CN109664042A - 一种yg8硬质合金与45钢非晶态钎料 - Google Patents

Abstract

为了改善非晶态钎料的硬度、耐磨性，制备了一种YG8硬质合金与45钢非晶态钎料。采用纯度为99.9%的Ti、Cu、Zr和Ni材料为原料，YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，当钎焊温度一定时，钎焊时间的增加对硬质合金的力学性能产生重大影响。随着钎焊时间的增加，钎焊接头的强度逐渐升高，但钎焊时间增加到一定程度时，钎焊接头的强度开始降低，力学性能产生损失。所以，合适的钎焊时间对硬质合金的力学性能有很大的影响。所制得的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，其硬度、致密化程度、抗拉强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的非晶态钎料提供一种新的生产工艺。

Description

一种YG8硬质合金与45钢非晶态钎料

所属技术领域

本发明涉及一种硬质合金材料，尤其涉及一种YG8硬质合金与45钢非晶态钎料。

背景技术

硬质合金是利用粉末冶金的方法，以WC、TiC、TaC等难熔化合物为基体，以过渡族金属为粘结金属制备而成的合金。WC-Co硬质合金具有较高强度、抗冲击性以及较好的耐磨性，作为重要的工具材料，广泛应用于多个工业部门，被誉为“工业的牙齿”。在硬质合金的具体应用中，主要考察其硬度、耐磨性、韧性能否满足需求。

YG8是钨钴类材料。耐磨性良好，使用强度和冲击韧性优于YG6。应力很大条件下的拉深模，适于拉制直径<50mm的钢，非铁金属丝及其合金线材或棒材，也用于尺寸较小工作载荷不大的冲压模和铆钉顶锻模。YG8高级制模材料。不经热处理，内、外硬度均匀一致。主要用于线材，棒材加工用的拉制模．同时也适合铸铁，有色金属及其合金与非金属材料不平整表面和间断切削时的粗车，精刨精铣，一般孔和深孔的钻孔，扩孔及制作木工刀具等。

发明内容

本发明的目的是为了改善非晶态钎料的硬度、耐磨性，设计了一种YG8硬质合金与45钢非晶态钎料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的制备原料包括：纯度为99.9%的Ti、Cu、Zr和Ni材料。

YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入高能球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为90r/min，球料比为7:1，球磨时间为28h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃。将制好的粉末电弧炉中进行熔炼，将多次反复熔炼得到的均匀合金锭放入单辊旋淬设备的石英管中，将熔融的合金液喷射至以一定速度旋转的铜辊上，得到合金薄带，即非晶钎料。其中，真空度为6.0×10^-3Pa，保护气氛为高纯氩气。

YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的检测步骤为：显微组织采用Quanta200型扫描电子显微镜观察，析出相采用DB型衍射仪进行表征，拉伸强度采用Sron5500的万能试验机上进行，质量采用精度为0.01的电子天平称量。

所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，钎焊参数对钎焊接头表面形貌的影响不大，随着钎焊参数的改变，钎焊接头微观组织形貌基本不变。

所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，当钎焊温度一定时，钎焊时间的增加对硬质合金的力学性能产生重大影响。随着钎焊时间的增加，钎焊接头的强度逐渐升高，但钎焊时间增加到一定程度时，钎焊接头的强度开始降低，力学性能产生损失。所以，合适的钎焊时间对硬质合金的力学性能有很大的影响。当钎焊温度为900℃时，钎焊时间为10min可以获得力学性能最优的硬质合金，其最高抗拉强度可到380MPa。

所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，接头强度与反应层厚度有一定的关系。当反应层厚度较小时，接头强度由界面强度和残余应力决定。当反应层厚度较大时，接头强度由反应层强度和残余应力决定。

本发明的有益效果是：

采用纯度为99.9%的Ti、Cu、Zr和Ni材料为原料，经过配料、球磨、干燥、电弧熔融工艺成功制备了具有优异力学性能的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料。其中，钎焊参数对硬质合金表面形貌影响不大，但是，当钎焊温度一定时，反应层厚度及钎焊时间对硬质合金的性能都有很大影响。所制得的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，其硬度、致密化程度、抗拉强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的非晶态钎料提供一种新的生产工艺。

具体实施方式

实施案例1：

YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的制备原料包括：纯度为99.89%的Ti、Cu、Zr和Ni材料。YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入高能球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为85r/min，球料比为6.9:1，球磨时间为30h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为60min，干燥温度为45℃。将制好的粉末电弧炉中进行熔炼，将多次反复熔炼得到的均匀合金锭放入单辊旋淬设备的石英管中，将熔融的合金液喷射至以一定速度旋转的铜辊上，得到合金薄带，则非晶钎料。其中，真空度为5.99×10^-3Pa，保护气氛为高纯氩气。YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的检测步骤为：显微组织采用Quanta200型扫描电子显微镜观察，析出相采用DB型衍射仪进行表征，拉伸强度采用Sron5500的万能试验机上进行，质量采用精度为0.01的电子天平称量。

实施案例2：

在32°～51°之间，XRD图谱呈现出非晶相特有的漫散射峰，整个图谱没有尖锐的衍射峰出现，分析表明，该钎料样品整体上体现为完全非晶态特征。钎焊接头整体上分为3个区域，Ⅰ区为45钢和钎料结合区域，结合面宽度约为5.12μm，该区域呈现出大量凸起状析出相。Ⅱ区为YG8硬质合金与钎料的结合面，结合面宽度约为5.13μm，该区域含有一些颗粒状析出相。Ⅲ区主要由灰色的析出相和黑色的析出相组成。整个接头界面未观察到明显的裂纹，该特征为接头具有良好的力学性能提供了可能。

