Kimpalan geseran kacau: mengimpal bahan bertitik lebur tinggi seperti kepingan keluli dengan kos rendah

Masa diterbitkan:

2025-06-11

Honda telah membangunkan teknologi yang sesuai untuk produk pengeluaran besar-besaran bagi mengimpal keluli dan aloi aluminium melalui kaedah kimpalan kacau geseran, manakala Universiti Tohoku Jepun dan Hitachi telah membangunkan kepala kacau aloi kobalt yang boleh mengimpal logam bertitik lebur tinggi seperti keluli dan titanium. Penggunaan kimpalan kacau geseran (FSW: Friction Stir Welding), yang sebelum ini pada tahap pengeluaran besar-besaran hanya terhad kepada logam bertitik lebur rendah seperti aloi aluminium, aloi kuprum dan aloi magnesium, mula diperluas kepada logam bertitik lebur lebih tinggi seperti keluli*1.

*1 Pada tekanan atmosfera piawai, takat lebur aluminium ialah 660℃, kuprum 1083℃, dan magnesium 651℃. Manakala besi setinggi 1539℃ dan titanium setinggi 1727℃.

Haba geseran melembutkan logam menjadi keadaan seperti cecair pekat

Kimpalan geseran kacau (friction stir welding) ialah teknik yang menggunakan kepala kacau yang mempunyai bahagian tonjol (pin kacau) di hujung silinder, dari atas bahagian yang hendak dikimpal pada dua kepingan yang disambung kangkang (bahan induk) atau dua kepingan yang bertindih, dengan kepala kacau ditolak sambil berputar untuk mengimpal kedua-dua kepingan bersama.

Haba geseran yang terhasil antara pin kacau yang berputar dengan plat melembutkan logam di sekeliling pin kacau menjadi seperti cecair likat, dan pin kacau yang berputar menembusi plat dengan cara ini. Dengan itu, logam yang telah melembut di sekeliling pin kacau bercampur antara satu sama lain (berlaku aliran plastik), sehingga dua keping plat logam bercantum menjadi satu, atau terbentuk ikatan logam pada permukaan sambungan dua keping plat logam itu, lalu keduanya bercantum menjadi satu.

Dahulu tiada kepala pengacau yang tahan suhu tinggi

Kelebihan kimpalan geseran kacau ada empat: (1) Oleh kerana pengimpalan boleh dilakukan tanpa meleburkan bahan induk (kimpalan fasa pepejal), ubah bentuk dan kecacatan kimpalan selepas pengimpalan sangat sedikit, maka kualiti produk dapat dipertingkatkan dan kos dikurangkan; (2) lebih jimat tenaga berbanding kimpalan lebur; (3) tidak memerlukan gas pelindung; (4) bunyi bising rendah dan tidak menghasilkan habuk. Selain itu, teknik ini juga sangat berkesan untuk mengimpal bahan berlainan jenis, maka mendapat perhatian industri, dan diharapkan dapat mencapai kesan seperti ringan berat dengan memilih bahan yang sesuai untuk setiap bahagian *2. Namun seperti yang diperkenalkan pada permulaan artikel, bahan yang sebelum ini boleh menggunakan kimpalan geseran kacau pada tahap pengeluaran besar-besaran hanya terhad kepada logam bertitik lebur rendah.

*2 Berbanding kimpalan fasa cecair yang melebur logam induk—iaitu kimpalan lebur—kimpalan geseran kacau mempunyai suhu kimpalan yang lebih rendah dan input haba kimpalan mudah dikawal melalui penetapan keadaan kimpalan. Oleh itu, pembentukan sebatian antara logam, punca utama yang menyebabkan kekuatan kimpalan menurun, dapat dikurangkan dengan mudah. Dengan mengurangkan ketebalan lapisan sebatian antara logam, kekuatan bahagian kimpalan dapat ditingkatkan. Semasa menjalankan kimpalan geseran kacau, jika pengacauan berlebihan, sejumlah besar sebatian antara logam juga akan terbentuk.

Sebab kegunaan kimpalan geseran kacau sebelum ini terhad kepada logam bertitik lebur rendah ialah kekurangan kepala kacau tahan suhu tinggi berharga murah yang sesuai untuk pengeluaran besar-besaran. Apabila melakukan kimpalan geseran kacau pada aloi aluminium, lazimnya digunakan kepala kacau diperbuat daripada bahan besi dan keluli seperti keluli perkakas. Apabila kepala kacau jenis ini digunakan untuk mengimpal logam bertitik lebur tinggi seperti keluli dan aloi titanium, dalam julat suhu tinggi yang dapat melembutkan logam tersebut, kepala kacau juga turut melembut, menyebabkan kehausan kepala kacau yang teruk sehingga tidak dapat digunakan. Walaupun kepala kacau daripada bahan bukan besi dan keluli seperti seramik dan aloi tungsten-renium telah dibangunkan, harga kepala kacau ini sangat tinggi dan tidak sesuai untuk pengeluaran besar-besaran.

Mendedahkan permukaan baharu keluli tanpa perlu mengacau

Teknologi kimpalan keluli dan aloi aluminium menggunakan kaedah kacau geseran yang dibangunkan oleh Honda digunakan untuk menyambung bahan induk keluli dan aloi aluminium yang bertindih. Ciri utamanya ialah hanya aloi aluminium yang dikacau tanpa mengacau keluli (rajah bawah dalam Rajah 1). Dengan cara ini, suhu kepala kacau dapat dicegah daripada menjadi terlalu tinggi.

