(b)所示，作為工件，利用夾具將作為第二構(gòu)件4的 軸體(截面與孔部3的形狀相似)壓入接合到作為第一構(gòu)件2的板(穿 透設(shè)置孔部3)上，另外，作為另外一種形式，將作為第二構(gòu)件的筒 體壓入接合到作為第一構(gòu)件的筒體上。在壓入接合中使用的上述夾具， 具有上部設(shè)置有圓柱形孔部的鉻銅制的下模10、和在下部設(shè)置有圓柱 形孔部的鉻銅制的上模12。這些下模10和上模12分別具有電極的功 能，在兩個模之間能夠通電，上模12進(jìn)行加壓下降。
作為壓入的條件，設(shè)定規(guī)定的壓入佘量(d-第二構(gòu)件4的外徑 (D2)-第一構(gòu)件2的孔部3的內(nèi)徑(Dl))、以及壓入深度(h-第 二構(gòu)件4壓入的深度)。在接合時，分別將上述第一構(gòu)件2安裝到下模 10上，將第二構(gòu)件4安裝到上模12上，施加一定的加壓力，推壓上
模12，同時，在第一構(gòu)件2與第二構(gòu)件4之間通電。這樣，伴隨著產(chǎn) 生電阻熱，開始第二構(gòu)件4的壓入，第二構(gòu)件4的接合部在第一構(gòu)件 2的孔部3內(nèi)下降移動。在這種情況下，如圖9(b)所示，第二構(gòu)件 4被壓入到第一構(gòu)件2的孔部3內(nèi)，這時，在兩個構(gòu)件的接合界面上 發(fā)生減薄拉深作用。由減薄拉深加工制造工藝進(jìn)行壓入接合。
這時，在第一構(gòu)件2和第二構(gòu)件4的接合部6形成固相焊接的接 合界面8。圖10(a)是在上述壓入接合的接合部附近的低倍照片，該 圖(b)是接合部的放大照片。這里，在該圖(b)的上下方向形成接 合部的接合界面，在該壓入接合中，為了進(jìn)行良好的接合，接合界面 8是致密的。
在上述接合界面8上，通過第一構(gòu)件2和第二構(gòu)件4的各個壁面 彼此之間在滑動方向的移動而被減薄拉深，從而，表面的雜質(zhì)層被削 掉，將表面清潔化，在這種清潔的組織上進(jìn)行固相焊接。另外，由于 在本接合中附加減薄拉深工藝，所以，在接合部發(fā)生大的塑性變形， 金屬組織、結(jié)晶晶粒也變成破碎的加工組織，而由在本接合法中所給 予的電阻熱引起的溫度上升并沒有高到使金屬材料熔融的程度，所以， 這種破碎的加工組織沒有進(jìn)行再結(jié)晶，而殘留下來。另外，在利用電 焊機(jī)進(jìn)行的熱處理中，如果考慮到其加熱能力等的話，非常難以獲得 這樣的再結(jié)晶效果。
專利文獻(xiàn)l:特開平7-1150號公報
專利文獻(xiàn)2:特開平8 - 174234號^H1
專利文獻(xiàn)3:特開2001 - 353628
專利文獻(xiàn)4:特開2004 - 114146
另外，對于汽車部件等，為了提高耐磨性、強(qiáng)度等目的，大多進(jìn) 行滲碳處理。但是，在對構(gòu)件相互焊接的焊接部件進(jìn)行滲透的情況下， 為了在這種焊接部不進(jìn)行滲透處理， 一般地，在涂布防碳劑等或者進(jìn) 行鍍敷這樣的防碳處理之后，再進(jìn)行滲碳處理。
之所以對構(gòu)件彼此的焊接部不進(jìn)行滲碳處理，是因為會在焊接部 產(chǎn)生氣孔、裂紋等焊接缺陷，通過滲碳處理，使焊接部變硬，會產(chǎn)生
韌性降低、應(yīng)力集中等強(qiáng)度方面的問題。另外， 一般地，由于上述焊 接部是沒有必要提高表面強(qiáng)度的部分，所以，考慮到這些因素，為了 不在焊接部進(jìn)行滲碳處理，而進(jìn)行防碳處理。
從而，在上述壓入接合法中，特別是，在進(jìn)行滲碳處理材料相互 之間的接合的情況下，通過這種接合時的過熱和結(jié)束之后的急劇冷卻， 滲透部的接合部變成馬氏體組織，變得非常脆。為了防止這種情況， 為了從脆的馬氏體組織改變成具有延展性的回火馬氏體，在接合工藝 之外，在原樣保持在同一焊接機(jī)上的情況下，進(jìn)行作為追加的處理的 回火通電。
上述回火是再次在第一構(gòu)件2和第二構(gòu)件4之間進(jìn)行回火(熱處 理)通電、再加熱，但是，由于這種熱處理的通電條件與接合條件大 致相同，所以，不能消除接合線。另外，在具有上述接合線、存在著 不均勻的組織的情況下，會產(chǎn)生局部的腐蝕電位差，引起局部腐蝕。 在這種情況下，不能用于高耐腐蝕性的用途。另外，具有這種危險性 的制品也不能用于需要具有高耐壓性、高氣密性、延展性、韌性等功 能的用途。這樣，對于要求接合部達(dá)到金屬學(xué)一體化的品質(zhì)的關(guān)鍵部 件而言，是必要的組織。
