YG8硬质合金与0Cr13不锈钢的真空钎焊

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Hot Working Technology 2008, Vol.37, No.23

上半月出版

Casting·Forging·Welding 金属铸锻焊技术

表 2 钎缝各区内元素含量 EDS 分析结果(质量分数,%) Tab.2 The EDS results of the element content in different areas of the brazing seam (wt%)
different temperatures
表 2 为不同钎焊温度下钎缝组织界面区及钎 缝中心区各 元素含 量 的 分 析 结 果 （表 中 A、B、C 三个区的划分同图 2）。 可见，在两个钎缝界面区 有明显的 Fe、Co 元素富集。 进一步对界面区内鹅 卵石状产物扫描，其中富集 Fe、Co 元素。 各钎焊 温 度 下 钢 侧 反 应 产 物 中 Fe、Co 元 素 的 含 量 之 和 约 为 81%，而 硬 质 合 金 侧 约 为 76%，因 此 鹅 卵 石 状的反应物实际上是 Fe-Co 基的多元素固 溶体。 由于 Fe-Co 基固溶体中还溶入了 Cu、Cr、Mn 等元

钎焊试样 夹具

(a) 接头形式 (b) 装配示意图
图 1 接头形式及装配示意图 Fig.1 The joint type and assembly sketch map

钎料的规格根据具体的钎缝间隙来确定， 尺寸尽 量与钎缝接近， 考虑到铜基钎料在真空钎焊过程 中的挥发，一般在钎缝体积的基础上增加 10%的 量。 接头采用对接的形式，装于专用的夹具中，硬 质合金置于 0Cr13 钢上。

CuMnCo 钎料对两种母材具有良好的润湿性。 通过三点弯曲试验、SEM 及 EDS 观察分析，研究了真空钎焊钎焊温

度、钎缝间隙对钎缝组织、元素分布及接头力学性能的影响。 结果显示：钎焊温度为 1070 ℃，钎缝间隙为 0.20 mm

时得到了具有抗 弯 强 度 约 为 445 MPa 的 最 佳 钎 焊 接 头 ，其 钎 缝 中 心 区 组 织 为 均 匀 的 Cu-Mn 基 固 溶 体 ，并 在 两 个

界面反应区产生了适量 Fe-Co 基固溶体。

关键词： 真空钎焊；硬质合金；铁素体不锈钢；显微组织

中 图 分 类 号 ：TG454

文 献 标 识 码 ：A

文 章 编 号 ：1001-3814(2008)23-0089-04

Vacuum Brazing of YG8 Cemented Carbide and 0Cr13 Stainless Steel

2 实验结果分析及讨论

2.1 钎焊温度对接头性能及显微组织的影响 表 1 为不同温度下铺展试验、 钎焊接头三点

表 1 各钎焊温度下铺展试验及钎焊接头弯曲试验结果 Tab.1 The results of the spreadability test and bending
test of the joints brazed at different temperatures
收 稿 日 期 ：2008-08-18 作 者 简 介 ：王 军 勇 （1980-）， 男 ， 浙 江 浦 江 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 从 事
真 空 钎 焊 方 面 的 研 究 ；电 话 ：13655282135； E-mail：onejy@163.com

