一种WC同种硬质合金的SPS扩散焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种WC同种硬质合金的SPS扩散焊接方法，其无需在焊接表面间添加特定成分的中间夹层材料，直接通过SPS技术对WC同种硬质合金进行固相扩散焊接，从而获得WC与WC同种硬质合金的连接件。通过本发明专利技术的焊接方法可得到强度高、成型好的WC同种硬质合金焊接件，焊接件室温抗弯强度可达524.6MPa。

A SPS diffusion welding method for WC Homo cemented carbide

The invention discloses a SPS diffusion welding method for WC alloying hard alloy. It does not need to add special interlayer material between the welding surface and direct solid phase diffusion welding of WC alloying hard alloy through SPS technology, so as to obtain the joint of WC and WC Homo cemented carbide. Through the welding method of the invention, the WC cemented carbide welds with high strength and good shape can be obtained, and the bending strength of the weldments at room temperature can reach 524.6MPa.

【技术实现步骤摘要】
一种WC同种硬质合金的SPS扩散焊接方法
本专利技术涉及一种同种硬质合金的焊接方法，尤其涉及一种WC同种硬质合金的焊接方法。
技术介绍
碳化钨(WC)合金是硬质合金的主要组成部分，也是硬质合金工业中使用最多的硬质化合物。WC有以下基本特点：高硬度和高耐磨性，特别是在较高的温度下仍有高的硬度(也称红硬性好)，这是WC最显著的特点；高化学稳定性和高耐酸耐腐蚀性；低膨胀系数。由于上述特点，WC硬质合金俗称为“工业的牙齿”，广泛用作模具、切削工具、冲击工具、耐磨耐蚀零部件等，在切削加工、地质勘探、矿山开采、石油钻井、模具制造等方面发挥着重要作用。将WC同种硬质合金有效连接，是拓展硬质合金在工业生产领域应用的关键。放电等离子烧结(SparkPlasmaSintering，SPS)技术是利用强脉冲直流电流流经粉末或模具产生焦耳热而对粉末进行快速固结成形的一种新方法。近年来，该方法开始被用于焊接领域，能够实现同种材料(合金与合金、陶瓷与陶瓷)、异种材料(合金与陶瓷)的焊接。与传统的固相扩散焊接相比，SPS固相扩散焊接的优势不仅仅是加热速率快、能耗低，尤为重要的是SPS在传统固相扩散焊接所需的温度场和应力场的基础上引入了电场，在电场的作用下电迁移效应可加速物质扩散。因此，采用SPS技术有望在较低温度和较短时间内实现对WC同种硬质合金的有效连接。
技术实现思路
针对现有硬质合金，尤其是WC硬质合金连接技术的不足之处，本专利技术的目的在于将SPS技术应用于硬质合金的固态扩散连接，提供一种WC同种硬质合金的快速高效焊接方法，并在焊缝处通过原子互扩散，提高焊接接头的力学性能。本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：本专利技术WC同种硬质合金的SPS扩散焊接方法，其特点在于：是通过SPS技术对WC同种硬质合金进行固相扩散焊接，从而获得WC与WC同种硬质合金的连接件。具体包括如下步骤：步骤1、取待焊接的WC合金，对WC合金的待焊接面进行预磨、抛光和超声清洗并真空干燥；步骤2、取石墨模具，所述石墨模具包括上压头、下压头及石墨阴模；将两个处理好的WC合金样品依次放入石墨阴模中，然后用上压头和下压头压紧，同时使两个待焊接面相对接触并位于石墨阴模高度的正中间位置；步骤3、将装有待焊接件的石墨模具置于放电等离子烧结系统的炉膛中，抽真空至不高于10Pa，然后通入直流脉冲电流，对两个WC同种硬质合金进行扩散焊接，焊接工艺为：轴向压力为20～30MPa，升温速率为20～300℃/min，连接温度为1500～1700℃，保温时间为10～120min，降温速率为：从连接温度降至1000℃的区间的降温速率为2～20℃/min，从1000℃降至600℃的区间的降温速率为5～30℃/min，从600℃降至室温区间随炉冷却；待冷却后即获得WC同种硬质合金的连接件。优选的，步骤1中，通过磨床对WC合金的待焊接面进行预磨，而后抛光并在酒精中超声清洗，使处理好的WC合金的待焊接面的平面度不大于0.1mm、粗糙度不大于0.1μm。最优选的，步骤3中所述的焊接工艺条件为：轴向压力为30MPa，升温速率为100℃/min，连接温度为1700℃，保温时间为30min，降温速率为：从1700℃降至1000℃的区间降温速率为10℃/min，从1000℃降至600℃的区间降温速率为20℃/min，从600℃降至室温区间随炉冷却。