[发明专利]一种硬质合金与钢的快速扩散焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于异种材料焊接技术领域，具体涉及一种硬质合金与钢的快速扩散焊接方法。

背景技术

硬质合金是一种通过粉末冶金的方法制备得到的金属陶瓷工具材料，具有高硬度、耐磨性好、耐腐蚀性好等优异性能，广泛应用于机械加工、地质勘探、矿山开采等领域。但是，由于硬质合金价格昂贵且韧性差，使其难以用于生产尺寸较大、形状复杂的制品，因此将硬质合金与韧性好、强度高、加工性能优异且廉价的钢焊连接起来使用，具有重要的实用价值。

硬质合金和钢的连接存在的主要技术难点主要在于硬质合金与钢之间的热膨胀系数相差较大，因此接头在连接过程中会产生较大的热应力，这容易引起靠近界面附近硬质合金的基体内产生裂纹，从而引起连接失效；其次，如何防止硬质合金中的高熔点碳化物颗粒在焊缝处聚集以及脱碳脆性相(由于C向接头处扩散而出现的富W、Fe、Co等的M₆C或M₁₂C复合型碳化物，常以η相表示)的生成，也是是获得高质量连接接头需要解决的问题。

目前，硬质合金与钢的连接方法主要有钎焊、扩散焊、电子束焊和部分瞬间液相连接等。钎焊是硬质合金与钢连接的常见方法，但是钎焊接头强度不高，且耐温性较差。专利CN103071878A利用片状锰黄铜作为钎料，在空气炉中实现硬质合金和低合金高强度钢的钎焊连接，该方法在焊接过程中不需要气体保护，降低了生产成本，但是钎料和基体在焊接过程中极易氧化，影响焊接质量。专利CN102909489采用一种Cu-Ag-Zn-Ni-Mn急冷钎料对硬质合金/钢进行真空钎焊连接，虽然能提高焊接接头强度，但钎料制备工艺繁琐；专利CN102962454以Ni基Fe-Nb-Y-C为填料使用电子束焊接方法获得硬质合金和钢接头，但电子束焊成本较高，不适于大规模生产；除此之外，专利CN103182512采用烧结-连接工艺，在液相烧结硬质合金块体的同时，实现硬质合金/钢接头的连接，这种方法虽然能获得高强度的接头，但是连接温度高(1450℃～1600℃)，且零件形状受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种硬质合金与钢的快速扩散焊接方法。该方法首先利用脉冲加热电流对整体工件的待焊接面进行脉冲活化处理，脉冲加热电流能够在待焊接面的微观区域内瞬间诱发产生高温等离子体，清洁并活化待焊接面，然后再利用直流加热电流对整体工件的待焊接面进行直流烧结处理，加速界面元素的相互扩散，从而在极短的时间内获得硬质合金与钢的快速扩散焊接接头，具有焊接速度快、温度低、施加压力小以及接头强度高等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种硬质合金与钢的快速扩散焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将硬质合金的待焊接面和钢的待焊接面均进行打磨处理至表面光亮无划痕，将打磨处理后的硬质合金的待焊接面和钢的待焊接面均放入丙酮溶液中超声清洗去除表面杂质，冷风吹干；

步骤二、将金属薄片用砂纸打磨后进行电解抛光清洗至表面光亮平滑；所述金属薄片的厚度为50μm～800μm；

步骤三、将步骤一中超声清洗后的硬质合金的待焊接面和钢的待焊接面叠合对接放置，将步骤二中电解抛光清洗后的金属薄片置于硬质合金的待焊接面和钢的待焊接面之间紧密贴合，得到整体工件；

步骤四、将步骤三中所述整体工件置于等离子体活化烧结炉中，调节等离子活化烧结炉为脉冲加热模式，调节轴向压力为5MPa～40MPa，脉冲电流为200A～600A，脉冲电压10V～30V，在占空比为50％的条件下将所述整体工件脉冲活化处理30s～60s；然后调节等离子活化烧结炉为直流加热模式，调节加热电流为100A～600A，真空度为5Pa～15Pa，在烧结温度为700℃～950℃的条件下将脉冲活化处理后的整体工件直流烧结处理5min～14min，随炉冷却至室温后去除轴向压力，得到硬质合金与钢的焊接接头。

上述的一种硬质合金与钢的快速扩散焊接方法，其特征在于，步骤一中所述硬质合金为YG8硬质合金、YG3硬质合金或YG6X硬质合金。

上述的一种硬质合金与钢的快速扩散焊接方法，其特征在于，步骤一中所述钢为40Cr钢、45号钢或9SiCr钢。

上述的一种硬质合金与钢的快速扩散焊接方法，其特征在于，步骤一中将所述硬质合金的待焊接面进行打磨处理的具体过程为：依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的金刚石沙盘进行逐级打磨。