一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，該方法為：一、將硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面進(jìn)行表面處理后待用；二、將金屬薄片進(jìn)行表面處理后待用；三、將金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；四、將整體工件先后經(jīng)過脈沖活化處理和直流燒結(jié)處理，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。本發(fā)明利用脈沖加熱電流能夠在待焊接面的微觀區(qū)域內(nèi)瞬間誘發(fā)產(chǎn)生高溫等離子體，清潔并活化待焊接面，然后再利用直流加熱電流對整體工件的待焊接面進(jìn)行直流燒結(jié)處理，從而在極短的時(shí)間內(nèi)獲得硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接接頭，具有焊接速度快、溫度低、施加壓力小以及接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于異種材料焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)合金是一種通過粉末冶金的方法制備得到的金屬陶瓷工具材料，具有高硬度、耐磨性好、耐腐蝕性好等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、地質(zhì)勘探、礦山開采等領(lǐng)域。但是，由于硬質(zhì)合金價(jià)格昂貴且韌性差，使其難以用于生產(chǎn)尺寸較大、形狀復(fù)雜的制品，因此將硬質(zhì)合金與韌性好、強(qiáng)度高、加工性能優(yōu)異且廉價(jià)的鋼焊連接起來使用，具有重要的實(shí)用價(jià)值。
[0003]硬質(zhì)合金和鋼的連接存在的主要技術(shù)難點(diǎn)主要在于硬質(zhì)合金與鋼之間的熱膨脹系數(shù)相差較大，因此接頭在連接過程中會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，這容易引起靠近界面附近硬質(zhì)合金的基體內(nèi)產(chǎn)生裂紋，從而引起連接失效；其次，如何防止硬質(zhì)合金中的高熔點(diǎn)碳化物顆粒在焊縫處聚集以及脫碳脆性相(由于C向接頭處擴(kuò)散而出現(xiàn)的富W、Fe、Co等的M6C或M12C復(fù)合型碳化物，常以η相表示)的生成，也是是獲得高質(zhì)量連接接頭需要解決的問題。
[0004]目前，硬質(zhì)合金與鋼的連接方法主要有釬焊、擴(kuò)散焊、電子束焊和部分瞬間液相連接等。釬焊是硬質(zhì)合金與鋼連接的常見方法，但是釬焊接頭強(qiáng)度不高，且耐溫性較差。專利CN103071878A利用片狀錳黃銅作為釬料，在空氣爐中實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金和低合金高強(qiáng)度鋼的釬焊連接，該方法在焊接過程中不需要?dú)怏w保護(hù)，降低了生產(chǎn)成本，但是釬料和基體在焊接過程中極易氧化，影響焊接質(zhì)量。專利CN102909489采用一種Cu-Ag-Zn-N1-Mn急冷釬料對硬質(zhì)合金/鋼進(jìn)行真空釬焊連接，雖然能提高焊接接頭強(qiáng)度，但釬料制備工藝繁瑣；專利CN102962454以Ni基Fe-Nb-Y-C為填料使用電子束焊接方法獲得硬質(zhì)合金和鋼接頭，但電子束焊成本較高，不適于大規(guī)模生產(chǎn)；除此之外，專利CN103182512采用燒結(jié)-連接工藝，在液相燒結(jié)硬質(zhì)合金塊體的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金/鋼接頭的連接，這種方法雖然能獲得高強(qiáng)度的接頭，但是連接溫度高(1450°C?1600°C )，且零件形狀受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法。該方法首先利用脈沖加熱電流對整體工件的待焊接面進(jìn)行脈沖活化處理，脈沖加熱電流能夠在待焊接面的微觀區(qū)域內(nèi)瞬間誘發(fā)產(chǎn)生高溫等離子體，清潔并活化待焊接面，然后再利用直流加熱電流對整體工件的待焊接面進(jìn)行直流燒結(jié)處理，力口速界面元素的相互擴(kuò)散，從而在極短的時(shí)間內(nèi)獲得硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接接頭，具有焊接速度快、溫度低、施加壓力小以及接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均進(jìn)行打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；
[0008]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片的厚度為50 μ m?800 μ m ；
[0009]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0010]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為5MPa?40MPa，脈沖電流為200A?600A，脈沖電壓IOV?30V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理30s?60s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，調(diào)節(jié)加熱電流為100A?600A，真空度為5Pa?15Pa，在燒結(jié)溫度為700°C?950°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理5min?14min,隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0011]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中所述硬質(zhì)合金為YG8硬質(zhì)合金、YG3硬質(zhì)合金或YG6X硬質(zhì)合金。
[0012]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中所述鋼為40Cr鋼、45號鋼或9SiCr鋼。
[0013]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中將所述硬質(zhì)合金的待焊接面進(jìn)行打磨處理的具體過程為:依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨。
[0014]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中將所述鋼的待焊接面進(jìn)行打磨處理的具體過程為:依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨。
[0015]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟二中所述金屬薄片為鎳薄片或銅薄片，所述金屬薄片的厚度為100 μ m?600 μ m。
