《表7 常用搅拌头材料的优缺点及应用情况》

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《钛和钢等高强度合金搅拌摩擦焊搅拌头用材的研究进展》

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由于焊接钛和钢等高强度合金时高温条件的限制，搅拌头的材料往往只能选择难熔金属组成的合金或结构陶瓷等能够承受高温的材料。钨基合金在FSW中被应用较多。钨的熔点很高，热膨胀系数低，有高的尺寸稳定性，适合高温使用，但是纯钨性脆，在焊接钢、钛时，搅拌头的磨损严重，寿命短；W-Re的抗蠕变性能优异、韧性好，不会轻易发生脆断，但是强度低，在焊接时趋向于快速磨损，且稀有金属Re的价格高，加工困难，使其不能在工业上广泛应用；WC基合金的价格低廉，在刀具上大量使用，但其容易氧化且易与母材发生反应，粘结剂发生相变导致脆化，造成搅拌头的磨损[66]。PCBN满足搅拌头所需的大部分高温要求，作为搅拌头材料焊接钢等金属表面质量好，但是PCBN搅拌头在焊接过程中易发生突然断裂的现象，在焊接钛和钢等高强度合金时最大焊接深度被局限在10 mm以内，且高温高压的加工条件成本高，生产几乎被美国所垄断；同时在高温下，CBN中的硼和氮会加速扩散到焊缝中与基体发生反应，形成富铬硼化物造成搅拌头的磨损[67-68]；与W-Re合金相比，PCBN所需的载荷较大，不利于延长搅拌头的寿命[69]。新型钴基合金等金属间化合物有优异的焊接性能，在高温下可保持较高的强度，并且焊接相对长的距离后搅拌头的磨损、变形相对较少，原材料易获取，加工方法简单，能被循环使用，作为搅拌头材料有很大的应用潜力，具有进一步研究的价值。各搅拌头材料的优缺点及适用条件见表7。