[發(fā)明專利]一種硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210495381.6
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN102935561A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設計）人: 陳國慶;張秉剛;涂建剛;馮吉才;吳振中
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學;株洲硬質(zhì)合金集團有限公司
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K15/00;B23K103/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 王艷萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異種材料電子束焊接用材料，屬于異種材料熔化焊接領(lǐng)域。

背景技術(shù)

硬質(zhì)合金是一種以難熔金屬化合物(WC、TiC、TaC等)為基體，以過渡族金屬為粘結(jié)相，通過粉末冶金方法制備的金屬陶瓷工具材料。具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、化學性質(zhì)穩(wěn)定以及良好的紅硬性等優(yōu)異的性能，廣泛應用于機械加工、地質(zhì)勘探、礦山開采等領(lǐng)域。但硬質(zhì)合金價格昂貴且韌性差，使其難以生產(chǎn)較大尺寸、形狀復雜的制品。鋼的成本低廉，韌性較好，適于機械加工，因此將硬質(zhì)合金與鋼結(jié)合起來使用，具有重要的理論意義和實用價值。

然而，在設計生產(chǎn)工藝時這兩種材料的連接，尤其是大厚度(厚度超過30mm)的硬質(zhì)合金與鋼的連接問題愈加突出，如何選取合理的焊接方法，既要保證連接強度，又要使焊接工序?qū)τ操|(zhì)合金的熱力損傷降到最低，成為一個亟需解決的問題。目前對于中小尺度硬質(zhì)合金與鋼的連接通常采用釬焊方法，然而對于大厚度硬質(zhì)合金與鋼的連接，采用釬焊方法則需要將硬質(zhì)合金“分瓣”后再進行連接，這樣會增加加工工序和焊接復雜性，降低使用壽命。分析認為，采用具有超大焊縫深寬比、熱影響區(qū)小、能量及焊縫位置精確可控、且可一次深熔焊接成形的電子束焊接是優(yōu)選方法之一，但是硬質(zhì)合金與鋼熔焊時由于脆性相和焊接應力的存在，使得到的電子束焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋缺陷，無法形成有效連接接頭，目前國內(nèi)外解決這一問題的合理方法尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的硬質(zhì)合金與鋼用釬焊連接的方法工序復雜、熔焊連接方法易產(chǎn)生裂紋缺陷的技術(shù)問題，而提供一種硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料。

本發(fā)明的一種硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料按重量百分比由8.3～8.5％的鐵粉、0.45％～0.55％的鈮粉、0.75％～0.85％的釔粉、0.45％～0.55％的碳粉和余量的鎳粉制成。

上述的鎳粉中的鎳的質(zhì)量含量≥99.5％，而且鎳粉中的硫的質(zhì)量含量≤0.003％；鎳粉的粒徑為2～3μm；

鐵粉中的鐵的質(zhì)量含量≥99％，而且鐵粉中的S的質(zhì)量含量≤0.001％，Si的質(zhì)量含量≤0.02％，Mn的質(zhì)量含量≤0.03％，P的質(zhì)量含量≤0.001％；鐵粉的粒徑為2.5～3.5μm；

碳粉中碳的質(zhì)量含量＞99.8％，而且碳粉中的水分的質(zhì)量含量≤0.005％；碳粉的粒度為300～500日；

鈮粉中鈮的質(zhì)量含量≥99.9％；鈮粉的粒度為300～500目；

釔粉中釔的質(zhì)量含量≥99.9％；釔粉的粒度為300～500目；

本發(fā)明的一種硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料經(jīng)粉末混合、壓坯、燒結(jié)后得到。

本發(fā)明的一種硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料的制備方法具體是按以下步驟進行的：

一、按重量百分比稱取8.3～8.5％的鐵粉、0.45％～0.55％的鈮粉、0.75％～0.85％的釔粉、0.45％～0.55％的碳粉和余量的鎳粉并加入到混粉機混合0.5～1小時，得到混合粉末；

二、將步驟一得到的混合粉末加入到模具中，再將模具放至液壓壓力機中，在壓力為300～1000T的條件下壓制120～150秒，得到壓坯；

三、將步驟二得到的壓坯放入真空爐中，以10～12℃/min的速度升溫至1150～1200℃并保持1.5～2小時，然后隨爐冷卻，得到硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料。

本發(fā)明步驟一的各種粉末稱取完成后，在不超過30min的時間內(nèi)進行混粉，以防止所稱取的粉末氧化；同理，步驟一得到的混合粉末要用密封袋密封保存，并在不超過24h的時間內(nèi)將混合粉末進行壓坯以防止氧化。

利用本發(fā)明的硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料進行焊接的方法按以下步驟進行：將硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料進行表面清理后切割成厚度為1～2mm的薄片，用砂紙將薄片的表面打磨平整，再用丙酮將薄片的表面清洗干凈后，得到了中間層；將中間層放置在待焊的硬質(zhì)合金與鋼之間，用電子束焊接得到了硬質(zhì)合金與鋼的接頭。

本發(fā)明的硬質(zhì)合金與鋼的電子束焊接用填充材料中鎳元素有較為優(yōu)異的塑性性能，且高溫塑性較好，能夠在焊后緩沖接頭殘余應力，因此Ni元素選為該中間層的主體元素；通過加入C元素，可以補償因C元素擴散而導致的硬質(zhì)合金側(cè)貧C，避免產(chǎn)生脆性相以及接頭性能的下降；Nb元素和Y元素作為稀土元素，能夠在焊接過程中起到細化晶粒的作用。用本發(fā)明的中間層材料來抑制硬質(zhì)合金與鋼在焊接過程中脆性相的生成，并有效緩解焊接應力。