性相存在，顯著增大了 Ni3Si的韌性，提升了該合金的加工性能，同時二者結(jié)合具有高的穩(wěn)定性。
[0026]實(shí)施例1，先用200號水砂紙對99.997%的Ni塊打磨，再用超聲清洗打磨后的Ni塊和Si棒，按原子百分比為N1-23%Si的成分配比，在真空條件下，采用高頻感應(yīng)熔煉技術(shù)，將純度為99.997%的Ni塊放入真空高頻感應(yīng)中的氧化鋁坩禍，或氧化鈣坩禍中進(jìn)行熔煉至1550°C熔化成母合金，熔煉功率為23kW，然后過熱至8分鐘，過熱溫度至1650°C，再加入純度為99.99%的Si棒，保溫12min ;再預(yù)熱金屬模具至200°C，然后將母合金澆入金屬模具中進(jìn)行鑄型，形成母合金鑄錠，再次將母合金鑄錠按上述步驟進(jìn)行熔煉，得到的金屬鑄錠采用線切割切成10X10X100 mm3棒料，再采用無坩禍區(qū)域熔煉技術(shù)，利用機(jī)械泵和分子泵在功率為90-250W、抽拉速度為5-30mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為l_4r/min，束流為1mA的條件下，將真空室抽至I X 10_5 τ，將棒料制備成Ni基固溶體和Ni3Si共晶組織構(gòu)成的金屬間化合物基自生共晶復(fù)合材料試棒，所述N1-Si合金試棒的微觀組織為排列規(guī)整的全片層型組織結(jié)構(gòu)，所述全片層型組織的排列與生長方向平行，制備完畢，真空冷卻3-5h，充氣，最后取出試棒，制得的用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金中Ni3Si的硬度可達(dá)777HV，Ni基固溶體的硬度為486 HV,Ni基固溶體片層間距為0.5-4 um ;在相圖2中，成分為Ni_23%Si的過共晶成分的N1-Si合金，平衡狀態(tài)下的室溫相為單相Ni3Si ;在非平衡條件下，存在偽共晶區(qū)，使位于該成分范圍內(nèi)的組織為偽共晶組織，即Ni基固溶體和Ni3Si組合成的偽共晶，其中Ni3Si作為增強(qiáng)相，提供攪拌頭材料所需的剛度和硬度，Ni基固溶體作為韌性相存在，顯著增大了Ni3Si的韌性，提升了該合金的加工性能，同時二者結(jié)合具有高的穩(wěn)定性。
[0027]實(shí)施例2，先用200號水砂紙對99.997%的Ni塊打磨，再用超聲清洗打磨后的Ni塊和Si棒，按原子百分比為N1-24%Si的成分配比，在真空條件下，采用高頻感應(yīng)熔煉技術(shù)，將純度為99.997%的Ni塊放入真空高頻感應(yīng)中的氧化鋁坩禍，或氧化鈣坩禍中進(jìn)行熔煉至1580°C熔化成母合金，熔煉功率為24kW，然后過熱至9分鐘，過熱溫度至1600°C，再加入純度為99.99%的Si棒，保溫14min ;再預(yù)熱金屬模具至250°C，然后將母合金澆入金屬模具中進(jìn)行鑄型，形成母合金鑄錠，將母合金鑄錠按上述步驟進(jìn)行反復(fù)熔煉3次，將得到的金屬鑄錠采用線切割切成8 X 8 X 100 mm3棒料，再采用無坩禍區(qū)域熔煉技術(shù)，利用機(jī)械泵和分子泵在功率為154W、抽拉速度為5-20mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為3r/min，束流為20mA的條件下，將真空室抽至I X 10_6 τ，將棒料制備成Ni基固溶體和Ni3Si共晶組織構(gòu)成的金屬間化合物基自生共晶復(fù)合材料試棒，所述N1-Si合金試棒的微觀組織為排列規(guī)整的全片層型組織結(jié)構(gòu)，所述全片層型組織的排列與生長方向平行，制備完畢，真空冷卻4h，充氣，最后取出試棒，制得的用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金中Ni基固溶體的間距為0.8-2.2 um，Ni3Si的硬度可達(dá)806HV，片層Ni基固溶體的硬度在543 HV ;相圖2中，成分為Ni_24%Si的過共晶成分的N1-Si合金，平衡狀態(tài)下的室溫相為單相Ni3Si ;在非平衡條件下，存在偽共晶區(qū)，使位于該成分范圍內(nèi)的組織為偽共晶組織，即Ni基固溶體和Ni3Si組合成的偽共晶，其中Ni3Si作為增強(qiáng)相，提供攪拌頭材料所需的剛度和硬度，Ni基固溶體作為韌性相存在，顯著增大了 Ni3Si的韌性，提升了該合金的加工性能，同時二者結(jié)合具有高的穩(wěn)定性。
[0028]實(shí)施例3，先用200號水砂紙對99.997%的Ni塊打磨，再用超聲清洗打磨后的Ni塊和Si棒，按原子百分比為N1-25%Si的成分配比，在真空條件下，采用高頻感應(yīng)熔煉技術(shù)，將純度為99.997%的Ni塊放入真空高頻感應(yīng)中的氧化鋁坩禍，或氧化鈣坩禍中進(jìn)行熔煉至1600°C熔化成母合金，熔煉功率為25kW，然后過熱至10分鐘，過熱溫度至1650°C，再加入純度為99.99%的Si棒，保溫15min ;再預(yù)熱金屬模具至230°C，然后將母合金澆入金屬模具中進(jìn)行鑄型，形成母合金鑄錠，將母合金鑄錠按上述步驟進(jìn)行反復(fù)熔煉3次，將得到的金屬鑄錠采用線切割切成12X12X120 mm3棒料，再采用無坩禍區(qū)域熔煉技術(shù)，利用機(jī)械泵和分子泵在功率為300W、抽拉速度為5-15mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為5r/min，束流為30mA的條件下，將真空室抽至I X 10_5 