上述最优选的焊接工艺条件是基于单变量的科学实验设计，以及大量实验摸索而获得的，在此条件下，产品的综合性能最优。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术采用SPS技术实现了WC同种硬质合金的快速高效连接，与传统的连接工艺相比，该方法连接温度低、保温时间短、能耗低、对设备真空度要求低；本专利技术WC同种硬质合金之间的扩散焊接，无需添加中间过渡层，同时通过电迁移效应促进原子扩散，在不降低母材强度的前提下实现WC同种硬质合金的高效连接，能获得高质量的焊缝组织，有效避免焊接接头力学性能的下降。2、通过本专利技术的焊接方法可得到强度高、成型好的WC同种硬质合金焊接件，接头室温抗弯强度可达524.6MPa。3、本专利技术优化了WC同种硬质合金的SPS扩散焊接工艺，当轴向压力、加热速率、连接温度、保温时间和降温速率分别优选为30MPa、100℃/min、1700℃、30min、降温速率为10-20℃/min(1700℃降至1000℃的区间降温速率为10℃/min，1000℃降至600℃的区间降温速率为20℃/min)时，更能充分发挥该焊接工艺的优势，在保证有足够厚的扩散层的同时有效抑制母材的晶粒长大。具体实施方式如下通过实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的实施方式不仅限于此。下述实施例所用放电等离子烧结炉为日本SinterLandinc公司生产的LABOX-350放电等离子烧结系统，其电流类型为直流脉冲电流，脉冲序列为40:7；所用石墨模具的内径为Φ10mm。下述实施例中所用WC硬质合金为烧结态纯WC。实施例1本实施例的WC同种硬质合金的SPS扩散焊接按如下步骤进行：步骤1、对两个待焊接的WC硬质合金的待焊接面依次使用磨床进行预磨，而后抛光并在酒精中超声清洗，最后再真空干燥；处理后的第一个WC合金待焊接面的平面度和粗糙度分别为0.07mm和0.06μm，处理后的第二个WC合金待焊接面的平面度和粗糙度分别为0.09mm和0.06μm。步骤2、将两个处理好的WC硬质合金样品依次放入石墨阴模中，然后用上压头和下压头压紧，同时使两个待焊接面相对接触并位于石墨阴模高度的正中间位置。步骤3、将装有待焊接件的石墨模具置于放电等离子烧结系统的炉膛中，抽真空至低于10Pa，然后通入直流脉冲电流，对WC同种硬质合金进行扩散焊接，焊接工艺为：轴向压力为20MPa，升温速率为100℃/min，连接温度为1500℃，保温时间为30min，降温速率为：从1500℃降至1000℃的区间的降温速率为10℃/min，从1000℃降至600℃的区间的降温速率为20℃/min，从600℃降至室温区间随炉冷却；待冷却后即获得WC同种硬质合金的连接件。经测试，本实施例所得连接件的室温抗弯强度为366.6MPa。实施例2本实施例的WC同种硬质合金的SPS扩散焊接按如下步骤进行：步骤1、对两个待焊接的WC硬质合金的待焊接面依次使用磨床进行预磨，而后抛光并在酒精中超声清洗，最后再真空干燥；处理后的第一个WC合金待焊接面的平面度和粗糙度分别为0.05mm和0.08μm，处理后的第二个WC合金待焊接面的平面度和粗糙度分别为0.08mm和0.04μm。步骤2、将两个处理好的WC硬质合金样品依次放入石墨阴模中，然后用上压头和下压头压紧，同时使两个待焊接面相对接触并位于石墨阴模高度的正中间位置。步骤3、将装有待焊接件的石墨模具置于放电等离子烧结系统的炉膛中，抽真空至低于10Pa，然后通入直流脉冲电流，对WC同种硬质合金进行扩散焊接，焊接工艺为：轴向压力为20MPa，升温速率为100℃/min，连接温度为1600℃，保温时间为30min，降温速率为：从1600降至1000℃的区间的降温速率为10℃/min，从1000降至600℃的区间的降温速率为20℃/min，从600℃降至室温区间随炉冷却；待冷却后即获得WC同种硬质合金的连接件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种WC同种硬质合金的SPS扩散焊接方法，其特征在于：是通过SPS技术对WC同种硬质合金进行固相扩散焊接，从而获得WC与WC同种硬质合金的连接件。

【技术特征摘要】
1.一种WC同种硬质合金的SPS扩散焊接方法，其特征在于：是通过SPS技术对WC同种硬质合金进行固相扩散焊接，从而获得WC与WC同种硬质合金的连接件。2.根据权利要求1所述的WC同种硬质合金的SPS扩散焊接方法，其特征在于：步骤1、取待焊接的WC合金，对WC合金的待焊接面进行预磨、抛光和超声清洗并真空干燥；步骤2、取石墨模具，所述石墨模具包括上压头、下压头及石墨阴模；将两个处理好的WC合金样品依次放入石墨阴模中，然后用上压头和下压头压紧，同时使两个待焊接面相对接触并位于石墨阴模高度的正中间位置；步骤3、将装有待焊接件的石墨模具置于放电等离子烧结系统的炉膛中，抽真空至不高于10Pa，然后通入直流脉冲电流，对两个WC同种硬质合金进行扩散焊接，焊接工艺为：轴向压力为20～30MPa，升温速率为20～300℃/min，连接温度为1500～1700℃，保温时间为10～120min，降温速...

【专利技术属性】
技术研发人员：张久兴，黄昊，何超，杨芝，韩翠柳，杨新宇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34