另外，為了焊接部不被滲碳，進(jìn)行上述防碳處理，并非為了保持 制品的功能及強(qiáng)度所必須的工藝，倒不如說是不需要的工藝。進(jìn)而， 焊接部 一般地具有三維的形狀，當(dāng)考慮到防碳處理的勞力和時間等時， 存在著需要相當(dāng)多的工時和費用等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題，其目的是提供一種能夠發(fā)揮優(yōu)異的耐腐蝕 性、耐壓性、高氣密性、延展性、韌性等的關(guān)鍵部件的壓入接合中的 熱處理方法及接合結(jié)構(gòu)。
為了解決上迷技術(shù)課題，根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法， 以規(guī)定的壓力將第二構(gòu)件推壓到第一構(gòu)件的孔部內(nèi)，同時，在這兩個 構(gòu)件之間通電，使得在兩者的接合部產(chǎn)生電阻熱，將上述第二構(gòu)件壓 入到上述孔部中，使得在上述第二構(gòu)件與上述孔部的內(nèi)壁面部的接合
面部處形成接合界面，并且，進(jìn)行將這種接合作為固相狀態(tài)的接合的 壓入接合，加熱保持由上述壓入接合產(chǎn)生的接合部，進(jìn)行退火，通過 這種熱處理，分散、消除接合部，使通過上述壓入接合而接合起來的 兩個接合構(gòu)件的接合部處的金屬組織一體化或者均勻化。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，上述第一構(gòu)件和第二構(gòu) 件是同一材質(zhì)的材料。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，上述熱處理的溫度在再 結(jié)晶溫度以上。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，在作為上述材料使用具 有鐵素體組織碳鋼、具有奧氏體組織的合金鋼、或者具有鐵素體組織
的合金鋼時，上述熱處理的溫度在Al相變點以上、或者再結(jié)晶溫度 以上。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，上述加熱保持時間在一 小時以上。另外，根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，上述熱處 理溫度在擴(kuò)散退火的溫度以下。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，以規(guī)定的壓力將第二構(gòu) 件推壓到第一構(gòu)件的孔部內(nèi)，同時，在這兩個構(gòu)件之間通電，使得在 兩者的接合部產(chǎn)生電阻熱，將上述第二構(gòu)件壓入到上述孔部，使得在 上述第二構(gòu)件與上述孔部的內(nèi)壁面部的接合面部處形成接合界面，并 且，進(jìn)行將該接合作為固相狀態(tài)的接合的壓入接合，加熱保持上述壓 入接合的第一構(gòu)件及第二構(gòu)件，進(jìn)行滲碳，通過這種熱處理使兩個構(gòu) 件的表面層淬火硬化，并且使通過上述壓入接合而接合起來的兩個構(gòu) 件的接合部處的金屬組織一體化或者均勻化。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，不對上述第一構(gòu)件和第 二構(gòu)件的接合部進(jìn)行防碳處理，通過上述滲碳，使包含上迷接合部的 兩個構(gòu)件的表面層淬火硬化。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，作為上述第一構(gòu)件及第 二構(gòu)件的材料，使用一般加工用鋼材、不銹鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼、機(jī) 械結(jié)構(gòu)用合金鋼或者鈦。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的接合結(jié)構(gòu)，是由利用上述任何一項所 述的壓入接合中的熱處理方法接合的上述第一構(gòu)件及第二構(gòu)件構(gòu)成的 結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，由于進(jìn)行以固相狀態(tài)將 第二構(gòu)件接合到第一構(gòu)件的孔部內(nèi)的壓入接合，并且利用退火對接合 部進(jìn)行熱處理，通過以再結(jié)晶溫度以上的溫度進(jìn)行加熱保持來分散消 除接合部，所以，能夠謀求接合部中的金屬組織的一體化或均勻化， 進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的退火，另外，通過在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件之間不產(chǎn)生腐蝕 電位差，獲得良好的耐腐蝕性，進(jìn)而，具有能夠獲得對于耐壓性等而 言品質(zhì)優(yōu)異的接合結(jié)構(gòu)的效果。