YG8硬質(zhì)合金與42CrMo鋼的真空釬焊及焊后熱處理研究(基于CuMnNi釬料).pdf

1、本文以銑刨機刀頭為研究背景，采用自行研制的CuMnNi 釬料研究了YG8硬質(zhì)合金與42CrMo 鋼的各種真空釬焊工藝參數(shù)，如：釬焊溫度、釬縫寬度、中間層厚度等對釬焊接頭組織和性能的影響，并對焊后熱處理以及真空釬焊的各個參數(shù)（真空度、加熱速率、保溫溫度及時間、釬焊保溫時間、冷卻速率、出爐溫度）進行較為系統(tǒng)的研究。 本課題在致力于研制新型釬料以及選擇合適的釬焊方式的同時，考慮到焊后熱處理的理論可行性。淬火過程中，由于鋼發(fā)生馬氏體相變

2、，而馬氏體相變過程為體積膨脹過程，淬火過程中馬氏體相變導致的體積膨脹可以松弛硬質(zhì)合金側(cè)的殘余拉應力。這為焊后熱處理提供了理論上的可行性。因此焊后淬火不僅可以起到強化鋼的作用，還可抵消部分殘余熱應力，同時由于采用了釬焊與熱處理的一體化工藝，避免了二次加熱，既提高接頭的綜合機械性能，又能節(jié)省能源，提高生產(chǎn)率。根據(jù)本實驗中兩種母材的特點設計出合適的釬料成分，經(jīng)熔煉、鍛造、軋制出實驗所需的釬料薄帶。該釬料熔點范圍在945℃～990℃。該釬料對母

3、材有良好的潤濕性。隨著釬焊溫度升高，潤濕性越來越好，溫度高于1030℃，潤濕角均小于6°。在釬縫區(qū)存在著Co、Fe、Ni等元素的長程擴散，Co 往鋼側(cè)，F(xiàn)e 往硬質(zhì)合金側(cè)長程擴散，其中Co的擴散能力大于Fe；Ni 往硬質(zhì)合金中的擴散量大于往鋼中的擴散量；Cu和Mn 有部分擴散。在釬縫區(qū)兩側(cè)，界面反應區(qū)均形成以FeCoNi為基的固溶體，不僅實現(xiàn)了接頭的良好冶金結(jié)合，而且有利于接頭殘余應力釋放。最佳釬焊溫度為1030℃。溫度太低，釬料流動性

4、差，元素擴散不充分，不利于接頭的冶金結(jié)合。溫度過高，會導致釬料中Mn的嚴重揮發(fā)，改變接頭釬料的成分，使得熔點上升，流動性變差[33]，導致接頭強度下降。當釬縫寬度在0.2mm時，在此釬焊溫度下接頭抗彎強度值為444MPa。溫度太低，釬料流動性差，元素擴散不充分，不利于接頭的冶金結(jié)合；溫度過高，會導致釬料中Mn的嚴重揮發(fā)，影響接頭性能。最佳釬縫寬度為0.3mm，接頭抗彎強度可以達到510MPa。釬縫寬度為0.3mm時釬料具有較好的潤濕性，

5、能較好地釋放接頭的殘余應力，且具有良好的冶金結(jié)合。間隙過小，不利于液態(tài)釬料的流動，填縫困難，且釬料對接頭應力的釋放較差，接頭性能較低。間隙過大，毛細作用下降，釬焊過程中容易發(fā)生釬料流淌，難以填滿釬縫間隙；固溶體組織具有良好的塑性和強度，間隙過大使得Fe、Co元素的長程擴散困難，在釬縫界面處冶金結(jié)合下降，從而影響接頭性能。Ni 中間層在某種程度上可以松弛接頭的殘余應力；但兩側(cè)母材中的Fe、Co元素很難穿過固態(tài)中間層進行擴散，從而弱化了接頭

6、的冶金結(jié)合，不利于提高接頭強度。在兩個矛盾的因素綜合作用下，中間層厚度為0.3mm時接頭抗彎強度達到一峰值326MPa，比不添加中間層厚度時的強度峰值要低36％。但總體而言，添加Ni 中間層不僅不能提高接頭抗彎強度，還會使其下降。其原因主要是固態(tài)中間層會強烈阻礙Co、Fe 元素的長程擴散，不利于接頭的冶金結(jié)合。長久以來，由于硬質(zhì)合金與鋼的線膨脹系數(shù)差異大，焊接殘余應力較大，為了減小殘余應力，普遍認為釬焊后應進行緩慢冷卻，不能進行淬火等熱

7、處理操作。同時由于目前普遍采用黃銅和銀基釬料，熔點較低，不能與42CrMo 鋼的淬火溫度相配匹。因此，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)類似產(chǎn)品一般不再進行焊后淬火處理。但是，焊后不進行淬火處理，42CrMo 鋼的硬度較低，耐磨性較差，難以滿足銑刨機刀具對鋼體性能的要求。 焊后熱處理實驗表明：淬火不僅可以起到強化鋼的作用，而且由于冷卻過程中鋼發(fā)生馬氏體相變產(chǎn)生體積膨脹，抵消了部分殘余應力，可明顯提高接頭抗彎強度。在1030℃下釬焊，釬縫寬度為0.2m