Wc顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金與鋼的釬焊工藝，具體涉及一種WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸工業(yè)的飛速發(fā)展，使得大型搗固工程機(jī)械的應(yīng)用日益廣泛。而硬質(zhì)合金是搗固工具產(chǎn)品最主要的組成部分之一。我國(guó)的硬質(zhì)合金工具整體水平與國(guó)外差距較大，其中硬質(zhì)合金工具的焊接技術(shù)已經(jīng)成為限制其發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]硬質(zhì)合金工具焊接的最主要問(wèn)題有以下幾個(gè)，一是釬料對(duì)硬質(zhì)合金中的WC陶瓷顆粒的潤(rùn)濕性差，導(dǎo)致界面連接強(qiáng)度低。二是硬質(zhì)合金工具焊接時(shí)多采用Ag基釬料進(jìn)行焊接，釬縫硬度小，與母材性能差異過(guò)大。目前已有的專利中，諸如專利(申請(qǐng)?zhí)朇N 101972904A)公布了一種活性高溫釬料對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行釬焊。專利(申請(qǐng)?zhí)?00810045993.9)公布了一種利用釬焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金刀具連接的方法及采用的釬劑。然而對(duì)于硬質(zhì)合金大型搗固器械等領(lǐng)域的應(yīng)用仍有幾個(gè)突出的問(wèn)題:
[0004]1.常用的方法多對(duì)釬料的成分進(jìn)行改進(jìn)從而改善釬料對(duì)硬質(zhì)合金的潤(rùn)濕性，然而釬料制備過(guò)程復(fù)雜，制備工藝及設(shè)備要求較高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不具備通用性。
[0005]2.目前的方法無(wú)法解決硬質(zhì)合金與鋼的釬縫硬度過(guò)低的問(wèn)題。同時(shí)對(duì)于承受大沖擊載荷的應(yīng)用領(lǐng)域，目前的接頭強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高質(zhì)量長(zhǎng)壽命的要求。
[0006]3.目前的釬焊方法大多采用釬劑釬焊的方法實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金工具的焊接，釬劑反應(yīng)時(shí)釋放有毒氣體不利于環(huán)保，且殘留釬劑將降低接頭的力學(xué)性能及腐蝕性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是為了解決硬質(zhì)合金搗固工具焊接接頭強(qiáng)度較低、耐沖擊載荷能力差、潤(rùn)濕性差、專用釬料制備復(fù)雜、釬焊工藝復(fù)雜等問(wèn)題，提供一種用于硬質(zhì)合金搗固工具焊接的WC顆粒原位增強(qiáng)的新的超聲波釬焊方法。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案是:
[0009]WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，用于硬質(zhì)合金與鋼的高強(qiáng)度連接，其釬焊過(guò)程按照以下步驟進(jìn)行:a、釬焊前用對(duì)待連接的表面進(jìn)行打磨，并用丙酮對(duì)打磨后的表面進(jìn)行清洗山、釬焊前將Ag基釬料箔片置于硬質(zhì)合金與鋼之間；c、對(duì)待焊的硬質(zhì)合金及鋼施加超聲振動(dòng)，其中超聲波頻率18?25Hz，振幅4?20 μ m，超聲頭位于硬質(zhì)合金表面或鋼表面；施加超聲時(shí)間0.ls-lOmin，移動(dòng)超聲頭使整個(gè)連接面的釬料都實(shí)現(xiàn)填縫；d、釬焊過(guò)程采用可爐中或高頻感應(yīng)加熱等釬焊中常見(jiàn)的熱源方式，釬焊溫度為730?850°C ;e、超聲振動(dòng)結(jié)束后，試件自然冷卻，獲得釬縫組織中有釬縫增強(qiáng)作用的WC陶瓷顆粒的焊接成品。
[0010]采用本發(fā)明方法，具有的突出優(yōu)點(diǎn)是:
[0011](I)本發(fā)明方法利用超聲波空化作用時(shí)產(chǎn)生的高溫高壓作用，在母材表面形成局部活性區(qū)域，從而增強(qiáng)普通商用釬料對(duì)硬質(zhì)合金的潤(rùn)濕性，無(wú)需特別制備專用活性釬料，即可實(shí)現(xiàn)界面的良好結(jié)合。
[0012](2)本發(fā)明利用超聲波的擾動(dòng)作用，在釬料溶解硬質(zhì)合金中的Co基體后，使無(wú)Co基體粘結(jié)的WC顆粒迀移至釬縫中，形成WC顆粒增強(qiáng)的釬縫，從而大幅度提高接頭的力學(xué)性會(huì)K。
[0013](3)本發(fā)明中利用超聲波空化作用去除硬質(zhì)合金及鋼表面的氧化膜，無(wú)需采用釬劑或保護(hù)氣氛，在大氣中即可實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金與鋼的高質(zhì)量釬焊，接頭的室溫抗剪強(qiáng)度可達(dá)390MPa以上，且釬焊工藝簡(jiǎn)單，成本低，節(jié)約環(huán)保，生產(chǎn)效率高，適于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為WC顆粒原位增強(qiáng)硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊過(guò)程及裝置示意圖。圖中:1-硬質(zhì)合金片，2-鋼片，3-釬料，4-超聲頭，5-夾具，6-加熱裝置。
[0015]圖2為WC顆粒原位增強(qiáng)硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊接頭的微觀組織掃描電鏡圖片。
