无活性中间层的硬质合金与钢的连接方法技术

本发明专利技术公开了一种硬质合金与钢的连接方法，其特征是先利用粉末冶金方法制备心部有圆柱孔的硬质合金生坯；然后将一定尺寸的钢质芯棒放置在生坯的圆柱孔中；硬质合金生坯与钢质芯棒在１３００℃～１４５０℃下进行真空烧结处理。硬质合金生坯发生尺寸收缩实现致密化，控制其心部圆柱孔径小于钢质芯棒直径，便实现了与钢质芯棒的紧密机械连接。同时，烧结过程中硬质合金与钢质芯棒接触的边界部分发生相互扩散，保证了硬质合金与钢材的冶金结合。本发明专利技术具有工艺简单、成本低、硬质合金与钢材结合紧密、且连接时不添加的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为硬质合金材料与钢的连接方法，特别涉及一种不含有活性中间层的连接 硬质合金与钢材的方法，属于粉末冶金和硬质合金领域。
技术介绍
硬质合金是以难熔金属碳化物(如WC，TiC)为硬质相，以铁族金属元素(Fe、Co、 Ni)作为粘结相，用粉末冶金工艺生产的具有高硬度和高耐磨性的多相材料。硬质合金具有 十分优异的性能，但硬质合金价格昂贵，其应用范围受到限制。另外，由于绝大多数硬质合 金都是用粉末冶金方法生产的，其生产工艺的限制使得生产较大尺寸的硬质合金制品变得 困难。而且，在许多零部件在使用时并不需要整体都用硬质合金制造。所以，为扩大硬质合 金的应用范围，降低硬质合金制品的成本，将硬质合金与韧性较好、强度较高、加工性能优 异、廉价的钢连接起来使用，具有重要的实用价值。目前主要通过各种焊接的方法实现硬质合金与钢的连接。传统的钎焊法就是将一 定形状的硬质合金，用黄铜、紫铜或其他焊料钎焊在普通结构钢。采用钎焊法具有结构简 单、紧凑、抗振性能好、制造方便，应用十分广泛，目前是硬质合金与钢的主要焊接方法。因 此硬质合金这种线膨胀系数与钢相差很大、高硬度、低塑性的多孔隙材料在焊接中，表现出 极大的裂纹倾向。扩散焊是将两个被焊工件紧压在一起，置于真空或保护气体中加热，使两焊接表 面微观凹凸不平处在高温下产生塑性变形达到紧密接触，在经过保温、原子相互扩散而形 成牢固的冶金结合的一种焊接方法。扩散焊有三个阶段变形-接触阶段、扩散-界面推移 阶段、界面和空洞消失阶段。对于一些特殊的异质材料的扩散焊接，需要在焊件之间加一个 中间层材料。专利200510043803. 6公开了一种添加活性中间合金扩散连接陶瓷与钢的方 法，主要特点是在陶瓷与钢待焊接触面之间添加活性中间合金，并将待焊陶瓷/钢工件用 上、下压头压紧；置于真空室中进行真空扩散连接，工艺参数为加热温度1060 1180°C， 保温时间25 60min，压力8 16MPa，真空度为2. 5 X IO"4 IX l(T5Pa。与传统的钎焊法 相比，该法需要外加中间活性合金，并且因上下压紧而需要增加工装。
技术实现思路
本专利技术针对目前硬质合金与钢连接时存在的问题，专利技术了一种无活性中间层的连 接硬质合金与钢的新方法。首先利用模具将硬质合金混合粉末压制成带圆柱孔的生坯；然 后将圆形的钢芯棒放入硬质合金生坯中，控制钢芯棒的直径以获得最佳的间隙，二者之间 不添加任何活性中间层同时放入真空炉中进行烧结处理。硬质合金生坯与钢芯棒进行真空 烧结处理后，硬质合金生坯发生尺寸收缩，其心部圆柱孔径将略小于钢质芯棒直径，因此在 硬质合金生坯完成致密化的同时便实现了与钢芯棒的紧密机械连接。同时，烧结过程中硬 质合金与钢芯棒接触部分发生相互扩散，保证了硬质合金与心部钢材的冶金结合，本专利技术 的示意图见附图1。本专利技术的硬质合金与钢的连接方法，其特征在于依次包含以下步骤(1)将原料粉末配制成硬质合金混合粉末，其成份重量百分比为Co 0-20%, Ni 0-20%, Fe :0-20%,TiC :0-30%,TaC 0-20%, NbC 0-20%, WC 为余量；硬质合金混合粉末 经过球磨、过滤、干燥后压制成带圆柱孔的生坯；(2)将圆柱形钢芯棒放置在硬质合金生坯内孔中，钢芯棒各组成成份重量百分比为C 0. 03 1. 0%，W :0 20%，V :0 5%，Cr :0 5%，Fe为余量；钢芯棒直径的确定 方法为扩散层厚度+硬质合金生坯孔径/收缩系数，其中扩散层厚度为0. l-2mm,收缩系 数为 1. 1-1.5 ；(3)圆柱形钢芯棒与硬质合金生坯一起放入真空炉中，先脱除成型剂，然后经过 烧结实现硬质合金与钢的连接，烧结温度为1300-1450°C，保温时间为l_3h，真空度为1 5Pa。本专利技术的硬质合金与钢的连接方法，其进一步的特征在于(1)配制硬质合金混合粉末所用的原料中，WC的粒度为0. 