CN103071878B - 硬质合金和低合金高强度钢的钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
一种硬质合金和低合金高强度钢的钎焊工艺，属于高强度钢基的钎焊方法。将经过原材料检验合格的低合金高强度钢、硬质合金及锰黄铜片状钎料准备好，首先用砂纸去除掉低合金高强度钢、硬质合金和钎料表面的氧化层，然后将钎料两面都涂上钎剂QJ-302，把钎料放在低合金高强度钢和硬质合金之间，用夹具把它们固定好，放入到KSL-1100X箱式炉中，设定加热速度为10℃/min，一直加热到钎料固相线温度(909℃)保温30min，然后在设定加热速度为9℃/min，一直加热到960℃，保温10min，接下来冷却到300℃，保温30min，最后随炉冷却到室温可得到焊件。在低合金高强度钢表面焊接硬质合金，可以提高其表面硬度和耐磨性，改善了其力学性能和机械性能，扩大了低合金高强度钢和硬质合金的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对高强度钢基的钎焊方法，特别是一种硬质合金和低合金高强度钢的钎焊方法。
背景技术
焊接技术主要应用在金属母材上，金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。常用的焊接方法有电弧焊、氩弧焊、CO2保护焊、氧气-乙炔焊、激光焊接及电渣压力焊等多种。
熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。 在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。
压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。
钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要提供一种硬质合金和低合金高强度钢的钎焊方法，解决在低合金高强度钢表面焊接硬质合金，以改善低合金高强度钢的表面的力学性能的问题。
技术方案：本发明的目的是这样实现的：该钎焊方法的具体步骤如下：
a．采用粉末冶金方法获得硬质合金成品，硬质合金成分及各成分的重量百分比为：WC80.0%~82.0%、Co16.0%~18.0%、Ni1.20%~1.50%、Cr0.20%~0.30%、Nb0.10%~0.20%；将配好硬质合金粉末的成分，采用湿式球磨方法，介质为酒精，设置滚筒转速为30rpm，湿磨时间为12h；球磨过后，混合料采用200℃下喷雾干燥，并通过过筛工序，除去浆料干燥时可能带入的氧化料结块，使混合料松散；干燥后，在80MPa压力下压制成型；随后在1400℃下烧结成型，氩气气氛中保温1h；锰黄铜钎料成分及各成分的重量百分比为：Cu57.0%~58.0%、Mn3.7%~4.3%、Fe0.10%~0.15%、Pb0.010%~0.015%、Ni37.535%~39.19%；查看原材料的外观质量，原材料表面不应有下列缺陷：凹坑或凸起、保证焊接表面要光滑，对原材料进行化学成分、机械性能的复验；
b.将低合金高强度钢、硬质合金和锰黄铜片状钎料的表面氧化皮清除干净；
c.将各材料表面的碎末用清水冲洗掉，然后用酒精清洗、晾干；用事先准备好的钎剂QJ-302剂均匀的涂在锰黄铜片状钎料的两个表面；
d.将涂有钎剂的锰黄铜片状钎料放在低合金高强度钢和硬质合金被清除干净的表面之间，用夹具进行固定构成焊件，夹具的受力要均匀，大小要适当，锰黄铜片状钎料与低合金高强度钢之间及锰黄铜片状钎料与硬质合金之间没有气体，同时保证钎剂均匀；
e.将固定好的焊件放入箱式炉中，设定加热速度为10℃/min，一直加热到锰黄铜片状钎料固相线温度（909℃），保温30min，然后再设定加热速度为9℃/min，一直加热到960℃，保温10min，随炉冷却到300℃，保温30min，最后随炉冷却到室温可得到焊件；
f.清除干净焊件表面的氧化皮，既可得到完美的钎焊件。
有益效果，由于采用了上述方案，采用箱式炉对低合金高强度钢基体表面钎焊硬质合金，采用钎焊方式在低合金高强度钢表面焊接硬质合金,在焊接后，低合金高强度钢的表面的力学性能更加好，组织与性能均匀,易于控制，尺寸精确、表面光洁；金属流线组织良好、壁厚均匀及机械、力学性能良好；不仅提高构件表面的硬度和耐磨性，同时也降低材料的重量。充分利用低合金高强度钢材料优异的机械性能，降低材料消耗，提高其表面的质量，不需进行后续加工即可获得优质成品，减少了工艺设备数量，在焊接过程中不需要气体保护，降低了劳动量，减少了生产成本，大幅度提高了生产效率和产品合格率，扩大了硬质合金和低合金高强度钢的应用领域，可用于在材料表面焊接异种金属来改善材料表面的力学性能。
优点如下：
