一种摩擦焊搅拌头的制造方法

技术领域

本申请涉及摩擦焊领域，尤其涉及摩擦焊搅拌头。

背景技术

搅拌摩擦焊技术是一种特种连接技术，与普通焊接技术相比，具有变形小、力学性能好、污染小等优点。搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，其质量的好坏直接影响到待焊对象的范围、待焊材料规格以及其自身寿命，并对焊缝内部组织影响明显。

搅拌头质量水平与产品的生产加工能力密切相关。如因搅拌头质量问题，导致其在实际加工过程中发生断裂，必将给焊缝质量以及生产安排带来严重影响。从工艺技术角度提高搅拌头自身质量，延长搅拌头的使用寿命尤为重要。

目前，搅拌头的韧性和使用寿命有待进一步提升。

发明内容

本申请实施例提供了一种摩擦焊搅拌头的制造方法，以解决搅拌头的韧性和使用寿命有待进一步提升的技术问题。

本申请实施例提供一种摩擦焊搅拌头的制造方法，所述摩擦焊搅拌头的制造方法包括如下步骤：

以H13模具钢锻造搅拌头粗胚，锻造比为3-5；

对所述粗胚进行机械加工，得到成型件；

对所述成型件进行球化退火、真空淬火和真空回火，得到搅拌头，

其中，所述真空淬火包括：将所述成型件在1000-1040℃下保温90-95min。

在本申请的一些实施例中，所述球化退火包括如下步骤：

将所述成型件在热处理炉中加热至(900±10)℃，保温90-95min；

所述成型件随所述热处理炉自然冷却至(730±10)℃，保温210-220min；

所述成型件随所述热处理炉以不大于50℃/h的冷速自然冷却至500℃以下后，将所述成型件移出所述热处理炉进行冷却。

在本申请的一些实施例中，所述真空淬火包括如下步骤：

将所述成型件加入真空油淬炉，将真空油淬炉内的压强降低至6.7Pa后，开始加热；

将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(550±10)℃，保温30-35min；

将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(850±10)℃，保温30-35min；

将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至1000-1040℃，保温90-95min。

在本申请的一些实施例中，在进行所述真空淬火前，所述真空油淬炉中淬火油的油温为20-50℃；完成所述真空淬火后，所述真空油淬炉中淬火油的油温不高于80℃。

在本申请的一些实施例中，所述真空淬火过程中，真空油淬炉内的压强控制在1×10

在本申请的一些实施例中，所述真空回火包括：在(580±10)℃下保温120-130min。

在本申请的一些实施例中，所述真空回火连续进行至少两次。

在本申请的一些实施例中，每次真空回火后均抽检所述成型件的表面硬度，在抽检结果高于HRC51的情况下，下一次真空回火的温度比上一次提高10-30℃。

在本申请的一些实施例中，所述锻造的锻后冷却以砂冷的方式进行。

在本申请的一些实施例中，在进行所述球化退火前，以及完成所述球化退火后，处理所述成型件表面的杂质；和/或，

在进行所述真空淬火前，以及完成所述真空淬火后，处理所述成型件表面的杂质。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的摩擦焊搅拌头的制造方法，通过对H13模具钢进行锻造、球化退火，以及将真空淬火的温度控制在1000-1040℃，使得搅拌头的钢材缺陷减少、组织结构优化、合金充分溶解且晶粒细化，大幅提高了搅拌头的韧性和寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种摩擦焊搅拌头的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

现有的摩擦焊搅拌头的韧性和使用寿命有待进一步提升。

本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例提供一种摩擦焊搅拌头的制造方法，请参考图1，所述摩擦焊搅拌头的制造方法包括如下步骤：

S1：以H13模具钢锻造搅拌头粗胚，锻造比为3-5；

S2：对所述粗胚进行机械加工，得到成型件；

S3：对所述成型件进行球化退火、真空淬火和真空回火，得到搅拌头，

其中，所述真空淬火包括：将所述成型件在1000-1040℃下保温90-95min。

H13模具钢是制造搅拌头的常规钢种。

现有的搅拌头制造方法一般是直接对圆钢进行加工，本申请首先对H13模具钢进行锻造，主要目的是减少钢材内部的缺陷。

现有的搅拌头制造方法一般不包括球化退火的步骤。本申请在锻造后进行球化退火，可以使钢材内部的碳化物球化，优化组织结构。

真空淬火是搅拌头制造的现有步骤，但目前常规的淬火温度范围是980-1050℃。淬火温度过低，将导致钢材内部合金溶解不充分；淬火温度过高，又将导致钢材内部晶粒粗大，导致韧性和塑性下降。本申请将淬火温度范围缩小到1000-1040℃，可避免上述问题。

在实践中发现，在搅拌头的制造中，同时满足预先锻造、球化退火、以及淬火温度范围控制为1000-1040℃这三个条件，可大幅度提高搅拌头的韧性和使用寿命。

本申请通过对H13模具钢进行锻造、球化退火，以及将真空淬火的温度控制在1000-1040℃，使得搅拌头的钢材缺陷减少、组织结构优化、合金充分溶解且晶粒细化，大幅提高了搅拌头的韧性和寿命。

