一种搅拌摩擦焊接用搅拌头制造技术

本发明专利技术公开了一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，化学成分（重量百分比计）包括：Cr 8

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊接用搅拌头


[0001]本专利技术属于金属工具制造领域，具体涉及一种搅拌摩擦焊用搅拌头及生产方法。

技术介绍

[0002]搅拌摩擦焊接是一种固态连接方法，其依靠高速旋转的搅拌头插入工件中，然后依照设定路径行走、从而完成焊接任务。由于是固态连接，无熔化、无焊接烟尘，因此是绿色焊接方法。
[0003]搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头在高温、高受力状态下，会不断发生磨损；当磨损发展到一定阶段，不得不停机更换新的搅拌头。因此，作为易耗件的搅拌头，其使用寿命直接决定了焊接效率。
[0004]对于铝合金来说，通常采用高速钢材质的搅拌头，可焊长度一般在800
‑
1200米，提升空间加大。陶瓷类、金刚石类材质的搅拌头虽然能够提高搅拌头的使用寿命，价格昂贵，不利于大规模应用。搅拌头已成为制约搅拌摩擦焊接应用的关键因素。
[0005]现有技术中，CN201020252521.0，CN201511009347.3，CN201610926878.7，CN202021008947.4等均通过结构优化、重新设计等，改变了搅拌头的结构或几何尺寸，从而实现了焊接接头质量的提升；CN202110870554.7提供了一种钨钼合金搅拌头，利用金属粉末、通过冷等静压、热等静压烧结、锻造、退火等一系列工序制得，具备较高的强度和韧性；但其制备工艺复杂，此外，对粉末质量(纳米尺寸、尺寸要求区间窄)要求高、粉末球磨预处理工艺(需高纯惰性气体保护)要求高，难度大；JP2009215998提供了一种钴基合金搅拌头，通过微观结构、多相析出强化(γ
′
，μ,Laves phase and carbide)等获得了较高的强度、韧性和耐磨性，但制造工艺复杂，控制难度大。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种搅拌摩擦焊用搅拌头，不需要昂贵的稀有合金、或高温合金，制造工艺简便，可将现有搅拌头的使用寿命从现有技术的800
‑
1200米提升至2000米以上。
[0007]为实现上述目的之一，本专利技术搅拌头，按重量百分比计，化学成分包括：Cr 8
‑
10％，Mo 2
‑
5％，W 3
‑
5％，Ti+Al 8
‑
12％，Mn+Ni 30
‑
50％，C 0.8
‑
1.0％，余量为Fe及不可避免的杂质；
[0008]作为方案的进一步改进，所述搅拌头化学成分，按重量百分比计，包括：Cr 8
‑
10％，Mo 3
‑
4.5％，W 3
‑
5％，Ti+Al 8
‑
12％，Mn+Ni 30
‑
50％，C 0.8
‑
1.0％，Mn≥Ni，余量为Fe及不可避免的杂质；
[0009]作为方案的进一步改进，所述搅拌头化学成分，按重量百分比计，包括：Cr 8
‑
10％，Mo 3
‑
4.5％，W 3
‑
5％，Ti+Al 8
‑
12％，Mn+Ni 30
‑
50％，C 0.8
‑
1.0％，Mn≥Ni，Ti/Al：3
‑
5；
[0010]其中，主要化学元素作用如下：
[0011]Cr：主要用于提高高温强度、以及促进纳米析出相强化；当其含量较高时，不利于材料热加工工艺性能会恶化，当其含量较低时，强化效果不明显，因此，优选含量是8
‑
10％。
[0012]Mo：主要用于提高高温强度和耐磨性，同时促进和细化纳米析出相；当其含量较高时，不利于切削加工性能，当其含量较低时，提高强度和耐磨性的效果不明显，因此优选含量是2
‑
5％。
[0013]考虑到性能的充分发挥，优选含量是3
‑
4.5％。
[0014]W：与Cr和Mo共同作用、提高高温强度；当其含量较高时，材料可加工性能会恶化，当其含量较低时，提高高温强度和硬度的效果不明显，因此，优选含量是3
‑
5％。
[0015]Ti+Al：利用两者的复合纳米析出相强化，来进一步提高高温时的强度和耐磨性。当其总量较高时，强化效果已不再增加，不利于冶炼和整体纯净度；当其含量较低时，析出相数量和致密度不足，强化效果不明显，因此，优选含量是8
‑
12％。
[0016]当Ti/Al＝3
‑
5时，析出强化效果最佳。
[0017]Mn+Ni：是奥氏体区扩大元素，主要用于提高搅拌头的韧性和塑性，当其含量较高时，会降低强度，当其含量较低时，韧性和塑性改善效果不明显，因此，优选含量是30
‑
50％。
[0018]当Mn≥Ni时，韧性、塑性和强度的匹配性更好，效果更佳。
[0019]C：主要用于提高强度，当其含量较高时，会增加脆性、不利于韧性和塑性，当其含量较低时，强化效果不明显，因此，优选含量是0.8
‑
1.0％，
[0020]本专利技术该提供了搅拌头的生产方法。
[0021]生产方法包括：1)经精密铸造或粉末冶金方法制成型材；2)进行第一阶段热处理，即加热至1200
‑
1300℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至650
‑
700℃并保温2
‑
3小时，随炉缓冷；3)进行第二阶段热处理，即加热至1050
‑
1150℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至550
‑
600℃并保温2
‑
3小时，随炉缓冷。
[0022]作为生产方法的进一步改进，包括：1)经精密铸造或粉末冶金方法制成型材；2)第一阶段热处理，即加热至1200
‑
1250℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至650
‑
680℃并保温2
‑
3小时，随炉缓冷；3)第二阶段热处理，即加热至1050
‑
1100℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至550
‑
580℃并保温2
‑
3小时，随炉缓冷。
[0023]作为生产方法的进一步改进，包括：1)经精密铸造或粉末冶金方法制成型材；2)第一阶段热处理，即加热至1200
‑
1250℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至650
‑
680℃并保温2
‑
3小时，随炉缓冷；3)第二阶段热处理，即加热至1050
‑
1100℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至550
‑
580℃并保温2
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，化学成分（重量百分比）包括：Cr 8
‑
10%，Mo 2
‑
5%，W 3
‑
5%，Ti+Al 8
‑
12%，Mn+Ni 30
‑
50%，C 0.8
‑
1.0%，余量为Fe；生产方法包括：1）经精密铸造或粉末冶金方法制成型材；2）第一阶段热处理，即加热至1200
‑
1300℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至650
‑
700℃并保温2
‑
3小时，随炉缓冷；3）第二阶段热处理，即加热至1050
‑
1150℃保温2
‑
4小时、然后水淬；随后加热至550
‑
600℃并保温2
‑
3小时，随炉缓冷。2.一种搅拌摩擦焊接用搅拌头，其特征在于，化学成分（重量百分比）包括：Cr 8
‑
10%，Mo 3
‑
4.5%，W 3
‑
5%，Ti+Al 8
‑
12%，Mn+Ni 30
‑
50%，C 0.8
‑
1.0%，Mn≥Ni，余量为Fe；生产方法包括：1）经精密铸造或粉末冶金方法制成型材；2）第一阶段热处理，即加热至1200
‑
1250℃保温2
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4小时、然后水淬；随后加热至650
‑
680℃并保温2
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3小时，随炉缓冷；3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王银柏，
申请(专利权)人：海宁瑞奥金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：