硬質(zhì)合金是指由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。具有高彈性模量、高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、抗沖擊、熱膨脹系數(shù)小以及室溫和高溫化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等一系列優(yōu)良性能,被譽為“工業(yè)牙齒”,用于制造切削工具、刀具、鉆具和耐磨零部件,廣泛應(yīng)用于、航天航空、機械加工、冶金、石油鉆井、礦山工具、電子通訊、建筑等領(lǐng)域。 雖然硬質(zhì)合金使用范圍廣泛,但是由于硬質(zhì)合金價格昂貴,而且許多零件在使用時并不需要都用硬質(zhì)合金制造,所以將硬質(zhì)合金與其他材質(zhì)連接起來使用具有重要的使用價值。 釬焊法是目前硬質(zhì)合金與鋼的主要焊接方法,近十年來,一些新的焊接方法如燒結(jié)擴散焊、鎢極惰性氣體保護焊、激光焊等也在積極研究探索中,將有可能在硬質(zhì)合金的焊接中得到廣泛的應(yīng)用。 硬質(zhì)合金的釬焊性是較差的。這是因為硬質(zhì)合金的含碳量較高,未經(jīng)清理的表面往往含有較多的游離碳,從而妨礙釬料的濕潤。此外,硬質(zhì)合金在釬焊的溫度下容易氧化形成氧化膜,也會影響釬料的濕潤。因此,釬焊前的表面清理對改善釬料在硬質(zhì)合金上的濕潤性是很重要的,必要時還可采取表面鍍銅或鍍鎳等措施。 硬質(zhì)合金釬焊中的另一個問題就是接頭易產(chǎn)生裂紋。這是因為它的線膨脹系數(shù)僅為低碳鋼的一半,當硬質(zhì)合金與這類鋼的基體釬焊時,會在接頭中產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,從而導(dǎo)致接頭的開裂。因此硬質(zhì)合金與不同材料釬焊時,應(yīng)設(shè)法采取防裂措施。 硬質(zhì)合金通常采用純銅、銅鋅和銀銅釬料:
1、純銅:純銅對各種硬質(zhì)合金均有良好的濕潤性,但需在氫的還原性氣氛中釬焊才能得效果。同時,由于釬焊溫度高,接頭中的應(yīng)力較大,導(dǎo)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。
2、銅鋅釬料:銅鋅釬料是硬質(zhì)合金的釬料。為提高釬料的濕潤性和接頭的強度,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(zhì)合金釬焊接頭的抗剪強度在室溫達到300-320Mpa:在320攝氏度時仍能保持220-240Mpa。在B-Cu58ZnMn的基礎(chǔ)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。 3、銀銅釬料:銀銅釬料的熔點較低,釬焊接頭產(chǎn)生的熱應(yīng)力較小,有利于降低硬質(zhì)合金釬焊時的開裂傾向。為改善釬料的濕潤性并提高接頭的強度和工作溫度,釬料中常添加Mn、Ni等合金元素。利潤B-Ag50CuZnCdNi釬料對硬質(zhì)合金的濕潤性,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(zhì)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(yīng)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(xiàn)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(chǎn)生裂紋,其抗剪強度能提高到300MPa。