CN105397225A - 一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，本发明涉及改善硬质合金钎焊接头性能的方法。本发明要解决现有钎缝因晶粒粗大以及脆性相的生成而导致的接头塑韧性差，接头强度低的问题。本发明的方法：将两个钎料箔片置于预处理后的硬质合金与刚的待焊面之间，且两个钎料箔片之间夹有抑制剂，得到待焊工件，将待焊工件置于钎焊真空炉中，进行真空钎焊，即完成通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法。本发明用于一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法。

Description

一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法
技术领域
本发明涉及改善硬质合金钎焊接头性能的方法。
背景技术
硬质合金是一种高生产率的工具材料。具有高硬度、高强度、耐磨损及良好的红硬性等优异性能、用来制作刀具、模具、量具、采掘工具以及以耐磨作为主要性能的各种零部件，在机械加工、地质勘探、矿山开采等工业领域得到广泛应用。目前，在通用刀具材料中，硬质合金刀具的数量已超过高速钢刀具，占刀具总量60％以上。二十世纪后期以来，硬质合金刀具材料的品种和性能有了很大拓展，近年发展尤为迅速。但硬质合金难以制备复杂形状的刀具和钻头，大部分硬质合金采用钎焊方法镶嵌在钢基体上使用。硬质合金和钢之间热膨胀系数差异很大，在20-900℃范围内，YT类硬质合金为(4.1～7.0)×10-6/℃，YG类为(5-7)×10-6/℃，45钢为(1l-14)×10-6/℃，硬质合金热膨胀系数只有钢的1/3～1/2左右，因此钎焊过程中会产生较大的焊接应力导致开裂。该现象在低Co高TiC硬质合金中表观尤为突出。在连接处容易形成空穴、裂纹和断型等缺陷导致失效。
碳化物强化相具有一定的导电能力和良好的界面相容性。碳化物颗粒增强的弥散硬化铜比氧化物弥散硬化铜具有较高的导电率和延伸率，已报道研究过的碳化物主要有WC，ZrC，TiC，VC，NbC等，多采用真空混合熔铸方法将尺寸为0.68-2μm的碳化物颗粒直接加入铜融熔液中。
常用的晶粒细化工艺方法主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体沉积、机械合金化法等。等径侧向挤压法(ECAE)是一种很有发展前途的晶粒细化工艺方法。该方法是将粉体置于模具中，并沿某一与挤压方向不同(也不相反)的方向挤出，且挤压时的横截面积不变。经过ECAE工艺加工的粉体晶粒可明显细化。由于上述晶粒细化工艺方法仍不够成熟，因此在硬质合金烧结过程中纳米晶粒容易疯长成粗大晶粒，而晶粒普遍长大将导致材料强度下降，单个的粗大WC晶粒则常常是引起材料断裂的重要因素。另一方面，细晶粒硬质合金的价格较为昂贵，对其推广应用也起到一定制约作用。
发明内容
本发明要解决现有钎缝因晶粒粗大以及脆性相的生成而导致的接头塑韧性差，接头强度低的问题，而提供一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法。
一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、首先将硬质合金用丙酮清洗，然后再机械清理，得到预处理后的硬质合金；
二、将两个钎料箔片置于预处理后的硬质合金与刚的待焊面之间，且两个钎料箔片之间夹有抑制剂，得到待焊工件，然后将待焊工件置于钎焊真空炉中，抽真空，以升温速度为5℃/min～15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为5℃/min～15℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温20min～25min；
所述的抑制剂的质量为两个钎料箔片总质量的3％～5％；
所述的抑制剂为VC粉末或Cr2C3粉末；
三、保温后，以降温速度为5℃/min～25℃/min，将温度冷却至300℃～500℃，最后随炉冷却至室温，即完成通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法。
本发明的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法的基本原理：焊缝显微组织变化对焊缝应力状态影响较大，通过添加抑制剂能有效阻止烧结过程中WC晶粒的长大，而消除WC晶粒局部长大。加入抑制剂可降低WC在粘结相中的溶解度使WC晶粒的溶解-析出机制受到阻碍，从而破坏晶粒长大的条件，同时，加入的抑制剂可沉积在WC晶粒的活化长大晶粒上，从而阻止晶粒进一步长大。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用碳化物颗粒增强原理，添加VC、Cr3C2等抑制剂阻碍钎缝内部晶粒粗化。改善钎料的润湿性和填缝性，使钎料与母材能充分相互作用，有利于提高接头强度，有利于细化钎缝组织，减小枝晶偏析。本发明可做到焊接与改善处理一步操作，降低能耗。
2、本发明在使钎缝晶体粗大的抑制程度大幅度提高的同时，钎焊连接后仍具有原来硬度高、强度高、耐磨损等优良性质，是一种极具潜力的钎缝组织性质改性方法。
3、本发明的方法简单，高效，低成本，易于工业化生产。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、首先将硬质合金用丙酮清洗，然后再机械清理，得到预处理后的硬质合金；
二、将两个钎料箔片置于预处理后的硬质合金与刚的待焊面之间，且两个钎料箔片之间夹有抑制剂，得到待焊工件，然后将待焊工件置于钎焊真空炉中，抽真空，以升温速度为5℃/min～15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为5℃/min～15℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温20min～25min；
所述的抑制剂的质量为两个钎料箔片总质量的3％～5％；
所述的抑制剂为VC粉末或Cr2C3粉末；
三、保温后，以降温速度为5℃/min～25℃/min，将温度冷却至300℃～500℃，最后随炉冷却至室温，即完成通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法。
本具体实施方式提供一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，采用添加VC、Cr3C2等抑制剂的方法，影响钎料与待焊材料的冶金反应程度，抑制η相生成和WC晶粒长大，阻止Co从WC-Co中向焊缝扩散，改善机械性能，提高焊缝质量，使接头韧性变好，无裂纹等缺陷，强度显著提高。
本实施方式在硬质合金钎焊过程中，利用VC、Cr3C2等抑制剂添加进行对钎缝内部晶粒粗大化趋势进行抑制。同时本发明同硬质合金的钎焊过程相结合，理论上无需进行除钎焊步骤之外的过程，可做到焊接与改善处理一步操作，节约生产周期，降低能耗。方法简单，高效，低成本，便于工业化生产，钎缝晶体粗大的抑制程度大幅度提高，且仍具有与原来相同的优良性质，是一种极具潜力的钎缝组织性质改性方法。
本实施方式的有益效果是：
1、本实施方式利用碳化物颗粒增强原理，添加VC、Cr3C2等抑制剂阻碍钎缝内部晶粒粗化。改善钎料的润湿性和填缝性，使钎料与母材能充分相互作用，有利于提高接头强度，有利于细化钎缝组织，减小枝晶偏析。本发明可做到焊接与改善处理一步操作，降低能耗。
2、本实施方式在使钎缝晶体粗大的抑制程度大幅度提高的同时，钎焊连接后仍具有原来硬度高、强度高、耐磨损等优良性质，是一种极具潜力的钎缝组织性质改性方法。
3、本实施方式的方法简单，高效，低成本，易于工业化生产。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的硬质合金为WC-Co硬质合金、WC-Ti-Co硬质合金、WC-Ni硬质合金。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中所述的钢为碳素工具钢或低合金高强钢。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中以升温速度为7℃/min～12℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为7℃/min～12℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温20min～25min。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至900℃，并在温度为900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为5℃/min～15℃/min，将温度由900℃升温至950℃，并在温度为950℃的条件下，保温20min～25min。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～15min，再以升温速度为5℃/min～15℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温22min～25min。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中以升温速度为15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为15℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温20min～25min。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中以升温速度为10℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至800℃，并在温度为800℃下，保温15min，再以升温速度为10℃/min，将温度由800℃升温至1000℃，并在温度为1000℃的条件下，保温20min。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中所述的抑制剂的质量为两个钎料箔片总质量的4％。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中以降温速度为15℃/min，将温度冷却至400℃。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例：
本实施例一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，它是按以下步骤完成的：
一、首先将硬质合金用丙酮清洗，然后再机械清理，得到预处理后的硬质合金；
二、将两个钎料箔片置于预处理后的硬质合金与刚的待焊面之间，且两个钎料箔片之间夹有抑制剂，得到待焊工件，然后将待焊工件置于钎焊真空炉中，抽真空，以升温速度为10℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至800℃，并在温度为800℃下，保温15min，再以升温速度为10℃/min，将温度由800℃升温至1000℃，并在温度为1000℃的条件下，保温20min；
所述的抑制剂的质量为两个钎料箔片总质量的4％；
所述的抑制剂为Cr2C3粉末；
三、保温后，以降温速度为15℃/min，将温度冷却至400℃，最后随炉冷却至室温，得到硬质合金及钢材的连接体，即完成通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法；
步骤一中所述的硬质合金为WC-Co硬质合金；
步骤二中所述的钢为碳素工具钢T10。
本实施例硬质合金及钢材的连接体钎缝处饱满致密，无夹渣或孔洞等缺陷。钎焊润湿角测得为84°。在室温20℃条件下进行测试，钎焊接头抗弯强度为709MPa，钎焊接头剪切强度达到最大值为441MPa。钎焊接头显微硬度值升高达到HV1500以上。