钎焊工艺进行研究有着重要的理论和实际意义。
1 实验材料及工艺方法
实验用 母 材 0Cr13 及 YG8 的 试 样 尺 寸 均 为 16.5 mm × 16.5 mm × 5 mm。 钎料为自 制 CuMnCo 合 金 ， 其 成 分 （ 质 量 分 数 ，% ） 为 ：86~88 Cu 、 9.5~10.5 Mn、2.5~3.5 Co，由 DTA 测得其熔化温度 范围在 991~1045 ℃。
WANG Junyong, WANG Hailong
(Provincial Key Lab of Advanced Welding Technology, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003, China)
Abstract： The vacuum brazing process of YG8 cemented carbide and 0Cr13 ferritic stainless steel with CuMnCo filler metal was studied. The spreadability test shows that the CuMnCo filler metal has good wettability to the substrates. The mechanical properties, microstructure and element distribution in the brazed joints were analyzed by means of three-point bending test, SEM and EDS. The effects of brazing temperature and clearance on the joint mechanical properties and microstructure were investigated. The results indicate that the best brazed joint, in which bending strength reaches about 445 MPa is obtained at the temperature of 1070 ℃ and the brazing clearance of 0.20 mm. The microstructure mainly contains homogeneous Cu-Mn-based solid solution in the middle area of the brazing seam and an appropriate number of Fe-Co-based solid solutions generate in the reaction area near the two interfaces.

钎焊温度 YG8 润湿角 0Cr13 润湿角 抗弯强度

/℃

/ (ຫໍສະໝຸດ Baidu)

/ (°)

/ MPa

1040

19

1055

16

1070

13

1085

11

1100

7

18

400

14

325

11

445

9

296

6

270

断口特征
断于钎缝上 断于钎缝上 断于 YG8 侧 断于 YG8 侧 断于 YG8 侧

弯曲试验的结果。 铺展试验结果显示 CuMnCo 钎 料在各钎焊温度下对母材的润湿角均小于 20 °,润 湿性良好。 三点弯曲试验结果表明：在 1070 ℃钎 焊的接头抗弯强度最高。

38.81 37.74 9.05 3.29 5.35 5.77 41.00 33.72 8.62 3.57 5.18 7.19 41.62 36.07 8.74 2.72 5.19 4.61 44.58 31.30 9.10 2.83 5.05 6.39 48.46 27.97 9.95 1.73 5.58 5.70 46.29 33.21 7.09 3.86 6.37 2.13 47.84 34.87 6.74 2.68 5.18 1.64 50.03 30.57 7.12 2.4 6.18 2.65 55.3 25.75 7.7 2.06 5.85 2.54 56.56 24.65 6.92 1.42 5.21 4.13 0.79 0.83 88.24 6.96 - 2.85 1.39 1.04 90.09 4.44 - 2.8 0.95 0.67 90.18 5.27 - 2.69 0.79 0.49 91.12 5.43 - 1.91 1.62 0.70 92.34 3.07 - 1.70
Key words：vacuum brazing; cemented carbide; ferritic stainless steel; microstructure

WC-Co 系硬质合金具有很高的硬度、耐磨性 及良好的红硬性和导热率，但其冲击韧度低，而且 市场价格昂贵， 需要与钢连接才能发挥其优良的 综合性能。 0Cr13 不 锈钢 具 有 较 高 的 耐 蚀 性 ，与 YG8 硬质合金的连接件可在腐蚀性介质中使用。 但两种母材之间的线膨胀系数相差悬殊， 硬质合 金的线膨胀系数一般仅为铁素体不锈钢的 1/3~1/2， 钎 焊 工 艺 的 冷 却 过 程 中 由 于 钢 侧 较 大 的 收缩量而使得在硬质合金侧形成较大的残余拉应 力，往往使接头性能很差[1]。 同时，由于 0Cr13 钢 中含有 13%的铬， 极易在其表面形成 Cr2O3 氧化 膜以及在 钎焊冷却中 形成铬的化 合物 ， [2-3] 给钎焊 带来了很多困难。 因此，对 0Cr13 与 YG8 的真空
实验之前， 用 01 号金相砂纸将 0Cr13 钢的钎 焊面及铺展试验面的氧化皮去除，同时保证其钎焊 面平整。 在涂有 W0.35 金刚石研磨膏的铸铁上将 YG8 的钎焊面及铺展试验面磨亮。 随后用蘸有丙 酮的脱脂棉将钎焊面及铺展试验面的油渍除尽。
铺 展 试 验 选 用 母 材 的 16.5 mm × 16.5 mm 面 为铺展面， 用 分析天平称 取 105±5 mg CuMnCo 细条钎料卷成小粒，放在铺展面正中。
钎焊实验在 WZS-20 真空炉中进行， 冷态真 空度一般在 7 × 10-3 Pa 以 上 ， 热态真空 度保持在 5×10-2Pa 以上[4]。 根据钎料的熔点，钎焊温度选择 在 1040~1100 ℃，每 隔 15 ℃进 行 实 验 ，并 用 钼 丝 控制钎缝间隙在 0.20 mm， 以确定最佳的钎焊温 度。 随后用钼丝控制钎缝间隙在 0.05、0.10 、0.20、 0.30 及 0.40 mm 并在最佳 温度条件下 进行实验， 以确定最佳钎缝间隙。 钎焊过程中真空炉的加热 速度应当与母材性能及设备的抽真空效率相适 应。 本实验工艺先以 11 ℃/min 加热至 850 ℃，在 850 ℃保 温 30 min 后 继 续 以 11 ℃/min 的 升 温 速 度加热至钎焊温度下保温 15 min 后炉冷。
图 2 为不同钎焊温度下的金相照片。可看出， 在较高的钎焊温度下， 硬质合金侧界面区内的反 应产物数量有明显的变化。 与 1070 ℃钎焊温度下 得到的钎缝组织相比，1100 ℃钎焊温度下在硬质 合金侧界面区内的产物明显增多。