在本申请的一些实施例中，所述球化退火包括如下步骤：

将所述成型件在热处理炉中加热至(900±10)℃，保温90-95min；

所述成型件随所述热处理炉自然冷却至(730±10)℃，保温210-220min；

所述成型件随所述热处理炉以不大于50℃/h的冷速自然冷却至500℃以下后，将所述成型件移出所述热处理炉进行冷却。

将球化退火分为多个温度平台进行，有利于退火过程中组织结构均匀变化。

在本申请的一些实施例中，所述真空淬火包括如下步骤：

将所述成型件加入真空油淬炉，将真空油淬炉内的压强降低至6.7Pa后，开始加热；

将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(550±10)℃，保温30-35min；

将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(850±10)℃，保温30-35min；

将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至1000-1040℃，保温90-95min。

将真空淬火分为多个温度平台进行，有利于淬火过程中组织结构均匀变化。

在本申请的一些实施例中，在进行所述真空淬火前，所述真空油淬炉中淬火油的油温为20-50℃；完成所述真空淬火后，所述真空油淬炉中淬火油的油温不高于80℃。

控制淬火油油温的目的是保证淬火油的淬透性。

在本申请的一些实施例中，所述真空淬火过程中，真空油淬炉内的压强控制在1×10

在本申请的一些实施例中，真空淬火过程中，真空淬火装架时所述成型件之间的间距不小于30mm，层间距不小于50mm。

在本申请的一些实施例中，所述真空回火包括：在(580±10)℃下保温120-130min。

在本申请的一些实施例中，所述真空回火在350℃以下入炉。

在本申请的一些实施例中，真空回火过程中，真空回火装架时所述成型件之间的间距不小于30mm，层间距不小于50mm。

在本申请的一些实施例中，所述真空回火连续进行至少两次。

在本申请的一些实施例中，每次真空回火后均抽检所述成型件的表面硬度，在抽检结果高于HRC51的情况下，下一次真空回火的温度比上一次提高10-30℃。

一般而言，抽检比例不低于3％，且不少于1件。

在本申请的一些实施例中，所述锻造的锻后冷却以砂冷的方式进行。

在本申请的一些实施例中，在进行所述球化退火前，以及完成所述球化退火后，处理所述成型件表面的杂质；和/或，

在进行所述真空淬火前，以及完成所述真空淬火后，处理所述成型件表面的杂质。

下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1

本实施例提供一种摩擦焊搅拌头的制造方法，通过如下步骤依序进行：

Sa：以H13模具钢锻造搅拌头粗胚，锻造比为3，锻后冷却以砂冷的方式进行；

Sb：对所述粗胚进行机械加工，得到成型件；

Sc：将所述成型件在热处理炉中加热至(900±10)℃，保温90-95min；

Sd：所述成型件随所述热处理炉自然冷却至(730±10)℃，保温210-220min；

Se：所述成型件随所述热处理炉以不大于50℃/h的冷速自然冷却至500℃以下后，将所述成型件移出所述热处理炉进行冷却；

Sf：将所述成型件加入真空油淬炉，将真空油淬炉内的压强降低至6.7Pa后，开始加热；

Sg：将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(550±10)℃，保温30-35min；

Sh：将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(850±10)℃，保温30-35min；

Si：将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(1010±10)℃，保温90-95min；

Sj：将所述成型件冷却到350℃以下后，加入真空油淬炉进行真空回火，加热至(580±10)℃，保温120-130min；

Sk：抽检发现硬度合格，随后步骤Sj中同样的条件再次进行真空回火，将所述成型件冷却后得到所述搅拌头。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sa中，锻造比为4；

步骤Si中，将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(1020±10)℃。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sa中，锻造比为5；

步骤Si中，将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(1030±10)℃。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sa中，锻造比为3；

步骤Si中，将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(1020±10)℃。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于：

步骤Sa中，锻造比为5；

步骤Si中，将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(1010±10)℃。

对比例1

本对比例与实施例1的区别仅在于：

不执行步骤Sa、Sc、Sd、Se；

步骤Sb为：对H13模具钢进行机械加工，得到成型件；

步骤Si中，将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(1000±10)℃。

对比例2

本对比例与实施例1的区别仅在于：

不执行步骤Sa、Sc、Sd、Se；

步骤Sb为：对H13模具钢进行机械加工，得到成型件；

步骤Si中，将所述成型件在所述真空油淬炉中加热至(1050±10)℃。

相关实验及效果数据：

对实施例1-5、对比例1-2中所有搅拌头进行硬度测试，筛选所有满足设计指标HRC48～HRC51下的硬度的搅拌头，对上述搅拌头依国标GB/T 229-2020金属材料-夏比摆锤冲击试验方法进行冲击性能测试；

对上述搅拌头在1200MPa载荷和15Hz频率条件下进行断裂循环周期测试。

上述测试结果如下表：

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。对于用“和/或”描述的三项以上的关联对象的关联关系，表示这三个关联对象可以单独存在任意一项，或者其中任意至少两项同时存在，例如，对于A，和/或B，和/或C，可以表示单独存在A、B、C中的任意一项，或者同时存在其中的任意两项，或者同时存在其中三项。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。