本发明专利技术涉及一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头及其制造工艺，其目的是解决现有技术存在的搅拌头耐磨性差等问题。所提出的一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头由两种完全不同成分和性能的材料组成，轴肩（2）和夹持部位（1）采用热处理的合金工具钢，搅拌针（3）采用c-BN超硬耐磨复合材料。其中，c-BN超硬耐磨复合材料由粉状粘结合金与c-BN颗粒配比混合，采用放电等离子烧结技术制备，粉状粘结合金与c-BN颗粒配比为c-BN颗粒占总体积的10-30％。其粘结合金以镍Ni为基础合金成分，添加钴Co、钛Ti、铟In构成高温镍基合金，按重量百分比计算Wt％，粘结合金成分为，Co：25-30；Ti：15-20；In：0.5-2；Ni：余量。应用该技术可以提高搅拌头的耐磨性和抗冲击性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头及其制造工艺，其目的是解决现有技术存在的搅拌头耐磨性差等问题。所提出的一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头由两种完全不同成分和性能的材料组成，轴肩（2）和夹持部位（1）采用热处理的合金工具钢，搅拌针（3）采用c-BN超硬耐磨复合材料。其中，c-BN超硬耐磨复合材料由粉状粘结合金与c-BN颗粒配比混合，采用放电等离子烧结技术制备，粉状粘结合金与c-BN颗粒配比为c-BN颗粒占总体积的10-30％。其粘结合金以镍Ni为基础合金成分，添加钴Co、钛Ti、铟In构成高温镍基合金，按重量百分比计算Wt％，粘结合金成分为，Co：25-30；Ti：15-20；In：0.5-2；Ni：余量。应用该技术可以提高搅拌头的耐磨性和抗冲击性。【专利说明】一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头及其制造工艺
本专利技术涉及一种可提高搅拌头耐磨性的双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头及其制造工艺，属于焊接与连接
。
技术介绍
搅拌摩擦焊接是利用机械摩擦产生热源作为连接金属材料的一种焊接方法，其原理是由一个圆柱体形状的搅拌头伸入工件的连接区，通过搅拌头的高速旋转与被焊接金属材料摩擦，使连接部位的金属材料局部产生摩擦热和发生高温塑性变形，连接区金属材料通过相互扩散与再结晶，最后形成金属间连接。搅拌摩擦焊接作为一种固相焊接方法，焊接时的温度相对较低，焊接后结构的残余应力和变形较小，可避免熔化焊接带来的诸多焊接性问题；同时，焊接过程中不需要填充其它焊接材料，非常适合焊接一些组织与性能对温度和成分变化极为敏感的金属材料，如热处理强化铝合金、镁合金及钛合金等。搅拌摩擦焊接对设备的要求并不高，最基本的要求是实现搅拌头的旋转运动和工件的相对运动。因此，搅拌摩擦焊接的核心部件就是搅拌头。搅拌头由夹持部分、轴肩和搅拌针组成。搅拌摩擦焊接过程中，搅拌针要旋转着插入工件被焊金属材料的连接部位，旋转的搅拌头与工件之间产生摩擦热使搅拌头前面的金属材料发生高温塑性变形。搅拌头轴肩可以和工件表面相互摩擦产生摩擦热，并防止搅拌头在高速旋转时塑性变形的金属材料从焊缝区喷射出来，同时起到清除表面氧化膜的作用。随着搅拌头的移动，高温塑性变形的金属材料流向搅拌头的背后，搅拌头后方的金属材料冷却后形成固态焊缝。搅拌头作为搅拌摩擦焊接生产中的易耗品，不仅消耗量大，而且其质量的好坏直接影响焊接质量、生产率和成本。搅拌头的材料和结构设计是搅拌摩擦焊接技术的核心，也是搅拌摩擦焊接工艺中最重要技术之一，对焊缝成形质量和金属流动性有重要的影响。搅拌头材料应具有热强性、耐磨性、抗蠕变性、耐冲击性、易加工性、材料惰性、热稳定性、摩擦效果优良等特性。合适材料的搅拌头能够增加摩擦，提高热量的输入，有利于焊缝金属材料高温塑性变形和提高焊接质量。近几年，搅拌头的材料和结构设计一直受到焊接工作者和搅拌摩擦焊接工艺使用者的关注，并在相关学术期刊发表多篇论文，见 Journal of Materials Processingtechnology,2006,178(1-3):342-349 ; Materials Transactions,2005, 46(10):2211-2217 ； Proceedings of the Japan Welding Society,2005,23(2): 186-193等学术期刊。相关专利技术专利也很多，如中国专利201310410290.2,201180065081.8,201310316992.4等。查阅已有文献可见，可用作搅拌摩擦焊接的搅拌头材料很多，均为耐磨性较好且具有一定高温热稳定性能的金属材料，如热处理的工具钢、模具钢、镍基合金、WC-Co合金钢、纯钨、钥合金、Co-Al-W合金以及采用两种金属材料组合的搅拌头(轴肩采用模具钢，搅拌针材料为WC-Co合金钢等)。