[0016]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，所述金屬薄片的厚度為150 μ m。
[0017]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟四中所述軸向壓力為5MPa?20MPa，脈沖電流為300A?500A，脈沖電壓15V?25V，脈沖活化處理的時(shí)間為35s?50s ;所述加熱電流為200A?500A，真空度為8Pa?12Pa，直流燒結(jié)處理的溫度為 750°C?950°C，時(shí)間為 6min ?14min。
[0018]上述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，所述軸向壓力為14MPa，脈沖電流為400A，脈沖電壓20V，脈沖活化處理的時(shí)間為40s ;所述加熱電流為340A，真空度為10Pa，直流燒結(jié)處理的溫度850°C，時(shí)間為lOmin。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明的方法首先利用脈沖加熱電流對整體工件的待焊接面進(jìn)行脈沖活化處理，脈沖加熱電流能夠在待焊接面的微觀區(qū)域內(nèi)瞬間誘發(fā)產(chǎn)生高溫等離子體，清潔并活化待焊接面，然后再利用直流加熱電流對整體工件的待焊接面進(jìn)行直流燒結(jié)處理，加速界面元素的相互擴(kuò)散，從而在極短的時(shí)間內(nèi)獲得硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接接頭，具有焊接速度快、溫度低、施加壓力小以及接頭強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0021]2、本發(fā)明在待焊接的硬質(zhì)合金和鋼之間引入具有較高韌性的金屬薄片作為中間層，一方面能夠極大的緩解硬質(zhì)合金和鋼之間因熱膨脹系數(shù)差異過大而形成的較大殘余應(yīng)力，提高接頭的強(qiáng)度和可靠性；另一方面，中間層具有阻擋的作用，能夠有效防止硬質(zhì)合金中高熔點(diǎn)碳化物的碳向界面擴(kuò)散，從而避免了界面脆性相以及硬質(zhì)合金中脫碳脆性相的生成，改善了接頭的連接性能。
[0022]3、本發(fā)明具有工藝設(shè)計(jì)合理，工序簡單，便于批量化生成的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的焊接接頭焊接界面的SEM照片。
[0025]圖2為圖1中硬質(zhì)合金與金屬薄片焊接界面的放大SEM照片。
[0026]圖3為圖1中鋼與金屬薄片焊接界面的放大SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明各實(shí)施例中所用等離子活化燒結(jié)爐為日本Elenix公司生產(chǎn)的型號為ED-PAS III的等離子活化燒結(jié)爐。
[0028]實(shí)施例1
[0029]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG8硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的尺寸為C>30mmX6mm,所述鋼為40Cr鋼，鋼的尺寸為Φ30mmXIOmm ;
[0030]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為鎳薄片，所述金屬薄片的厚度為150 μ m，所述金屬薄片為直徑為30mm的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 %、HNO3溶液50 %的和H2SO4 溶液 30% ；
[0031]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0032]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為14MPa，脈沖電流為400A，脈沖電壓20V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理40s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為340A，真空度為10Pa，在燒結(jié)溫度為850°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理lOmin，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0033]圖1為本實(shí)施例制備的焊接接頭焊接界面的SM照片，圖2為圖1中硬質(zhì)合金與金屬薄片焊接界面的放大SEM照片，圖3為圖1中鋼與金屬薄片焊接界面的放大SEM照片，結(jié)合圖1、圖2和圖3可看出中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為 411MPa。
[0034]實(shí)施例2
[0035]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG3硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的尺寸為Φ IOmmX6mm,所述鋼為45號鋼，鋼的尺寸為Φ IOmmX IOmm ；
[0036]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為鎳薄片，所述金屬薄片的厚度為100 μ m，所述金屬薄片為直徑為IOmm的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 %、HNO3溶液50 %的和H2SO4 溶液 30% ；
[0037]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0038]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為20MPa，脈沖電流為300A，脈沖電壓15V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理50s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為200A，真空度為12Pa，在燒結(jié)溫度為950°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理6min，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0039]本實(shí)施例制備的焊接接頭的中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為379MPa。
[0040]實(shí)施例3
[0041]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG6X硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的的尺寸為C>50mmX6mm,所述鋼為45號鋼，鋼的尺寸為Φ50mmXIOmm ;
[0042]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為銅薄片，所述金屬薄片的厚度為800μπι，所述金屬薄片為直徑為50_的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 %、HNO3溶液60 %的和HCl 溶液 20% ；
