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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024061085
(43)【公開日】2024-05-07
(54)【発明の名称】接合継手
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20240425BHJP
C22C 38/22 20060101ALI20240425BHJP
C22C 38/54 20060101ALI20240425BHJP
C22C 21/02 20060101ALI20240425BHJP
B23K 20/12 20060101ALN20240425BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301Z
C22C38/22
C22C38/54
C22C21/02
B23K20/12 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022168795
(22)【出願日】2022-10-21
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001553
【氏名又は名称】アセンド弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 敦
(72)【発明者】
【氏名】加田 修
(72)【発明者】
【氏名】松井 直樹
(72)【発明者】
【氏名】成宮 洋輝
(72)【発明者】
【氏名】新貝 康晴
【テーマコード（参考）】
4E167
【Ｆターム（参考）】
4E167AA02
4E167AA06
4E167BF02
4E167BF12
4E167BF13
4E167BF14
4E167BF18
(57)【要約】
【課題】優れた強度を有する接合継手を提供する。
【解決手段】本実施形態の接合継手１は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０と、鋼部１０とアルミニウム合金部２０との間に形成されている拡散層３０とを備える。拡散層３０は、アルミニウム合金部２０と隣接し、鋼部１０でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域３２を含み、拡散層３０の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られたアルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５～２５．０μｍである。
【選択図】図１
【解決手段】本実施形態の接合継手１は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０と、鋼部１０とアルミニウム合金部２０との間に形成されている拡散層３０とを備える。拡散層３０は、アルミニウム合金部２０と隣接し、鋼部１０でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域３２を含み、拡散層３０の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られたアルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５～２５．０μｍである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
【請求項2】
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
【請求項3】
請求項２に記載の接合継手であって、
前記鋼部は、第１群を含有する、
接合継手。
前記鋼部は、第１群を含有する、
接合継手。
【請求項4】
請求項２に記載の接合継手であって、
前記鋼部は、第２群を含有する、
接合継手。
前記鋼部は、第２群を含有する、
接合継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は接合継手に関し、さらに詳しくは、鋼材と、アルミニウム合金材とが接合された、接合継手に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車や産業機械等に利用される機械構造用部品では、特定部位に強度が求められ、全体としては軽量化が求められる場合がある。このような要求を満たすために、強度が要求される部分を鋼材とし、全体の軽量化を図るために他の部分をアルミニウム合金材とした接合継手が提案されている。このような接合継手は例えば、自動車や産業機械等に利用されるエンジン内のピストン等に利用される。具体的には、強度が求められるピストン上部を鋼材とし、全体の軽量化を図るために、ピストン下部をアルミニウム合金材とする。この場合、軽量化を図りつつ、優れた強度も得ることができる。
【0003】
このような異種合金材からなる接合継手では、接合部分の強度の向上が求められる。そこで、このような接合継手の接合部分の改善が、特開２００３－３３８８５号公報（特許文献１）で提案されている。
【0004】
特許文献１に開示された接合構造体は、鋼からなる第１部材とアルミニウム合金からなる第２部材とを接合させている。そして、第１部材と第２部材との接合界面に生成する反応生成物層の厚さを０．５μｍ以下としている。第１部材（鋼）と第２部材（アルミニウム合金材）との接合部分に反応生成物層が形成される。反応生成物層は金属間化合物からなり、脆い。そのため、接合部分である反応生成物層を薄くする。これにより、金属間化合物を起点とした亀裂が発生する確率を低減することができ、接合構造体において、十分な強度が確保できる、と特許文献１には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００３－３３８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、鋼材とアルミニウム合金材との接合継手において、接合部分を薄くしても、必ずしも十分な強度が得られない場合がある。
【0007】
本発明の目的は、優れた強度を有する接合継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明による接合継手は、
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである。
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである。
【0009】
本発明による接合継手は、
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
【発明の効果】
【0010】
本発明の接合継手は、優れた強度を有する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明者らは、優れた強度を有する接合継手について、検討を行った。その結果、次の知見を得た。
【0013】
特許文献１でも指摘されているように、鋼材とアルミニウム合金材との接合継手において、接合部分が金属間化合物からなる場合、接合部分の強度が低くなる。したがって、本発明者らは、接合部分が金属間化合物で構成されるのではなく、ＦｅとＡｌとが互いに拡散して形成される構成とすれば、接合継手の強度が高まる可能性があると考えた。
【0014】
