一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于侶合金的低烙點有色金屬焊接的攬拌摩擦焊用的攬拌頭及其制 造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 攬拌摩擦焊是一種新興的固相連接技術(shù)，主要通過攬拌頭與被焊工件之間的摩擦 熱來加熱被焊工件，并通過攬拌頭的摩擦、攬拌作用實現(xiàn)被焊工件之間的連接。由于攬拌摩 擦焊的特殊連接機理，使得攬拌頭成為攬拌摩擦焊的關(guān)鍵部件，在工作過程中攬拌頭會受 到巨大的機械力W及高溫的作用，因此對于攬拌頭的高溫穩(wěn)定性及熱強性有著特殊要求。 目前攬拌頭材質(zhì)有不誘鋼、工具鋼、高溫合金W及陶瓷等。攬拌摩擦焊的主要工作對象為 侶、儀等低烙點金屬，工作溫度一般在400-500°C之間，高溫合金和陶瓷等雖然能達到更高 的工作溫度，但考慮到加工、成本控制的諸多方面的因素，焊接侶、儀等低烙點金屬的攬拌 頭還是W不誘鋼、工具鋼等材質(zhì)為主，通過機械加工、熱處理等工藝，加工出滿足使用要求 的攬拌頭。如W18-8不誘鋼為例，將棒材原料按圖紙加工成規(guī)定形狀，再通過熱處理或表面 處理等工藝來進一步改善攬拌頭的使用性能。運樣制作出來的攬拌頭在使用前期能夠很好 的工作，但由于在工作過程中受到機械力的作用，會對攬拌頭造成十分嚴(yán)重的磨損，致使其 性能急劇下降，出現(xiàn)產(chǎn)熱不均、工作質(zhì)量差等諸多問題，運就極大的限制了攬拌頭的使用壽 命。
[0003] 因此，現(xiàn)階段急需一種能夠用于侶、儀等低烙點金屬焊接的攬拌頭材料，能夠在保 證工作性能的前提下，提高攬拌頭的使用壽命，運對低烙點金屬的焊接具有極為深遠的意 義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種攬拌摩擦焊用的高氮鋼攬拌頭及其制造工藝，制造攬拌 頭的高氮鋼材料強度高，疲勞壽命長，使得所制造的攬拌頭具有強度高、產(chǎn)熱穩(wěn)定、使用壽 命長的優(yōu)點，完全能夠滿足侶合金等低烙點有色金屬對攬拌性能的要求。為達到此目的，本 發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種攬拌摩擦焊用的高氮鋼攬拌頭及其制造工藝，所述制造攬拌頭的髙氮鋼W重 量百分比計由下列元素組成:Mn:16-19%;Cr:20-30%;N:0.5-0.9%;Mo:1.5-2.5%;Ni:< 0.2%;S: <0.03%;P: <0.03%;C: <0.03%;Si: <0.4%,余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。
[0006]優(yōu)選，所述制造攬拌頭的高氮鋼W重量百分比計由下列元素組成：111:16.5-18.5% ；Cr :22-28%；N:0.6-〇.8%；Mo: 1.7-2.3% ；Ni : < 0.2%；S: <0.03%；P: <0.03%； C: <0.03%;Si: <0.4%，余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。
[0007]所述的一種攬拌摩擦焊用的高氮鋼攬拌頭的制造工藝包含如下步驟：
[000引 （1)加熱鍛造:高氮鋼粗胚加熱至900-1000°C之間經(jīng)鍛造加工制成直徑為35mm的 棒材；
[0009] (2)退火:高氮鋼棒材加熱至730-750°C之間，保溫2.5-3小時，再緩慢降溫至550-500°C之間，保溫1-1.5小時，最后隨爐冷卻至室溫；
[0010] (3)切削：退火高氮鋼棒材切削成直徑為30mm粗胚，按照相應(yīng)尺寸標(biāo)準(zhǔn)對粗胚進行 銳削加工，制得高氮鋼攬拌頭半成品，最后對除攬拌針和軸肩意外的其他部位拋光；
[0011] (4)澤火:將攬拌頭加熱至730-750°C后，保溫1.5-2小時，空冷至室溫，將攬拌針與 軸肩位置置于感應(yīng)線圈中，加熱2-2.5s后立即水冷。
[0012] 退火過程中爐內(nèi)充入氮氣W減少氮元素溢出，爐內(nèi)壓強維持在2±0.化化左右，感 應(yīng)加熱時，感應(yīng)線圈的頻率控制在750-800曲Z之間。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著效果：
[0014] 1)本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭的高溫強度高。本發(fā)明中主攬拌頭是W高氮鋼為原料， 高氮鋼中W氮作為強化元素，并通過與儘、鋼等元素的配合，使其在400°C-600°C之間具有 極佳的高溫強度，因此該攬拌頭在400°C-600°C之間高溫性能好。
[0015] 2)本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭表面狀態(tài)穩(wěn)定。攬拌頭在加工過程中進行了表面處理， 使攬拌頭的表面狀態(tài)更加穩(wěn)定，不會因為使用時間過長導(dǎo)致攬拌頭表面出現(xiàn)"光化"或"毛 化"現(xiàn)象，造成使用過程中產(chǎn)熱不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量下降等問題。
[0016] 3)本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭綜合性價比高。該攬拌頭采用高氮鋼制造而成，加工過 程中對攬拌頭表面進行了處理，在最大限度的保持高氮鋼性能的同時有改善了攬拌頭的表 面狀態(tài)，使得所制造的攬拌頭具有很好綜合性能。而高氮鋼主要W氮作為強化元素，極大的 降低了材料的成本，因此采用高氮鋼制造攬拌頭在價格上具有很大優(yōu)勢。綜上所述高氮鋼 攬拌頭就有非常好的市場價值和應(yīng)用前景。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明：
