[發(fā)明專利]無(wú)活性中間層的硬質(zhì)合金與鋼的連接方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010183709.1
• 申請(qǐng)日: 2010-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN101829781A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭智興;熊計(jì);楊梅;陳建中;熊素建;楊天恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/10
• 分類號(hào): B22F3/10;B23K28/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為硬質(zhì)合金材料與鋼的連接方法，特別涉及一種不含有活性中間層的連接硬質(zhì)合金與鋼材的方法，屬于粉末冶金和硬質(zhì)合金領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金是以難熔金屬碳化物(如WC，TiC)為硬質(zhì)相，以鐵族金屬元素(Fe、Co、Ni)作為粘結(jié)相，用粉末冶金工藝生產(chǎn)的具有高硬度和高耐磨性的多相材料。硬質(zhì)合金具有十分優(yōu)異的性能，但硬質(zhì)合金價(jià)格昂貴，其應(yīng)用范圍受到限制。另外，由于絕大多數(shù)硬質(zhì)合金都是用粉末冶金方法生產(chǎn)的，其生產(chǎn)工藝的限制使得生產(chǎn)較大尺寸的硬質(zhì)合金制品變得困難。而且，在許多零部件在使用時(shí)并不需要整體都用硬質(zhì)合金制造。所以，為擴(kuò)大硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍，降低硬質(zhì)合金制品的成本，將硬質(zhì)合金與韌性較好、強(qiáng)度較高、加工性能優(yōu)異、廉價(jià)的鋼連接起來(lái)使用，具有重要的實(shí)用價(jià)值。

目前主要通過(guò)各種焊接的方法實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金與鋼的連接。傳統(tǒng)的釬焊法就是將一定形狀的硬質(zhì)合金，用黃銅、紫銅或其他焊料釬焊在普通結(jié)構(gòu)鋼。采用釬焊法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、抗振性能好、制造方便，應(yīng)用十分廣泛，目前是硬質(zhì)合金與鋼的主要焊接方法。因此硬質(zhì)合金這種線膨脹系數(shù)與鋼相差很大、高硬度、低塑性的多孔隙材料在焊接中，表現(xiàn)出極大的裂紋傾向。

擴(kuò)散焊是將兩個(gè)被焊工件緊壓在一起，置于真空或保護(hù)氣體中加熱，使兩焊接表面微觀凹凸不平處在高溫下產(chǎn)生塑性變形達(dá)到緊密接觸，在經(jīng)過(guò)保溫、原子相互擴(kuò)散而形成牢固的冶金結(jié)合的一種焊接方法。擴(kuò)散焊有三個(gè)階段：變形-接觸階段、擴(kuò)散-界面推移階段、界面和空洞消失階段。對(duì)于一些特殊的異質(zhì)材料的擴(kuò)散焊接，需要在焊件之間加一個(gè)中間層材料。專利200510043803.6公開了一種添加活性中間合金擴(kuò)散連接陶瓷與鋼的方法，主要特點(diǎn)是在陶瓷與鋼待焊接觸面之間添加活性中間合金，并將待焊陶瓷/鋼工件用上、下壓頭壓緊；置于真空室中進(jìn)行真空擴(kuò)散連接，工藝參數(shù)為：加熱溫度1060～1180℃，保溫時(shí)間25～60min，壓力8～16MPa，真空度為2.5×10^-4～1×10^-5Pa。與傳統(tǒng)的釬焊法相比，該法需要外加中間活性合金，并且因上下壓緊而需要增加工裝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前硬質(zhì)合金與鋼連接時(shí)存在的問(wèn)題，發(fā)明了一種無(wú)活性中間層的連接硬質(zhì)合金與鋼的新方法。首先利用模具將硬質(zhì)合金混合粉末壓制成帶圓柱孔的生坯；然后將圓形的鋼芯棒放入硬質(zhì)合金生坯中，控制鋼芯棒的直徑以獲得最佳的間隙，二者之間不添加任何活性中間層同時(shí)放入真空爐中進(jìn)行燒結(jié)處理。硬質(zhì)合金生坯與鋼芯棒進(jìn)行真空燒結(jié)處理后，硬質(zhì)合金生坯發(fā)生尺寸收縮，其心部圓柱孔徑將略小于鋼質(zhì)芯棒直徑，因此在硬質(zhì)合金生坯完成致密化的同時(shí)便實(shí)現(xiàn)了與鋼芯棒的緊密機(jī)械連接。同時(shí)，燒結(jié)過(guò)程中硬質(zhì)合金與鋼芯棒接觸部分發(fā)生相互擴(kuò)散，保證了硬質(zhì)合金與心部鋼材的冶金結(jié)合，本發(fā)明的示意圖見附圖1。

本發(fā)明的硬質(zhì)合金與鋼的連接方法，其特征在于依次包含以下步驟：

(1)將原料粉末配制成硬質(zhì)合金混合粉末，其成份重量百分比為：Co：0-20％，Ni：0-20％，F(xiàn)e：0-20％，TiC：0-30％，TaC：0-20％，NbC：0-20％，WC為余量；硬質(zhì)合金混合粉末經(jīng)過(guò)球磨、過(guò)濾、干燥后壓制成帶圓柱孔的生坯；

(2)將圓柱形鋼芯棒放置在硬質(zhì)合金生坯內(nèi)孔中，鋼芯棒各組成成份重量百分比為：C：0.03～1.0％，W：0～20％，V：0～5％，Cr：0～5％，F(xiàn)e為余量；鋼芯棒直徑的確定方法為：擴(kuò)散層厚度+硬質(zhì)合金生坯孔徑/收縮系數(shù)，其中擴(kuò)散層厚度為0.1-2mm，收縮系數(shù)為1.1-1.5；

(3)圓柱形鋼芯棒與硬質(zhì)合金生坯一起放入真空爐中，先脫除成型劑，然后經(jīng)過(guò)燒結(jié)實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)合金與鋼的連接，燒結(jié)溫度為1300-1450℃，保溫時(shí)間為1-3h，真空度為1～5Pa。

本發(fā)明的硬質(zhì)合金與鋼的連接方法，其進(jìn)一步的特征在于：

(1)配制硬質(zhì)合金混合粉末所用的原料中，WC的粒度為0.5～6.0μm，TaC的粒度為1.0～2.0μm，NbC粒度為1.0～2.0μm，(W，Ti)C粒度為1.5～3μm，F(xiàn)e粒度為1.5～2.5μm，Ni的粒度為0.8～1.5μm，Co的粒度為0.8～1.5μm；硬質(zhì)合金的球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇，其加量為100-500ml，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為60-100r/min，研磨時(shí)間為24h-72h，研磨球?yàn)椐?-8mm的WC-8wt％Co硬質(zhì)合金球，球料重量比為5∶1-10∶1；硬質(zhì)合金球磨后料漿的真空干燥處理溫度為85℃～120℃，真空度為1～5Pa；丁鈉橡膠成型劑的加量為50-120％；在200-400MPa下壓制成生坯；