(1)硬质合金的制作成分制成的硬质合金具有较高的硬度，很好的耐磨、耐冲击性，适用于耐磨耐冲击的工件上。
(2)采用箱式炉对低合金高强度钢表面钎焊硬质合金，改变了传统的提高构件表面性能的方法，制备出的焊件性能得到了提高，制作工艺简便，加快了生产周期，降低了能耗，节约了成本。
(3)通过钎焊获得的焊件表面性能良好，便于操作，安全稳定。
(4)制备出的低合金高强度钢构件表面硬度和耐磨性都得到了很大的提高，力学性能和机械性能优良，能够满足特定场合需要。
具体实施方式
实施例1：第一组采用粉末冶金方法，制备出成分为WC（80.0%~82.0%）、Co（16.0%~18.0%）、Ni（1.20%~1.50%）、Cr（0.20%~0.30%）、Nb（0.10%~0.20%）的硬质合金。利用KSL-1100X箱式炉对低合金高强度钢基体表面钎焊所述硬质合金的一种方法：
具体实施步骤如下：
a.本实例选用的低合金高强度钢型号为Q345，硬质合金选用所制备出的硬质合金进行试验。
b.对低合金高强度钢Q345含有化学质量百分比C≤0.20%、Mn(1.00%～1.60%)、Si≤0.55%、S≤0.045%、P≤0.045%、V(0.02%～0.15%)、Nb(0.015%~0.060%)、Ti(0.02%~0.20%)。对硬质合金YG20C含有化学质量百分比WC（80.0%~82.0%）、Co（16.0%~18.0%）、Ni（1.20%~1.50%）、Cr（0.20%~0.30%）、Nb（0.10%~0.20%）。钎料用锰黄铜片状钎料，其成分为：Cu（57.0%~58.0%）、Mn(3.7%~4.3%)、Fe（0.10%~0.15%）、Pb(0.010%~0.015%)、Ni37.535%~39.19%。钎剂的型号为QJ-302，核对原材料质量证明书内容是否正确，然后查看原材料的外观质量，最后进行化学成分、机械性能的复验。
c.使用砂纸将Q345钢、硬质合金和锰黄铜片状钎料的表面氧化皮严格的磨掉，以提高焊接的质量。
d.将打磨后的各材料表面的碎末用清水冲洗掉，然后用酒精清洗、晾干。用事先准备好的钎剂QJ-302剂均匀的涂在片状钎料的两个表面。
e.将涂有钎剂的片状钎料放在Q345被打磨的表面和硬质合金被打磨的表面之间，用夹具进行固定，要注意夹具的受力要均匀，大小要适当，钎料与Q345之间及钎料与硬质合金之间没有气体，同时钎剂要均匀。
f.将固定好的焊件放入KSL-1100X箱式炉中，设定加热速度为10℃/min，一直加热到钎料固相线温度保温30min,然后在设定加热速度为9℃/min,一直加热到960℃，保温10min，随炉冷却到300℃，保温30min，最后随炉冷却到室温可得到焊件。
g.用砂纸打磨掉焊件表面的氧化皮，既可得到完美的钎焊件。
h.这样制备的焊件，所达到的技术指标：硬质合金部位硬度1006HV，焊缝抗拉强度1456.896Mpa，冲击韧性10J/cm2。
实施例2：第二组采用粉末冶金方法，制备出成分为WC（80.0%~82.0%）、Co（16.0%~18.0%）、Ni（1.20%~1.50%）、Cr（0.20%~0.30%）、Nb（0.10%~0.20%）的硬质合金。利用KSL-1100X箱式炉对低合金高强度钢基体表面钎焊所述硬质合金的一种方法：
具体实施步骤如下：
a.本实例选用的低合金高强度钢型号为Q345，硬质合金选用所制备出的硬质合金进行试验。
b.对低合金高强度钢Q345含有化学质量百分比C≤0.20%、Mn(1.00%～1.60%)、Si≤0.55%、S≤0.045%、P≤0.045%、V(0.02%～0.15%)、Nb(0.015%~0.060%)、Ti(0.02%~0.20%)。对硬质合金YG20C含有化学质量百分比WC（80.0%~82.0%）、Co（16.0%~18.0%）、Ni（1.20%~1.50%）、Cr（0.20%~0.30%）、Nb（0.10%~0.20%）。钎料用锰黄铜片状钎料，其成分为：Cu（57.0%~58.0%）、Mn(3.7%~4.3%)、Fe（0.10%~0.15%）、Pb(0.010%~0.015%)、Ni37.535%~39.19%。钎剂的型号为QJ-302，核对原材料质量证明书内容是否正确，然后查看原材料的外观质量，最后进行化学成分、机械性能的复验。
c.使用砂纸将Q345钢、硬质合金和锰黄铜片状钎料的表面氧化皮严格的磨掉，以提高焊接的质量。
d.将打磨后的各材料表面的碎末用清水冲洗掉，然后用酒精清洗、晾干。用事先准备好的钎剂QJ-302剂均匀的涂在片状钎料的两个表面。
e.将涂有钎剂的片状钎料放在Q345被打磨的表面和硬质合金被打磨的表面之间，用夹具进行固定，要注意夹具的受力要均匀，大小要适当，钎料与Q345之间及钎料与硬质合金之间没有气体，同时钎剂要均匀。