另外，由于與一般擴(kuò)散退火溫度相比， 這種退火在低的溫度下進(jìn)行，所以，具有可以防止除接合部之外的母 材的金屬結(jié)晶的粗大化、可以防止材料強(qiáng)度的降低，韌性的降低等優(yōu) 異的效果。另外，具有將接合界面清潔化、良好地進(jìn)行接合、且強(qiáng)度 優(yōu)異的效果。
根據(jù)本發(fā)明的壓入接合中的熱處理方法，由于進(jìn)行在固相狀態(tài)將 第二構(gòu)件接合到第 一構(gòu)件的孔部內(nèi)的壓入接合，并且通過滲碳將兩個 構(gòu)件的表面層淬火硬化，使接合部的金屬組織一體化，所以，接合結(jié) 構(gòu)構(gòu)件的表面層硬度高，并且作為整體韌性優(yōu)異、強(qiáng)度提高，另外，
由于能夠謀求接合部處的金屬組織的一體化或者均勻化，進(jìn)而，接合 部具有非常接近母材的性質(zhì)，所以，對于接合部，也形成與母材部分
相同程度閥均勻的滲碳深度的滲碳層，具有獲得優(yōu)異的質(zhì)量的接合結(jié) 構(gòu)構(gòu)件的效果。另外，由于即使在第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的接合部不進(jìn) 行防碳處理，也能夠良好地對于整體進(jìn)行滲碳處理，所以，可以省略 防碳處理工藝、節(jié)省勞力，可以降低成本。


圖l是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式的利用第一構(gòu)件的壓入接合結(jié)
構(gòu)的圖示，(a)是平面圖，(b)是A-A剖視圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的實施形式的利用第二構(gòu)件的壓入接合結(jié) 構(gòu)的圖示，(a)是平面圖，(b)是B-B剖視圖。
圖3是表示根據(jù)實施形式、在試驗(i)中的壓入接合部的金屬顯 微鏡照片的圖示，(a)是以低倍率(22.5倍)觀察整個接合部的照片， (b)是以高倍率(100)倍觀察接合部的顯微組織的照片。
圖4是表示根據(jù)實施形式、在試驗(ii)中的壓入接合部的金屬 顯微鏡照片的圖示，(a)是以低倍率(22.5倍)觀察整個接合部的照 片，(b)是以高倍率(100)倍觀察接合部的顯微組織的照片。
圖5是表示根據(jù)實施形式、在試驗(iii)中的進(jìn)行過退火熱處理 之后的壓入接合部的金屬顯微鏡照片的圖示，(a)是以低倍率(37.5 倍)觀察整個接合部的照片，(b)是以高倍率(400倍)觀察接合部 的顯微組織的照片。
圖6是表示根據(jù)實施形式、在試驗(iv)中的壓入接合部的金屬 顯微鏡照片的圖示，(a)是以低倍率(37.5倍)觀察整個接合部的照 片，(b)是以高倍率(400)倍觀察接合部的顯微組織的照片。
圖7是表示在FeC系平衡相圖中的退火溫度范圍的圖示(取自 (社)日本鐵鋼協(xié)會棒鋼、線材手冊)。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第二種實施形式、在進(jìn)行通過滲碳的熱 處理之后的壓入接合部的金屬顯微鏡照片(中央靠上的黑的圓形部分 是容納飛邊用的槽部)。
圖9是表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)例的圖示，(a)是壓入接合法說明圖， (b)是表示壓入后的狀態(tài)的圖示。
圖IO表示壓入接合中的接合部的金屬顯微鏡照片，(a)是以低倍 率觀察整個接合部的照片(中央靠上的黑的圓形部分是容納飛邊用的 槽部)，(b)是以高倍率觀察接合部的顯微組織的照片。
符號說明
22、 26 第一構(gòu)件
23、 27 孔部
24、 28 第二構(gòu)件
具體實施例方式
下面，基于

根據(jù)本發(fā)明的實施形式。
