一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法技术

本申请公开了一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将硬质合金和碳钢的待焊接面进行预处理，得到预处理后的硬质合金和碳钢；S2：按照Cr箔、Ni箔和AgCu箔状钎料的顺序将三者进行叠合，作为焊接的中间层；S3：按照焊接中间层的铬箔面与预处理后的硬质合金焊接面接触，焊接中间层的AgCu箔状钎料与碳钢接触进行组装，组装完毕后，将工件进行真空扩散焊接，焊接完毕，得到硬质合金和碳钢耐磨复合材料。本申请中通过在中间焊接层出采用Cr箔、Ni箔和AgCu箔状钎料三层的结构，铬箔的存在可见减少焊接部分脆性η相的形成，而且生成的碳化铬可以细化焊接处的晶粒，因而可以起到提高焊接部分强度的作用。以起到提高焊接部分强度的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法


[0001]本申请涉及耐磨复合材料
，尤其是涉及一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]硬质合金由于具有高硬度、耐磨、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，广泛应用于金属加工、矿山开采等领域，但硬质合金的脆性较大，不宜用于受冲击力较大的易磨损件。
[0003]通过复合制备技术将硬质合金与韧性好、强度高、价格低廉的碳钢复合制备表层耐磨复合材料，其在获得复合材料具有高硬度、高耐磨性的同时具有较高的强度和良好的韧性。
[0004]目前硬质合金材料与碳钢材料的复合主要是采用焊接技术，但是硬质合金和碳钢材料的物理和化学差异性较大，导致其焊接部分轻度不够，主要原因是以下两种：1）硬质合金的热膨胀系数只有碳钢热膨胀系数的一般，导致至焊接结束后的冷却过程中硬质合金和碳钢的收缩率程度不一致，大量热残余应力聚集在接头处，连接构件在使用过程中时容易开裂和脱焊的。2）在硬纸合金和碳钢直接焊接过程中，由于界面处硬质合金的熔化以及元素的相互扩散，会形成含有大块状脆性η相（Fe3W3C，Co3W3C，或 (Fe，Co)3W3C等）区域，导致在硬质合金一侧形成贫碳层，导致焊接部位的性能下降。
[0005]为了解决上述焊接问题，目前方法有在硬纸合金的待焊接面进行电镀一层缓冲金属层，例如在专利公开号为CN 102380605 A
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一种硬质合金/高铬合金基耐磨复合材料的制备方法
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中，主要是在硬质合金待连接端面进行镀镍和镀铁，引入镀层，能够促进润湿，固溶强化焊缝区域，并且残余镀层和钎料层能够缓冲焊接残余应力，获得的焊接接头力学性能优异；但是电镀的工艺比较复杂，而且难以应用大型的材质。还有的方法是采用电镀+陶瓷相凝胶的工艺（例如专利公开号为CN110616451A），通过纳米陶瓷凝胶起到缓冲的作用，从而提高界面的结合强度；但是该方法采用电镀+凝胶的工艺，工艺也相对较复杂，而且加入纳米颗粒后，电镀工艺容易不稳定。