5 6. 0 μ m,TaC的粒度 为1. 0 2. 0 μ m，NbC粒度为1. 0 2. 0 μ m，(W, Ti) C粒度为1. 5 3 μ m，Fe粒度为1. 5 2. 5 μ m，Ni的粒度为0. 8 1. 5 μ m，Co的粒度为0. 8 1. 5 μ m ；硬质合金的球磨介质为无 水乙醇，其加量为100-500ml，球磨机转速为60-100r/min，研磨时间为24h_72h，研磨球为 Φ6-8πιπι的WC-8wt% Co硬质合金球，球料重量比为5 1-10 1 ；硬质合金球磨后料浆的 真空干燥处理温度为85°C 120°C，真空度为1 5Pa ；丁钠橡胶成型剂的加量为50-120% ； 在200-400MPa下压制成生坯；(2)金属陶瓷生坯内孔中放置钢芯棒时，二者的同心度为0. 1 0. 6mm ；(3)真空烧结过程脱除成型剂在500°C 600°C进行，保温2 4h，真空度为10 15Pa。本专利技术的优点在于(1)将硬质合金本身的生产及硬质合金与钢材的连接这两个工艺过程结合起来， 工艺简单；(2)本方法与钎焊法等方法相比，具有不使用活性中间层的优点；(3)通过“机械连接”和“冶金结合”的双重作用，连接硬质合金与内部的钢材，保 证结合紧密。附图说明图1本专利技术的硬质合金与钢的连接过程示意图 具体实施例方式实例1 配制硬质合金混合粉末所用的原料中，WC的粒度为2. 0 μ m，TaC的粒度为 1. 2 μ m，NbC粒度为1. 5 μ m，(W，Ti) C粒度为1. 5 μ m，Co的粒度为1. 0 μ m ；硬质合金成分为 Co :9wt%, TiC :5wt%, TaC :3wt%,NbC :2wt%,WC为余量；球磨介质为无水乙醇，其加量为 300ml，球磨速度为70r/min，研磨时间为48h，研磨球为Φ8ι πι的WC_8wt% Co硬质合金球， 球料重量比为5 1 ；球磨后金属陶瓷料浆的真空干燥处理温度为85°C，真空度为5Pa;丁 钠橡胶成型剂的加量为80wt% ；在300MPa下压制成高度为5mm，外径为30mm，内径为24mm的生坯；采用10号钢(C占0. Iwt %，其余为Fe)作芯棒，其直径为21mm;钢芯棒放置在硬质 合金生坯内孔中，二者的同心度为0. 4mm;真空烧结过程脱除成型剂在550°C进行，保温2h， 真空度为IOPa ；最终在1440°C下烧结lh，真空度为5Pa。便实现了硬质合金与钢的冶金连 接。 实例2 =WC的粒度为1. 0 μ m，Fe粒度为2. 0 μ m，Ni的粒度为1. 2 μ m，硬质合金成 分为Fe:3wt%，Ni :7wt%, WC为余量；球磨介质为无水乙醇，其加量为300ml，球磨速度 为100r/min，研磨时间为64h，研磨球为Φ8πιπι的WC_8wt% Co硬质合金球，球料重量比为 10 1 ；球磨后金属陶瓷料浆的真空干燥处理温度为80°C，真空度为5Pa;丁钠橡胶成型剂 的加量为85wt% ；在400MPa下压制成高度为6mm，外径为28mm，内径为19mm的生坯；钢芯 棒成分为C :lwt%,ff :18wt%,V :4wt%,Cr :5wt%,Fe为余量，其直径为15. 2m ；钢芯棒放置 在硬质合金生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金与钢的连接方法，其特征在于依次包含以下步骤：（１）将原料粉末配制成硬质合金混合粉末，其成分重量百分比为：Ｃｏ：０－２０％，Ｎｉ：０－２０％，Ｆｅ：０－２０％，ＴｉＣ：０－３０％，ＴａＣ：０－２０％，ＮｂＣ：０－２０％，ＷＣ为余量；硬质合金混合粉末经过球磨、过滤、干燥后压制成带圆柱孔的生坯；（２）将圆柱形钢芯棒放置在硬质合金生坯内孔中，钢芯棒各组成成分重量百分比为：Ｃ：０．０３～１．０％，Ｗ：０～２０％，Ｖ：０～５％，Ｃｒ：０～５％，Ｆｅ为余量；钢芯棒直径的确定方法为：扩散层厚度＋硬质合金生坯孔径／收缩系数，其中扩散层厚度为０．１－２ｍｍ，收缩系数为１．１－１．５；（３）圆柱形钢芯棒与硬质合金生坯一起放入真空炉中，先脱除成型剂，然后经过烧结实现硬质合金与钢的连接，烧结温度为１３００－１４５０℃，保温时间为１－３ｈ，真空度为１～５Ｐａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭智兴，熊计，杨梅，陈建中，熊素建，杨天恩，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]