在根據(jù)本實施形式的壓入接合中，與基本的壓入接合有關(guān)的工藝 和作用與上面現(xiàn)有技術(shù)的段落中說明的一樣，在這里省略其詳細(xì)說明。 首先，對于根據(jù)第一種實施形式的壓入接合中的熱處理進(jìn)行說明。
圖1表示作為第一種材料使用奧氏體系的不銹鋼(例如SUS304)的 壓入接合結(jié)構(gòu)。這是一種將作為第二構(gòu)件的圓柱狀的軸體24壓入接合 到作為笫一構(gòu)件的板22的圓形的孔部23內(nèi)的結(jié)構(gòu)，各個構(gòu)件的材料 都是上述SUS304。這種材料一般地很難焊接。另外，之所以使用不 銹鋼，是因為這種材料用于要求耐腐蝕性的部件等，嘗試對于耐腐蝕 性材料進(jìn)行研究。另外，對于必須有耐腐蝕性的構(gòu)件，組織不均勻、 存在接合線等是不理想的。對于該壓入接合，使上述孔部23的直徑為 9.3mm，壓入余量(d)為0.5mm，壓入深度(h)為4.5mm。
在上述構(gòu)件的壓入接合中，如上所述，以一定的加壓力、 一定的 下降速度進(jìn)行壓入，接合部在瞬間被加熱，軸體24的前端部被壓入板 22的孔部23內(nèi)，完成接合。這時，在軸體24與板22的孔部23之間， 形成固相焊接的接合界面。在固相焊接中，在該接合面上獲得清潔的 表面組織這一點影響到接合是否良好。
根據(jù)該實施形式的壓入接合，在上述接合界面，通過板與軸體的 各個壁面相互之間在滑動方向上的移動而被減薄拉深，藉此，表面的 雜質(zhì)層被削掉，將表面清潔化，在這種清潔的組織中進(jìn)行固相焊接。 并且，在壓入完畢之后，通過冷卻恢復(fù)接合部的母材的硬度，牢固地 進(jìn)行接合。
圖2是表示作為第；材料使用鉻鉬鋼(例如，SCM415)的壓入 接合結(jié)構(gòu)。這是將作為第二構(gòu)件的圓形的實心或者中空的軸體28壓入 接合到作為第一構(gòu)件的圓形的筒體26的孔部27內(nèi)的結(jié)構(gòu)，各個構(gòu)件 的材料都是上述SCM415。另外，之所以使用鉻鉬鋼，是因為這種材 料用于要求耐壓強(qiáng)度的容器、管等，試圖對于耐壓材料進(jìn)行研究。對 于這種壓入接合，使上述孔部27的直徑為12.0mm，壓入余量(d) 為0.2mm，另外，使壓入深度(h)為2.1mm。利用這種第二材料的 壓入接合，也和上述第一種材料的情況同樣地進(jìn)行，在第一構(gòu)件的筒
體26與第二構(gòu)件的軸體28的接合部之間，形成固相焊接的接合界面。 而且，在利用上述任何一種材料的壓入接合中，都經(jīng)過加壓—通 電—壓入~>空冷(急冷)的過程。這樣，在壓入后，如果原封不動地 空冷的話，借助銅制的電極急速地進(jìn)行冷卻。因此，在進(jìn)行淬火性良 好的壓入接合的情況下，在接合部，淬火的材質(zhì)變脆。作為這種淬火 的理由是，因為在上述壓入接合中局部地并且急劇地加熱，所以，接 合部與非接合部的溫度梯度變大，對于被加熱到鋼的相變點(A3)以
上的接合部，停止加熱，同時，使之急冷，改變成馬氏體的組織。這 種馬氏體組織，與材料的碳當(dāng)量的大小成比例地增加。
另外，上述壓入接合法是一種通過電阻加熱使壓入構(gòu)件與被壓入 構(gòu)件加熱軟化、通過將壓入構(gòu)件加壓壓入來進(jìn)行接合的固相接合法。 因此，接合界面被減薄拉深加工，接合部的氧化膜被排除，不存在氧 化膜。另外，在這種壓入接合中，通過減薄拉深工藝，在接合部產(chǎn)生 大的塑性變形，變成接合部附近的組織也發(fā)生塑性變形的加工組織， 但是，由于由根據(jù)本實施形式的接合法所給予的電阻引起的溫度上升 不會高到使材料熔融的程度，所以，這種組織不會恢復(fù)到再結(jié)晶組織， 而是殘留下來。
因此，作為下面的工序，在本實施形式中，取出進(jìn)行上述壓入接 合法的構(gòu)件，在另外的工序中，在接合部施加由熱處理引起的能量， 嘗試在接合線(接合界面)附近的材料的擴(kuò)散以何種程度進(jìn)行。這些 熱處理，在將構(gòu)件相互壓入接合之后，通過追加利用通常的加熱爐(或 者連續(xù)爐)進(jìn)行的熱處理工藝。
這里，對于在由公司內(nèi)的試驗A采用上述第一種材料(奧氏體系 的不銹鋼(SUS304)'的壓入接合結(jié)構(gòu)體、以及由公司內(nèi)試驗B采用第 二種材料(鉻鉬鋼(SCM415)的壓入接合結(jié)構(gòu)體以規(guī)定的條件進(jìn)行 退火的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行說明。
