工具鋼和硬質合金的釬焊解決方案

2016-07-08  來自: 中山市瑞力特五金材料公司 瀏覽次數:2703

工具鋼和硬質合金釬焊解決方案

1、釬焊性 
  工具鋼通常包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼,而硬質合金是碳化物(如WC、TiC等)與粘結金屬(如Co等)經粉末燒結而成的。工具鋼和硬質合金的釬焊技術主要用于刀具、模具、量具和采掘工具的制造上。
   工具鋼釬焊中的主要問題,是它的組織和性能易受釬焊過程的影響。如果釬焊工藝不當,極易產生高溫退火、氧化及脫碳等問題。例如高速鋼W18Cr4V的淬火溫度為1260—1280℃,為避免上述問題的發生,確保切削時具有較大的硬度和耐磨性,要求釬焊溫度必須與淬火溫度相適應。
   硬質合金的釬焊性是較差的。這是因為硬質合金的含碳量較高,未經清理的表面往往含有較多的游離碳,從而妨礙釬料的潤濕。此外,硬質合金在釬焊的溫度下容易氧化形成氧化膜,也會影響釬料的潤濕。因此,釬焊前的表面清理對改善釬料在硬質合金上的潤濕性是很重要的,必要時還可采取表面鍍銅或鍍鎳等措施。
   硬質合金釬焊中的另一個問題是接頭易產生裂紋。這是因為它的線膨脹系數僅為低碳鋼的一半,當硬質合金與這類鋼的基體釬焊時,會在接頭中產生很大的熱應力,從而導致接頭的開裂。因此,硬質合金與不同材料釬焊時,應設法采取防裂措施。

2、釬焊材料
   (1)釬料 釬焊工具鋼和硬質合金通常采用純銅、銅鋅和銀銅釬料。純銅對各種硬質合金均有良好的潤濕性,但需在氫的還原性氣氛中釬焊才能得到較佳效果。同時,由于釬焊溫度高,接頭中的應力較大,導致裂紋傾向增大。采用純銅釬焊的接頭抗剪強度約為150MPa,接頭塑性也較高,但不適用于高溫工作。
   銅鋅釬料是釬焊工具鋼和硬質合金最常用的釬料。為提高釬料的潤濕性和接頭的強度,在釬料中常添加Mn、Ni、Fe等合金元素。例如B-Cu58ZnMn中就加有w(Mn)4%,使硬質合金釬焊接頭的抗剪強度在室溫達到300~320MPa:在320°C時仍能維持220—240MPa。在BCu58ZnMn的基礎上加入少量的Co,可使釬焊接頭的抗剪強度達到350MPa,并且具有較高的沖擊韌度和疲勞強度,顯著提高了刀具和鑿巖工具的使用壽命
   銀銅釬料的熔點較低,釬焊接頭產生的熱應力較小,有利于降低硬質合金釬焊時的開裂傾向。為改善釬料的潤濕性并提高接頭的強度和工作溫度,釬料中還常添加Mn、Ni等合金元素。例如BAg50CuZnCdNi釬料對硬質合金的潤濕性極好,釬焊接頭具有良好的綜合性能。
   除上述3種類型的釬料外,對于工作在500°C以上且接頭強度要求較高的硬質合金,可以選用Mn基和Ni基釬料,如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。對于高速鋼的釬焊,應選擇釬焊溫度與淬火溫度相匹配的專用釬料,如表3所示。這種釬料分為兩類,一類為錳鐵型釬料,主要由錳鐵及硼砂組成,所釬焊的接頭抗剪強度一般為100MPa左右,但接頭易出現裂紋:另一類為含Ni、Fe、Mn和Si的特殊銅合金,用它釬焊的接頭不易產生裂紋,其抗剪強度能提高到300MPa。
   (2)釬劑和保護氣體 釬劑的選擇應與所焊的母材和所選的釬料相配合。工具鋼和硬質合金釬焊時,所用的釬劑主要以硼砂和硼酸為主,并加入一些氟化物(KF、NaF、CaF2等)。銅鋅釬料配用FB301、FB302和FBl05釬劑,銀銅釬料配用FBl01~FBl04釬劑。采用專用釬料釬焊高速鋼時,主要配用硼砂釬劑。

  為了防止工具鋼在釬焊加熱過程中的氧化和免除釬焊后的清理,可以采用氣體保護釬焊。保護氣體可以惰性氣體,也可以是還原性氣體要求氣體的接觸點應低于-40°C。硬質合金可在氫氣保護下進行釬焊,所需氫氣的接觸點應低于-59°C。

3、釬焊技術
   工具鋼在釬焊前必須進行清理,機械加工的表面不必太光滑,以便于釬料和釬劑的潤濕和鋪展。硬質合金的表面在釬焊前應經噴砂處理,或用碳化硅或金剛石砂輪打磨,清除表面過多的碳,以便于釬焊時被釬料所潤濕。含碳化鈦的硬質合金比較難潤濕,通過在其表面上涂敷氧化銅或氧化鎳膏狀物,并在還原性氣氛中烘烤使銅或鎳過渡到表面上去,從而增強釬料的潤濕性。
   碳素工具鋼的釬焊在淬火工序前進行或者同時進行。如果在淬火工序前進行釬焊,所用釬料的固相線溫度應高于淬火溫度范圍,以使焊件在重新加熱到淬火溫度時仍然具有足夠高的強度而不致失效。當釬焊和淬火合并進行時,選用固相線溫度接近淬火溫度的釬料。
   合金工具鋼的成分范圍很寬,應根據具體鋼種確定適宜的釬料、熱處理工序以及將釬焊和熱處理工序合并的技術,從而獲得良好的接頭性能。
   高速鋼的淬火溫度一般高于銀銅和銅鋅釬料的熔化溫度,因此需在釬焊前進行淬火,并在二次回火期間或之后進行釬焊。如果必須在釬焊后進行淬火,只能選用前述的專用釬料進行釬焊。釬焊高速鋼具時采用焦炭爐比較合適,當釬料熔化后,取出刀具并立即加壓,擠出多余的釬料,再進行油淬,然后在550~570℃回火。
   硬質合金刀片與鋼制刀桿釬焊時,宜采取加大釬縫間隙和在釬縫中施加塑性補償墊片的方法,并在焊后進行緩冷,以減小釬焊應力,防止裂紋產牛,延長硬質合金刀具組件的使用壽命。
   釬焊后,焊件上的釬劑殘渣先用熱水沖洗或用一般的除渣混合液清洗,隨后用合適的酸洗液酸洗,以清除基體刀桿上的氧化膜。但注意不要使用硝酸溶液,以防腐蝕釬縫金屬。

釬焊圖片.jpg

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