保溫時(shí)間對(duì)硬質(zhì)合金與不銹鋼釬焊工藝的影響

李悅

摘 要：本實(shí)驗(yàn)選用三明治銀焊片作為中間層，使用YG8硬質(zhì)合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼作為接頭材料，氬氣為保護(hù)氣，使用箱式釬焊爐，將保溫時(shí)間作為變量，把制備好的試樣通過(guò)觀察其焊縫顯微組織，分析焊縫與母材的熔合性能，測(cè)定焊縫與母材的顯微硬度，測(cè)定試樣剪切強(qiáng)度，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，評(píng)價(jià)出較高剪切強(qiáng)度和較好接頭組織的試樣。

在對(duì)不同保溫時(shí)間的試樣進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，保溫時(shí)間達(dá)到20min時(shí)的接頭性能優(yōu)于保溫時(shí)間為13min和5min的接頭。因此，適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)保溫時(shí)間可以在連接處獲得更好的冶金結(jié)合，制備出優(yōu)質(zhì)的釬焊接頭。

關(guān)鍵詞：硬質(zhì)合金；釬焊；顯微組織；剪切強(qiáng)度

一、試驗(yàn)材料

1.YG8硬質(zhì)合金

YG8硬質(zhì)合金是鎢鈷類材料，具有硬 度高、韌性較好、耐熱、耐 腐蝕耐磨、強(qiáng)度高等一系列優(yōu)良性能，特別是它的耐磨性和很強(qiáng)的硬度，就算在500℃的溫度環(huán)境下也大體保持性能不變，而在1000℃溫度時(shí)仍具有相當(dāng)高的硬度。

YG8硬質(zhì)合金的化學(xué)成分以及性質(zhì)見表1-1。

2.1Cr18Ni9Ti不銹鋼

不銹鋼1Cr18Ni9Ti屬于奧氏體不銹鋼。因?yàn)槠渚哂休^好耐晶間腐蝕性，因此，這種不銹鋼通常用于制作耐酸器皿及抗磁儀表、設(shè)備襯里、醫(yī)療器械等。1Cr18Ni9Ti不銹鋼化學(xué)成分見表1-2：

3.三明治銀焊片

三明治銀焊片是一種兩片銀釬料片中間加有銅墊片或鎳墊片的特殊焊片，也就是加有補(bǔ)償墊片的銀焊片。主要應(yīng)用于釬焊焊縫長(zhǎng)度超過(guò)12.7mm的合金，硬質(zhì)合金或者大面積釬焊面的工件，以防止因異種金屬間焊接其熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象。廣泛運(yùn)用于各種硬質(zhì)合金刀具，車刀，鉆具，礦山釬具的釬焊。

二、試驗(yàn)工藝

本實(shí)驗(yàn)選用三明治銀焊片作為中間層，加熱溫度定為910℃，分別選擇了三組保溫時(shí)間：5min、13min、20min，來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)試樣的制備。

三、試驗(yàn)過(guò)程

1.釬焊接頭的剪切強(qiáng)度及數(shù)據(jù)分析

剪切測(cè)試是測(cè)量焊縫力學(xué)性能的一個(gè)重要的方法，通過(guò)剪切實(shí)驗(yàn)可以檢測(cè)焊接形成的接頭的質(zhì)量。如果剪切強(qiáng)度太低的話，使用過(guò)程中不能滿足使用性能，那么就不能選這種材料或者這種焊接方法。

本實(shí)驗(yàn)對(duì)每組組試樣分別做了剪切實(shí)驗(yàn)，設(shè)備為最大載荷為100KN的萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，由于硬質(zhì)合金硬度大，塑性小，高的位移速度容易產(chǎn)生附加的慣性力，因此選擇小的位移速度，為0.01mm/s。不同溫度下的剪切強(qiáng)度見表3：

為了便于觀察不同保溫時(shí)間下試樣剪切強(qiáng)度的分布情況，繪出剪切強(qiáng)度-時(shí)間分布圖，如圖1所示。

結(jié)合圖1分析可知，5分鐘和13分鐘條件下的剪切應(yīng)力和剪切強(qiáng)度要比910℃的小很多，說(shuō)明了保溫時(shí)間對(duì)焊縫的力學(xué)性能有顯著的影響。 隨著保溫時(shí)間的增加，試樣的剪切強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)保溫時(shí)間只有5min或者13min時(shí)，由于界面處的元素?cái)U(kuò)散并不充分，接頭結(jié)合力稍差。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，接頭的剪切強(qiáng)度逐漸升高。在一定保溫時(shí)間的范圍內(nèi)，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散系數(shù)越大，母材與中間層的擴(kuò)散速度越快，得到的焊接接頭強(qiáng)度越高。在實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)，焊接保溫時(shí)間為20min時(shí)，試樣的剪切強(qiáng)度最大，對(duì)應(yīng)的焊接工藝是最佳工藝。

2.顯微硬度分析

為了進(jìn)一步分析釬焊中不同的保溫時(shí)間對(duì)中間層、母材的性能的影響，采用MH-5型顯微硬度計(jì)對(duì)試樣進(jìn)行顯微硬度測(cè)量。分別多次測(cè)量了釬縫和距離焊縫50/100um母材的硬度，然后計(jì)算其平均值來(lái)評(píng)價(jià)其硬度?？紤]到中間層及母材比較軟，但是硬質(zhì)合金比較硬，所以采用的載荷為100g，加載時(shí)間為10s。

為了直觀的反映焊接接頭不同區(qū)域硬度的變化幅度，把各個(gè)焊接溫度下的焊縫以及母材硬度變化用圖演示出來(lái)，如圖2、3所示。

（a） 距離焊縫50μm處母材的顯微硬度

（b）距離焊縫100μm處母材的顯微硬度

（1） 從圖3可以看出，不同保溫時(shí)間下焊縫的硬度有較大的變化，而母材部分的硬度總體上波動(dòng)不大。說(shuō)明母材上距離焊縫以及釬料較遠(yuǎn)的地方擴(kuò)散作用可能是很弱的，基本上不會(huì)因?yàn)楸貢r(shí)間的變化而大幅波動(dòng)。

（2） 中間層和母材的界面反應(yīng)區(qū)形成的固溶體組織的硬度和釬縫中心區(qū)形成的固溶體組織的硬度上有很大區(qū)別，不同種固溶體的塑性也有較大區(qū)別，它有利于緩解接頭在冷卻過(guò)程中由于鋼和硬質(zhì)合金線膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

（3） 由圖2可以看出，保溫時(shí)間比較低（比如5min）的時(shí)候，中間層元素?cái)U(kuò)散不充分，直接影響焊縫的硬度和焊接質(zhì)量。隨著保溫時(shí)間的增加到13min、20min，焊縫的硬度明顯升高，這是因?yàn)殁F料中的元素能夠?qū)崿F(xiàn)充分的擴(kuò)散，釬縫組織充分釋放殘余應(yīng)力，從而使接頭獲得良好的綜合力學(xué)性能。

四、結(jié)論

當(dāng)其他條件一定，以保溫時(shí)間作為變量，保溫時(shí)間（如5min）比較低時(shí)，中間層元素?cái)U(kuò)散不充分，直接影響中間層的硬度和剪切強(qiáng)度。隨著保溫時(shí)間的逐漸增加，釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性會(huì)更好，加劇元素的擴(kuò)散和溶解。當(dāng)保溫時(shí)間增加到20min時(shí)，中間層元素?cái)U(kuò)散充分，大大的提高了接頭的剪切強(qiáng)度，獲得結(jié)合良好的接頭。

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