[发明专利]一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法

说明书

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。本发明适用于不锈钢和硬质合金钎焊。

技术领域

本发明涉及一种梯度材料法钎焊不锈钢和硬质合金的方法.

背景技术

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。

发明内容

本发明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：