一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法技术

一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法，涉及一种钎焊不锈钢和硬质合金的方法。本发明专利技术为了解决现有的硬质合金与不锈钢的钎焊连接技术中，焊接接头在焊接过程中形成大量焊接缺陷及焊接接头残余应力较大的问题。方法：1、制备复合钎料粉末；2、搅拌；3、制备复合钎料箔片；4、不锈钢、硬质合金、中间层金属和复合钎料粉末清洗，叠放于石墨夹具内得到待焊件；5、钎焊。本发明专利技术采用梯度材料的方法对硬质合金与不锈钢进行辅助钎焊，通过梯度材料法，极大的缓解了线膨胀系数差异所来带的影响，减弱残余应力、消除焊接缺陷。本发明专利技术适用于不锈钢和硬质合金钎焊。

Method for brazing stainless steel and hard alloy by gradient material method

The invention relates to a method for brazing stainless steel and hard alloy by gradient material method, relating to a method for brazing stainless steel and cemented carbide. In order to solve the existing brazing and joining technology of the hard alloy and the stainless steel, a large number of welding defects and the great residual stress of the welding joint are formed in the welding process. Methods: 1. Preparation of composite solder powder; 2, stirring; 3. Preparation of composite solder foil; 4, stainless steel, hard alloy, the middle layer of metal and composite solder powder cleaning, stacked on the graphite jig to obtain welding brazing, 5. The invention adopts the method of gradient material assisted brazing of hard alloy and stainless steel materials, through the gradient method, greatly easing the impact of linear expansion coefficient difference with the decrease of residual stress, eliminate welding defects. The invention is suitable for brazing stainless steel and hard alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法
本专利技术涉及一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法.
技术介绍
硬质合金是由高硬度且高强度金属碳化物和Fe、Co、Ni等金属通过粉末冶金方法得到的合金。这种合金中的碳化物使合金具有高的硬度和耐磨性，而这种合金中金属基体又赋予合金良好的红硬性和热导率；由于其优越的性质，被用于制造切削刀具、刀具和耐磨零部件，被誉为“工业的牙齿”，这种合金还被广泛的应用于军工、航天航空、机械加工、石油钻井、建筑、矿上工具等各种行业。虽然硬质合金具有以上突出的优良性能，但冲击韧性差、价格昂贵，难以整体应用于机械，故现有技术中多采用与钢结构连接作为功能型部件，并利用钢结构的塑韧性和结构性与实现与硬质合金的性能互补，共同发挥结构优势；为保证结构的耐用性，钢结构中的钢材多采用不锈钢，故硬质合金与不锈钢的连接接头具有巨大的经济价值和性能优势。然而在切削、挖掘、钻井等高强度、过热、工况复杂恶劣的情况对硬质合金与不锈钢的连接要求非常严格。钎焊连接在异种金属连接方面应用较广，而针对硬质合金-不锈钢接头的连接却面临的诸多问题：首先，异种金属的线膨胀系数、弹性模量等物理性质相差巨大，直接进行钎焊势必造成残余应力过大的问题，进而引起裂纹萌生或焊缝开裂等问题；其次，二者的组成元素差异较大，选用钎料不当，将影响对母材的润湿和冶金反应，进而形成未熔合、气孔等缺陷；再次，由于长时间工作或冷却不足等情况，难免使得结构过热，导致钎料熔化或结构断裂。