そこで、上記観点から検討した結果、接合継手の鋼部が質量％で、Ｃ：０．１５～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：０．２０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～１．５０％、Ｍｏ：０．０１～０．３０％、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｎ：０．０２０％以下、及び、Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、任意元素を含有する場合はさらに、上述の第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有し、アルミニウム合金部が質量％で、Ｃｕ：０．８０～１．３０％、Ｓｉ：１１．００～１３．００％、Ｍｇ：０．７０～１．３０％、Ｎｉ：０．８０～１．５０％、Ｚｎ：０．１５％以下、Ｆｅ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．１５％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、及び、Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなる化学組成を有していれば、接合部分では、Ｆｅ含有量が鋼部からアルミニウム合金部に向かって徐々に低下し、Ａｌ含有量が鋼部からアルミニウム合金部側に向かって徐々に高まる構成となり、接合部分が、金属間化合物ではなく、Ｆｅ及びＡｌが互いに拡散して形成される拡散層とすることができることを見出した。
【0015】
本発明者らはさらに、拡散層の厚さに注目した。特許文献１では、接合部分をなるべく薄くすることにより、強度の向上を試みている。しかしながら、上述の化学組成の鋼部及びアルミニウム合金部と、上述の拡散層とで構成される接合継手の場合、拡散層のうち、アルミニウム合金部と隣接し、鋼部でのＦｅ含有量を質量％で１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが、拡散層の強度に特に影響することが判明した。そこで、グロー放電発光分析（ＧＤＳ：Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によりアルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さを測定し、アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さと接合継手の強度との関係を調査した。その結果、アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍであれば、接合継手において、十分な強度が得られることを見出した。
【0016】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態の接合継手は、以下の構成を有する。
【0017】
［１］
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
【0018】
［２］
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
鋼部と、
アルミニウム合金部と、
前記鋼部と前記アルミニウム合金部との間に形成されている拡散層とを備え、
前記鋼部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．１５～０．５０％、
Ｓｉ：０．０１～０．５０％、
Ｍｎ：０．２０～１．５０％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ｃｒ：０．５０～１．５０％、
Ｍｏ：０．０１～０．３０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｎ：０．０２０％以下、及び、
Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記アルミニウム合金部は、
化学組成が、質量％で、
Ｃｕ：０．８０～１．３０％、
Ｓｉ：１１．００～１３．００％、
Ｍｇ：０．７０～１．３０％、
Ｎｉ：０．８０～１．５０％、
Ｚｎ：０．１５％以下、
Ｆｅ：０．８０％以下、
Ｍｎ：０．１５％以下、
Ｔｉ：０．２０％以下、及び、
Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなり、
前記拡散層は、
前記アルミニウム合金部と隣接し、前記鋼部でのＦｅ含有量を１００％とした場合のＦｅ含有量比率が１．０～３．０％であるアルミニウム合金部隣接拡散領域を含み、
前記拡散層の厚さ方向にグロー放電発光分析を実施して得られた前記アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さが１９．５～２５．０μｍである、
接合継手。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
【0019】
［３］
［２］に記載の接合継手であって、
前記鋼部は、第１群を含有する、
接合継手。
［２］に記載の接合継手であって、
前記鋼部は、第１群を含有する、
接合継手。
【0020】
［４］
［２］又は［３］に記載の接合継手であって、
前記鋼部は、第２群を含有する、
接合継手。
［２］又は［３］に記載の接合継手であって、
前記鋼部は、第２群を含有する、
接合継手。
【0021】
以下、本実施形態による接合継手について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【0022】
［接合継手の構成］
図１は、本実施形態による接合継手の一例を示す斜視図である。図１を参照して、接合継手１は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０と、拡散層３０とを備える。拡散層３０は、鋼部１０とアルミニウム合金部２０との間に配置されている。拡散層３０は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０との接合部分に相当する。以下、鋼部１０、アルミニウム合金部２０、及び、拡散層３０について説明する。
図１は、本実施形態による接合継手の一例を示す斜視図である。図１を参照して、接合継手１は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０と、拡散層３０とを備える。拡散層３０は、鋼部１０とアルミニウム合金部２０との間に配置されている。拡散層３０は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０との接合部分に相当する。以下、鋼部１０、アルミニウム合金部２０、及び、拡散層３０について説明する。
【0023】
［鋼部１０］
鋼部１０の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．１５～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：０．２０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～１．５０％、Ｍｏ：０．０１～０．３０％、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｎ：０．０２０％以下、及び、Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。
鋼部１０の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．１５～０．５０％、Ｓｉ：０．０１～０．５０％、Ｍｎ：０．２０～１．５０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：０．５０～１．５０％、Ｍｏ：０．０１～０．３０％、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｎ：０．０２０％以下、及び、Ｏ：０．００５０％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。