[0018]本發(fā)明一種攬拌摩擦焊的高氮鋼攬拌頭及其制造工藝，其中攬拌頭的制造工藝包 含如下步驟：
[0019] (1)將高氮鋼的粗胚真空加熱到950°C左右，將加熱后的高氮鋼粗胚放入壓膜鍛造 機中進行沖壓鍛造，經(jīng)多次沖壓鍛造之后將高氮鋼粗胚加工成直徑為35mm的高氮鋼棒材；
[0020] (2)將鍛造的高氮鋼棒材加熱至750°C，并保溫3小時，再將溫度緩慢降至550°C左 右，保溫1.5小時，最后高氮鋼棒材隨爐冷卻至室溫，整個退火過程中在爐內(nèi)充入氮氣作為 保護氣體，W減少高氮鋼棒材中氮元素的溢出；
[0021] (3)先將高氮鋼棒材切割成長度為150mm的短棒，再對其進行粗加工，加工成直徑 為30mm的攬拌頭粗胚，按照圖紙的尺寸要求對攬拌頭粗胚進行切削加工，最后對攬拌頭的 除攬拌針和軸肩的其他位置進行拋光處理；
[0022] (4)將所制得攬拌頭加熱至730°C后，保溫1.5小時后空冷至室溫，再對攬拌頭的軸 肩和攬拌著進行表面澤火處理，將攬拌針和軸肩放置在感應(yīng)線圈中，感應(yīng)線圈的頻率設(shè)置 為750曲Z，加熱2s后迅速水冷。
[0023]為滿足不同侶合金材料對攬拌頭性能的要求，對制作攬拌頭的高氮鋼成分做出了 調(diào)整，實施例1-4的具體成分如表1所示：
[0024] 表 1
[0026]對高氮鋼攬拌頭的抗彎強度，使用壽命進行測試，測試結(jié)果如表2所示。采用6061 侶合金試板對攬拌頭的使用壽命進行測試，其中攬拌頭轉(zhuǎn)速為90化/min,焊接速度為80mm/ min。
[0027]表 2
[0029]本發(fā)明的高氮鋼攬拌頭主要用于侶及侶合金、儀及儀合金的低烙點有色金屬的焊 接，本攬拌頭強度高，使用壽命長，焊接質(zhì)量好、制造成本低等優(yōu)點，非常適合大規(guī)模工業(yè)生 產(chǎn)的應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1. 一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭，其特征在于，攪拌頭由高氮鋼材料制成，所述高 氮鋼以重量百分比計由下列元素組成 :]\&1:16-19%;0:2〇-30%4:0.5-〇.9%;]\1〇:1.5-2.5%;Ni: <0.2%;S: <0.03%;P: <0.03%;C: <0.03%;Si: <0.4%,余量為鐵及不可避 免雜質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭，其特征在于，所述高氮鋼 材料以重量百分比計由下列元素組成:Mn:16.5-18.5%;Cr:22-28% ;N: 0.6-0.8% ;Mo: 1.7-2.3%;Ni: <0.2%;S: <0.03%;P: <0.03%;C: <0.03%;Si: <0.4%,余量為鐵及不 可避免雜質(zhì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭的制造工藝，其特征在 于，包含如下制造工藝步驟： (1) 加熱鍛造:高氮鋼粗胚加熱至900-1000°C之間經(jīng)鍛造加工制成直徑為35±lmm的棒 材； (2) 退火：高氮鋼棒材加熱至730-750°C，保溫2.5-3小時，再緩慢降溫至500-550°(3之 間，保溫1-1.5小時，最后隨爐冷卻至室溫； (3) 切削：后退火高氮鋼棒材切削成直徑為30±0.5mm粗胚，按照相應(yīng)尺寸標(biāo)準(zhǔn)對粗胚 進行銑削加工，制得高氮鋼攪拌頭半成品，再對攪拌頭中除攪拌針和軸肩以外的其他部位 拋光； (4) 淬火:將攪拌頭以20±5°C/min的速率加熱至730-750°C后，保溫1.5-2小時，空冷至 室溫，再將攪拌針與軸肩置于感應(yīng)線圈中，加熱2-2.5s后立即水冷。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝，其特征在 于，所述退火過程在氮氣氣氛下進行，壓強在12 ± 0.5kPa。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝，其特征在 于，感應(yīng)加熱過程中感應(yīng)線線圈的頻率在750-800kHz之間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種攪拌摩擦焊用的高氮鋼攪拌頭及其制造工藝。制造攪拌頭的高氮鋼材料以重量百分比計，含有以下元素：Mn:16-19％；Cr:20-30％；N:0.5-0.9％；Mo:1.5-2.5％；Ni:≤0.2％；S:≤0.03％；P:≤0.03％；C:≤0.03％；Si:≤0.4％,余量為鐵及不可避免雜質(zhì)。該高氮鋼材料強度高、抗蠕變、疲勞性能好，采用該高氮鋼材料制作攪拌頭，并對攪拌頭進行熱處理，使得所制作的攪拌頭強度高，使用壽命長，產(chǎn)熱穩(wěn)定，能夠滿足鋁合金等低熔點有色金屬對攪拌頭性能的要求。
【IPC分類】C22C38/38, C22C30/00, B23P15/00, C22C38/58, B23K20/12, C21D8/00, C22C38/22, C22C38/44
【公開號】CN105436699
【申請?zhí)枴緾N201510991313
【發(fā)明人】周琦, 孔見, 王克鴻, 蔡雅君, 孫宏宇, 周春東
【申請人】江蘇爍石焊接科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月25日