5CrMnMo鋼與YG8硬質(zhì)合金的真空釬焊工藝研究(基于CuMnNi釬料).pdf

1、硬質(zhì)合金與鋼釬焊的主要問題是硬質(zhì)合金和鋼的線膨脹系數(shù)相差很大，焊后冷卻時(shí)收縮量的差別，將在近焊縫的硬質(zhì)合金中產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力。這種拉應(yīng)力嚴(yán)重時(shí)，可使硬質(zhì)合金和焊縫開裂，導(dǎo)致硬質(zhì)合金工作時(shí)發(fā)生非正常脫落和破碎。因此，硬質(zhì)合金與鋼釬焊要解決的主要問題是降低焊接殘余應(yīng)力，以提高接頭強(qiáng)度。 目前關(guān)于硬質(zhì)合金與鋼釬焊采用的方法主要是火焰釬焊和感應(yīng)釬焊，選用的釬料主要是黃銅類釬料，如105號和801號釬料。這種釬焊方法由于加熱與冷卻速度不易

2、控制，易在釬縫附近產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力；同時(shí)，由于釬焊在大氣中進(jìn)行，硬質(zhì)合金與鋼都極易氧化，不僅使硬質(zhì)合金耐磨性下降，而且易于在釬縫處形成氧化夾雜和氣孔，接頭強(qiáng)度普遍較低，一般只有200MPa左右，對于在工作時(shí)受到強(qiáng)烈沖擊應(yīng)力和彎曲應(yīng)力、工況條件十分惡劣的工程機(jī)械部件，如公路銑刨機(jī)刀頭、隧道掘進(jìn)機(jī)刀具等遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工況要求。 隨著真空技術(shù)的發(fā)展，真空熱處理爐的應(yīng)用越來越廣。目前國內(nèi)外在真空熱處理爐中進(jìn)行真空釬焊以及焊后的真空熱處理

3、工藝已見文獻(xiàn)報(bào)道，但關(guān)于硬質(zhì)合金與鋼真空釬焊及焊后真空熱處理一體化研究的報(bào)道還很少。這不僅涉及釬料的合理選用、真空釬焊工藝參數(shù)的確定、焊后真空熱處理工藝參數(shù)的確定，而且涉及到諸工藝的融合。 為此，本課題采用獨(dú)立制備的CuMnNi釬料，研究真空釬焊和真空熱處理工藝參數(shù)對YG8硬質(zhì)合金和5CrMnMo鋼接頭性能及鋼性能的影響，同時(shí)希望能為實(shí)現(xiàn)銑刨機(jī)刀具的國產(chǎn)化提供一定的理論依據(jù)。 本論文確定了如下的研究內(nèi)容： 1．釬料

4、的制備。 釬料制備過程中主要涉及釬料成分設(shè)計(jì)、熔煉、軋制、以及再結(jié)晶退火等，通過測定釬料的硬度來確定再結(jié)晶溫度。之后將制備好的CuMnNi釬料做DSC分析，測定其熔化溫度范圍。 2．釬焊溫度對接頭組織與性能的影響。 依據(jù)測定的釬料熔化溫度，再結(jié)合釬焊溫度選擇的基本依據(jù)，確定本試驗(yàn)的釬焊溫度進(jìn)而制定工藝曲線。之后在不同溫度下進(jìn)行真空釬焊及鋪展性試驗(yàn)，通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、測定潤濕角初步確定最佳釬焊溫度，然后用掃描電鏡（

5、SEM）及能譜分析等手段進(jìn)一步探索了釬焊溫度對接頭組織，釬料與母材之間冶金結(jié)合作用的影響，并了解釬焊接頭組織與性能之間的聯(lián)系。 3．釬焊間隙大小對接頭組織與性能的影響。 在最佳釬焊溫度下，改變釬焊間隙的大小，進(jìn)行真空釬焊，之后通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、掃描電鏡（SEM）及能譜分析等手段研究釬焊間隙對接頭組織和性能的影響，據(jù)此確定最優(yōu)間隙。 4．Ni中間夾層厚度對接頭組織與性能的影響。 在最佳釬焊溫度、最優(yōu)釬焊間隙

6、下，添加不同厚度的Ni中間夾層，對材料進(jìn)行真空釬焊，之后仍通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、掃描電鏡（SEM）及能譜分析等手段分析添加不同厚度Ni夾層后接頭組織和性能的變化，并與未添加Ni夾層時(shí)接頭的組織和性能進(jìn)行對比，從而了解Ni中間夾層對接頭組織和性能的影響。 5．焊后熱處理對釬焊接頭及5CrMnMo鋼組織及性能的影響。 將材料在最佳釬焊溫度、釬焊間隙下進(jìn)行真空釬焊并淬火，之后在普通箱式電阻爐回火，最后通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、掃描電鏡（S

7、EM）及能譜分析等手段分析釬焊、釬焊后淬火、釬焊后淬火再回火之后釬焊接頭組織和性能的變化，并通過金相試驗(yàn)研究三種處理工藝對鋼的顯微組織的影響。 通過以上的研究，我們得到了如下結(jié)論： 1．CuMnNi為單相固熔體釬料，熔化溫度范圍950℃～990℃，在兩種母材（5CrMnMo與YG8）上均能潤濕，且在鋼上潤濕性更好，且隨釬焊溫度升高，潤濕角變小，潤濕性增強(qiáng)。 2．最佳釬焊溫度為1045℃，在該溫度下釬焊后接頭的

8、彎曲強(qiáng)度430MPa。 3．最佳釬焊間隙為0.3mm，此時(shí)抗彎強(qiáng)度為481MPa。斷口特征為沿硬質(zhì)合金側(cè)的脆性斷裂；當(dāng)間隙大于0.3mm后，接頭的抗彎強(qiáng)度值下降，出現(xiàn)部分釬料脫落的斷口特征。 4．隨著Ni中間夾層厚度的增加，接頭抗彎強(qiáng)度不斷下降，說明Ni中間夾層不能有效的改善接頭強(qiáng)度。 5．淬火、回火后接頭的抗彎強(qiáng)度比未經(jīng)熱處理時(shí)有所下降，但仍具有較高的抗彎強(qiáng)度，因此可以考慮實(shí)現(xiàn)鋼和硬質(zhì)合金的釬焊與熱處理的