【0024】
炭素（Ｃ）は鋼部１０の強度を高める。Ｃ含有量の好ましい下限は０．１６％であり、さらに好ましくは０．１７％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．４８％であり、さらに好ましくは０．４６％である。
【0025】
シリコン（Ｓｉ）は鋼の製造工程の製鋼工程において、鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、鋼部１０の強度を高める。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％である。
【0026】
マンガン（Ｍｎ）は鋼部１０の強度を高める。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは０．９０％である。
【0027】
りん（Ｐ）は不純物である。Ｐは粒界に偏析して鋼部１０の加工性を低下する。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましいが、Ｐ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｐ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【0028】
硫黄（Ｓ）は不純物である。Ｓは粒界に偏析して、又は、Ｍｎ硫化物を生成して、鋼部１０の加工性を低下する。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましいが、Ｓ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｓ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【0029】
クロム（Ｃｒ）は固溶して鋼部１０の強度を高める。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．６０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％である。
【0030】
モリブデン（Ｍｏ）は固溶して、又は、析出物を形成して、鋼部１０の強度を高める。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
【0031】
アルミニウム（Ａｌ）は鋼の製造工程の製鋼工程において、鋼を脱酸する。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
【0032】
窒素（Ｎ）は不純物である。Ｎは鋼部１０の加工性を低下する。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましいが、Ｎ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【0033】
酸素（Ｏ）は不純物である。Ｏは酸化物を形成して、鋼部１０の強度を低下する。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましいが、Ｏ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
【0034】
鋼部１０の残部はＦｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼部１０の素材である鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、意図せずに含有されるものであり、本実施形態による鋼部１０に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0035】
鋼部１０の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第１群］
Ｃｕ：０．４０％以下、
Ｎｉ：０．４０％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０．０５０％以下、及び、
Ｂ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｃａ：０．００５０％以下、及び、
Ｍｇ：０．００５０％以下、からなる群から選択される１種以上
【0036】
第１群である銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、すず（Ｓｎ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）及びボロン（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、これらの各元素の含有量は０％であってもよい。含有される場合、これらの元素はいずれも、鋼部１０の強度を高める。したがって、Ｃｕ含有量は０～０．４０％であり、含有される場合、０．４０％以下である。Ｎｉ含有量は０～０．４０％であり、含有される場合、０．４０％以下である。Ｓｎ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、０．１００％以下である。Ｔｉ含有量は０～０．０５０％であり、含有される場合、０．０５０％以下である。Ｎｂ含有量は０～０．０５０％であり、含有される場合、０．０５０％以下である。Ｂ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、０．００５０％以下である。
【0037】
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０６０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０６０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
【0038】
第２群であるカルシウム（Ｃａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、これらの各元素の含有量は０％であってもよい。含有される場合、これらの元素はいずれも、硫化物を微細化して、鋼部の加工性を高める。したがって、Ｃａ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、０．００５０％以下である。Ｍｇ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合、０．００５０％以下である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
【0039】
［アルミニウム合金部２０］
アルミニウム合金部２０の化学組成は、質量％で、Ｃｕ：０．８０～１．３０％、Ｓｉ：１１．００～１３．００％、Ｍｇ：０．７０～１．３０％、Ｎｉ：０．８０～１．５０％、Ｚｎ：０．１５％以下、Ｆｅ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．１５％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、及び、Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなる。