另外，搅拌头的搅拌针在摩擦焊过程中不仅提供热输入，而且起到机械搅拌作用，搅拌针的形貌和几何尺寸影响着高温塑性软化金属材料的流动形式和被切削材料的体积，进而影响接头的力学性能。随着焊接工作者和搅拌摩擦焊接工艺使用者对搅拌摩擦焊接越来越深入的研究，设计出了多种形貌和几何尺寸搅拌针，如柱形搅拌针、锥形螺纹搅拌针、三槽锥形螺纹搅拌针、偏心圆搅拌针、偏心圆螺纹搅拌针和非对称搅拌针等。由于金属材料的耐磨性是非常有限的，因此现有技术采用的单一金属材料或双金属材料制造的搅拌头很难同时满足对高温热稳定性和耐磨性的要求。而且搅拌针在摩擦焊接过程中磨损最为严重，尺寸变化将改变焊接热输入量，最终影响着高温塑性软化金属材料的流动形式和被切削材料的体积，结果使接头力学性能发生变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:针对现有技术存在的上述不足，提供一种采用两种完全不同成分和性能的材料组合而成的组合式搅拌头。其中，轴肩(2)和夹持部位(I)采用热处理的合金工具钢，搅拌针(3)采用立方氮化硼(简称c-BN)超硬耐磨复合材料，最后通过焊接工艺将热处理的合金工具钢与c-BN超硬耐磨复合材料连接起来形成组合式搅拌头。本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案实现，结合【专利附图】【附图说明】如下:1、一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头及其制造工艺，其中搅拌头由两种完全不同成分和性能的材料组成，轴肩(2)和夹持部位(I)采用热处理的合金工具钢，搅拌针(3)采用c-BN超硬耐磨复合材料；该超硬耐磨复合材料的粘结合金以镍Ni为基础合金成分，添加钴Co、钛T1、铟In构成高温镍基合金，按重量百分比计算Wt%，粘结合金成分为，Co:25-30 ；T1:15-20 ；In:0.5-2 ；N1:余量。2、所述的一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头及其制造工艺，包括以下工艺步骤:第一步，应用热处理的工具钢加工制造搅拌头的轴肩(2)和夹持部位(I)；第二步，采用颗粒大小为30 - 50 μ m，纯度为99.99%的N1、Co、T1、In金属混合制备成粉状粘结合金；其中，c-BN颗粒尺寸应选择在80 — 120 μ m范围内；将制备好的粉状粘结合金再与c-BN颗粒混合均匀，采用放电等离子烧结技术制备c-BN超硬耐磨复合材料，制造搅拌针(3);第三步，将轴肩(2 )和夹持部位(I)与搅拌针(3 )连接起来形成双材料组合式搅拌头。3、所述的制造搅拌针(3)的c-BN超硬耐磨复合材料，其c-BN颗粒与粘结合金的体积之比为c-BN颗粒占总体积的10-30%。与现有技术相比本专利技术的有益效果是:本专利技术所提出的组合式搅拌头轴肩和夹持部位采用热处理的合金工具钢制造，既可保持夹持部分(I)的刚性，又可保持轴肩(2)的耐磨性。本专利技术所述加工制造搅拌针(3)采用的c-BN超硬耐磨复合材料具有良好的致密性、极好的抗冲击性和耐磨性，采用阿基米德排水法测得的c-BN超硬耐磨复合材料致密度均大于90% ;在磨损试验机进行磨损试验，c-BN超硬耐磨复合材料的耐磨性是热处理的合金工具钢耐磨性的6-10倍。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的搅拌头结构示意图。图中:1、夹持部位；2、轴肩；3、搅拌针。【具体实施方式】下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其【具体实施方式】:一、参阅图1，本专利技术所述的一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双材料组合式搅拌摩擦焊接搅拌头及其制造工艺，其特征在于搅拌头由两种完全不同成分和性能的材料组成，轴肩（2）和夹持部位（1）采用热处理的合金工具钢，搅拌针（3）采用c‑BN超硬耐磨复合材料；该超硬耐磨复合材料的粘结合金以镍Ni为基础合金成分，添加钴Co、钛Ti、铟In构成高温镍基合金，按重量百分比计算Wt％，粘结合金成分为，Co：25‑30；Ti：15‑20；In：0.5‑2；Ni：余量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：尹善文，韩秀红，姚汉伟，范志强，蒋志岩，
申请(专利权)人：长春三友汽车部件制造有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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