以上情况均严重威胁经济效益及生成安全，故需研制一种保障硬质合金与不锈钢可靠连接，并具有一定耐热性能的焊接方法。针对残余应力过大的问题，采用线膨胀系数介于异种金属二者之间的软质中间层辅助钎焊，是一种较为普遍的缓解残余应力的用法。此方法利用软质中间层适中的线膨胀系数形成过渡，减少母材的物理性质差异，并通过其塑性较好的特点，进一步释放残余应力；焊接过程中也有少量的中间层元素溶解于钎料，改善钎料性能，使软质中间层更适于焊接线膨胀系数差异较大的母材；并且中间层的存在亦可控制元素的扩散行为，可避免母材元素之间形成过多的有害的脆性产物。向钎料中加入增强体颗粒辅助钎焊，也是一种较为普遍的强化接头的方法。此方法利用增强体颗粒的低线膨胀系数来中和钎料的膨胀系数，使其更适合于焊接线膨胀系数差异较大的母材；同时，增强体颗粒的细晶强化、弥散强化等作用会使接头强度、韧性均有较大提升，保证焊接质量；再者，增强体颗粒与基体的结合反应势必消耗一定量的钎料元素，适量的增强体颗粒可以控制相的形成和界面行为，避免由于过多金属间化合物的形成而影响焊接质量。虽然以上两种有诸多优点且方法成熟，但针对某些硬质合金如线膨胀系数为6×10-6mm/℃的硬质合金和某些不锈钢如线膨胀系数为16×10-6mm/℃的不锈钢进行钎焊钎焊时，由于两者线膨胀系数差异过大，以上两种方法的单一使用，并不能充分发挥作用。且以上两种方法多采用铜基钎料或铜基中间层，这两种方法无法保证耐热性和高温需求。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的硬质合金与不锈钢的钎焊连接技术中，焊接接头在焊接过程中形成大量焊接缺陷及焊接接头残余应力较大的问题，提出了一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法；一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法，具体按以下步骤进行：一、向钎料粉末中加入10～30wt％的增强体颗粒获得高增强体含量的复合钎料粉末，向钎料粉末中加入1～10wt％的增强体颗粒获得低增强体含量的复合钎料粉末；所述钎料粉末为Ni-Cr-B-Si合金粉末、Ni-Cr-B-Si-Mo合金粉末或Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu合金粉末；所述增强体颗粒为SiC颗粒、WC颗粒或Cr3C2颗粒；二、将高增强体含量的复合钎料粉末和低增强体含量的复合钎料粉末分别放入不锈钢搅拌罐中，在转速为250～300rpm条件下搅拌1～3h；三、分别将步骤二得到的高增强体含量的复合钎料粉末和低增强体含量的复合钎料粉末装入研钵中，并分别向研钵中加入1～10wt％的液态粘结剂，然后搅拌1～20min得到混合物，然后将研钵中的混合物分别倒在平整的橡胶垫片上，刮平后自然烘干，待橡胶垫片上的混合物成型之后得到钎料，利用单辊式轧制机将得到的钎料轧制成厚度为50～400μm的箔片，将厚度为50～400μm的箔片切割成规则块状，最后放入烘干箱中，加热至500～700℃并保温1～10h，冷却后得到高增强体含量的复合钎料箔片和低增强体含量的复合钎料箔片；所述液态粘结剂为硝化纤维与乙酸辛酯的混合物，混合物中硝化纤维的含量为0.1mol/L；所述最后放入烘干箱中，以5℃/min～20℃/min的加热速率加热至500～700℃并保温1～10h，冷却后得到高增强体含量的复合钎料箔片或低增强体含量的复合钎料箔片；四、将不锈钢、硬质合金、中间层金属、步骤三得到的高增强体含量的复合钎料箔片和步骤三得到的低增强体含量的复合钎料箔片分别依次用200目、400目、600目和800目砂纸打磨双面，然后分别用丙酮超声预处理10min～20min，得到去除表面杂质的不锈钢、硬质合金、中间层金属、高增强体含量的复合钎料箔片和低增强体含量的复合钎料箔片；然后由上至下将去除表面杂质的硬质合金、高增强体含量的复合钎料箔片、中间层金属、低增强体含量的复合钎料箔片和不锈钢叠放，得到待焊件；所述不锈钢为1Cr18Ni9不锈钢、0Cr19Ni9不锈钢、1Cr13不锈钢、3Cr13不锈钢或Crl7不锈钢；所述硬质合金为YG6合金、YG6C合金、YG8合金、YG15合金或YG20C合金；所述中间层金属为纯Fe箔片或纯Ni箔片；五、将步骤四得到的待焊件置于石墨夹具之间，使待焊件与石墨夹紧密接触，然后将石墨夹具和待焊件置于真空钎焊炉中，，在压强为1×10-4～5×10-3Pa和温度为900～1300℃的条件下保温5～40min，然后以2～10℃/min的降温速度冷却至室温，即完成；所述中间层金属的厚度为50μm～200μm。本专利技术梯度材料法钎焊不锈钢及硬质合金的方法收到原理为：本专利技术方法利用中间层金属的低线膨胀系数和增强体颗粒的低线膨胀系数，调节钎料体系的膨胀系数，形成线膨胀系数成梯度变化的钎料体系，以解决因线膨胀系数的差异而造成的残余应力过大的问题，进一步消除焊接缺陷，保证焊接质量；增强体的加入可控制接头组织，强化接头力学性能；并利用镍基钎料的耐高温性保证了接头高温工作的可靠性。