在上述公司內(nèi)試驗A (SUS304)中，在加熱爐中，分兩種類型的 熱處理溫度進(jìn)行退火熱處理。在這種公司內(nèi)試驗A的一個試驗(i)中， 在溫度900X:的條件下，進(jìn)行一小時的退火熱處理，在另外一個試驗
(ii)中，在溫度1000。C的條件下，進(jìn)行一小時的退火熱處理。在通
過這里的熱處理進(jìn)行的加熱之后，通過空冷進(jìn)行冷卻。
圖3 (a) (b)是表示在進(jìn)行試驗(i)的退火熱處理之后的壓入 接合部29的金屬顯微鏡照片的圖示。該圖(a)是以低倍率觀察組織 時的照片，該圖(b)是以高倍率觀察組織時的照片。這里，對于試 驗(i),如照片中所示，在中央的上下方向殘留著接合部的組織的痕 跡。圖4 (a) (b)是表示在進(jìn)行試驗(ii)的退火熱處理之后的壓入 接合部29的金屬顯微鏡照片的圖示。該圖(a)是以低倍率觀察組織 時的照片，該圖的(b)是以高倍率觀察組織時的照片。對于該試驗 (ii)，如圖照片所示，接合部的組織消失，形成同樣的再結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
一般地，奧氏體系不銹鋼(SUS304)的情況，因其它的合金元素 的含有率而異，但是， 一般地，在Ni含量8。/。以上，形成奧氏體單層， 不會因溫度而變化。因此，這種材料大多在1100。C左右進(jìn)行固溶體化 處理。如果對于這種材料施;H塑性加工、進(jìn)行退火，則以比這些溫度 低的低溫進(jìn)行再結(jié)晶。
根據(jù)這種原理，在本實施形式中，在上述試驗(ii)中，以接近 于再結(jié)晶溫度的1000匸進(jìn)行熱處理。其結(jié)果是，如上述圖4所示，可 以確認(rèn)，接合線附近的材料被擴(kuò)散，金屬組織在金屬學(xué)上一體化或者 均勻化。另外，如圖試驗(i)所示，在加熱保持在900C的情況下， 金屬組織不能達(dá)到一體化。因此，可以說，對于奧氏體系的不銹鋼或 者不銹合金鋼中的壓入接合的組織，通過以再結(jié)晶溫度以上的溫度加 熱保持一小時以上，接合部的金屬組織一體化或者均勻化。另外，對 于上述任何材料而言，熱處理的加熱時間在一小時以下并且在3小時 以內(nèi)是適當(dāng)?shù)摹?br> 在上述公司內(nèi)的試驗B(SCM415)中，在加熱爐中，分兩種類 型的熱處理溫度進(jìn)行退火熱處理。在該公司內(nèi)試驗B的一個試驗(iii) 中，在溫度為600'C的條件下，進(jìn)行一小時的退火熱處理，在另外一 個試驗(iv)中，在溫度700。C的條件下，進(jìn)行一小時的退火熱處理。 這里的熱處理是高溫退火。另外，在該熱處理中，在加熱之后，通過
在爐內(nèi)自然放置冷卻來進(jìn)行冷卻。
圖5 (a) (b)是表示在進(jìn)行試驗(iii)的退火熱處理之后的壓入 接合部25的金屬顯微鏡照片的圖示。該圖的(a)是以低倍率觀察整 個接合部的照片，該圖(b)是以高倍率觀察接合部的顯微組織的照 片。這里，對于試驗'(iii),如照片所示，在中央的上下方向殘留著接 合部的組織的痕跡。
圖6 (a) (b)是表示在進(jìn)行試驗(iv)的退火熱處理之后的壓入 接合部25的金屬顯微鏡照片的圖示，該圖的(a)是以低倍率觀察組 織的照片，該圖(b)是以高倍率觀察組織的照片。對于該試驗(ii)， 如照片所示，接合部的組織的痕跡基本上消失，形成同樣的再結(jié)晶結(jié) 構(gòu)。
一般地，在鋼材(包括鉻鉬鋼(SCM415),如圖7所示，Al相 變點的溫度約為700C左右。因此，如上述試驗(iv)那樣，在以作為 A1相變點附近的溫度700'C進(jìn)行加熱保持的情況下，可以確認(rèn)，接合 線附近的材料擴(kuò)散，金屬組織在金屬學(xué)上一體化或者均勻化。另外， 如試驗(iii)那樣，在\以比Al相變點低約IOO'C的溫度(600"C )進(jìn) 行加熱保持的情況下，金屬組織不能達(dá)到一體化。
因此，可以說，對于鉻鉬鋼的壓入接合的組織而言，通過在Al 相變點以上的溫度加熱保持一 小時以上，接合部的金屬組織 一體化或 者均勻化。另外，即使在再結(jié)晶溫度以上，由于生成沒有加工應(yīng)變的 新的結(jié)晶晶粒，所以，可以認(rèn)為，上述熱處理，通過在再結(jié)晶溫度以 上進(jìn)行加熱保持，可以使接合部的金屬組織很好地一體化。另外，對 于將其它的金屬材料進(jìn)行上述壓入接合的情況，也可以期待，通過在 再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行上述熱處理，可以使接合部的金屬組織 一體化。 另外，金屬組織的加工程度越大，則再結(jié)晶度越低。
