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組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭及其制造工藝的制作方法

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專(zhuān)利名稱(chēng):組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及摩擦攪拌焊技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種組合立方氮化硼摩擦攪拌焊 接攪拌頭及其制造工藝。
背景技術(shù)
1991年英國(guó)焊接研究所發(fā)明了一種新型固態(tài)焊接技術(shù),其特點(diǎn)是,在摩擦 焊接機(jī)的主軸上安裝一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的摩擦攪拌焊接的旋轉(zhuǎn)工具(亦稱(chēng)摩擦攪拌 頭,它由凸針柱體和軸肩構(gòu)成),由于摩擦攪拌頭與焊接焊縫金屬合金的高速 摩擦而發(fā)熱,致使焊縫附近金屬合金材料高溫軟化,攪拌頭帶動(dòng)處于熱塑性流 變的縫焊合金材料被攪拌,隨著攪拌頭沿焊縫方向平行移動(dòng),,被熱攪拌的焊縫 合金逐漸凝固,使焊接在非熔化狀態(tài)下被本身合金材料所縫合。
這種新的焊接技術(shù)有別于傳統(tǒng)焊接技術(shù)在于釬焊、電弧焊、激光焊均以 在焊縫處外加熔化的釬焊合金或用高能量使焊縫合金熔化而實(shí)現(xiàn)焊接。這種傳 統(tǒng)的焊接技術(shù)主要存在問(wèn)題在于對(duì)一些合金材料因熔化而無(wú)法實(shí)現(xiàn)焊接,或焊 縫強(qiáng)度脆弱,而且焊件形變大。
現(xiàn)用摩擦攪拌頭存在的問(wèn)題從上述摩擦攪拌焊接技術(shù)原理可知,摩擦攪 拌頭是實(shí)現(xiàn)該焊接技術(shù)的關(guān)鍵。它應(yīng)有如下性能〈A〉有足夠的高溫強(qiáng)度。<B> 有足夠的高溫耐磨性。<0與高溫軟化的被焊接材料有盡可能低的粘連性。
目前使用的摩擦攪拌頭均為單體的高速鋼、高溫合金、硬質(zhì)合金及立方氮 化硼等制成,前三者耐高溫有限,且高溫耐磨性差,而后者難以加工成型成不 同結(jié)構(gòu)的攪拌頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭及其制造
工藝,攪拌頭可以在更高溫度下工作,它的紅硬性可達(dá)到150(TC以上,有極佳
的高溫高耐磨性,而立方氮化硼與一般金屬合金的親和力差,可有效地克服攪拌 頭與軟化金屬合金的粘連,其制造方法簡(jiǎn)便、適用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案
一種組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭,它包括一個(gè)與摩擦攪拌焊機(jī)主 軸連接的柱體,在所述柱體的軸向端面上凸出有軸肩,在軸肩的上端面中部 設(shè)有凸出的立方氮化硼聚晶針柱體(針凸),在軸肩上端面內(nèi)立方氮化硼聚 晶針柱體的四周設(shè)有立方氮化硼聚晶條體。
所述的立方氮化硼聚晶條體在軸肩的上端面呈長(zhǎng)短均勻放射狀排列。 所述的立方氮化硼聚晶條體的上端面與立方氮化硼聚晶針柱體之間的夾角
a在90° 80°之間。
所述立方氮化硼聚晶(針凸和條)是通過(guò)高溫高壓手段獲得的,是公知的方 法,市場(chǎng)上可以得到的。
中央針凸1由單一立方氮化硼聚晶針(柱)構(gòu)成,其直徑D,和凸出高度 H由焊接件板厚不同而選定。條狀的形狀構(gòu)成了形成焊縫型面。
粘結(jié)胎體,它牢固地粘合著立方氮化硼聚晶拼塊,構(gòu)成了摩擦攪拌頭的軸 肩,并與針凸(柱)成為一體。
采用W、 M。、 WC高熔點(diǎn)材料為粘結(jié)基體的骨架。所謂骨架材料是熱壓燒 結(jié)中不熔化并保持固相。所述W、 M。是金屬,而WC可稱(chēng)金屬碳化物。
