50M n2V金剛石鋸片激光焊接過渡層粉末的研制(上)①

秦海青,周桂琴,王進(jìn)保,蒙光海,李運(yùn)海,程柳

(1.國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心,廣西桂林541004;2.桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院廣西超硬材料研究開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西桂林541004)

50M n2V金剛石鋸片激光焊接過渡層粉末的研制(上)①

秦海青1,2,周桂琴,王進(jìn)保1,2,蒙光海1,2,李運(yùn)海1,2,程柳2

(1.國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心,廣西桂林541004;2.桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院廣西超硬材料研究開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西桂林541004)

介紹了自主研發(fā)的A激光焊接過渡層粉末的設(shè)計(jì)性能指標(biāo)、制備方法和基本參數(shù),測試了A粉末燒結(jié)試樣塊的機(jī)械性能,檢測了A過渡層、國外某公司過渡層與50M n2V鋼基體的激光焊接強(qiáng)度。焊接強(qiáng)度測試結(jié)果表明:在780℃～880℃常用燒結(jié)溫度范圍內(nèi),A過渡層可以與不同的工作層配合使用,比國外某公司過渡層具有更高的安全性和穩(wěn)定性,焊接強(qiáng)度達(dá)到并超過BSEn13236:2001安全標(biāo)準(zhǔn)。A激光焊接過渡層粉末可以替代國外進(jìn)口的激光焊接過渡層粉末。

過渡層;激光焊接;50M n2V;金剛石鋸片

0 前言

激光焊接金剛石鋸片包括刀頭和鋼基體兩個(gè)組成部分。其中刀頭包括工作層和過渡層兩個(gè)部分,過渡層的加入主要是為了實(shí)現(xiàn)刀頭與鋼基體材料的激光焊接,過渡層通常有1.5～2mm的高度,含過渡層的激光焊接刀頭見圖1。激光焊接時(shí)過渡層熔化,鋼基體和刀頭結(jié)合處部分熔化,熔化后的合金液體相互熔合形成焊縫。因此過渡層的焊接強(qiáng)度直接影響激光焊接金剛石鋸片的質(zhì)量、使用的安全性和可靠性。激光焊接金剛石鋸片的鋼基體材料主要采用30C rM o和50M n2V合金鋼,其中30C rM o主要用來制造小功率激光焊接金剛石鋸片,50M n2V是用來制造大功率激光焊接金剛石鋸片。目前采用國內(nèi)生產(chǎn)的過渡層粉末燒結(jié)成過渡層雖然可以保證刀頭和30C rM o鋼基體的焊接強(qiáng)度,但是對(duì)于50M n2V的焊接效果不是很理想,焊后立刻出現(xiàn)大量的焊接裂紋,不能保證鋸片的焊接強(qiáng)度,給大功率鋸片的制造造成了很大的技術(shù)瓶頸。采用國外進(jìn)口的過渡層粉末燒結(jié)成過渡層雖然可以保證刀頭和50M n2V的焊接強(qiáng)度,但是由于進(jìn)口過渡層粉末的價(jià)格昂貴,給國內(nèi)激光焊接金剛石鋸片生產(chǎn)企業(yè)造成了較大的成本壓力。本研究的目的是研制具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本激光焊接過渡層粉末,實(shí)現(xiàn)金剛石鋸片的刀頭和50M n2V鋼基體的激光焊接,大幅度降低國內(nèi)激光焊接金剛石鋸片生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本。

圖1 含過渡層的激光焊接刀頭[1]Fig.1 Laser welding saw blade with transition layer

根據(jù)BS En13236:2001安全標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定對(duì)于刀頭結(jié)塊型焊接和燒結(jié)金剛石鋸片,刀頭與基體結(jié)合處強(qiáng)度以及刀頭強(qiáng)度需滿足以下最小彎曲強(qiáng)度(σb):(1)用于手持式切機(jī)的金剛石鋸片,要求σb≥600M Pa;(2)用于固定式和移動(dòng)式切機(jī)的金剛石鋸片,要求σb≥450M Pa[2]。結(jié)合BSEn13236:2001安全標(biāo)準(zhǔn),筆者提出在780℃～880℃常用燒結(jié)溫度范圍內(nèi),激光焊接過渡層要達(dá)到下列性能指標(biāo):過渡層與50M n2V鋼基體的焊接強(qiáng)度不小于600M Pa,平均焊接強(qiáng)度不小于900M Pa。

為了方便敘述,筆者將研制的激光焊接過渡層粉末命名為A激光焊接過渡層粉末,簡稱為A粉末,將A粉末燒結(jié)成的過渡層簡稱為A過渡層。

1 A粉末的制備

1.1 制備設(shè)備

A粉末的制備設(shè)備主要包括:雙柱并流反應(yīng)過濾成套設(shè)備(非標(biāo)設(shè)備)、全自動(dòng)推桿煅燒-還原爐(非標(biāo)設(shè)備)、氨分解發(fā)生器等。

1.2 制備方法和過程

1.溶液的配制:根據(jù)A粉末的成分計(jì)算出各金屬離子的添加當(dāng)量,將鐵、鈷、銅的可溶性氯鹽與去離子水配制成水溶液,導(dǎo)入加液釜中;根據(jù)粉末的成分計(jì)算出沉淀劑的添加當(dāng)量,將過量10%～20%的草酸和去離子水配制成與金屬鹽溶液體積相等的水溶液,導(dǎo)入另一個(gè)加液釜中。

