基于CuMnCo釬料真空釬焊YG8硬質(zhì)合金與40Cr鋼的研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，對(duì)公路維護(hù)的需求也不斷增加。 公路的維修過(guò)程中，由于瀝青砼路面含有大量的石英（SiO2）等高致密度和高硬度的組成物，這使得該刀具在瀝青砼路面銑刨作業(yè)時(shí)，一方面受到嚴(yán)重的磨粒磨損，另一方面承受著相當(dāng)大的沖擊、剪切、彎曲等力的作用。為此，要合理地選擇刀體和刀頭的材料，使其具有相應(yīng)的服役能力。而硬質(zhì)合金由于具有很高的硬度、耐磨性和很好的紅硬性；鋼具有良好的韌性和較高的強(qiáng)度，因而，瀝青砼路面銑刨所用銑刨刀

2、具采用硬質(zhì)合金作為刀頭和鋼作為刀體，通過(guò)釬焊方法焊接為一體，可以很好的滿足實(shí)際需要。但是，目前該刀具主要依賴進(jìn)口，然而進(jìn)口刀具的市場(chǎng)價(jià)格昂貴，嚴(yán)重制約了國(guó)內(nèi)路面養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)成本的降低和設(shè)備利用率的提高。國(guó)內(nèi)雖然己經(jīng)著手該刀具生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)，有的廠家己經(jīng)進(jìn)行該刀具的批量生產(chǎn)，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的刀具，性能不穩(wěn)定，主要存在的問(wèn)題是刀具的硬質(zhì)合金刀頭過(guò)早脫落，導(dǎo)致刀體的早期失效。本文嘗試使用自己研發(fā)的釬料，通過(guò)真空釬焊工藝，以期得到性能良好的釬焊接頭，推

3、進(jìn)該刀具的國(guó)產(chǎn)化。 本文采用CuMnCo 釬料，在10-2Pa 的真空氣氛中，對(duì)YG8 硬質(zhì)合金與40Cr 鋼進(jìn)行釬焊。通過(guò)DTA，維氏硬度測(cè)試，三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、掃描電鏡（SEM）及能譜分析等手段，對(duì)釬料及其釬焊接頭組織和性能進(jìn)行分析和研究，從而優(yōu)化釬焊工藝，探討釬焊接頭的形成原理。 實(shí)驗(yàn)所用CuMnCo 釬料在兩種母材上的潤(rùn)濕角范圍2o～5o。原始釬料中的鈷往該界面擴(kuò)撒和聚集，硬質(zhì)合金中的鈷和釬料中的鈷相互聚集與鐵形成互

4、溶的FeCo 相，使得釬料在硬質(zhì)合金界面很容易潤(rùn)濕。釬縫界面處FeCo 相的生成，可有效的保證釬縫與母材界面的冶金結(jié)合，而中間Cu 基固溶體的存在，可降低釬焊殘余應(yīng)力，使得接頭有較高的彎曲強(qiáng)度。 當(dāng)釬焊溫度為1100℃與1120℃時(shí)，釬縫與母材間界面處形成的CuFeCo 相組織保證釬料與母材有良好的結(jié)合，而釬縫區(qū)域的Cu 基固溶體組織，由于具有良好的塑性，可以很好地松弛冷卻過(guò)程中硬質(zhì)合金近焊縫處的拉應(yīng)力，所以，接頭強(qiáng)度值較高，斷

5、口特征為沿硬質(zhì)合金側(cè)的脆性斷裂。隨著釬焊溫度的升高，釬料成分中的Cu、Mn 揮發(fā)很?chē)?yán)重，在母材界面形成的CuFeCo 組織逐漸變成FeCo 相，并沿母材界面往釬縫區(qū)域逐漸長(zhǎng)大，當(dāng)溫度達(dá)到1180℃時(shí)，釬縫區(qū)域主要以FeCo 固溶體組織為主，釬縫區(qū)域中FeCo 相組織雖然界面結(jié)合強(qiáng)度很高，但是可能由于FeCo 相組織的塑性沒(méi)有銅基固溶體好，不能有效地松弛殘余應(yīng)力，因而，彎曲強(qiáng)度值反而開(kāi)始降低。另外，在1100℃～1180℃溫度間釬焊，釬焊

6、溫度對(duì)40Cr 鋼與YG8 硬質(zhì)合金母材性能沒(méi)有很大的影響。 隨著釬縫寬度的增加，彎曲強(qiáng)度值也增加，當(dāng)釬縫寬度大于0.3mm后，彎曲強(qiáng)度值開(kāi)始下降，即在0.3mm 處出現(xiàn)峰值彎曲強(qiáng)度值650MPa。 由于釬縫與母材界面處形成CuFeCo 相組織，使得界面結(jié)合強(qiáng)度較高，釬縫區(qū)域的CuMnCo 類(lèi)單相固溶體組織，由于具有很好的塑性，可以對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行有效的松弛，所以隨著釬縫寬度增加，彎曲強(qiáng)度值也增加，斷口特征為沿硬質(zhì)合金側(cè)的

7、脆性斷裂。當(dāng)寬度大于0.3mm 后，雖然釬縫與母材界面結(jié)合很好，殘余應(yīng)力也得到降低，但是由于此時(shí)影響接頭彎曲強(qiáng)度的主要因素變成釬縫區(qū)域CuMnCo 類(lèi)單相固溶體的強(qiáng)度，由于CuMnCo 類(lèi)單相固溶體良好的塑性和較低的彎曲強(qiáng)度，所以接頭的彎曲強(qiáng)度值反而下降，出現(xiàn)部分釬料脫落的斷口特征。 隨著中間夾層厚度的增加，此時(shí)越來(lái)越多的W 往Ni 中間夾層內(nèi)擴(kuò)散，有可能造成YG8 母材性能下降。而Ni 中間夾層的阻礙作用，使Fe不能有效擴(kuò)散與

8、Co 形成FeCo 相，使得界面結(jié)合強(qiáng)度降低，出現(xiàn)沿釬縫區(qū)域的斷裂特征，接頭彎曲強(qiáng)度不斷下降。 從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，采用CuMnCo 釬料，在真空氛圍中釬焊，選擇適當(dāng)?shù)拟F焊工藝參數(shù)，可以得到強(qiáng)度較高的釬焊接頭。解決了由于硬質(zhì)合金與鋼基體金屬間熱膨脹系數(shù)不同，在接頭中會(huì)產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度顯著下降的主要問(wèn)題。為銑刨刀具的國(guó)產(chǎn)化提供很好的理論基礎(chǔ)，但是，也有些不足之處：釬焊溫度較高，對(duì)設(shè)備的使用壽命影響很大；雖然接頭強(qiáng)度較高