而粘結(jié)相至少采用以下C。 Ti、 Ni、 C。金屬粉末中的一種或其混合粉末, 所謂粘結(jié)相是在熱壓中熔化形成液相,通過(guò)它將骨架材料燒結(jié)成一體。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是-
1、 它采用高紅硬性、高耐磨性的立方氮化硼為攪拌頭工作材料,使攪拌 頭可以在更高溫度下工作;。
2、 立方氮化硼由易成型的立方氮化硼聚晶針柱體和立方氮化硼聚晶條體
拼接組合而成,使攪拌頭的結(jié)構(gòu)可以按摩擦攪拌焊的工作特點(diǎn)而較隨意設(shè)計(jì), 克服單體立方氮化硼成型的困難。
3、 采用粉末冶金技術(shù)(熱壓或燒結(jié))成型,用有更高溫高強(qiáng)度合金,并 確保組合立方氮化硼攪拌頭的成型并能在較高溫度下工作。
4、 本發(fā)明采用高溫高壓獲得的立方氮化硼為原料,它的紅硬性可達(dá)到1500 x:以上,有極佳的高溫高耐磨性,而立方氮化硼與一般金屬合金的親和力差, 可有效地克服攪拌頭與軟化金屬合金的粘連。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的A—A向結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是圖1的B—B向結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1、圖2、圖3所示 一種組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭, 它包括有一個(gè)與摩擦攪拌焊機(jī)主軸連接的柱體4,在所述柱體4的軸向端面上 凸出有軸肩3,在軸肩3的上端面中部設(shè)有凸出的立方氮化硼聚晶針柱體1, 在軸肩3上端面內(nèi)立方氮化硼聚晶針柱體1的四周設(shè)有立方氮化硼聚晶條體2。
所述的立方氮化硼聚晶條體2在軸肩的上端面呈長(zhǎng)短均勻放射狀排列。由 立方氮化硼聚晶針柱體1、立方氮化硼聚晶條體2與柱體4共同組成攪拌頭。 所述的立方氮化硼聚晶條體2的上端面與立方氮化硼聚晶針柱體1之間的
夾角a在90° 80°之間。本實(shí)施例的夾角a是85°,當(dāng)夾角a選在小于90°大于
80。之間時(shí),使摩擦攪拌焊接時(shí)熔融的金屬包容在軸肩3的夾角a內(nèi),形成理
想的摩擦攪拌焊接效果。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1.
1. 按攪拌頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),加工好相應(yīng)的陰模,在陰模內(nèi)先布入立方氮化硼聚 晶針凸,然后將立方氮化硼聚晶條膠結(jié)在陰模上。
2、 燒結(jié)基體粉末配置將粉末粒度30 50um的WC和粉末粒度200目 400 目Cr粉按如下比例混合均勻,85%WC+15%Cr (重量百分)
2. 將2中的混合粉末按要求重量,加入至1中所述的陰模腔體中,并加上模 壓頭。
3. 將3的模具置于加熱爐中,加熱至1600~1800°C,并加壓力80~100Kg/cm2, 保溫5 15分鐘。
4. 將熱壓燒結(jié)的攪拌頭胚塊,從模具脫出,并按圖紙要求精加工至所需外形 尺寸。
實(shí)施例2
配方是粘結(jié)基體粉末配置將粒度為200目~400目的M。, (^, Ni粉末按 如下比例混合均勻,80%M。 + 15%Cr+5%Ni,其余工藝條件同實(shí)施例l。 實(shí)施例3
配方是粘結(jié)基體粉末配置將粒度為200目~400目的W、 C。 C。粉末, 按如下比例混合均勻,75。/。W+20。/oCr+5。/。C。其余工藝條件同實(shí)施例1。