τ，將棒料制備Ni基固溶體和Ni3Si共晶組織構(gòu)成的金屬間化合物基自生共晶復(fù)合材料試棒，所述N1-Si合金試棒的微觀組織為排列規(guī)整的全片層型組織結(jié)構(gòu)，所述全片層型組織的排列與生長方向平行，制備完畢，真空冷卻5h，充氣，最后取出試棒，在相圖2中，成分為N1-25%Si的過共晶成分的N1-Si合金，平衡狀態(tài)下的室溫相為單相Ni3Si ;在非平衡條件下，存在偽共晶區(qū)，使位于該成分范圍內(nèi)的組織為偽共晶組織，即Ni基固溶體和Ni3Si組合成的偽共晶，其中Ni3Si作為增強(qiáng)相，提供攪拌頭材料所需的剛度和硬度，Ni基固溶體作為韌性相存在，顯著增大了 Ni3Si的韌性，提升了該合金的加工性能，同時二者結(jié)合具有高的穩(wěn)定性，該用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金中Ni基固溶體的間距為l-2um，Ni3Si的硬度為876HV，片層的硬度為592HV。
[0029]本發(fā)明有益效果為:
一、發(fā)明的攪拌頭材料的最終組織中Ni基固溶體的存在，提升了該合金的加工性能；
二、發(fā)明的攪拌頭材料具有金屬間化合物的性質(zhì)，具有高熱穩(wěn)定性；
三、采用的熔煉技術(shù)具有較高的溫度梯度，能獲得單向生長的組織，沿生長方向具有高剛度；
四、熔煉后的組織，沿周向各向同性，可用作攪拌頭的制備。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金，其特征在于合金組織是由Ni基固溶體和Ni3Si構(gòu)成的共晶組織，所述共晶組織Ni基固溶體和Ni3Si排列形成全片層型組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金，其特征在于所述全片層型組織的排列與其生長方向相平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金的制備方法，其特征在于方法步驟具體為: 第一步:將原材料Ni表面進(jìn)行打磨，并超聲清洗Ni和Si表面的雜質(zhì)； 第二步:將打磨后的Ni原材料和Si原材料按照原子百分比為N1-(21-25%)Si配比好的原料放入真空高頻感應(yīng)爐中熔煉成母合金，預(yù)熱金屬模具，將熔煉的母合金通過重力澆注到金屬模具中鑄型，制備母合金鑄錠； 第三步:采用線切割將母合金鑄錠切成長度為50-120mm、截面直徑或面積不等的棒料； 第四步:將棒料用無坩禍區(qū)域熔煉技術(shù)進(jìn)行抽拉，制備Ni基固溶體和Ni3Si共晶組織構(gòu)成的金屬件化合物基自生共晶復(fù)合材料試棒，制備完畢，真空冷卻3-5h、充氣，最后取出試棒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金的制備方法，其特征在于所述第二步驟中的母合金鑄錠再反復(fù)放入真空高頻感應(yīng)爐中熔煉至少2次。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金的制備方法，其特征在于所述第一步驟中的打磨可采用200號水砂紙對99.997%的Ni塊打磨，再用超聲清洗打后的Ni塊和Si棒。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金的制備方法，其特征在于所述第二步驟所述的母合金熔煉采用真空高頻感應(yīng)熔煉技術(shù)，其熔煉功率為23-25kW，熔煉時間為20-25min，然后將純度為99.997%的Ni塊置于高純Al2O3坩禍中加熱1550-1650°C熔煉，過熱8-10min，再加入21-25%的純度為99.99%的Si棒，保溫12_15min后，澆入到預(yù)熱溫度為200°C _250°C的金屬模具中，制備母合金鑄錠。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金的制備方法，其特征在于所述母合金鑄錠線切割成圓柱棒料，或切割成方形棒料。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于制作攪拌摩擦焊具的N1-Si合金的制備方法，其特征在于所述第四步驟中的無坩禍區(qū)域熔煉技術(shù)熔煉時，采用機(jī)械泵和分子泵在功率為90-300W、抽拉速度為5-50mm/h，旋轉(zhuǎn)速度為l_5r/min，束流為10_30mA的條件下，將真空室抽至IX 10_5-1Χ 10_6 τ，來制備N1-Si金屬件化合物基自生共晶復(fù)合材料試棒。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制作攪拌摩擦焊具的Ni-Si合金及其制備方法，其特征在于將原子分?jǐn)?shù)按百分比配比為Ni-(20-35%)Si的合金采用真空感應(yīng)爐熔煉成金屬間化合物基自生共晶復(fù)合材料，鑄錠反復(fù)熔煉3次，保證母料成分的均勻性，用線切割將母料切成長度和直徑不等的棒料，再采用無坩堝區(qū)域熔煉技術(shù)，制備定向生長Ni-Si金屬間化合物基自生共晶復(fù)合材料試棒；制備完畢后，在真空中冷卻，充氣，取出試棒，該種材料的高溫和常溫的耐磨性良好，具備一定韌性，加工性能良好，采用該材料制備的攪拌頭可用于鋼、銅、鈦等高熔點(diǎn)材料的攪拌摩擦焊。
【IPC分類】C22C1-03, C22C19-03
【公開號】CN104762529
【申請?zhí)枴緾N201510180263
【發(fā)明人】王廷, 李曉鵬, 張秉剛, 馮吉才
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月16日