アルミニウム合金部２０の化学組成は、質量％で、Ｃｕ：０．８０～１．３０％、Ｓｉ：１１．００～１３．００％、Ｍｇ：０．７０～１．３０％、Ｎｉ：０．８０～１．５０％、Ｚｎ：０．１５％以下、Ｆｅ：０．８０％以下、Ｍｎ：０．１５％以下、Ｔｉ：０．２０％以下、及び、Ｃｒ：０．１０％以下、を含有し、残部はＡｌ及び不純物からなる。
【0040】
銅（Ｃｕ）はアルミニウム合金部２０のα－Ａｌ相に固溶して、アルミニウム合金部２０の強度を高める。Ｃｕはさらに、Ａｌと結合して析出物を形成し、アルミニウム合金部２０の強度を高める。しかしながら、Ｃｕ含有量が高すぎれば、アルミニウム合金部２０の質量が増加する。したがって、Ｃｕ含有量は０．８０～１．３０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．９０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．９０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％である。
【0041】
シリコン（Ｓｉ）はアルミニウム合金部２０中で微細な初晶Ｓｉ及び共晶Ｓｉを形成する。これにより、アルミニウム合金部２０の強度が高まる。しかしながら、Ｓｉ含有量が高すぎれば、Ｓｉ析出物が過剰に生成して、アルミニウム合金部２０の加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は１１．００～１３．００％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は１１．３０％であり、さらに好ましくは１１．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は１２．７０％であり、さらに好ましくは１２．４０％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は１１．３０％であり、さらに好ましくは１１．６０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は１２．７０％であり、さらに好ましくは１２．４０％である。
【0042】
マグネシウム（Ｍｇ）はアルミニウム合金部２０のα－Ａｌ相に固溶して、アルミニウム合金部２０の強度を高める。したがって、Ｍｇ含有量は０．７０～１．３０％である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．９０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．９０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％である。
【0043】
ニッケル（Ｎｉ）はＡｌと金属間化合物を形成して、アルミニウム合金部２０の強度を高める。したがって、Ｎｉ含有量は０．８０～１．５０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．９０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．９０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％である。
【0044】
亜鉛（Ｚｎ）はアルミニウム合金部２０の耐食性を低下する。Ｚｎはさらに、アルミニウム合金の鋳造時に割れの発生を促進する。そのため、Ｚｎ含有量は０．１５％以下である。
Ｚｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｚｎ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｚｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｚｎ含有量の好ましい上限は０．１４％であり、さらに好ましくは０．１３％である。
Ｚｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｚｎ含有量の過剰な低減は製造コストを高める。したがって、Ｚｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｚｎ含有量の好ましい上限は０．１４％であり、さらに好ましくは０．１３％である。
【0045】
鉄（Ｆｅ）はアルミニウム合金の鋳造時において、合金と金型との焼付きを抑制する。Ｆｅはさらに、アルミニウム合金の鋳造性を高める。しかしながら、過剰なＦｅは金属間化合物を形成し、アルミニウム合金部２０の強度を低下する。したがって、Ｆｅ含有量は０．８０％以下である。
Ｆｅ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｆｅ含有量の好ましい上限は０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
Ｆｅ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｆｅ含有量の好ましい上限は０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
【0046】
マンガン（Ｍｎ）はＡｌ－Ｍｎ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系等の金属間化合物を形成し、アルミニウム合金部２０の強度を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎれば、粗大な析出物が多量に生成する。この場合、アルミニウム合金部２０の強度がかえって低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１５％以下である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１１％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．１３％であり、さらに好ましくは０．１１％である。
【0047】
チタン（Ｔｉ）は結晶粒を微細化してアルミニウム合金部２０の強度を高める。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、Ａｌ－Ｔｉ系の粗大な析出物が生成する。この場合、アルミニウム合金部２０の強度が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．２０％以下である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１６％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．１６％である。
【0048】
クロム（Ｃｒ）はアルミニウム合金部２０の耐摩耗性を高める。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎれば、アルミニウム合金部２０の加工性を低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．１０％以下である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
【0049】
アルミニウム合金部２０の残部はＡｌ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、アルミニウム合金部２０の素材であるアルミニウム合金材を工業的に製造する際に、原料又は製造環境などから混入されるものであって、意図せずに含有されるものであり、本実施形態によるアルミニウム合金部２０に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0050】