上述三個(gè)實(shí)施例均可以得到耐高溫、耐磨損的摩擦攪拌頭,可以用于鋁 合金、鎂合金、銅合金及特殊鋼中應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、一種組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭,它包括一個(gè)與摩擦攪拌焊機(jī)主軸連接的柱體(4),其特征在于在所述柱體(4)的軸向端面上凸出有軸肩(3),在軸肩(3)的上端面中部設(shè)有凸出的立方氮化硼聚晶針柱體(1),在軸肩(3)上端面內(nèi)立方氮化硼聚晶針柱體(1)的四周設(shè)有立方氮化硼聚晶條體(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭,其特征 在于所述的立方氮化硼聚晶條體(2)在軸肩的上端面呈長(zhǎng)短均勻放射狀排 列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭,其 特征在于所述的立方氮化硼聚晶條體(2)的上端面與立方氮化硼聚晶針柱 體(1)之間的夾角a在90° 80°之間。
4、 一種制造權(quán)利要求1所述的組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭的方 法其特征在于它包括以下幾個(gè)步驟U)、立方氮化硼拼塊的布裝按攪拌頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖,加工好相應(yīng)的陰 模,在陰模內(nèi)先布入立方氮化硼針凸,然后將立方氮化硼聚晶條膠結(jié)在陰模上。(2) 、燒結(jié)基體粉末的配置粘結(jié)立方氮化硼聚晶拼塊并構(gòu)成攪拌頭胎 體的粉末包括作為骨架的高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的粘接基體金屬粉末,作為粘結(jié)相 金屬或它門(mén)的合金粉末;將上述粉末混合,充填入布裝有立方氮化硼聚晶的陰 模中。(3) 、粉末冶金熱壓燒結(jié)將陰模放置于中頻感應(yīng)爐中,升溫至1600 180(TC,并加壓力80 100kg/cm2燒結(jié)。(4) 、精加工將熱壓燒結(jié)后的攪拌頭坯機(jī)械加工至成品尺寸
5.權(quán)利要求4所述的組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭的方法其特征 在于高熔點(diǎn)金屬為W或Mo或WC。
6、 權(quán)利要求5所述的組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭的方法其特 征在于至少采用以下Cr、 Ti、 Ni、 Co金屬中的一種,或它們的合金。
7、 權(quán)利要求4所述的組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪袢頭的方法其特 征在于高熔點(diǎn)金屬占粉體重量比70 95%,其余為粘接相。
全文摘要
一種組合立方氮化硼摩擦攪拌焊接攪拌頭及其制造工藝,它包括一個(gè)與摩擦攪拌焊機(jī)主軸的連接的柱體,在所述柱體的軸向端面上凸出有軸肩,在軸肩的上端面中部設(shè)有凸出的立方氮化硼聚晶針柱體,在軸肩上端面內(nèi)立方氮化硼聚晶針柱體的四周設(shè)有立方氮化硼聚晶條體。所述的立方氮化硼聚晶條體在軸肩的上端面呈長(zhǎng)短均勻放射狀排列。所述的立方氮化硼聚晶條體的上端面與立方氮化硼聚晶針柱體之間的夾角a在90°~80°之間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是它采用高紅硬性、高耐磨性的立方氮化硼為攪拌頭工作材料,它的紅硬性可達(dá)到1500℃以上,而立方氮化硼與一般金屬合金的親和力差,可有效地克服攪拌頭與軟化金屬合金的粘連,應(yīng)用粉末冶金技術(shù)由高溫合金將立方氮化硼拼塊而成復(fù)雜形狀的攪拌頭,克服了由單體立方氮化硼成型各種復(fù)雜形狀攪拌頭的困難。
文檔編號(hào)B22F3/14GK101362252SQ20081022350
公開(kāi)日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者印紅羽, 彭曉芙, 林增棟 申請(qǐng)人:北京市粉末冶金研究所有限責(zé)任公司
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