保溫時間對硬質合金與不銹鋼釬焊工藝的影響

李悅

摘 要：本實驗選用三明治銀焊片作為中間層，使用YG8硬質合金與1Cr18Ni9Ti不銹鋼作為接頭材料，氬氣為保護氣，使用箱式釬焊爐，將保溫時間作為變量，把制備好的試樣通過觀察其焊縫顯微組織，分析焊縫與母材的熔合性能，測定焊縫與母材的顯微硬度，測定試樣剪切強度，進而對實驗數據進行歸納總結，評價出較高剪切強度和較好接頭組織的試樣。

在對不同保溫時間的試樣進行測試的結果中發現，保溫時間達到20min時的接頭性能優于保溫時間為13min和5min的接頭。因此，適當的延長保溫時間可以在連接處獲得更好的冶金結合，制備出優質的釬焊接頭。

關鍵詞：硬質合金；釬焊；顯微組織；剪切強度

一、試驗材料

1.YG8硬質合金

YG8硬質合金是鎢鈷類材料，具有硬 度高、韌性較好、耐熱、耐 腐蝕耐磨、強度高等一系列優良性能，特別是它的耐磨性和很強的硬度，就算在500℃的溫度環境下也大體保持性能不變，而在1000℃溫度時仍具有相當高的硬度。

YG8硬質合金的化學成分以及性質見表1-1。

2.1Cr18Ni9Ti不銹鋼

不銹鋼1Cr18Ni9Ti屬于奧氏體不銹鋼。因為其具有較好耐晶間腐蝕性，因此，這種不銹鋼通常用于制作耐酸器皿及抗磁儀表、設備襯里、醫療器械等。1Cr18Ni9Ti不銹鋼化學成分見表1-2：

3.三明治銀焊片

三明治銀焊片是一種兩片銀釬料片中間加有銅墊片或鎳墊片的特殊焊片，也就是加有補償墊片的銀焊片。主要應用于釬焊焊縫長度超過12.7mm的合金，硬質合金或者大面積釬焊面的工件，以防止因異種金屬間焊接其熱膨脹系數不同而產生的開裂現象。廣泛運用于各種硬質合金刀具，車刀，鉆具，礦山釬具的釬焊。

二、試驗工藝

本實驗選用三明治銀焊片作為中間層，加熱溫度定為910℃，分別選擇了三組保溫時間：5min、13min、20min，來進行試驗試樣的制備。

三、試驗過程

1.釬焊接頭的剪切強度及數據分析

剪切測試是測量焊縫力學性能的一個重要的方法，通過剪切實驗可以檢測焊接形成的接頭的質量。如果剪切強度太低的話，使用過程中不能滿足使用性能，那么就不能選這種材料或者這種焊接方法。

本實驗對每組組試樣分別做了剪切實驗，設備為最大載荷為100KN的萬能實驗機，由于硬質合金硬度大，塑性小，高的位移速度容易產生附加的慣性力，因此選擇小的位移速度，為0.01mm/s。不同溫度下的剪切強度見表3：

為了便于觀察不同保溫時間下試樣剪切強度的分布情況，繪出剪切強度-時間分布圖，如圖1所示。

結合圖1分析可知，5分鐘和13分鐘條件下的剪切應力和剪切強度要比910℃的小很多，說明了保溫時間對焊縫的力學性能有顯著的影響。 隨著保溫時間的增加，試樣的剪切強度呈現上升趨勢。當保溫時間只有5min或者13min時，由于界面處的元素擴散并不充分，接頭結合力稍差。隨著保溫時間的延長，接頭的剪切強度逐漸升高。在一定保溫時間的范圍內，保溫時間越長，擴散系數越大，母材與中間層的擴散速度越快，得到的焊接接頭強度越高。在實驗的范圍內，焊接保溫時間為20min時，試樣的剪切強度最大，對應的焊接工藝是最佳工藝。

2.顯微硬度分析

為了進一步分析釬焊中不同的保溫時間對中間層、母材的性能的影響，采用MH-5型顯微硬度計對試樣進行顯微硬度測量。分別多次測量了釬縫和距離焊縫50/100um母材的硬度，然后計算其平均值來評價其硬度。考慮到中間層及母材比較軟，但是硬質合金比較硬，所以采用的載荷為100g，加載時間為10s。

為了直觀的反映焊接接頭不同區域硬度的變化幅度，把各個焊接溫度下的焊縫以及母材硬度變化用圖演示出來，如圖2、3所示。

（a） 距離焊縫50μm處母材的顯微硬度

（b）距離焊縫100μm處母材的顯微硬度

（1） 從圖3可以看出，不同保溫時間下焊縫的硬度有較大的變化，而母材部分的硬度總體上波動不大。說明母材上距離焊縫以及釬料較遠的地方擴散作用可能是很弱的，基本上不會因為保溫時間的變化而大幅波動。

（2） 中間層和母材的界面反應區形成的固溶體組織的硬度和釬縫中心區形成的固溶體組織的硬度上有很大區別，不同種固溶體的塑性也有較大區別，它有利于緩解接頭在冷卻過程中由于鋼和硬質合金線膨脹系數的不同而產生的殘余應力。

（3） 由圖2可以看出，保溫時間比較低（比如5min）的時候，中間層元素擴散不充分，直接影響焊縫的硬度和焊接質量。隨著保溫時間的增加到13min、20min，焊縫的硬度明顯升高，這是因為釬料中的元素能夠實現充分的擴散，釬縫組織充分釋放殘余應力，從而使接頭獲得良好的綜合力學性能。

四、結論

當其他條件一定，以保溫時間作為變量，保溫時間（如5min）比較低時，中間層元素擴散不充分，直接影響中間層的硬度和剪切強度。隨著保溫時間的逐漸增加，釬料對母材的潤濕性會更好，加劇元素的擴散和溶解。當保溫時間增加到20min時，中間層元素擴散充分，大大的提高了接頭的剪切強度，獲得結合良好的接頭。

參考文獻

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