［鋼部１０の化学組成の測定方法］
鋼部１０の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ０３２１：２０１７に準拠した周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、鋼部１０の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から、切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を実施して、化学組成の元素分析を実施する。Ｃ含有量及びＳ含有量については、周知の高周波燃焼法（燃焼－赤外線吸収法）により求める。Ｎ含有量については、周知の不活性ガス溶融－熱伝導度法を用いて求める。Ｏ含有量については、周知の不活性ガス溶融－赤外線吸収法を用いて求める。
鋼部１０の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ０３２１：２０１７に準拠した周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、鋼部１０の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から、切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を実施して、化学組成の元素分析を実施する。Ｃ含有量及びＳ含有量については、周知の高周波燃焼法（燃焼－赤外線吸収法）により求める。Ｎ含有量については、周知の不活性ガス溶融－熱伝導度法を用いて求める。Ｏ含有量については、周知の不活性ガス溶融－赤外線吸収法を用いて求める。
【0051】
［アルミニウム合金部２０の化学組成の測定方法］
アルミニウム合金部２０の化学組成は、ＪＩＳ Ｈ１３０５：２００５に準拠した周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、アルミニウム合金部２０の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から試験片を採取する。試験片は円柱状であり、直径を１２ｍｍ以上とする。採取した試験片に対して、発光分光分析法を実施して、化学組成の元素分析を実施する。
アルミニウム合金部２０の化学組成は、ＪＩＳ Ｈ１３０５：２００５に準拠した周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、アルミニウム合金部２０の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から試験片を採取する。試験片は円柱状であり、直径を１２ｍｍ以上とする。採取した試験片に対して、発光分光分析法を実施して、化学組成の元素分析を実施する。
【0052】
なお、各元素含有量は、本実施形態で規定された有効数字に基づいて、測定された数値の端数を四捨五入して、本実施形態で規定された各元素含有量の最小桁までの数値とする。例えば、鋼部１０のＣ含有量は小数第二位までの数値で規定される。したがって、Ｃ含有量は、測定された数値の小数第三位を四捨五入して得られた小数第二位までの数値とする。
【0053】
鋼部１０のＣ含有量以外の他の元素含有量も同様に、測定された値に対して、本実施形態で規定された最小桁までの数値の端数を四捨五入して得られた値を、当該元素含有量とする。
【0054】
なお、四捨五入とは、端数が５未満であれば切り捨て、端数が５以上であれば切り上げることを意味する。
【0055】
［拡散層３０］
拡散層３０は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０との間に形成されている。図２は、接合継手１中の拡散層３０を含む部分の厚さ方向（接合継手１の軸方向）にＧＤＳ分析を実施して得られた、厚さ方向の距離と、Ｆｅ濃度及びＡｌ濃度との関係を示す図である。
拡散層３０は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０との間に形成されている。図２は、接合継手１中の拡散層３０を含む部分の厚さ方向（接合継手１の軸方向）にＧＤＳ分析を実施して得られた、厚さ方向の距離と、Ｆｅ濃度及びＡｌ濃度との関係を示す図である。
【0056】
図２を参照して、拡散層３０では、厚さ方向において、鋼部１０からアルミニウム合金部２０に向かってＦｅ含有量が低下し、かつ、Ａｌ濃度が上昇している。仮に、特許文献１に記載されているように、拡散層が金属間化合物からなる場合、軸方向におけるＦｅ含有量比率はある程度一定になるはずである。なぜなら、金属間化合物の化学組成は一定であるからである。
【0057】
一方、拡散層３０では、Ｆｅ含有量及びＡｌ含有量が厚さ方向で変化している。したがって、上述の化学組成を満たす鋼部１０と、上述の化学組成を満たすアルミニウム合金部２０との間に形成されている拡散層３０では、金属間化合物はほとんど存在しない。拡散層３０は、鋼部１０からアルミニウム合金部２０に向かってＦｅが拡散し、かつ、アルミニウム合金部２０から鋼部１０に向かってＡｌが拡散することにより形成されている。
【0058】
図３は、拡散層３０における、厚さ方向（接合継手１の軸方向）の距離（μｍ）と、Ｆｅ含有量比率（％）との関係を示す図である。ここで、Ｆｅ含有量比率（％）とは、鋼部１０のＦｅ含有量を１００％とした場合の、拡散層３０の対応する位置（対応する厚さ方向の距離）でのＦｅ含有量の比率（％）を意味する。図３における位置Ｄ１０から位置Ｄ２０までの厚さ方向の長さが、拡散層３０の厚さ（μｍ）に相当する。
【0059】
図３を参照して、拡散層３０のうち、アルミニウム合金部２０と隣接する領域であって、Ｆｅ含有量比率が１．０～３．０％である領域を、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２と定義する。アルミニウム合金部隣接拡散領域３２は、拡散層３０のうち、鋼部１０からアルミニウム合金部２０に向かってＦｅ含有量比率が低下してから一定に至るまでの、変曲点を含む領域である。
【0060】
［アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さについて］
図４は、接合継手１の引張強さ（ＭＰａ）と、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さとの関係を示す図である。図４を参照して、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５μｍ未満である場合、又は、厚さが２５．０μｍを超えれば、接合継手１において、十分な引張強さが得られない。したがって、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さは１９．５～２５．０μｍである。
アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の好ましい下限は２０．０μｍであり、さらに好ましくは２０．５μｍであり、さらに好ましくは２１．０μｍである。
アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の好ましい上限は２４．５μｍであり、さらに好ましくは２４．０μｍであり、さらに好ましくは２３．５μｍである。
図４は、接合継手１の引張強さ（ＭＰａ）と、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さとの関係を示す図である。図４を参照して、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５μｍ未満である場合、又は、厚さが２５．０μｍを超えれば、接合継手１において、十分な引張強さが得られない。したがって、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さは１９．５～２５．０μｍである。
アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の好ましい下限は２０．０μｍであり、さらに好ましくは２０．５μｍであり、さらに好ましくは２１．０μｍである。
アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の好ましい上限は２４．５μｍであり、さらに好ましくは２４．０μｍであり、さらに好ましくは２３．５μｍである。
【0061】
［アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さの測定方法］
接合継手１のアルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さは、次の方法で求める。
接合継手１のアルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さは、次の方法で求める。
【0062】
接合継手１の軸方向（拡散層３０の厚さ方向）に対して垂直に切断して、厚さ３ｍｍの板状試験片を作製する。ここで、板状試験片の切断面を主面と呼ぶ。板状試験片の厚さ方向（接合継手１の軸方向に相当）中央位置に拡散層３０が配置されるように、板状試験片を採取する。板状試験片の主面の中央部から、厚さ方向に、ＧＤＳ分析を実施する。具体的には、高周波グロー発光分光分析装置（ＧＤ－ＯＥＳ）を用いて、アルゴン雰囲気下（Ａｒ圧力：０．２７ＭＰａ）において、板状試験片を陰極として出力２５Ｗの電力を印可して、厚さ方向の元素濃度を測定する。測定対象の元素を、Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎとする。測定面積は直径１０ｍｍの円形とし（１０ｍｍφ）、測定時間は１６００秒とし、測定間隔は０．３秒とする。以上の測定により、図２に示すＦｅ及びＡｌのスペクトルを測定する。
【0063】
得られたＦｅのグロー発光分光スペクトルを用いて、上述の鋼部１０の化学組成の測定方法で得られた、鋼部１０のＦｅ含有量を１００％として、縦軸をＦｅ含有量比率（％）、横軸を接合継手１の軸方向距離（μｍ）とした図３に示すグラフを作成する。作成したグラフのＦｅ含有量比率に基づいて、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さを次のとおり定義する。
【0064】
アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さ：Ｆｅ含有量比率が１．０～３．０％の範囲の軸方向距離（μｍ）
なお、Ｆｅ含有量比率（％）とは、鋼部１０の質量％でのＦｅ含有量を１００％とした場合の、鋼部１０のＦｅ含有量に対するアルミニウム合金部隣接拡散領域３２での質量％でのＦｅ含有量の比率であり、以下の式で定義される。
Ｆｅ含有量比率（％）＝アルミニウム合金部隣接拡散領域３２中の質量％でのＦｅ含有量／鋼部１０中の質量％でのＦｅ含有量×１００
なお、Ｆｅ含有量比率（％）とは、鋼部１０の質量％でのＦｅ含有量を１００％とした場合の、鋼部１０のＦｅ含有量に対するアルミニウム合金部隣接拡散領域３２での質量％でのＦｅ含有量の比率であり、以下の式で定義される。
Ｆｅ含有量比率（％）＝アルミニウム合金部隣接拡散領域３２中の質量％でのＦｅ含有量／鋼部１０中の質量％でのＦｅ含有量×１００
【0065】
［本実施形態の接合継手１の効果］
本実施形態の接合継手は、鋼部１０が上述の化学組成を有し、アルミニウム合金部２０が上述の化学組成を有する。さらに、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さは１９．５～２５．０μｍである。そのため、本実施形態の接合継手１は、優れた強度を有する。
本実施形態の接合継手は、鋼部１０が上述の化学組成を有し、アルミニウム合金部２０が上述の化学組成を有する。さらに、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さは１９．５～２５．０μｍである。そのため、本実施形態の接合継手１は、優れた強度を有する。
【0066】
［本実施形態の接合継手１の用途］
本実施形態の接合継手１は、優れた強度が求められる用途に適する。本実施形態の接合継手１は例えば、自動車や産業機械の機械構造用部品として好適である。ただし、本実施形態の接合継手１は、機械構造用部品に限定されず、優れた強度が求められる用途に広く適用可能である。
本実施形態の接合継手１は、優れた強度が求められる用途に適する。本実施形態の接合継手１は例えば、自動車や産業機械の機械構造用部品として好適である。ただし、本実施形態の接合継手１は、機械構造用部品に限定されず、優れた強度が求められる用途に広く適用可能である。
【0067】
［本実施形態の接合継手１の形状］
図１では、接合継手１は円柱状である。しかしながら、接合継手１の形状は特に限定されない。接合継手１は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０と、拡散層３０とを備えていれば、形状は特に限定されない。
図１では、接合継手１は円柱状である。しかしながら、接合継手１の形状は特に限定されない。接合継手１は、鋼部１０と、アルミニウム合金部２０と、拡散層３０とを備えていれば、形状は特に限定されない。
【0068】
［製造方法］
本実施形態による接合継手１の製造方法の一例を説明する。以降に説明する接合継手１の製造方法は、本実施形態による接合継手１を製造するための一例である。したがって、上述の特徴を満たす接合継手１は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態による接合継手１の製造方法の好ましい一例である。
本実施形態による接合継手１の製造方法の一例を説明する。以降に説明する接合継手１の製造方法は、本実施形態による接合継手１を製造するための一例である。したがって、上述の特徴を満たす接合継手１は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態による接合継手１の製造方法の好ましい一例である。
【0069】
本実施形態の接合継手１の製造方法は例えば、次のとおりである。
（工程１）素材準備工程
（工程２）摩擦接合工程
以下、各工程について説明する。
（工程１）素材準備工程
（工程２）摩擦接合工程
以下、各工程について説明する。
【0070】
［（工程１）素材準備工程］
素材準備工程では、接合継手１の鋼部１０の素材となる鋼材、及び、アルミニウム合金部２０の素材となるアルミニウム合金材を準備する。鋼材及びアルミニウム合金材は、製造してもよいし、第三者から供給されてもよい。
素材準備工程では、接合継手１の鋼部１０の素材となる鋼材、及び、アルミニウム合金部２０の素材となるアルミニウム合金材を準備する。鋼材及びアルミニウム合金材は、製造してもよいし、第三者から供給されてもよい。
【0071】
［（工程２）摩擦接合工程］
摩擦接合工程では、鋼材及びアルミニウム合金材を、摩擦接合により接合して、接合継手１を製造する。図５は、摩擦接合装置の模式図である。図５を参照して、摩擦接合装置１００は、クランプ１１０及び１２０と、クランプ１１０の取り付けられた回転駆動装置１３０と、クランプ１２０に取り付けられた押し込み装置１４０とを備える。
摩擦接合工程では、鋼材及びアルミニウム合金材を、摩擦接合により接合して、接合継手１を製造する。図５は、摩擦接合装置の模式図である。図５を参照して、摩擦接合装置１００は、クランプ１１０及び１２０と、クランプ１１０の取り付けられた回転駆動装置１３０と、クランプ１２０に取り付けられた押し込み装置１４０とを備える。