实施案例3：

整个钎焊接头发生了一定程度的元素扩散行为。析出相A为焊缝基体，该析出相主要元素为Ti，初步判断可能为Ti的固溶体。析出相B为基体上析出的大块黑色相，该析出相主要元素为Ti和Cu，且两者之间的含量比约为1.8：1。析出相C为45钢和钎料结合面之间形成的相，该析出相主要元素为Ti、Cu和Fe，且三者之间的含量比约为1.1：1.1：1.1。析出相D为YG8硬质合金和钎料结合面之间形成的相，该析出相主要元素为Ti、Cu和W，且三者之间的含量比约为1.1：1.1：1.1。析出相E为区域Ш中靠近45钢和钎料结合面的颗粒状黑色相，该析出相主要元素为Ti和Cu，且两者之间的含量比约为1.9：1，该析出相的元素含量与析出相B基本一致，能初步判断析出相B和E为同一种析出相。

实施案例4：

随钎焊时间的增加，接头整体形貌变化不大，且与上述接头形貌基本一致。尽管如此，当钎焊时间达到40min时，接头处能够观测到裂纹的出现。当焊接时间增加到60min时，接头裂纹已经非常明显，且裂纹从YG8硬质合金一侧萌发并扩展。此外，在45钢一侧，随焊接时间的增加，反应层厚度变化很小，而在YG8硬质合金一侧的反应层厚度随焊接时间的增加发生了明显的变化。结合上述分析得出YG8硬质合金一侧的反应层厚度对裂纹的萌生与扩展产生影响，进而会最终影响接头力学性能。

实施案例5：

在900℃和950℃的情况下，拉伸强度体现先增加后减小的趋势，而在910℃时，在较短的焊接时间下，拉伸强度到达245MPa。其强度值不仅仅大于采用普通晶态钎料得到的焊接接头，而且在非晶钎料焊接领域里同样体现较高的强度。

实施案例6：

钎焊过程中，钎料的润湿性、母材的膨胀系数、工艺参数等因素强烈的影响着接头的界面强度、反应层厚度和接头残余应力。在一定的钎焊温度下，焊接时间不同，致使反应层厚度不同，而接头残余应力不发生变化，在反应层厚度发生改变的过程中，影响接头强度的主要因素为母材和钎料的界面强度和反应层强度。在一定的温度下，反应层厚度对接头强度的影响，应从界面强度和反应层自身强度两个方面探讨。在一定的钎焊温度下，随着钎焊时间的增加，反应层厚度不断增加，界面强度升高，表明随反应层厚度的增加，界面反应越来越充分。当反应层厚度达到最佳值时，界面强度达到最佳值。随反应层厚度的进一步增加，界面强度增加的趋势变得缓慢，但是反应层强度呈现急剧下降的趋势。

实施案例7：

对于反应层厚度而言，它有一个最佳值，当反应层厚度小于最佳值时，接头强度由界面强度和接头残余应力决定；当反应层厚度大于最佳值时，接头强度由反应层强度和接头残余应力决定。在实际应用中，界面的反应必须充分，然而钎焊时间需要严格的控制，来获得最佳的反应层厚度。在钎焊温度为921℃，焊接时间12min时获得的最佳接头强度主要与两方面的因素有关，在该钎焊参数下，反应层厚度约为6.5μm，其厚度是所有反应层厚度数据中的最佳值。在上述钎焊参数下得到的界面上没有观察到缺陷的出现。然而，在钎焊时间为32min和52min时，界面上能够观察到明显的缺陷。

Claims (4)

1.一种YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的制备原料包括：纯度为99.9%的Ti、Cu、Zr和Ni材料。

2.根据权利要求1所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，其特征是YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入高能球磨机中进行湿磨，球磨介质为无水乙醇，球磨机转速为90r/min，球料比为7:1，球磨时间为28h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，将制好的粉末电弧炉中进行熔炼，将多次反复熔炼得到的均匀合金锭放入单辊旋淬设备的石英管中，将熔融的合金液喷射至以一定速度旋转的铜辊上，得到合金薄带，即非晶钎料，其中，真空度为6.0×10^-3Pa，保护气氛为高纯氩气。

3.根据权利要求1所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，其特征是YG8硬质合金与45钢非晶态钎料的检测步骤为：显微组织采用Quanta200型扫描电子显微镜观察，析出相采用DB型衍射仪进行表征，拉伸强度采用Sron5500的万能试验机上进行，质量采用精度为0.01的电子天平称量。

4.根据权利要求1所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，其特征是所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，钎焊参数对钎焊接头表面形貌的影响不大，随着钎焊参数的改变，钎焊接头微观组织形貌基本不变，所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，当钎焊温度一定时，钎焊时间的增加对硬质合金的力学性能产生重大影响，随着钎焊时间的增加，钎焊接头的强度逐渐升高，但钎焊时间增加到一定程度时，钎焊接头的强度开始降低，力学性能产生损失，所以，合适的钎焊时间对硬质合金的力学性能有很大的影响，当钎焊温度为900℃时，钎焊时间为10min可以获得力学性能最优的硬质合金，其最高抗拉强度可到380MPa，所述的YG8硬质合金与45钢非晶态钎料，接头强度与反应层厚度有一定的关系，当反应层厚度较小时，接头强度由界面强度和残余应力决定，当反应层厚度较大时，接头强度由反应层强度和残余应力决定。