Claims (10)

1.一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、首先将硬质合金用丙酮清洗，然后再机械清理，得到预处理后的硬质合金；
二、将两个钎料箔片置于预处理后的硬质合金与刚的待焊面之间，且两个钎料箔片之间夹有抑制剂，得到待焊工件，然后将待焊工件置于钎焊真空炉中，抽真空，以升温速度为5℃/min～15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为5℃/min～15℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温20min～25min；
所述的抑制剂的质量为两个钎料箔片总质量的3％～5％；
所述的抑制剂为VC粉末或Cr2C3粉末；
三、保温后，以降温速度为5℃/min～25℃/min，将温度冷却至300℃～500℃，最后随炉冷却至室温，即完成通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法。
2.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤一中所述的硬质合金为WC-Co硬质合金、WC-Ti-Co硬质合金、WC-Ni硬质合金。
3.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤二中所述的钢为碳素工具钢或低合金高强钢。
4.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤二中以升温速度为7℃/min～12℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为7℃/min～12℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温20min～25min。
5.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至900℃，并在温度为900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为5℃/min～15℃/min，将温度由900℃升温至950℃，并在温度为950℃的条件下，保温20min～25min。
6.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～15min，再以升温速度为5℃/min～15℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温22min～25min。
7.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤二中以升温速度为15℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至700℃～900℃，并在温度为700℃～900℃下，保温12min～17min，再以升温速度为15℃/min，将温度由700℃～900℃升温至900℃～1050℃，并在温度为900℃～1050℃的条件下，保温20min～25min。
8.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤二中以升温速度为10℃/min，将钎焊真空炉的温度升温至800℃，并在温度为800℃下，保温15min，再以升温速度为10℃/min，将温度由800℃升温至1000℃，并在温度为1000℃的条件下，保温20min。
9.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤二中所述的抑制剂的质量为两个钎料箔片总质量的4％。
10.根据权利要求1所述的一种通过添加抑制剂改善硬质合金钎焊接头性能的方法，其特征在于步骤三中以降温速度为15℃/min，将温度冷却至400℃。
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