本专利技术具备以下有益效果：1、本专利技术采用梯度材料的方法对硬质合金与不锈钢进行辅助钎焊，通过梯度材料法，极大的缓解了线膨胀系数差异所来带的影响，减弱残余应力、消除焊接缺陷，并充分发挥中间层与增强体的作用，保证焊接质量；首先采用Fe、Ni纯金属箔片作为中间层，硬质合金侧采用高增强体含量的Ni基材料，不锈钢侧采用低增强体含量的同种Ni基材料，形成整体线膨胀系数梯度变化的钎料体系，可获得力学性能更好，且耐高温的钎焊接头；2、本专利技术Fe、Ni中间层的选用满足低线膨胀系数、塑性好等要求，可以良好地缓解残余应力；并且其元素与母材或钎料相同，不仅保证接头质量，更保证接头耐腐蚀性和强度，不会产生多余的有害相；同时中间层的存在可以稳定材料各处的增强体含量，防止因扩散、增强体运动造成的梯度效果消失；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法，其特征在于：该方法具体按以下步骤进行：一、向钎料粉末中加入10～30wt％的增强体颗粒获得高增强体含量的复合钎料粉末，向钎料粉末中加入1～10wt％的增强体颗粒获得低增强体含量的复合钎料粉末；二、将高增强体含量的复合钎料粉末和低增强体含量的复合钎料粉末分别放入不锈钢搅拌罐中，在转速为250～300rpm条件下搅拌1～3h；三、分别将步骤二得到的高增强体含量的复合钎料粉末和低增强体含量的复合钎料粉末装入研钵中，并分别向研钵中加入1～10wt％的液态粘结剂，然后搅拌1～20min得到混合物，然后将研钵中的混合物分别倒在平整的橡胶垫片上，刮平后自然烘干，待橡胶垫片上的混合物成型之后得到钎料，利用单辊式轧制机将得到的钎料轧制成厚度为50～400μm的箔片，将厚度为50～400μm的箔片切割成规则块状，最后放入烘干箱中，加热至500～700℃并保温1～10h，冷却后得到高增强体含量的复合钎料箔片和低增强体含量的复合钎料箔片；四、将不锈钢、硬质合金、中间层金属、步骤三得到的高增强体含量的复合钎料箔片和步骤三得到的低增强体含量的复合钎料箔片分别依次用200目、400目、600目和800目砂纸打磨双面，然后分别用丙酮超声预处理10min～20min，得到去除表面杂质的不锈钢、硬质合金、中间层金属、高增强体含量的复合钎料箔片和低增强体含量的复合钎料箔片；然后由上至下将去除表面杂质的硬质合金、高增强体含量的复合钎料箔片、中间层金属、低增强体含量的复合钎料箔片和不锈钢叠放，得到待焊件；五、将步骤四得到的待焊件置于石墨夹具之间，使待焊件与石墨夹紧密接触，然后将石墨夹具和待焊件置于真空钎焊炉中，在压强为1×10...

【技术特征摘要】
1.一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法，其特征在于：该方法具体按以下步骤进行：一、向钎料粉末中加入10～30wt％的增强体颗粒获得高增强体含量的复合钎料粉末，向钎料粉末中加入1～10wt％的增强体颗粒获得低增强体含量的复合钎料粉末；二、将高增强体含量的复合钎料粉末和低增强体含量的复合钎料粉末分别放入不锈钢搅拌罐中，在转速为250～300rpm条件下搅拌1～3h；三、分别将步骤二得到的高增强体含量的复合钎料粉末和低增强体含量的复合钎料粉末装入研钵中，并分别向研钵中加入1～10wt％的液态粘结剂，然后搅拌1～20min得到混合物，然后将研钵中的混合物分别倒在平整的橡胶垫片上，刮平后自然烘干，待橡胶垫片上的混合物成型之后得到钎料，利用单辊式轧制机将得到的钎料轧制成厚度为50～400μm的箔片，将厚度为50～400μm的箔片切割成规则块状，最后放入烘干箱中，加热至500～700℃并保温1～10h，冷却后得到高增强体含量的复合钎料箔片和低增强体含量的复合钎料箔片；四、将不锈钢、硬质合金、中间层金属、步骤三得到的高增强体含量的复合钎料箔片和步骤三得到的低增强体含量的复合钎料箔片分别依次用200目、400目、600目和800目砂纸打磨双面，然后分别用丙酮超声预处理10min～20min，得到去除表面杂质的不锈钢、硬质合金、中间层金属、高增强体含量的复合钎料箔片和低增强体含量的复合钎料箔片；然后由上至下将去除表面杂质的硬质合金、高增强体含量的复合钎料箔片、中间层金属、低增强体含量的复合钎料箔片和不锈钢叠放，得到待焊件；五、将步骤四得到的待焊件置于石墨夹具之间，使待焊件与石墨夹紧密接触，然后将石墨夹具和待焊件置于真空钎焊炉中，在压强为1×10-4～5×10-3Pa和温度为900～1300℃的条件下...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳立林，
申请(专利权)人：爱迪森自动化科技昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32