WC-20Co硬质合金与1045钢的焊条电弧焊研究

作者:陈春焕;徐明冉;时彦龙;任瑞铭;梁琦;陈品同 刊名:焊接 上传者:郭敬杰

【摘要】用Z408焊条对WC-20Co硬质合金与1045钢进行了焊条电弧焊,并与J422焊条对比分析了所焊接头的组织与力学性能。试验结果表明:采用J422碳钢焊条焊接WC-20Co与1045钢时,在焊缝与硬质合金界面处生成η碳化物层,焊缝组织以马氏体和共晶为主,接头结合强度仅为硬质合金母材的1/5,不适于硬质合金焊接;用Z408铸铁焊条焊接时则不产生界面η碳化物,接头结合强度达到1180 MPa,可用于WC-20Co与1045钢的焊接;但Z408焊条易在焊缝中残留夹渣,影响接头强度,焊接时应适当提高热输入;焊前450℃预热和焊后450℃保温可以防止裂纹的产生。

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Q古目1SWC-Co类硬质合金是应用最广的一类硬质合金,由于价格昂贵,可加工性差,使其难以生产较大尺寸、形状复杂的制品,而且许多零部件在使用时并不需要整体都用硬质合金制造,所以将硬质合金与韧性较好、强度较高、加工性能优异、廉价的钢连接起来使用,具有重要的实用价值。制造业的迅猛发展,也使硬质合金刀具的需求量增大,因此硬质合金与钢的优质连接更显重要。长期以来通常认为硬质合金比较适合于非熔化焊,因此在实际生产中钎焊和扩散焊作为成熟的硬质合金连接方法应用最为广泛[2】,近些年来,有研究者开始开展电子束焊接、激光焊、TIG焊等新的熔化连接方法[3-6]。WC-Co硬质合金与钢连接时最主要的问题是由于二者线膨胀系数差别较大造成的焊接应力[1]和在硬质合金侧的焊缝界面处易生成脆性的t?碳化物[74]。值 得提出的是,王浩等人[9]通过YG30与1045钢TIG焊的研究发现,采用含量Ni为55.29%、Fe为39.45%和C为0.61%的焊丝揮接,能有效抑制7?相的生成,并大大提高抗弯强度,这表明通过控制填充材料的成分能够抑制有害界面相的产生。尽管赵秀娟等人[1<>1研制的Ni-Fe-C捍丝已经获得国家发明专利的授权,然而目前还没有商业销售的硬质合金电弧熔化连接专用的捍接材料,有关硬质合金焊条电弧焊的报导也极少。选取商用Z408铸铁焊条尝试YG20硬质合金与1045钢的焊条电弧焊,结合与J422碳钢焊条的对比,分析了所焊接头的组织及力学性能,为硬质合金连接新技术的研究提供试验数据。、1材料与方法试验用母材为6mm厚的WC-20Co(YG20)硬质合金和1045钢板材,焊接材料选用J422和Z408焊条,两种焊接材料溶敷金属化学成分见表1。 母材焊前单侧开30坡口,留1mm钝边,装配成对接接头,并用夹具固定(图1),连同夹具一起在炉中进行4501预热。采用交流焊机,120A电流施焊,焊后 450T保温3h后,随炉冷却。接头显微组织用ZeissSupra55翻抛舰察,S点側雜纟金娜難特征。参照GB/T65692006《精细陶瓷弯曲强度试验方法》测试接头的抗弯强度。riLiL"?pippiiRZll1钢/L硬质合金图】焊件装配示意图2试验结果及分析2.1两种焊条的性能对比所选的两种填充材料虽然都是酸性焊条,但二者的工艺性显著不同,碳钢焊条J422的熔渣流动性好,脱渣容易,焊缝成形相对较好;而铸铁焊条2408的熔渣粘度大,层间脱渣困难,容易在接头中残留夹渣,焊缝成形不美观。由于1045钢与硬质合金线膨胀系数相差较大,焊前不预热,焊后不缓冷时,应力较大,用两种焊条施焊都在硬质合金侧母材开裂,碳钢焊条的部分试件在焊缝处也发现裂纹。预热和缓冷后,各接头完好,无裂纹。2.2接头显微组织两种接头硬质合金侧界面的组织如图2所示。由图2a~2b可见,J422燥条的煤缝与硬质合金的界面处形成了一层(约20|xm厚)粗大的块状组织,由文献[6,9]可知,该层组织为富Fe和W的MfiC型巧碳化物。从r;碳化物再向内的焊缝巾主要观察到的是马氏体和色骨状共品组织,这与选用电子束媒接硬质合纟与钢3得到的组织相同。而在Z408焊条的焊缝与硬质合金界面处(m2C)未发现77mmm,燥缝组织为奥氏体柱状晶,焊缝金属与硬质合金结合良好,但焊缝内部可以= 2.3接头抗弯强度通过四点弯曲方法测试了接头的抗弯强度,结果表明,J422焊条所焊接头的抗弯强度仅为460MPa,约为YG20硬质合金抗弯强度(2500MPa)的1/5,6个试样全部断于焊缝与硬质合金的界面,断口(图3a)上可看到明显的大块rj相。Z40

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