YG8硬质合金与2Cr13马氏体不锈钢真空钎焊及热处理一体化工艺研究(1)

温度／℃ ＹＧ８上润湿角／（ｏ）
温度／℃
１０４０ １９ １５
１０５５ １６ ｌｌ
１０７０ １３ ８
１０８５ ｌｌ ６
ｌｌｏｏ ７ ５
不同钎焊温度下所得接头的三点弯曲试验结果 （表２）表明，接头的抗弯强度随钎焊温度的升高先上 升后下降，在钎焊温度为１０８５℃时钎焊接头的抗弯
强度最高，为７３２ＭＰａ。１０４０～１０８５℃下所得钎焊接 头的断裂位置都在钎缝处，而ｌ １００℃下所得钎焊接 头的断裂位置在硬质合金靠近钎缝处。
ＹＡＮＧ Ｑｉｎｇｓｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｈａｉｌｏｎｇ，ＺＯＵ Ｋｕｎ，ＬＵＯ Ｘｉａｏｍｅｎｇ （Ｐｒｏｖｉｎｃ／ａ／Ｋｅｙ Ｌａｂ‘ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｌｌ庐ｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２００３， Ｃｈｉｎａ）
金属铸锻焊技术｜Ｃａｓｔｉｎｇ·ｉ７０ｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ
２０１０年３月
ＹＧ８硬质合金与２Ｃｒｌ３马氏体不锈钢真空钎焊及
热处理一体化工艺研究
杨青松，王海龙。邹坤。骆晓萌 （江苏科技大学江苏省先进焊接技术重，最实验室，江苏镇江２１２００３）
摘 要：采用ＣｕＭｎＣｏ钎料，对ＹＧ８硬质合金和２Ｃｒｌ３马氏体不锈钢进行真空钎焊以及焊后淬火处理，研究分析了
到５８１ＭＰａ。
关键词：硬质合金；马氏体不锈钢；真空钎焊：热处理；一体化
中图分类号：ＴＧ４５４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１．３８１４（２０１０）０５．０１４８．０４
Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｂｒａｚｉｎｇ ａｎｄ Ｈｅａｔ—ｔｒｅａｔｉｎｇ ｆｏｒ ＹＧ８ Ｃｅｍｅｎｔｅｄ Ｃａｒｂｉｄｅ ａｎｄ ２Ｃｒｌ３ Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ
对１０８５℃钎焊接头钎缝中心区及界面反应区 进行ＥＤＳ能谱分析，结果如表３所示。可看出。钎缝 中心区主要元素为Ｃｕ和Ｍｎ．在该区形成了Ｃｕ．Ｍｎ 基同溶体组织。由于Ｍｎ的饱和蒸气压较高，在高温 高真空条件下大量挥发，同时一定量的Ｍｎ还扩散
《热加工工艺》２０１０年第３９卷第５期
１４９
万方数据
金属铸锻焊技术Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ
１实验材料及方法
实验所用母材２Ｃｒｌ３及ＹＧ８均加工成尺寸为
１４８
万方数据
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０ １ ０，Ｖ０１．３９，Ｎｏ．５
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ，ｌ金属铸锻焊技术
１６．５ｍｍｘ １６．５ｍｉｌｌ×５ｒａｉｎ。所用钎料为自制片状 ＣｕＭｎＣｏ合金，其成分（质量分数，％）为：８６～８８Ｃｕ， ９．５～１０．５Ｍｎ，２．５～３．５Ｃｏ。由差热分析仪测得wk.baidu.com熔 化温度范围为９９１～１０４５℃。
表２不同钎焊温度下接头三点弯曲试验结果 Ｔａｂ．２ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｐｏｉｎｔ ｂｅｎｄｉｎｇ ｔｅｓｔ ｏｆ ｊｏｉｎｔｓ
ｂｒａｚｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
钎焊温度／℃ 抗弯强度／ＭＰａ
断裂位置
１０４０ ５４３ 钎缝
１０５５ ５８６ 钎缝
１０７０ ６９９
收稿日期：２００９．１１－０３ 作者简介：杨青松（１９８４一），男，湖北枣阳人，硕士研究生．主要从事
真空钎焊方面的研究；电话：１５８９６３８２９５２； Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｇｅｓｗ＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｔｏｍ
蚀性，从而提高其使用寿命，还可显著降低ｔ件的成 本。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钢的１／３＂－＇１／２。在钎焊的冷 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ｔ２］。本 文是对基于ＣｕＭｎＣｏ钎料的ＹＧ８硬质合金与２Ｃｒｌ３ 马氏体不锈钢真空钎焊及热处理一体化工艺的研究， 真空钎焊以其显著的优势得到了越来越广泛的应用， 在真空炉中采用真空钎焊及热处理一体化的工艺省 去了二次奥氏体加热，可在一定程度上降低成本。
质为４０℃真空油。
参照ＧＢ．Ｔ１４４５２．９３标准，将钎焊后的试样线
切割成（５±０．２５）１１１］ｍ×（５±０．２５）ｎＬｒｎｘ３４ｍｍ的试
样．在ＣＭＴ．５２０５万能试验机上进行三点弯曲试验，
测得钎焊接头的抗弯强度。制作金相试样时，先将钎
焊试样在磨床上磨平，然后在涂有Ｗ３．５金刚石研磨
膏的铸铁上进行粗磨至无明显划痕，在抛光机上用
钎缝
１０８５ ７３２ 钎缝
１１００ ５４６ 硬质合金侧
图３为不同钎焊温度下所得钎焊接头的显微组 织。可看出，钎焊接头组织致密，没有出现明显的气 孔、夹杂等焊接缺陷，钎缝与母材界面结合良好。各 温度下在钎缝与２Ｃｒｌ３、ＹＧ８界面处均存在着明显 的反应区域，如图中所示的浅色区域，该反应区外形 不规则，且多呈鹅卵石状。随着钎焊温度的升高．硬 质合金侧界面庆反应产物明显增多，而钢侧变化则 不明显。
Ｃｕ
Ｍｎ
Ｃｏ
Ｃｒ
Ｆｅ
Ｗ
钎缝中心区 ９０．１９ ８．９ｌ
Ｏ．９０
——
——
２Ｃｒｌ３侧界面区 ５．８０ ４．１６ ２８．０８ ７．６９ ５４．２７
——
ＹＧ８侧界面区 ９．７２ ３．７２ ４５．６８ ４．９９ ３４．５ｌ
ｌ＿３８