[0043]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0044]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為40MPa，脈沖電流為200A，脈沖電壓10V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理30s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為100A，真空度為15Pa，在燒結(jié)溫度為700°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理14min，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0045]本實(shí)施例制備的焊接接頭的中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為327MPa。
[0046]實(shí)施例4
[0047]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG3硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的尺寸為C>30mmX6mm,所述鋼為9SiCr鋼，鋼的尺寸為Φ30mmXIOmm ;
[0048]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為銅薄片，所述金屬薄片的厚度為600μπι，所述金屬薄片為直徑為30_的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 %、HNO3溶液60 %的和HCl 溶液 20% ；
[0049]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0050]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為25MPa，脈沖電流為300A，脈沖電壓30V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理60s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為600A，真空度為5Pa，在燒結(jié)溫度為900°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理5min，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0051]本實(shí)施例制備的焊接接頭的中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為345MPa。
[0052]實(shí)施例5
[0053]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG8硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的尺寸為C>30mmX6mm,所述鋼為9SiCr鋼，鋼的尺寸為Φ30mmXIOmm ;
[0054]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為銅薄片，所述金屬薄片的厚度為350μπι，所述金屬薄片為直徑為30mm的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 %、HNO3溶液60 %的和HCl 溶液 20% ；
[0055]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0056]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為15MPa，脈沖電流為400A，脈沖電壓20V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理40s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為350A，真空度為10Pa，在燒結(jié)溫度為800°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理lOmin，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0057]本實(shí)施例制備的焊接接頭的中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為367MPa。
[0058]實(shí)施例6
[0059]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG3硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的尺寸為C>30mmX6mm,所述鋼為40Cr鋼，鋼的尺寸為Φ30mmXIOmm ;
[0060]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為鎳薄片，所述金屬薄片的厚度為300μπι，所述金屬薄片為直徑為30_的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 %、HNO3溶液50 %的和H2SO4 溶液 30% ；
[0061]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0062]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為5MPa，脈沖電流為500A，脈沖電壓25V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理35s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為500A，真空度為8Pa，在燒結(jié)溫度為750°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理14min，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0063]本實(shí)施例制備的焊接接頭的中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為338MPa。
[0064]實(shí)施例7
[0065]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG8硬質(zhì)合金,硬質(zhì)合金的尺寸為Φ IOmmX6mm,所述鋼為45號鋼，鋼的尺寸為Φ IOmmX IOmm ；
[0066]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為鎳薄片，所述金屬薄片的厚度為50 μ m，所述金屬薄片為直徑為IOmm的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 % ,HNO3溶液50 %的和H2SO4溶液30% ；
