Ni系ろう材を用いた球状黒鉛鋳鉄接合材の衝撃特性
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中村憲和＊ 西尾一政＊ 加藤光昭＊
Impact Characteristics of Joints of Spheroidal Graphite Cast Irons with Ni-Base Brazing Sheet
Norikazu Nakamura
，Kazumasa Nishio and Mitsuaki Katoh
球状黒鉛鋳鉄に対して溶融溶接を行うと，溶接金属は白銑化し，溶接熱影響部にはマルテンサイトが生じたり，
割れが発生するなどその接合性は極めて悪い。そこで，本研究では球状黒鉛鋳鉄同士の接合に溶融溶接に変わって 系ろう材を用いた液相拡散接合法を適用し，その衝撃特性を評価した。その結果，接合時間を２分間とした場 Ni
合の真空中接合材の吸収エネルギーは，母材の吸収エネルギーに及ばないものの JIS 規格値と同程度であった。ま アルゴン中及び大気中接合材の吸収エネルギーは，真空中接合材の吸収エネルギーの約 であった。
た， 1/3
1 はじめに
著者らは球状黒鉛鋳鉄の接合にインサート金属とし てNi系ろう材を適用し，その接合部の組織観察，EPMA による分析及び引張試験を行って接合性について検討 してきた。その結果，Ni-Si-B 系ろう材を用いた場合 には大気中接合であっても，接合材の引張特性は母材 と同程度であることが分かった。このように，引張特 性は良好であったが，実用化を考慮した場合，衝撃特 性を検討しておく必要がある。
そこで，本研究では Ni-Si-B系ろう材を用いて球状 黒鉛鋳鉄同士を真空，アルゴン及び大気中で接合し，
シャルピー衝撃試験を行って接合部の衝撃特性につい て検討した。
2 使用材料及び実験方法
本研究に使用した材料は，フェライト基地球状黒鉛
FCD370 40 m
鋳鉄 である。また，ろう材は，厚さ μ のNi系ろう材MBF30 Si 4.5 B 3mass% Ni（ ： ， ： ， ：
）を使用した。接合は の真空容器内にお
Bal. 1.3mPa
いて11 ×11×30mmの角棒試験片の端面同士を突 き合わせて行った。被接合面はエメリー紙 1000 番仕
。 ， ，
上げとした 接合温度は1313K 接合圧力は５MPa
， 。 ，
接合時間は２ 10及び30分間の３水準とした 次に 接合雰囲気の影響を検討するために，アルゴン中及び 大気中で接合を行った。この時の接合温度及び接合圧
力は前述と同じ条件とし，接合時間を２分間と一定に
。 ，
した 接合材からJIS-３号衝撃試験片を加工した後 で 分間のフェライト化焼鈍を行った。衝撃 993K 180
試験は容量 32 Ｊのシャルピー衝撃試験機を用いて，
持ち上げ角を 90 ゜に設定して試験温度 273K にて同 一の条件で接合した３本の試験片について行った。
3 結果と考察
図−１に吸収エネルギーに及ぼす接合時間の影響に ついて示す。図中の斜線は1313Kで２分間の加熱をし た後，993Kで180分間のフェライト化焼鈍を行った母 材の吸収エネルギーである。接合時間が２分の場合に は吸収エネルギーは３本の平均値で12.6Ｊであり，こ れは，母材の吸収エネルギーの14.8Ｊに及ばないもの の，JIS規格値の12.7Ｊと同等の値である。また，吸
＊1 機械電子研究所
＊2 九州工業大学
。 収エネルギーのバラツキの幅は0.6Ｊと非常に小さい 接合時間を長くすると最大値はJIS規格値に近い値で あるが，吸収エネルギーの平均値は低下し，接合時間 が10及び30分の場合はそれぞれ8.9Ｊ及び9.3Ｊであ る。また，吸収エネルギーのバラツキの幅はそれぞれ 5.9Ｊ及び5.1Ｊと接合時間が２分の場合より大きくな った。
次に，接合時間を長くすることにより，吸収エネル ギーが減少し，バラツキの幅が大きくなった原因につ いて，破面及び接合部の組織を観察して検討した。図
−２(a)及び(b)にそれぞれ接合時間が２分で吸収エネ ルギーが12.6Ｊ及び接合時間が30分で吸収エネルギー が6.4Ｊの場合のノッチ底中心部における破断面のSEM 像を示す。ノッチ底は左端である。接合時間が２分の 場合は，黒鉛を核としたディンプル状の延性破面であ る。一方，接合時間が30分の場合は基地部分はリバー パターンが認められ脆性破面である。ところが，接合 時間が30分の場合で吸収エネルギーが高い場合は，接 合時間が２分の場合と同様な延性破面であった。接合 時間が10分の場合も30分と同様な破壊形態であった。
このように，接合時間の違いにより，破壊形態が異な っていた。破断位置は接合時間が２分の場合は，接合 界面から約300μm離れた鋳鉄母材内で破壊していた。
また，接合時間が長い場合は，接合界面から数十μm から100μm程度離れた鋳鉄母材内で破壊していた。
図−３に接合時間が30分の場合の接合部の組織写真 を示す。接合界面近傍の鋳鉄母材のフェライト基地中 にフェライト組織と異なった組織が認められる。これ は，AESの分析結果から Fe C， 及び若干のＢが検出さ れたことよりＢを固溶した複炭化物 Fe (C,B)3 と思われ る。この領域の硬さは約Hv720であり，その領域以外
2 0μm 20μm
の基地組織の硬さは約Hv220であった。き裂はこの複 炭化物を通って進行していた。また，接合時間が10分 の場合も同様な複炭化物が認められ，吸収エネルギー が低い場合には，き裂はこの複炭化物を通って進行し ていた。一方，接合時間が２分の場合は複炭化物はほ とんど認められなかった。
接合雰囲気の影響を検討した結果，真空中接合材の 吸収エネルギーは 12.6 Ｊであるが，アルゴン中及び 大気中接合材の吸収エネルギーは 4.5 Ｊ程度とかなり 低下した。真空中接合材の場合は母材内で延性破壊を 生じていたが，アルゴン中及び大気中接合材の場合は 接合界面で脆性破壊を生じていた。
4 まとめ
系ろう材 接合時間を２分間と
Ni MBF30 を用いて
した場合の真空中接合材の吸収エネルギーは，母材の に及ばないものの 規格値と同程度
吸収エネルギー JIS
。 ， ，
であった しかし 真空中接合材の吸収エネルギーは 接合時間を長くすることにより低下した。これは，接 合時間を長くすることにより，接合界面近傍の鋳鉄母 材内に複炭化物 Fe (C,B)3 が析出し，き裂はこの部分を 伝播して脆性破壊を生じたものと思われる。アルゴン 中及び大気中接合材の吸収エネルギーは 4.5 Ｊ程度で あり，真空中接合材の吸収エネルギーの約 1/3 であっ た。
5 参考文献（論文投稿）
溶接学会論文集，Vol.20，No.4，p.523-530(2002) 2 0μm