由上述公司內(nèi)的試驗可以確認(rèn)，根據(jù)本實施形式的退火溫度，在 比一般的擴(kuò)散退火溫度(1150。C左右以上)低的溫度，可以充分地使 金屬組織一體化或均勻化。這樣，根據(jù)上述實施形式，由于通過低的 溫度的熱處理進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的退火，所以，可以防止接合部之外的母材部
的金屬結(jié)晶的粗大化。因此，在根據(jù)本實施形式的熱處理中，具有可 以防止由于金屬結(jié)晶的粗大化導(dǎo)致的材料強(qiáng)度的降低、韌性的降低等 優(yōu)異的效果。在上述熱處理的溫度為擴(kuò)散退火溫度條件的情況下，在 焊接部之外也進(jìn)行再結(jié)晶，結(jié)晶的粒徑變大，韌性降低。
從而，根據(jù)上述實施形式的壓入接合及退火導(dǎo)致的熱處理，可以
使接合部中的金屬組:織一體化或者均勻化，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的退火，可以獲 得耐腐蝕性、耐壓性等品質(zhì)優(yōu)良的接合結(jié)構(gòu)。另外，在本實施形式中， 謀求在現(xiàn)有技術(shù)中不能采用的利用退火進(jìn)行的金屬組織的一體化，這 是根據(jù)本實施形式的熱處理技術(shù)的優(yōu)異的特征。
加之，由于通過上述壓入接合，能夠迅速地進(jìn)行接合，很容易進(jìn) 行制造，制造成本低廉、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異，另外，能夠良好地進(jìn)行接合， 強(qiáng)度優(yōu)異，并且以固相狀態(tài)的焊接進(jìn)行接合，所以，給予母材的熱影 響范圍小，因此，可以獲得能夠確保高精度的接合、精加工精度良好 等效果。另外，具有可以確保接合部的韌性、進(jìn)行優(yōu)異品質(zhì)的接合的 效果。
另外，對于在上述實施形式中使用的上述第一構(gòu)件及第二構(gòu)件的 形狀或者材料，也可以應(yīng)用除上述之外的形狀、材料。對于第一構(gòu)件 的孔部的形狀，也可以應(yīng)用除圓形之外的形狀，在這種情況下，如果 該孔部與第二構(gòu)件的外形是相似形狀的話，則兩者之間確保了恰當(dāng)?shù)?壓入余量，進(jìn)行與上述同樣的壓入接合及退火，可以期待與上述同樣 的效果。另外，作為各個構(gòu)件的材料，可以應(yīng)用一般加工用鋼材、汽
車用高張力鋼材、其它金屬材料、sus(不銹鋼)、sus與碳鋼的組合、 機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼、耐熱鋼、工具鋼、彈簧鋼、鑄 鐵、易切削加工鋼、結(jié)構(gòu)用鋼、鋼管、線材等鋼鐵材料、軸承鋼、一 般加工用鋼材、壓力容器用鋼材、鈦、鋁、鎂等輕金屬、輕金屬合金等。
其次，對于第二種實施形式進(jìn)行說明。在本實施形式中，作為第
三種材料使用鉻鉬鋼(SCM420 )，用和上述同樣的工藝進(jìn)行壓入接合， 進(jìn)而，作為熱處理進(jìn)桿滲碳處理。采用該第三種材料的壓入接合結(jié)構(gòu)，
如圖2所示，是將作為第二構(gòu)件的圓形實心或者中空的軸體壓入接合 到作為第一構(gòu)件的圓形筒體的孔部內(nèi)。另外，作為第三種材料，之所 以使用SCM420，是因為對于壓入接合后的滲碳處理是合適的。
由于這種壓入接合法是將通過電阻加熱而被加熱軟化的壓入構(gòu)件 加壓壓入來進(jìn)行接合的固相接合法，所以，通過接合界面的減薄拉深， 在接合部發(fā)生大的塑性變形，接合部附近的組織也變成塑性變形的加 工組織。在這種接會法中，由于通過電阻加熱引起的溫度上升小，所 以，上述組織不會恢復(fù)到在再結(jié)晶組織，而被殘留下來。
這樣，從上述壓入接合進(jìn)行的制作方法的特征出發(fā)，當(dāng)考慮到在 接合界面上不會牽涉到氧化膜、并且作為母材不包含成分、組織不同 的焊接金屬等時，由于上述接合部具有非常接近母材的性質(zhì)，所以， 具有優(yōu)異的品質(zhì)。因此，在滲碳處理時，在利用上述壓入接合法進(jìn)行 的構(gòu)件的相互接合部上，沒有進(jìn)行防碳處理的必要性，相反地，如果 能夠消除防碳處理的話，則可以簡化制造工藝。因此，在這里的熱處 理中，進(jìn)行不做防碳處理的滲碳處理。