[0067]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0068]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為5MPa，脈沖電流為600A，脈沖電壓15V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理50s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為500A，真空度為12Pa，在燒結(jié)溫度為950°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理5min，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0069]本實(shí)施例制備的焊接接頭的中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為309MPa。
[0070]實(shí)施例8
[0071]步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的
金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將鋼的待焊接面依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干；所述硬質(zhì)合金為YG6X硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金的尺寸為C>50mmX6mm,所述鋼為45號鋼，鋼的尺寸為Φ50mmXIOmm ;
[0072]步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片為銅薄片，所述金屬薄片的厚度為450μπι，所述金屬薄片為直徑為50mm的圓片，所述電解拋光清洗的電解液由以下重量百分比的原料組成:HF溶液20 %、HNO3溶液60 %的和HCl 溶液 20% ；
[0073]步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件；
[0074]步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為22MPa，脈沖電流為400A，脈沖電壓20V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理45s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，軸向壓力不變，調(diào)節(jié)加熱電流為350A，真空度為10Pa，在燒結(jié)溫度為830°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理9min，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
[0075]本實(shí)施例制備的焊接接頭的中間層金屬薄片與硬質(zhì)合金的焊接界面和鋼的焊接界面均連接平直，無明顯的殘余孔洞存在，整體工件結(jié)合狀況良好。本實(shí)施例制備的焊接接頭的剪切強(qiáng)度為349MPa。
[0076]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、將硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均進(jìn)行打磨處理至表面光亮無劃痕，將打磨處理后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面均放入丙酮溶液中超聲清洗去除表面雜質(zhì)，冷風(fēng)吹干； 步驟二、將金屬薄片用砂紙打磨后進(jìn)行電解拋光清洗至表面光亮平滑；所述金屬薄片的厚度為50 μ m~800 μ m ； 步驟三、將步驟一中超聲清洗后的硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面疊合對接放置，將步驟二中電解拋光清洗后的金屬薄片置于硬質(zhì)合金的待焊接面和鋼的待焊接面之間緊密貼合，得到整體工件； 步驟四、將步驟三中所述整體工件置于等離子體活化燒結(jié)爐中，調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為脈沖加熱模式，調(diào)節(jié)軸向壓力為5MPa~40MPa，脈沖電流為200A~600A，脈沖電壓IOV~30V，在占空比為50%的條件下將所述整體工件脈沖活化處理30s~60s ;然后調(diào)節(jié)等離子活化燒結(jié)爐為直流加熱模式，調(diào)節(jié)加熱電流為100A~600A，真空度為5Pa~15Pa，在燒結(jié)溫度為700°C~950°C的條件下將脈沖活化處理后的整體工件直流燒結(jié)處理5min~14min，隨爐冷卻至室溫后去除軸向壓力，得到硬質(zhì)合金與鋼的焊接接頭。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中所述硬質(zhì)合金為YG8硬質(zhì)合金、YG3硬質(zhì)合金或YG6X硬質(zhì)合金。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中所述鋼為40Cr鋼、45 號鋼或9SiCr鋼。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中將所述硬質(zhì)合金的待焊接面進(jìn)行打磨處理的具體過程為:依次采用240#、600#、800#、1000#和1500#的金剛石沙盤進(jìn)行逐級打磨。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟一中將所述鋼的待焊接面進(jìn)行打磨處理的具體過程為:依次采用280#、400#、800#和1200#的砂紙進(jìn)行逐級打磨。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟二中所述金屬薄片為鎳薄片或銅薄片，所述金屬薄片的厚度為100 μ m~600 μ m。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，所述金屬薄片的厚度為150 μ m。
8.按照權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，步驟四中所述軸向壓力為5MPa~20MPa，脈沖電流為300A~500A，脈沖電壓15V~25V，脈沖活化處理的時(shí)間為35s~50s ;所述加熱電流為200A~500A，真空度為8Pa~12Pa，直流燒結(jié)處理的溫度為750°C~950°C，時(shí)間為6min~14min。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種硬質(zhì)合金與鋼的快速擴(kuò)散焊接方法，其特征在于，所述軸向壓力為14MPa，脈沖電流為400A，脈沖電壓20V，脈沖活化處理的時(shí)間為40s ;所述加熱電流為340A，真空度為10Pa，直流燒結(jié)處理的溫度850°C，時(shí)間為lOmin。
【文檔編號】B23K20/00GK104014922SQ201410286051
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】郭亞杰, 周婷婷, 高兵祥 申請人:長安大學(xué)