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什么是硬质合金钎焊?

2019-05-27 14:39:15 金伯仕

硬质合金是指由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。具有高弹性模量、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗冲击、热膨胀系数小以及室温和高温化学性质稳定等一系列优良性能,被誉为“工业牙齿”,用于制造切削工具、刀具、钻具和耐磨零部件,广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。


虽然硬质合金使用范围广泛,但是由于硬质合金价格昂贵,而且许多零件在使用时并不需要都用硬质合金制造,所以将硬质合金与其他材质连接起来使用具有重要的使用价值。

钎焊法是目前硬质合金与钢的主要焊接方法,近十年来,一些新的焊接方法如烧结扩散焊、钨极惰性气体保护焊、激光焊等也在积极研究探索中,将有可能在硬质合金的焊接中得到广泛的应用。

硬质合金的钎焊性是较差的。这是因为硬质合金的含碳量较高,未经清理的表面往往含有较多的游离碳,从而妨碍钎料的湿润。此外,硬质合金在钎焊的温度下容易氧化形成氧化膜,也会影响钎料的湿润。因此,钎焊前的表面清理对改善钎料在硬质合金上的湿润性是很重要的,必要时还可采取表面镀铜或镀镍等措施。

硬质合金钎焊中的另一个问题就是接头易产生裂纹。这是因为它的线膨胀系数仅为低碳钢的一半,当硬质合金与这类钢的基体钎焊时,会在接头中产生很大的热应力,从而导致接头的开裂。因此硬质合金与不同材料钎焊时,应设法采取防裂措施。


硬质合金通常采用纯铜、铜锌和银铜钎料:


1、纯铜:纯铜对各种硬质合金均有良好的湿润性,但需在氢的还原性气氛中钎焊才能得最佳效果。同时,由于钎焊温度高,接头中的应力较大,导致裂纹倾向增大。采用纯铜钎焊的接头抗剪强度约为150Mpa,接头塑性也较高,但不适用于高温工作。


2、铜锌钎料:铜锌钎料是硬质合金最常用的钎料。为提高钎料的湿润性和接头的强度,在钎料中常添加Mn、Ni、Fe等合金元素。例如B-Cu58ZnMn中就加有W(Mn)4%,使硬质合金钎焊接头的抗剪强度在室温达到300-320Mpa:在320摄氏度时仍能保持220-240Mpa。在B-Cu58ZnMn的基础上加入少量的Co,可使钎焊接头的抗剪强度达到350Mpa,并且具有较高的冲击韧度和疲劳强度,显著提高了刀具和凿岩工具的使用寿命。

3、银铜钎料:银铜钎料的熔点较低,钎焊接头产生的热应力较小,有利于降低硬质合金钎焊时的开裂倾向。为改善钎料的湿润性并提高接头的强度和工作温度,钎料中常添加Mn、Ni等合金元素。利润B-Ag50CuZnCdNi钎料对硬质合金的湿润性极好,钎焊接头具有良好的综合性能。

除上述3种类型的钎料外,对于工作在500°C以上且接头强度要求较高的硬质合金,可以选用Mn基和Ni基钎料,如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。对于高速钢的钎焊,应选择钎焊温度与淬火温度相匹配的专用钎料,如表3所示。这种钎料分为两类,一类为锰铁型钎料,主要由锰铁及硼砂组成,所钎焊的接头抗剪强度一般为100MPa左右,但接头易出现裂纹:另一类为含Ni、Fe、Mn和Si的特殊铜合金,用它钎焊的接头不易产生裂纹,其抗剪强度能提高到300MPa。