并且，對于進(jìn)行上述壓入接合的接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，作為熱處理。進(jìn) 行滲碳處理，觀察接合線(接合界面)附近的材料的擴(kuò)散等進(jìn)行到什 么程度，以及在接合部上的滲碳處理的效果。在這種滲碳處理工藝中， 在將構(gòu)件彼此壓入接合之后，不進(jìn)行接合部的防碳處理，利用間歇式 滲碳爐，實施由丁烷轉(zhuǎn)化來進(jìn)行的氣體滲碳。
在這種氣體滲碳處理中，將上述接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件在溫度930'C滲碳3 小時，然后，將溫度下降到840'C，進(jìn)行0.5小時的擴(kuò)散處理，進(jìn)而， 通過油冷，冷卻到150°C。另外，當(dāng)進(jìn)一步施加氮化處理工藝時，對 于提高接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐磨損性等機(jī)械性質(zhì)是有效的。作為其它的滲 碳法，有采用坑式滲碳爐的方法、利用連續(xù)式氣體滲碳爐的滲碳方法。 另外，對于滲碳處理，除了上述氣體滲碳之外，還有真空滲碳等各種 滲碳方法，可以利用任何一種滲碳方法。
圖8是表示在上述壓入接合及滲碳處理之后的接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的金 屬顯微鏡照片的圖示。如該照片所示，接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其表面層通過
滲碳淬火硬化，內(nèi)部原樣保持柔軟的組織，另外，接合部的金屬組織
被均勻化。在這種滲碳處理中的滲碳深度為0.5mm左右。
另外，在上述接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整個表面形成大致均勻的滲碳層， 對于接合部，也形成同樣的均勻的滲碳層，獲得和母材的部分相同程 度的滲碳深度?？梢源_認(rèn)，在上述接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的接合部，通過滲碳 處理的加熱，接合線附近的材料擴(kuò)散，金屬組織在金屬學(xué)上被一體化 或均勻化。另外，該接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，由于接合部和母材的材質(zhì)成分相 同，所以，接合部和該接合部之外的部分的硬也不變。
作為根據(jù)本實施形式的接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料，加工性良好的低碳 鋼或低碳合金鋼是合適的，可以應(yīng)用一般加工用鋼材、其它金屬材料、 SUS(不銹鋼)、SUS和碳鋼的組合、機(jī)械結(jié)構(gòu)用的碳鋼(SCM、 SCR)、 機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼、結(jié)構(gòu)用鋼、鋼管、線材等鋼鐵材料、 一般加工用 鋼材(S15C)、鈦等。
從而，根據(jù)上述實施形式的通過壓入接合及滲碳進(jìn)行的熱處理， 由于接合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面層獲得和母材同等的滲碳層，所以，作為一 個整體，韌性優(yōu)異、強(qiáng)度提高，同時，在進(jìn)行滲碳處理時，沒有必要 施行防碳處理，因此，可以節(jié)省制造工藝，有助于降低成本。
權(quán)利要求
1.一種壓入接合中的熱處理方法，其特征在于，以規(guī)定的壓力將第二構(gòu)件推壓到第一構(gòu)件的孔部內(nèi)，同時，在這兩個構(gòu)件之間通電，使得在兩者的接合部產(chǎn)生電阻熱，將上述第二構(gòu)件壓入到上述孔部內(nèi)，使得在上述第二構(gòu)件與上述孔部的內(nèi)壁面部的接合面部處形成接合界面，并且，進(jìn)行將這種接合作為固相狀態(tài)的接合的壓入接合，加熱保持由上述壓入接合形成的接合部，進(jìn)行退火，通過這種熱處理，分散、消除接合部，使通過上述壓入接合而接合起來的兩個接合構(gòu)件的接合部中的金屬組織一體化或者均勻化。
2. 如權(quán)利要求1所述的壓入接合中的熱處理方法，其特征在于， 上述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件是同一材質(zhì)的材料。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的壓入接合中的熱處理方法， 其特征在于，上述熱處理的溫度在再結(jié)晶溫度以上。