2.共沉淀反應(yīng):將金屬鹽溶液和草酸溶液通過加液釜以相同速率分別加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行共沉淀反應(yīng),充分?jǐn)嚢?再加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH值,直至溶液呈弱酸性;反應(yīng)20～40min后,靜置沉淀2～4h,得復(fù)合金屬鹽沉淀物。

3.過濾、洗滌和干燥:復(fù)合金屬鹽沉淀物經(jīng)過濾分離,用去離子水清洗沉淀物,除去雜質(zhì)離子,濾液的電導(dǎo)率小于20μs/cm時(shí),再將沉淀物置于干燥箱中除去表面吸附水。

4.煅燒:將復(fù)合金屬鹽沉淀物放入全自動(dòng)推桿煅燒-還原爐內(nèi)煅燒,煅燒溫度為400℃～550℃,煅燒時(shí)間50～90min(使部分表面水、結(jié)晶水揮發(fā),雜質(zhì)、沉淀物充分分解),得金屬氧化物復(fù)合粉末。

5.還原:將金屬氧化物復(fù)合粉末轉(zhuǎn)入全自動(dòng)推桿煅燒-還原爐內(nèi),采用氨分解氣進(jìn)行還原,還原溫度600℃～800℃,氨分解氣的流量2～4m3/h,還原時(shí)間50～90min,被還原出來的金屬在還原溫度下通過擴(kuò)散完成合金化過程,得合金粉末。

6.后處理:合金粉末經(jīng)破碎篩分,真空包裝,即得成品。粉末費(fèi)氏粒度值(FSSS)不超過10μm;粉末總氧含量不超過1w t.%。

2 A粉末的基本參數(shù)

2.1 A粉末的基本特性

采用費(fèi)氏粒度儀測量粉末的費(fèi)氏粒度(GB/T 3249),用美國LECO公司的TC氧氮分析儀測定粉末中的氧含量,用美國LECO公司的Cs-200紅外碳硫分析儀測定粉末中的碳含量。A粉末的理論密度、費(fèi)氏粒度、氧含量和碳含量見表1。

表1 A粉末的基本特性Table 1 Basic characteristics of powder A

2.2 A粉末的物相分析

圖2 A粉末的X射線衍射圖譜Fig.2 XRD spectrum of pow der A

圖2是A粉末的X射線衍射圖譜。物相分析表明:A粉末由Co3Fe7(PDF卡片號(hào):48-1817)和CoFe(PDF卡片號(hào):44-1433)兩種物相組成,在制備過程中A粉末成功實(shí)現(xiàn)了合金化。

2.3 A粉末的SEM形貌

圖3 A粉末的SEM形貌(×300)Fig.3 SEM im age of pow derA(×300)

采用JM S-6460LV掃描電鏡觀察A粉末的微觀形貌,粉末的微觀形貌見圖3和圖4。A粉末的外形呈近球形,顆粒表面光滑,顆粒間形成聚合體。通過聚集方式得到的二次顆粒被稱為聚合體或聚集顆粒。實(shí)際上,聚合體有兩種形式,即所謂的團(tuán)粒和絮狀體[3]。團(tuán)粒是由單顆?？糠兜氯A力粘結(jié)而成的,其結(jié)合強(qiáng)度不大,用研磨、擦碎等方法或在液體介質(zhì)中被分散成更小的團(tuán)?；騿晤w粒。絮狀體則是在粉末懸濁液中,由單個(gè)顆粒或二次顆粒結(jié)合成的更松軟的聚集顆粒。由圖3看到的是粉末的團(tuán)粒,由圖4看到的是粉末的絮狀體。

圖4 A粉末的SEM形貌(×10000)Fig.4 SEM image of powder A(×10000)

(下期續(xù)完)

[1] 姜榮超.激光焊接鋸片過渡層配方的選擇與研究[J].珠寶科技,2003,15(48):9.

[2] 劉一波,趙剛,等.En13236安全標(biāo)準(zhǔn)及其對(duì)中國金剛石工具行業(yè)的影響[J].金剛石與磨料磨具工程,2004(4):66-71.

[3] 黃培云,等.粉末冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004:123.

Research and development of laser welding transition layer powder used for 50M n2V diamond saw b lade

QIN Hai-qing1,2,ZHOU Gui-qin2,WANG Jin-bao1,2,MENG Guang-hai1,2,LIYun-hai1,2,CHENG Liu2
(1.National Special mineral Materials Engineering Technology Research Center,Guilin,Guangxi 541004,China;2.Guangxi Key Laboratory of Super hard Material Research and Development,Guilin Research Institute of Geology for mineral Resources,Guilin,Guangxi 541004,China)

Designing performance,manufacture methods and basic parameters of laser welding transition layer powder A are presented in th is paper.Mechanical properties of powder A sintered samples,laser welding in tensity of transition layer A and transition layer made by a overseas company bonded with 50M n2V steel substrate are investigated.The results indicate that transition layer A sintered between 780℃and 880℃is better than transition layer of certaiNoverseas company in security and stabilization and can be applied for different working layers.Moreover,the welding in tensity of transition layer A has met and surpassed the BS En13236:2001 standard on safety.Therefore,the laser welding transition layer powder from the overseas can be rep laced by the powder A.

transition layer;laser welding;50M n2V;diamond saw blade

TQ 164

A

1673-1433(2010)03-0016-03

2010-05-10

秦海青(1979-),男,碩士,工程師。主要從事合金粉末的制備及金剛石工具制造方面的研究工作。E-m ail:qinhaiqing5218@163.com。

廣西科學(xué)基金(桂科青0832089);廣西科技開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科攻0992001-10)