[0016]圖3為WC顆粒原位增強(qiáng)硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊接頭的界面結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖片，其中圖3a為硬質(zhì)合金側(cè)，圖b為鋼件側(cè)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施方式按照以下步驟進(jìn)行:a、釬焊前用對(duì)待連接的硬質(zhì)合金I和鋼2的表面分別進(jìn)行打磨，并用丙酮對(duì)打磨后的表面進(jìn)行清洗；b、釬焊前將Ag基釬料箔片3置于硬質(zhì)合金I與鋼2之間；c、將超聲頭4置于硬質(zhì)合金I表面在溫度為380°C時(shí)對(duì)待焊的硬質(zhì)合金及鋼施加超聲振動(dòng)5min ;d、釬焊過(guò)程采用高頻感應(yīng)加熱方式；e、超聲振動(dòng)結(jié)束自然冷卻，獲得的WC陶瓷顆粒增強(qiáng)的焊縫。
[0018]本實(shí)施例中獲得的釬縫接頭組織形貌(SEM形貌)見(jiàn)圖2，雙側(cè)界面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，可見(jiàn)界面結(jié)合良好，且在釬縫中心彌散分布有硬質(zhì)合金側(cè)迀移的白色的WC顆粒，可以起到增強(qiáng)焊縫的作用。
[0019]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，用于硬質(zhì)合金與鋼的高強(qiáng)度連接，其特征在于，其釬焊過(guò)程按照以下步驟進(jìn)行:a、釬焊前用對(duì)待連接的表面進(jìn)行打磨，并用丙酮對(duì)打磨后的表面進(jìn)行清洗山、釬焊前將Ag基釬料箔片置于硬質(zhì)合金與鋼之間；c、對(duì)待焊的硬質(zhì)合金及鋼施加超聲振動(dòng)，其中超聲波頻率18?25Hz，振幅4?20 μ m，超聲頭位于硬質(zhì)合金表面或鋼表面；施加超聲時(shí)間0.ls-lOmin，移動(dòng)超聲頭使整個(gè)連接面的釬料都實(shí)現(xiàn)填縫；d、釬焊過(guò)程采用可爐中或高頻感應(yīng)加熱等釬焊中常見(jiàn)的熱源方式，釬焊溫度為730?850°C ;e、超聲振動(dòng)結(jié)束后，試件自然冷卻，獲得釬縫組織中有釬縫增強(qiáng)作用的WC陶瓷顆粒的焊接成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，其特征在于，所述硬質(zhì)合金的主要成分為YG系列的硬質(zhì)合金，其主要成分為Co基WC硬質(zhì)合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，其特征在于，所采用的硬質(zhì)合金及鋼母材中，至少一種母材的厚度在2?5mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，其特征在于，所述的Ag基釬料為Ag-Cu-Zn-Mn-Ni釬料，其液相線范圍在700_800°C之間，釬料箔片厚度在50?200 μ m之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述之WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，其特征在于，所述超聲施加既可以在硬質(zhì)合金上，也可以施加在鋼上，施加超聲的母材要求厚度在5mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，其特征在于，超聲施加時(shí)間在60s?1min之間，利用超聲波的空化作用去除硬質(zhì)合金及鋼表面的氧化膜，在此過(guò)程中不需采用釬劑或其他保護(hù)氣氛，釬焊過(guò)程在大氣中進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述之WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，其特征在于可以采用爐中或感應(yīng)加熱等多種加熱方式，最佳釬焊溫度為730°C?800°C之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述之WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，其特征在于實(shí)施超聲波釬焊過(guò)程中，硬質(zhì)合金母材中的WC顆粒將在超聲波作用下從硬質(zhì)合金側(cè)中迀移至釬縫中，焊后形成WC陶瓷顆粒增強(qiáng)的釬縫，并達(dá)到增強(qiáng)接頭力學(xué)性能的目的。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種WC顆粒原位增強(qiáng)的硬質(zhì)合金與鋼的超聲波釬焊方法，用于對(duì)薄片硬質(zhì)合金與鋼的高質(zhì)量釬焊。按以下步驟進(jìn)行：a、釬焊前用對(duì)待連接的表面進(jìn)行打磨，并用丙酮對(duì)打磨后的表面進(jìn)行清洗；b、釬焊前將Ag基釬料箔片置于硬質(zhì)合金與鋼之間；c、對(duì)待焊的硬質(zhì)合金及鋼施加超聲振動(dòng)；d、釬焊過(guò)程采用可爐中或高頻感應(yīng)加熱等釬焊中常見(jiàn)的熱源方式，釬焊溫度為730～850℃；e、超聲振動(dòng)結(jié)束后，自然冷卻獲得的WC陶瓷顆粒增強(qiáng)的焊縫。本發(fā)明方法利用超聲波的擾動(dòng)作用，在釬料溶解硬質(zhì)合金中的Co基體后，使無(wú)Co基體粘結(jié)的WC顆粒遷移至釬縫中，形成WC顆粒增強(qiáng)的釬縫，從而大幅度提高接頭的力學(xué)性能。本發(fā)明利用超聲空化作用去除硬質(zhì)合金與鋼表面的氧化膜，不需要采用釬劑，在大氣下即可施焊，工藝簡(jiǎn)單，環(huán)保且焊接效率高，適合工程應(yīng)用。
【IPC分類】B23K1-06, B23K1-20
【公開(kāi)號(hào)】CN104772542
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510174813
【發(fā)明人】李遠(yuǎn)星, 朱宗濤, 陳輝, 趙旭, 何永攀, 李俊甫
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日