(a) 1070 ℃接头组织

50 μm

50 μm
(b) 1100 ℃接头组织 图 2 不同温度下钎焊接头的显微组织 Fig.2 The microstructure of the joints brazed at

区域

Fe Co Cu Mn Cr C

1040℃A 区 1055℃A 区 1070℃A 区 1085℃A 区 1100℃A 区 1040℃B 区 1055℃B 区 1070℃B 区 1085℃B 区 1100℃B 区 1040℃C 区 1055℃C 区 1070℃C 区 1085℃C 区 1100℃C 区
钎焊结束后，对铺展试样上 CuMnCo 钎料的 润 湿角用量 角 仪 进 行 测 量 。 参 照 GB-T14452-93 标准，根据 A 型试样尺寸，将钎焊后试件线切割 成长约 34 mm、宽 5±0.25 mm、高 5±0.25 mm 的 试样在 CMT-5205 万能试验机上进行三点弯曲试 验，测量钎焊接头的抗弯强度。 制作金相试样时， 先在涂有 W3.5 金刚石研磨膏的铸铁上将试样接 头部位磨平，然后在抛光机上用 W3.5 及 W1.5 的 金 刚 石 研 磨 膏 将 试 样 抛 光 。 硬 质 合 金 侧 用 Murakami's 腐 蚀 剂 [5] 腐 蚀 ，0Cr13 侧 采 用 HF 4 ml-HNO3 4 ml-H2O 100 ml 溶液腐蚀， 钎缝组织采 用 FeCl35 g -HCl 15 ml-H2O 100 ml 溶液腐蚀。
图 1 为 0Cr13 与 YG8 的 接 头 形 式 及 装 配 示 意图。 本实验均选用 16.5 mm × 5 mm 面为钎焊面。

《热加工工艺》 2008 年第 37 卷第 23 期

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金属铸锻焊技术 Casting·Forging·Welding

2008 年 12 月

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YG8 钼丝 CuMnCo 0Cr13
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Casting·Forging·Welding 金属铸锻焊技术

YG8 硬质合金与 0Cr13 不锈钢的真空钎焊
王军勇， 王海龙 （江苏科技大学 江苏省先进焊接技术重点实验室，江苏 镇江 212003）

摘 要 ： 采 用 CuMnCo 钎 料 ， 对 YG8 硬 质 合 金 和 0Cr13 不 锈 钢 进 行 真 空 钎 焊 工 艺 研 究 。 铺 展 试 验 表 明 ，