[发明专利]一种硬质合金/钢焊接件的制备方法

说明书

本发明公开了一种硬质合金/钢焊接件的制备方法，属于焊接技术领域。其包括：将硬质合金材料制成生坯后，经真空烧结后制成梯度硬质合金；将梯度硬质合金、金属钎料和钢依次叠放后对其进行钎焊。本发明在硬质合金/钢焊接件的硬质合金表面侧原位构建梯度结构，着眼于硬质合金表面，在合金制备过程中构建可控梯度结构，简化工艺，节约成本，提高焊接效率，且该法可大大提高硬质合金工件的服役可靠性，促进硬质合金材料应用于更广泛工程之中。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种硬质合金/钢焊接件的制备方法。

背景技术

硬质合金在刀具、模具、耐磨耐蚀零件等领域应用广泛，它具有较高的抗弯强度和冲击韧性，磨削性、导热性较好，且切削性能良好， 常用于生产车刀、铰刀、齿轮滚刀等刀具。由于硬质合金强韧性和加工性能欠佳，将其与韧性较高、可承受冲击载荷大的钢等金属材料连接可发挥各自的优势。但以应用最广的钎焊方法来连接硬质合金与钢，将面临润湿性和残余应力等主要问题，由于硬质合金含有一定体积的金属相，因而钎料对基体的润湿性问题不再突出。然而，由于硬质合金的热膨胀系数、弹性模量、屈服极限、泊松比等物理力学性能与金属材料和钎料存在较大的差异，在钎焊界面处易产生较大的残余热应力。高应力梯度对接头的可靠性十分不利，将导致接头强度的大幅降低，造成接头在低应力服役工况下甚至钎焊冷却过程中出现裂纹。

目前硬质合金/钢钎焊残余应力的缓解途径多是通过钎料结构与成分的调整和焊接工艺的优化以降低界面物理力学性能的不匹配性，包括通过特种钎焊方式和工艺优化实现达到缓解应力目的和采用特种钎料缓解应力。

其中，采用特种钎焊方式和工艺优化的处理方式：是将均质硬质合金、普通钎料和钢进行特殊钎焊，如炉中钎焊、真空钎焊等完成焊接，这种的处理方式残余应力缓解效果一般；钎焊设备依赖性较大；焊接工艺参数调控复杂；焊接效率和工艺便捷性不高。

采用特种钎料缓解应力：是将均质硬质合金和钢以普通钎焊方式进行焊接，但钎料为复合钎料、梯度钎料和复合中间层等特殊钎料。中间层是为了缓解残余应力而加入到钎料中的不完全熔化的过渡层；复合钎料则是在较软的基础钎料中加入颗粒、纤维、晶须等硬质相增强体，利用基础钎料良好的塑韧性以及增强体的高温强度和低热膨胀系数，改变二者的组成比例调节母材的物理力学性能失配程度，以此缓解应力；梯度钎料本身就是钎料在母材之间的梯度分布，可以就成分、组织等方面入手减小母材性质失配所引起的残余应力。采用特种钎料残余应力缓解效果好；为提高界面连续程度，中间层或梯度钎料层数增多，制备工艺复杂；复合钎料中增强相和梯度钎料中合金相的分布可控性差，且增强相或合金相的引入在降低钎料热膨胀系数的同时也会增加其弹性模量，从而影响焊接应力；特种钎料成本较高；焊接工艺较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种硬质合金/钢焊接件的制备方法，以解决现有硬质合金/钢焊接过程中，彼此之间的残余应力缓解效果不高、工艺处理复杂且钎料成本高的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种硬质合金/钢焊接件的制备方法，包括以下步骤：将硬质合金材料制成生坯后，经真空烧结后制成梯度硬质合金；将梯度硬质合金、金属钎料和钢依次叠放后对其进行钎焊。

本发明通过构建表面具有结构和成分可控连续富金属相梯度层的硬质合金，实现硬质合金/钎料界面连续化，提高界面微观组织结构与物理力学性能的连续性，从达到现缓解焊接残余应力的目的。

其中，硬质合金真空烧结过程中TiC_0.5N_0.5通过溶解析出过程，分解出N，真空脱氮环境会引起硬质合金表面与内部的氮势差，内部氮势高于表层，N元素从内部向外部迁移；内部液相量大于表层，导致金属粘结相随N元素迁移而发生从内部向表面的体积扩散；Ti等元素因与N元素有强烈的热力学耦合作用，为形成稳定的化合物而向内部扩散；最终在硬质合金表面形成富金属相、贫合金相的梯度结构。