Keluli dan aloi aluminium boleh dikimpal bersama tanpa mengacau keluli kerana ikatan logam terbentuk antara keluli dengan aloi aluminium. Dengan kata lain, teknologi ini tidak mengacau keluli, sebaliknya menyingkirkan lapisan salutan dan lapisan oksida pada permukaan keluli. Dengan cara ini, permukaan baharu keluli terdedah, dan ikatan logam terbentuk antara permukaan itu dengan aloi aluminium yang keaktifannya telah ditingkatkan melalui pengacauan. Kewujudan ikatan logam ini menyebabkan keluli dan aloi aluminium bercantum menjadi satu*3.

*3 Apabila air dan sebagainya memasuki ruang antara keluli dengan aloi aluminium, kakisan dwilogam (kakisan galvani) akan berlaku. Teknologi ini menghalang fenomena tersebut dengan menyisipkan lapisan silikon di antara keluli dengan aloi aluminium.

Honda menggunakan teknologi ini pada subrangka hadapan "Accord" model baharu untuk pasaran Amerika Utara dan memperoleh pelbagai kesan (Rajah 2). Secara khusus, bukan sahaja beratnya 25% lebih ringan berbanding subrangka keluli asal, penggunaan elektrik semasa pengimpalan juga berkurang kira-kira 50%. Selain itu, teknologi ini juga digunakan untuk mengubah struktur bahagian pemasangan subrangka dan suspensi, sehingga ketegaran bahagian pemasangan meningkat 20%, lalu menyumbang kepada peningkatan prestasi dinamik kenderaan.

Memperluas bidang aplikasi melalui bahan baharu

Di sisi lain, Universiti Tohoku, Hitachi, Ltd. dan Hitachi Metals Precision telah membangunkan alat kacau yang tahan suhu tinggi dengan harga yang lebih rendah, sekali gus memperluas skop aplikasi kimpalan geseran kacau (Rajah 3). Bahan yang digunakan oleh alat kacau ini dibangunkan bersama oleh Universiti Tohoku dan Hitachi, Ltd., manakala teknologi pengeluaran besar-besaran bahan ini dan alat kacau (tuangan) berjaya dibangunkan bersama oleh Hitachi, Ltd. dan Hitachi Metals Precision. Alat kacau ini boleh digunakan untuk kimpalan geseran kacau pada logam bertitik lebur tinggi seperti keluli, aloi titanium dan aloi zirkonium, dan dijadualkan mula dijual pada musim luruh 2013. Walaupun Hitachi Metals Precision menyatakan “harga akan dibincangkan kemudian”, dianggarkan ia akan ditetapkan dalam julat harga yang boleh digunakan pada tahap pengeluaran besar-besaran.

Bahan yang dibangunkan oleh Universiti Timur Laut dan lain-lain untuk kepala pengadun kimpalan geseran kacau ialah aloi kobalt, yang di dalamnya tertabur sebatian antara logam yang dapat mengekalkan kekuatan tinggi walaupun pada suhu tinggi. Secara khusus, Co3（Al，W）ditaburkan dalam aloi berasaskan kobalt. Kuncinya ialah bagaimana menjadikan Co3（Al，W）tertabur halus secara seragam, serta menjadikan jumlah taburan dan bentuk sempadan butir menghampiri keadaan yang dikehendaki. Untuk itu, komposisi dan kaedah rawatan haba yang lebih munasabah telah digunakan.

Bahan yang kini dijangka sesuai untuk alat pengacau ini ialah keluli karbon, keluli tegangan tinggi, aloi titanium (Ti-6Al-4V dan lain-lain), titanium tulen dan aloi kuprum. Walaupun terdapat sesetengah bahan yang sukar menggunakan alat pengacau ini disebabkan faktor seperti kekuatan dan ketebalan, secara amnya objek kimpalan ialah bahan yang suhu alat pengacau (suhu ikatan) semasa kimpalan geseran kacau paling tinggi sekitar 1000℃.

Halaman Sebelumnya

Memanjangkan hayat perkhidmatan badan logam, agen anti-karat swa-pembaikan Jufudun berjaya dibangunkan

FCSE | Penyelidikan Termaju: Salutan Antikakisan "Pembaikan Kendiri" Dipacu Cahaya Matahari

Halaman Seterusnya

Halaman Sebelumnya:

Memanjangkan hayat perkhidmatan badan logam, agen anti-karat swa-pembaikan Jufudun berjaya dibangunkan

Halaman Seterusnya:

FCSE | Penyelidikan Termaju: Salutan Antikakisan "Pembaikan Kendiri" Dipacu Cahaya Matahari

Berita berkaitan

Pengenalan produk pemesinan 2026: Penyelesaian pembaikan permukaan logam peralatan mekanikal profesional oleh Wuhan Kaiming High-Tech

2026-08-15

Penjelasan terperinci prinsip kerja pemesinan 2026: Pengetahuan popular praktikal tentang pembaikan permukaan logam peralatan mekanikal profesional

2026-07-31

Analisis menyeluruh masalah lazim pemesinan 2026: Panduan praktikal untuk menangani kerosakan proses dan pengoptimuman yang cekap

2026-07-16

Perkara yang perlu diberi perhatian dalam keseluruhan proses pemesinan 2026: Panduan praktikal untuk mengurangkan kos, meningkatkan kualiti dan mengelakkan kerosakan

2026-07-01

Senarai senario aplikasi pemesinan merentasi semua industri 2026: Panduan pengurangan kos dan peningkatan kecekapan dengan pembaikan permukaan logam

2026-06-16

Berita terkini industri pemesinan 2026: Analisis menyeluruh peningkatan teknologi dan pengurangan kos serta peningkatan kecekapan untuk syarikat pembuatan

2026-06-01

Kongsi ke

Kembali ke senarai