f.将固定好的焊件放入KSL-1100X箱式炉中，设定加热速度为10℃/min，一直加热到钎料固相线温度保温30min,然后在设定加热速度为9℃/min,一直加热到960℃，保温10min，随炉冷却到300℃，保温30min，最后随炉冷却到室温可得到焊件。
g.用砂纸打磨掉焊件表面的氧化皮，既可得到完美的钎焊件。
h.这样制备的焊件，所达到的技术指标：硬质合金部位硬度1026HV，焊缝抗拉强度983.808Mpa，冲击韧性9.5J/cm2。
实施例3：第三组采用粉末冶金方法，制备出成分为WC（80.0%~82.0%）、Co（16.0%~18.0%）、Ni（1.20%~1.50%）、Cr（0.20%~0.30%）、Nb（0.10%~0.20%）的硬质合金。利用KSL-1100X箱式炉对低合金高强度钢基体表面钎焊所述硬质合金的一种方法：
具体实施步骤如下：
a.本实例选用的低合金高强度钢型号为Q345，硬质合金选用所制备出的硬质合金进行试验。
b.对低合金高强度钢Q345含有化学质量百分比C≤0.20%、Mn(1.00%～1.60%)、Si≤0.55%、S≤0.045%、P≤0.045%、V(0.02%～0.15%)、Nb(0.015%~0.060%)、Ti(0.02%~0.20%)。对硬质合金YG20C含有化学质量百分比WC（80.0%~82.0%）、Co（16.0%~18.0%）、Ni（1.20%~1.50%）、Cr（0.20%~0.30%）、Nb（0.10%~0.20%）。钎料用锰黄铜片状钎料，其成分为：Cu（57.0%~58.0%）、Mn(3.7%~4.3%)、Fe（0.10%~0.15%）、Pb(0.010%~0.015%)、Ni37.535%~39.19%。钎剂的型号为QJ-302，核对原材料质量证明书内容是否正确，然后查看原材料的外观质量，最后进行化学成分、机械性能的复验。
c.使用砂纸将Q345钢、硬质合金和锰黄铜片状钎料的表面氧化皮严格的磨掉，以提高焊接的质量。
d.将打磨后的各材料表面的碎末用清水冲洗掉，然后用酒精清洗、晾干。用事先准备好的钎剂QJ-302剂均匀的涂在片状钎料的两个表面。
e.将涂有钎剂的片状钎料放在Q345被打磨的表面和硬质合金被打磨的表面之间，用夹具进行固定，要注意夹具的受力要均匀，大小要适当，钎料与Q345之间及钎料与硬质合金之间没有气体，同时钎剂要均匀。
f.将固定好的焊件放入KSL-1100X箱式炉中，设定加热速度为10℃/min，一直加热到钎料固相线温度保温30min,然后在设定加热速度为9℃/min,一直加热到960℃，保温10min，随炉冷却到300℃，保温30min，最后随炉冷却到室温可得到焊件。
g.用砂纸打磨掉焊件表面的氧化皮，既可得到完美的钎焊件。
h.这样制备的焊件，所达到的技术指标：硬质合金部位硬度1260HV，焊缝抗拉强度1258.752Mpa，冲击韧性9.0J/cm2。
Claims (1)
1.一种硬质合金和低合金高强度钢的钎焊方法，其特征是：该钎焊方法的具体步骤如下：
a.首先采用粉末冶金方法获得硬质合金成品，硬质合金成分及各成分的重量百分比为：WC80.0%~82.0%、Co16.0%~18.0%、Ni1.20%~1.50%、Cr0.20%~0.30%、Nb0.10%~0.20%；将配好硬质合金粉末的成分，采用湿式球磨方法，介质为酒精，设置滚筒转速为30rpm，湿磨时间为12h；球磨过后，混合料采用200℃下喷雾干燥，并通过过筛工序，除去浆料干燥时可能带入的氧化料结块，使混合料松散；干燥后，在80MPa压力下压制成型；随后在1400℃下烧结成型，氩气气氛中保温1h；锰黄铜片状钎料成分及各成分的重量百分比为：Cu57.0%~58.0%、Mn3.7%~4.3%、Fe0.10%~0.15%、Pb0.010%~0.015%、Ni37.535%~39.190%；查看原材料的外观质量，原材料表面不应有下列缺陷：凹坑或凸起、保证焊接表面要光滑，对上述的各材料进行化学成分、机械性能的复验；
b.将低合金高强度钢、硬质合金和锰黄铜片状钎料的表面氧化皮清除干净；
c.将各材料表面的碎末用清水冲洗掉，然后用酒精清洗、晾干；用事先准备好的钎剂QJ-302均匀的涂在锰黄铜片状钎料的两个表面；
d.将涂有钎剂的锰黄铜片状钎料放在低合金高强度钢被清除干净的表面和硬质合金被清除干净的表面之间，用夹具进行固定，夹具的受力要均匀，大小要适当，锰黄铜片状钎料与低合金高强度钢之间及锰黄铜片状钎料与硬质合金之间没有气体，同时保证钎剂均匀；
e.将固定好的焊件放入箱式炉中，设定加热速度为10℃/min，一直加热到锰黄铜片状钎料固相线温度909℃，保温30min，然后再设定加热速度为9℃/min，一直加热到960℃，保温10min，随炉冷却到300℃，保温30min，最后随炉冷却到室温可得到焊件；
f.清除干净焊件表面的氧化皮，即可得到完美的钎焊件。
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