YG8硬质合金与DC53钢真空钎焊工艺组织及性能研究

作者:龚正朋;王娟;吴艳 刊名:工程机械 上传者:刘媛

【摘要】针对YG8硬质合金与DC53钢环形构件真空钎焊工艺;选取常用的BNi_2镍合金、S201铜合金和纯铜箔3种钎料进行真空钎焊试验;通过DHV-1000数显式显微硬度计对钎焊缝及其附近组织进行硬度测试;采用XJP-6A型金相显微镜获取试样结合界面状态和组织形态;试验表明:3种试验钎料中;S201铜合金钎料最佳;又针对S201铜合金钎料选取0.1mm、0.15mm和0.20mm的焊接间隙;对0.15mm的焊接间隙设置3个不同温度峰值(1080℃、1100℃和1140℃)及1100℃温度峰值分别保温30min和20min真空钎焊试验;试验结果表明;YG8与DC53环形构件真空钎焊工艺参数推荐采用:S201铜合金钎料、0.15mm焊接间隙、1100℃加热温度峰值及20min保温时间;

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硬质合金在使用中作为镶嵌件,通过钎焊的方式固定在由工具钢等高强钢制造的工具工作部位,由工具钢来承受冲击载荷,充分运用硬质合金和钢各自的优点,大大削减材料成本、构件,使用性能和寿命大大提升[1]。在机械加工领域,随着材料加工的高速化和高功效化,要求模具有更高的硬度、耐磨性和寿命,否则模具工作零件,尤其是环形结构的构件在服役过程中更容易产生裂纹,甚至开裂,影响模具的使用寿命。本文选用性能优异的DC53钢作为与YG8硬质合金钎焊连接的钢基体,采用3种不同钎料,研究钎焊间隙和真空钎焊温度对接头组织与性能的影响。通过显微硬度的测试并结合显微金相组织综合分析得出较佳的钎焊工艺参数。1试验材料和方法试验用钎焊母材为YG8硬质合金和DC53钢,其中YG8属于高级制模材料,耐磨性良好,主要用于线材,棒材加工用的拉制模,该材料的热膨胀系数为6.5×10-6℃-1。DC53钢材是对SKD11进行改良的新型冷作模具表1 DC53钢化学成分(质量分数)%CSiMnCrMoV1.101.040.427.472.170.22钢,其技术规范载于日本工业标准(JIS)G4404,它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点,将在通用及精密模具领域全面取代SKD11,其韧性是SKD11的2倍。DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出,用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,使用寿命较长。DC53比一般模具钢略重,其化学成分如表1所示,其硬度出厂状态为255 HB。DC53钢材料的热膨胀系数为13.5×10-6℃-1。同种材料钎焊热膨胀系数基本相同,但YG8与DC53材料热膨胀系数相差较大,YG8硬质合金热膨胀系数约为DC53钢的1/2。因此在钎焊时有较大难度。试验设备为WorkhorseⅡ型真空钎焊炉如图1所示,其主要系统有全自动抽真空系统、加热系统与加压系统、水循环系统、控制系统以及真空炉体。因为该设备为全自动控制,因此通过事先编制好的程序可以相当精确地控制加热温度、焊接压力、保温时间以及真空度等工艺参数,精度和可靠性相对较好。其主要技术指标如表2所示。表2 WorkhorseⅡ型真空钎焊炉主要性能指标型号真空室尺寸/(mm×mm×mm)最高加热温度/℃最大压力/kN极限真空度/Torr加热功率/kW3033-1305-30T 304×304×45713502949.98×10-845焊后对焊接件进行切取并制备试样。使用DK7732M型线切割机切取试样(尺寸10 mm×6 mm×6 mm),然后使用不同粒度(粒度值为240、400、600、800)的金相砂纸依次进行磨制。由于YG8硬质合金硬度远大于DC53钢的硬度,在磨制过程中很容易导致钎缝低于硬质合金侧高度。因此,磨制时间不宜过长,且磨制方向与焊缝倾斜45°。最后使用金刚石试剂(1μm)进行抛光处理,直到表面无划痕为止。采用XJP-6A型金相显微镜对获得的不同钎料的试样结合界面状态和组织形态进行研究。通过DHV-1000数显式显微硬度计对钎缝及其附近组织进行硬度测试,试验载荷500 g,加载时间10 s,采用100倍显微镜头观察并测量压痕。2焊接工艺2.1焊前准备试样表面的清洁度会影响到钎焊焊接的质量。因此,在焊前用酒精将试样将要进行钎焊的界面进行清洗,去除试样表面的杂物、油污,吹干后待用。将组装好的试样放置于真空炉中,抽真空使真空度达到2.4×10-3Torr,然后打开加热开关,运行程序,按照预设的程序升温加热。试样接头如图2所示。2.2工艺参数的选择钎料对硬质合金与钢的钎焊连接起着关键和决定性作用,这是因为钎焊接头的组织性能

参考文献

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