【0072】
クランプ１１０は、アルミニウム合金材２０Ｒを固定する。回転駆動装置１３０は、アルミニウム合金材２０Ｒが固定されたクランプ１１０を、アルミニウム合金材２０Ｒの中心軸周りに回転させる。クランプ１２０は、クランプ１１０と対向して配置される。クランプ１２０は、鋼材１０Ｒを固定する。このとき、鋼材１０Ｒの端面は、アルミニウム合金材２０Ｒの端面と対向して配置される。押し込み装置１４０は、鋼材１０Ｒが固定されたクランプ１２０を、クランプ１１０に向かって押し進め、クランプ１２０に固定された鋼材１０Ｒを、クランプ１１０に固定されたアルミニウム合金材２０Ｒと接触させ、さらに、押し込む。なお、クランプ１１０に鋼材１０Ｒを固定して、クランプ１２０にアルミニウム合金材２０Ｒを固定してもよい。以上の摩擦接合装置１００を用いた摩擦接合工程は、次の工程を含む。
（工程２１）準備工程
（工程２２）摩擦工程
（工程２３）アップセット工程
以下、各工程について説明する。
（工程２１）準備工程
（工程２２）摩擦工程
（工程２３）アップセット工程
以下、各工程について説明する。
【0073】
［（工程２１）準備工程］
準備工程では、接合継手１の素材であるアルミニウム合金材２０Ｒと鋼材１０Ｒとを、摩擦接合装置１００に固定する。具体的には、クランプ１１０でアルミニウム合金材２０Ｒを固定し、クランプ１２０で鋼材１０Ｒを固定する。このとき、アルミニウム合金材２０Ｒの端面は、鋼材１０Ｒの端面と対向して配置されている。好ましくは、アルミニウム合金材２０Ｒと鋼材１０Ｒとは同軸に配置される。
準備工程では、接合継手１の素材であるアルミニウム合金材２０Ｒと鋼材１０Ｒとを、摩擦接合装置１００に固定する。具体的には、クランプ１１０でアルミニウム合金材２０Ｒを固定し、クランプ１２０で鋼材１０Ｒを固定する。このとき、アルミニウム合金材２０Ｒの端面は、鋼材１０Ｒの端面と対向して配置されている。好ましくは、アルミニウム合金材２０Ｒと鋼材１０Ｒとは同軸に配置される。
【0074】
［（工程２２）摩擦工程］
摩擦工程では、アルミニウム合金材２０Ｒの端面を鋼材１０Ｒの端面に接触させながら、アルミニウム合金材２０Ｒを鋼材１０Ｒに対して相対的に中心軸周りに回転させて、接触加熱を発生させる。
摩擦工程では、アルミニウム合金材２０Ｒの端面を鋼材１０Ｒの端面に接触させながら、アルミニウム合金材２０Ｒを鋼材１０Ｒに対して相対的に中心軸周りに回転させて、接触加熱を発生させる。
【0075】
具体的には、準備工程では、クランプ１１０に固定されたアルミニウム合金材２０Ｒと、クランプ１２０に固定された鋼材１０Ｒとは、隙間を介して離間して配置されている。回転駆動装置１３０によりアルミニウム合金材２０Ｒを回転数Ｎで回転させる。回転後、押し込み装置１４０により鋼材１０Ｒをアルミニウム合金材２０Ｒに向かって移動させ、鋼材１０Ｒの端面をアルミニウム合金材２０Ｒの端面と接触させる。接触後、押し込み装置１４０により、さらに鋼材１０Ｒをアルミニウム合金材２０Ｒに押し込み、寄り代Ｕ１及び摩擦圧力Ｐ１を調整する。
【0076】
摩擦工程での回転数Ｎ、摩擦圧力Ｐ１、寄り代Ｕ１は次の条件とする。ここで、寄り代Ｕ１は、アルミニウム合金材２０Ｒの端面と鋼材１０Ｒの端面との接触位置を０ｍｍとした場合の、摩擦工程完了時での鋼材１０Ｒのアルミニウム合金材２０Ｒへの押し込み量を意味する。
（条件１）回転数Ｎ ：１０００ｒｐｍ以上
（条件２）摩擦圧力Ｐ１：１５ＭＰａ以上
（条件３）寄り代Ｕ１ ：１．５ｍｍ以上
（条件４）式（１）で定義されるＦ１が５．０以下
Ｆ１＝－０．００３６Ｎ＋１／（０．０２５７Ｐ１）＋８．１４３６ （１）
（条件１）回転数Ｎ ：１０００ｒｐｍ以上
（条件２）摩擦圧力Ｐ１：１５ＭＰａ以上
（条件３）寄り代Ｕ１ ：１．５ｍｍ以上
（条件４）式（１）で定義されるＦ１が５．０以下
Ｆ１＝－０．００３６Ｎ＋１／（０．０２５７Ｐ１）＋８．１４３６ （１）
【0077】
回転数Ｎが１０００ｒｐｍ未満であったり、摩擦圧力Ｐ１が１５ＭＰａ未満であったり、寄り代Ｕ１が１．５ｍｍ未満であれば、摩擦加熱が十分に発生しない。この場合、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５μｍ未満となる。また、Ｆ１が５．０超であれば、摩擦加熱が十分に発生するまでの時間が長くなる。この場合、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが２５．０μｍ超となる。
したがって、摩擦工程では条件１～条件４を満たすように、回転数Ｎ、摩擦圧力Ｐ１、寄り代Ｕ１及びＦ１を調整する。
したがって、摩擦工程では条件１～条件４を満たすように、回転数Ｎ、摩擦圧力Ｐ１、寄り代Ｕ１及びＦ１を調整する。
【0078】
［（工程２３）アップセット工程］
アップセット工程では、初めに、アルミニウム合金材２０Ｒの鋼材１０Ｒに対する相対的な回転を止める。その後、押し込み装置１４０により、鋼材１０Ｒをアルミニウム合金材２０Ｒにさらに押し込む。これにより、拡散層３０が形成される。
アップセット工程では、初めに、アルミニウム合金材２０Ｒの鋼材１０Ｒに対する相対的な回転を止める。その後、押し込み装置１４０により、鋼材１０Ｒをアルミニウム合金材２０Ｒにさらに押し込む。これにより、拡散層３０が形成される。
【0079】
アップセット工程でのアップセット圧力Ｐ２及び寄り代Ｕ２は次の条件とする。ここで、寄り代Ｕ２は、アップセット工程開始時でのアルミニウム合金材２０Ｒの端面と鋼材１０Ｒの端面との接触位置を０ｍｍとした場合の、アップセット工程完了時での鋼材１０Ｒのアルミニウム合金材２０Ｒへの押し込み量を意味する。
（条件５）アップセット圧力Ｐ２：２５０ＭＰａ以上
（条件６）寄り代Ｕ２ ：２．０ｍｍ以上
（条件５）アップセット圧力Ｐ２：２５０ＭＰａ以上
（条件６）寄り代Ｕ２ ：２．０ｍｍ以上
【0080】
アップセット圧力Ｐ２が２５０ＭＰａ未満であったり、寄り代Ｕ２が２．０ｍｍ未満であったりすれば、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５ｍｍ未満となる。アップセット圧力Ｐ２が２５０ＭＰａ以上であり、寄り代Ｕ２が２．０ｍｍ以上であれば、アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５～２５．０ｍｍとなる。
【0081】
なお、アップセット圧力Ｐ２の上限は特に限定されない。ただし、アップセット圧力Ｐ２が高すぎれば、アルミニウム合金部２０が座屈する場合がある。そのため、アップセット圧力Ｐ２の好ましい上限は３５０ＭＰａである。
【0082】
また、寄り代Ｕ２の上限は制限されない。アップセット圧力Ｐ２が２５０～３５０ＭＰａを満たしていれば、鋼材１０Ｒ及びアルミニウム合金材２０Ｒが十分に冷却されるまで（自然に押し込みが止まるまで）鋼材１０Ｒをアルミニウム合金材２０Ｒに押し込んでもアルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さが１９．５～２５．０ｍｍを満たすためである。製造効率向上を考慮した場合、寄り代Ｕ２の好ましい上限は８．０ｍｍである。
以上の工程により、本実施形態の接合継手１が製造される。
以上の工程により、本実施形態の接合継手１が製造される。
【0083】
［その他の工程］
本実施形態の接合継手の製造方法は、摩擦接合工程後に、機械加工工程を含んでもよい。機械加工工程では、摩擦接合工程後の接合継手の接合部分に形成されたバリ等を機械加工により除去して、最終製品である接合継手を製造する。
本実施形態の接合継手の製造方法は、摩擦接合工程後に、機械加工工程を含んでもよい。機械加工工程では、摩擦接合工程後の接合継手の接合部分に形成されたバリ等を機械加工により除去して、最終製品である接合継手を製造する。
