真空钎焊工艺对超微粉碎机刀具性能的影响

作者:杨华;陈荣发;吴龙;陆华峰;李志龙;李青青;赵杰 刊名:热加工工艺 上传者:张松波

【摘要】选用CuMnNi钎料对刀具的刀头YG8硬质合金和刀体45钢进行真空钎,通过剪切强度试验、扫描电镜和能谱仪等方法分析了钎焊温度、钎焊间隙和Cu缓冲层对钎焊接头性能和组织的影响。结果表明:钎焊温度在1000℃、钎焊间隙在0.18 mm时,钎焊接头的组织和强度较好,接头剪切强度达280 MPa;添加0.1 mm Cu缓冲层后,缓冲层与钎料和母材结合界面良好,接头剪切强度最高。

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超微粉碎机中的刀具常由硬质合金刀头和钢刀体构成。硬质合金刀头在高速切割粉碎物料时常因钎焊工艺不合理,结合强度不高导致硬质合金刀头局部崩裂和脱落,影响设备的正常运行。由于硬质合金和钢线膨胀系数差异大,钎焊后在接头中产生很大的热应力,所以必须尽可能减少钎焊应力,优化控制钎焊接头的组织和性能[1]。目前通过真空钎焊连接制造超微粉碎机中刀具的研究较少,但作为刀具的硬质合金和钢的连接研究较多。Lee等[2]采用Cu-Zn-Si和Ni-Cr-B双层钎料对硬质合金和钢进行了真空感应钎焊,发现接头强度对钎焊保温时间十分敏感,当钎焊保温时间超过20min,接头强度大幅度下降;禹业晓等[3]采用铜锌钎料和银钎料对硬质合金和中碳钢进行了感应钎焊研究,发现两种钎料都可以使硬质合金和中碳钢形成良好、致密的钎焊接头,由于感应加热淬火效应,铜锌钎料试样显微硬度提高了39.2%,银钎料试样显微硬度提高了19.5%;林茂广等[4]采用BAg72Cu共晶钎料对奥氏体不锈钢与纯铜的真空钎焊工艺进行了研究,当钎焊温度865、保温时间10min时,剪切强度最高,达到160MPa。邓振华等[5]采用Cu-Ni-Ti非晶钎料钎焊Si3N4陶瓷,研究了钎焊界面的微观结构,结果表明在110010min下钎焊,其接头强度有最大值284.6MPa;杨青松等[6]采用CuMnCo钎料对YG8硬质合金和2Cr13马氏体不锈钢进行真空钎焊以及焊后淬火处理,结果表明,采用此种焊接工艺得到组织致密、性能良好的接头,钎缝中心区组织为均匀的Cu-Mn基固溶体,两个界面反应区为Fe-Co基固溶体。本文通过优选钎料、优化真空钎焊的温度、间隙以及Cu缓冲层的方法,实现了硬质合金刀头和钢的高质量焊接,解决了超微粉碎机中刀具的刀头断裂和脱落的问题。1试验材料与方法45钢尺寸46mm38mm5mm,YG8硬质合金尺寸23mm38mm5mm,缓冲层为紫铜片。钎料为CuMnNi钎料,其成分(质量分数,%)为:50~70Cu,10~30Mn,3~10Ni。钎焊前,将YG8硬质合金、45钢、钎料和紫铜片分别用金相砂纸及金刚石研磨膏进行打磨抛光,并用丙酮超声波清洗吹干。钎焊在WZDGQ-45型真空气淬炉中进行,在钎焊加热冷却过程中,真空度保持在110-2~110-1Pa之间,用不同直径Mo丝控制钎焊间隙。组织观察和能谱试样接头采用对接形式,剪切强度试样接头采用搭接形式。由DTA测得钎料的熔点(920~930),确定钎焊温度为960~1040,每20一个间隔,共5个温度点进行钎焊;在此基础上选取0.10、0.15、0.18、0.28和0.35mm钎焊间隙进行试验,以确定最佳钎焊间隙;紫铜片的厚度分别为0.03、0.05、0.1、0.2和0.3mm。真空钎焊工艺为:以12/min加热至860保温20min,然后继续以8/min升温速度加热至钎焊温度保温13min后随炉冷却。将真空钎焊结束后的试样在电子万能试验机上进行接头的剪切强度试验,同时将真空钎焊试样线切割制备金相试样进行组织和能谱观察分析。2试验结果及讨论2.1钎焊温度对接头性能和组织的影响图1是不同钎焊温度下的接头显微组织。可看出,在不同的钎焊温度下,接头组织致密,无明显气孔夹杂存在。各钎焊温度下,接头组织由钎缝中心区和两侧界面反应区组成。45钢侧反应区外形不规则,硬质合金侧反应区没有钢侧反应区明显,表明45钢侧冶金反应比硬质合金侧反应强烈。钎焊温度在960和980时,45钢侧和硬质合金侧界面反应物都不明显;钎焊温度1000时,在钢侧和硬质合金侧明显看到界面反应物;当钎焊温度升高到

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