4. 如權(quán)利要求2所述的壓入接合中的熱處理方法，其特征在于， 在作為上述材料使用具有鐵素體組織的碳鋼、具有奧氏體組織的合金 鋼、或者具有鐵素體組織的合金鋼時，上述熱處理的溫度在Al相變 點以上、或者再結(jié)晶溫度以上。
5. 如權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任何一項所述的壓入接合中的熱 處理方法，其特征在于，上述加熱保持的時間在一小時以上。
6. 如權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任何一項所述的壓入接合中的熱 處理方法，其特征在于，上述熱處理的溫度在擴(kuò)散退火的溫度以下。
7. —種壓入接合中的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接合結(jié)構(gòu)是由 利用權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任何一項所述的壓入接合中的熱處理 方法接合的上述第一構(gòu)件及第二構(gòu)件構(gòu)成的。
8. —種壓入接合中的熱處理方法，其特征在于，以規(guī)定的壓力將 第二構(gòu)件推壓到第一構(gòu)件的孔部內(nèi)，同時，在這兩個構(gòu)件之間通電，使得在兩者的接合部產(chǎn)生電阻熱，將上述第二構(gòu)件壓入到上述孔部內(nèi)， 使得在上述第二構(gòu)件與上述孔部的內(nèi)壁面部的接合面部處形成接合界面，并且，進(jìn)行將這種接合作為固相狀態(tài)的接合的壓入接合，加熱保持上述壓入接合的第一構(gòu)件及第二構(gòu)件，進(jìn)行滲碳，通過 這種熱處理使兩個構(gòu)件的表面層淬火硬化，并且使通過上述壓入接合 而接合起來的兩個構(gòu)件的接合部中的金屬組織一體化或者均勻化。
9. 如權(quán)利要求8所述的壓入接合中的熱處理方法，其特征在于， 不對上述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的接合部進(jìn)行防碳處理，通過上述滲碳， 使包含上述接合部的兩個構(gòu)件的表面層誶火硬化。
10. 如權(quán)利要求8或杈利要求9所述的壓入接合中的熱處理方法， 其特征在于，作為上述第一構(gòu)件及第二構(gòu)件的材料，使用一般加工用 鋼材、不銹鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用碳鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼或者鈦。
11. 一種壓入接合中的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接合結(jié)構(gòu)是由 利用權(quán)利要求8至權(quán)利要求10中任何一項所述的壓入接合中的熱處理 方法接合的上述第一構(gòu)件及第二構(gòu)件構(gòu)成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及構(gòu)成金屬制構(gòu)關(guān)鍵部件的構(gòu)件彼此之間的壓入接合，其課題是，提供一種發(fā)揮優(yōu)異的耐腐蝕性、耐壓性的關(guān)鍵部件的壓入接合中的熱處理方法及接合結(jié)構(gòu)，以規(guī)定的壓力將第二構(gòu)件推壓到第一構(gòu)件的孔部內(nèi)，同時，在這兩個構(gòu)件之間通電，使得在兩者的接合部上產(chǎn)生電阻熱，將上述第二構(gòu)件壓入到上述孔部內(nèi)，使得在上述第二構(gòu)件與上述孔部的內(nèi)壁面部的接合面部上形成接合界面，并且，進(jìn)行將這種接合作為固相狀態(tài)的接合的壓入接合，加熱保持由上述壓入接合產(chǎn)生的接合部，進(jìn)行退火，通過這種熱處理，分散、消除接合部，使通過上述壓入接合接合起來的兩個接合構(gòu)件的接合部處的金屬組織一體化或者均勻化。
文檔編號B23P11/02GK101103128SQ20058003182
公開日2008年1月9日 申請日期2005年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者野末明, 金原理 申請人:株式會社大橋技研