【実施例0084】
実施例により本実施形態の接合継手の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の接合継手の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の接合継手はこの一条件例に限定されない。
【0085】
［製造工程］
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する鋼材と、表２に示す化学組成を有するアルミニウム合金材とを準備した。
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する鋼材と、表２に示す化学組成を有するアルミニウム合金材とを準備した。
【0086】
【表1-1】
【0087】
【表1-2】
【0088】
【表2】
【0089】
図５に示す摩擦接合装置のクランプに、円柱状の鋼材と、円柱状のアルミニウム合金材とを固定した。その後、摩擦工程を実施した。摩擦工程での回転数Ｎ、摩擦圧力Ｐ１、寄り代Ｕ１、及び、Ｆ１は表３に示すとおりであった。
【0090】
【表3】
【0091】
摩擦工程後、アップセット工程を実施した。アップセット工程でのアップセット圧力Ｐ２、及び、寄り代Ｕ２は表３に示すとおりであった。以上の工程により、各試験番号の接合継手を製造した。
【0092】
各試験番号の接合継手に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）鋼部の化学組成及びアルミニウム合金部の化学組成の測定試験
（試験２）アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さの測定試験
（試験３）引張強さ評価試験
以下、試験１～試験３について説明する。
（試験１）鋼部の化学組成及びアルミニウム合金部の化学組成の測定試験
（試験２）アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さの測定試験
（試験３）引張強さ評価試験
以下、試験１～試験３について説明する。
【0093】
［（試験１）鋼部の化学組成及びアルミニウム合金部の化学組成の測定試験］
上述の［鋼部１０及びアルミニウム合金部２０の化学組成の測定方法］に記載の方法に準拠して、鋼部の化学組成及びアルミニウム合金部の化学組成を測定した。その結果、各試験番号の接合継手の鋼部の化学組成は表１－１及び表１－２に示すとおりであって、アルミニウム合金部の化学組成は表２に示すとおりであった。
上述の［鋼部１０及びアルミニウム合金部２０の化学組成の測定方法］に記載の方法に準拠して、鋼部の化学組成及びアルミニウム合金部の化学組成を測定した。その結果、各試験番号の接合継手の鋼部の化学組成は表１－１及び表１－２に示すとおりであって、アルミニウム合金部の化学組成は表２に示すとおりであった。
【0094】
［（試験２）アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さの測定試験］
上述の［アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さの測定方法］に記載の方法に準拠して、各試験番号の接合継手１のアルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さを求めた。得られたアルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さを、表４中の「アルミニウム合金部隣接拡散領域厚さ（μｍ）」欄に示す。
上述の［アルミニウム合金部隣接拡散領域３２の厚さの測定方法］に記載の方法に準拠して、各試験番号の接合継手１のアルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さを求めた。得られたアルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さを、表４中の「アルミニウム合金部隣接拡散領域厚さ（μｍ）」欄に示す。
【0095】
【表4】
【0096】
［（試験３）引張強さ評価試験］
各試験番号の接合継手の強度を、次の方法で評価した。各試験番号の接合継手の長手方向に垂直な断面の中央部から、機械加工（旋削加工）により、丸棒引張試験片を作製した。丸棒引張試験片の平行部の長さを８０ｍｍとし、平行部の直径を１４ｍｍとした。丸棒引張試験片の中心軸線は、接合継手の中心軸線と略一致した。平行部の軸方向における中央位置は、接合継手の接合位置（つまり、拡散層部分）に相当した。
各試験番号の接合継手の強度を、次の方法で評価した。各試験番号の接合継手の長手方向に垂直な断面の中央部から、機械加工（旋削加工）により、丸棒引張試験片を作製した。丸棒引張試験片の平行部の長さを８０ｍｍとし、平行部の直径を１４ｍｍとした。丸棒引張試験片の中心軸線は、接合継手の中心軸線と略一致した。平行部の軸方向における中央位置は、接合継手の接合位置（つまり、拡散層部分）に相当した。
【0097】
作製された丸棒引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１に準拠して、常温、大気中において引張試験を実施して、引張強さ（ＭＰａ）を得た。得られた引張強さを、表４中の「引張強さ（ＭＰａ）」欄に示す。
【0098】
［評価結果］
表１－１、表１－２、表２～表４を参照して、試験番号１～２１の接合継手では、鋼部及びアルミニウム合金部の化学組成が適切であり、さらに、アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さも適切であった。そのため、引張強度が２５０ＭＰａ以上であり、接合継手であっても、優れた強度が得られた。
表１－１、表１－２、表２～表４を参照して、試験番号１～２１の接合継手では、鋼部及びアルミニウム合金部の化学組成が適切であり、さらに、アルミニウム合金部隣接拡散領域の厚さも適切であった。そのため、引張強度が２５０ＭＰａ以上であり、接合継手であっても、優れた強度が得られた。
【0099】
一方、試験番号２２及び２３では、摩擦工程での回転数Ｎが低かった。そのため、アルミニウム合金部隣接拡散領域が薄すぎた。その結果、接合継手の引張強さが低かった。
【0100】
試験番号２４及び２５では、摩擦工程での摩擦圧力Ｐ１が低かった。そのため、アルミニウム合金部隣接拡散領域が薄すぎた。その結果、接合継手の引張強さが低かった。
【0101】
試験番号２６及び２７では、摩擦工程での寄り代Ｕ１が短すぎた。そのため、アルミニウム合金部隣接拡散領域が薄すぎた。その結果、接合継手の引張強さが低かった。
【0102】
試験番号２８及び２９では、摩擦工程において、Ｆ１が高すぎた。そのため、アルミニウム合金部隣接拡散領域が厚すぎた。その結果、接合継手の引張強さが低かった。
【0103】
試験番号３０及び３１では、アップセット工程でのアップセット圧力Ｐ２が低すぎた。そのため、アルミニウム合金部隣接拡散領域が薄すぎた。その結果、接合継手の引張強さが低かった。
【0104】
試験番号３２及び３３では、アップセット工程での寄り代Ｕ２が短すぎた。そのため、そのため、アルミニウム合金部隣接拡散領域が薄すぎた。その結果、接合継手の引張強さが低かった。
【0105】
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【0106】
１ 接合継手
１０ 鋼部
２０ アルミニウム合金部
３０ 拡散層
３２ アルミニウム合金部隣接拡散領域
１０ 鋼部
２０ アルミニウム合金部
３０ 拡散層
３２ アルミニウム合金部隣接拡散領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】