技术实现思路

[0006]为了进一步提高硬质合金和碳钢耐磨复合材料焊接部位的强度，本申请提供一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法。
[0007]本申请提供的一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，采用如下的技术方案：一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将硬质合金和碳钢的待焊接面进行预处理，得到预处理后的硬质合金和碳钢；S2：按照Cr箔、Ni箔和AgCu箔状钎料的顺序将三者进行叠合，作为焊接的中间层；S3：按照焊接中间层的铬箔面与预处理后的硬质合金焊接面接触，焊接中间层的AgCu箔状钎料与碳钢接触进行组装，组装完毕后，将工件进行真空扩散焊接，焊接完毕后，
得到硬质合金和碳钢耐磨复合材料。
[0008]通过采用上述技术方案，本申请中在靠近硬质合金的一面与铬箔进行接触，主要是因为：1）Cr箔与硬质合金面的亲和度高，可以很好在硬质合金面铺展开；2）铬能够与钴和镍均能够形成固溶相，因为在钴发生固溶的，钴发生扩散会使得WC也发生迁移，此时的WC会有Cr作用生成Cr3C2，当基体中Fe扩散过来后，WC主要与Cr结合了， 因而不易形成大块状脆性η相，在焊接界面主要是形成Fe
‑
Co相，有利于提高焊接部位强度；在焊接过程中，还会生成的Cr3C2，形成Cr3C2在可以起到细化接触面晶粒的作用，避免升温导致的晶粒长大，也可以提升接触界面的强度。
[0009]在中间加入一层Ni箔层主要是因为Ni与Cr、Co和Cu具有较好的相溶效果，在中间加入Ni可以促进Cr箔更好的AgCu箔状钎料发生作用，提高界面的结合能力，从而扩散焊接的效果；而且冷却后生成的Ni
‑
Cr化合物具有体心立方结构，具有较好的韧性，可以起到缓冲接触界面产生的残余应力。
[0010]本申请中在碳钢的接触面采用AgCu箔状钎料，主要因为银基钎料在碳钢的表面性铺展性和润湿性比较好，而且其与Ni箔层的结合性比较强，因而可以提高焊接界面的塑型和强度。
[0011]作为优选，所述的步骤S1中，预处理的工艺具体步骤为：将硬质合金以及碳钢的待焊接面进行砂纸和金刚石进行逐级打磨，接着用水清洗，然后用丙酮清洗，最后用无水乙醇清洗，得到预处理后的硬质合金和碳钢。
[0012]通过采用上述技术方案，通过进一步对待焊接面进行预处理，可以去除待焊接面的杂质，保证待焊接面的清洁度和平整度，从而可以更好的反应进行扩散和焊接，提高界面的结合强度。
[0013]作为优选，所述的硬质合金为钨钴类材料硬质合金，进一步优选为YG20或者YG8。
[0014]通过采用上述技术方案，因为采用钨钴类材料硬质合金，其耐磨性能相对较好，而且其与碳钢的可焊接性更强。
[0015]作为优选，所述的Cr箔的厚度小于0.04mm，Ni箔的厚度小于0.05mm，AgCu箔状钎料为0.08~0.1mm。
[0016]通过采用上述技术方案，本申请中的Cr箔和Ni箔的熔点较高，厚度不宜过厚，否则焊接时扩散速度过慢，影响焊接效果。
[0017]作为优选，所述步骤S3中，真空焊接具体包括以下步骤：将组装后的工件，以设定的升温速度升温至预处理温度，进行预热处理，预热处理后，继续升温至焊接温度，进行焊接；然后降温至第三段温度，采用真空钎焊炉中的液压压头对工件施加载荷，进行进一步扩散焊接，随后随炉冷却至第四段温度，保温，并在保温过程中逐步卸压，直至荷载为0，最后随炉冷却至室温。
[0018]作为优选，所述的设定升温速率为8~12℃/min，预热温度为250~350℃，预热时间为1.5~2.5h；继续升温速率为14~20℃/min，焊接温度为1150~1200℃，焊接时间为5~8min；降温速率为5~7℃/min，第三段温度为850~950℃，保温时间为15~30min；荷载强度为8~15MPa；第四段温度为250~350℃，卸压速率为0.05~0.15MPa/min。
[0019]通过采用上述技术方案，本申请中的焊接过程中，首先进行预热，预热，就可以减小待焊接面的收缩应力，防止裂纹的产生，而且预热过程也可以活化焊接的中间层的作用。
接着升温至焊接温度，在焊接温度出保温时间并不是很长，主要是为了使焊接中间层与待焊接面发生固溶，再接着在荷载的情况下进行扩散焊接，使焊接中间层各组分以及界面组分发生扩散作用，从而形成焊接中间层；荷载的压力主要是为了焊接界面处部分产生塑性变形和激活界面区原子、消除界面孔洞，但是荷载压力需要适宜，荷载压力过大，会使焊接部位产生较大的焊接残余应力，荷载压力过小，界面接触不紧密。扩散焊接后，降温至较低温度后，在保温过程中，在进行逐步缓慢卸压，这种卸压方式可以避免高温下快速卸压引起的焊接界面晶粒的异常长大，也可以避免快速卸压引起的界面残余应力增加。
[0020]作为优选，得到硬质合金和碳钢耐磨复合材料进一步进行时效+深冷循环处理。
[0021]作为优选，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将硬质合金和碳钢的待焊接面进行预处理，得到预处理后的硬质合金和碳钢；S2：按照Cr箔、Ni箔和AgCu箔状钎料的顺序将三者进行叠合，作为焊接的中间层；S3：按照焊接中间层的Cr箔面与预处理后的硬质合金焊接面接触，焊接中间层的AgCu箔状钎料与碳钢接触进行组装，组装完毕后，将工件进行真空扩散焊接，焊接完毕后，得到硬质合金和碳钢耐磨复合材料。2.根据权利要求1所述的硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤S1中，预处理的工艺具体步骤为：将硬质合金以及碳钢的待焊接面进行砂纸和金刚石进行逐级打磨，接着用水清洗，然后用丙酮清洗，最后用无水乙醇清洗，得到预处理后的硬质合金和碳钢。3.根据权利要求1所述的硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述的硬质合金为钨钴类材料硬质合金。4.根据权利要求3所述的硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，硬质合金为YG20或者YG8。5.根据权利要求1所述的硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，Cr箔的厚度小于0.04mm，Ni箔的厚度小于0.05mm，AgCu箔状钎料为0.08~0.1mm。6.根据权利要求1所述的硬质合金和碳钢耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，真空焊接具体包括以下步骤：将组装后的工件，以设定的升温速度升温至预处理温度，进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡许先，许元根，王韩希，刘守礼，
申请(专利权)人：长沙威尔保新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：