到两侧界面区，这样就使得钎缝中Ｍｎ元素含量与 钎料原始成分相比有所下降。在两个钎缝界面反应 区有明显的Ｆｅ、Ｃｏ元素富集，钢侧界面反应区中 Ｆｅ、Ｃｏ的含量之和约为８２．３５％，其中Ｃｏ元素多由 硬质合金中扩散而来，而在硬质合金侧界面反应区 有大量的钢中Ｆｅ元素扩散过来使得Ｆｅ、Ｃｏ的含量 之和达到８０．１９％。结合相图可知。Ｆｅ、Ｃｏ两种元素 能无限互溶形成固溶体，因此推断界面区反应产物 实际上是Ｆｅ．Ｃｏ基的多元固溶体．其中还溶入了 Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ等。
图１接头形式 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｔｙｐｅ
图２钎焊试验专用夹具 Ｆｉｇ．２ Ｓｐｅｃｉａｌ ｆｉｘｔｕｒｅ ｆｏｒ ｂｒａｚｉｎｇ
钎焊及淬火在ＷＺＳ一２０真空炉中进行。该型真
空炉有热室和冷室。钎焊过程在热室中进行，钎焊温
度下真空度保持在５Ｘ １０之Ｐａ以上。钎焊温度范围选
为１０４０＂－＂１１００℃，每隔１５℃为一个实验温度。钎焊
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔｅｄ ｃｑｘｂｉｄｅ；ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ；ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ；ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ
ＷＣ硬质合金具有很高的硬度、耐磨性、良好的 红硬性、较小的热膨胀系数以及良好的化学稳定性 等一系例优点，因此得到广泛应用。但硬质合金的 塑性和韧性较差，而且价格昂贵，一般，硬质合金零 件的尺寸都比较小．必须固定在一个较大和较厚的 支承材料上【¨。２Ｃｒｌ３马氏体不锈钢具有很高的硬 度、耐磨性和耐疲劳特性，并具有优良的耐热性和耐 介质腐蚀能力。用马氏体不锈钢做为硬质合金工具 的支承材料，不仅可以提高工件整体的耐磨性和耐腐
２０１０年３月
图３不同钎焊温度下接头的显微组织
Ｆｉｇ：３
Ｍｉｃｒｏｓ仇ｌｃｔｕｒｅｓ ｏｆｊｏｉｎｔｓ ｂｒａｚｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
表３ １０艏℃钎焊接头中各区域元素含量ＥＤＳ分析结果 （质量分数，％）
Ｔａｂ０３ Ｔｈｅ ＥＤＳ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｅａｓ ｏｆ ｊｏｉｎｔ ｂｒａｚｅｄ ａｔ １０８５℃（ｗｔ％）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖａｃｕｕｍ ｂｒａｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅ．ｅｍｅｎｔｅｄ ｃａｒｂｉｄｅ ＹＧ８ ａｎｄ ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ２Ｃｒｌ３ ｗｉｔｈ ＣｕＭｎＣｏ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ Ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｅｔｔｔｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｚｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｐｏｉｎｔ ｂｅｎｄｉｎｇ ｔｅｓｔ，ＳＥＭ ａｎｄ ＥＤＳ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｄ ｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｉｎｇ ｆｉｌｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｏｂｔａｉｎ ９００ｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｊｏｉｎｔｓ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｕ－Ｍｎ ｂａｓｅｄ ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｓｅａｍ ａｎｄ Ｆｅ－Ｃｏ ｂａｓｅｄ ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ａｒｅａ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｔｗｏ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ．Ａｔ １０８５℃ａｎｄ ｔｈｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ０．２０ｍｍ，ｉｔ ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｂｒａｚｅｄ ｉｏｉｎｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ａｂｏｕｔ ７３２ ＭＰａ．Ｉｆ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｔ ９７０＂Ｃ ａｆｔｅｒ ｂｒａｚｉｎｇ，ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｂｕｔ ｓｔｉｌｌ ｃａｌｌ ｒｅａｃｈ ５８ｌＭＰａ．
料在两种母材上的润湿角均小于２００，表明该钎料 对ＹＧ８和２Ｃｒｌ３均有良好的润湿性；随着钎焊温度 升高其润湿角明显减小，且各钎焊温度下ＣｕＭｎＣｏ
在２Ｃｒｌ３上润湿角均略小于在ＹＧ８上润湿角．说明
该钎料对２Ｃｒｌ３的润湿性好于对ＹＧ８的润湿性。
表１不同钎焊温度下ＣｕＭｎＣｏ钎料的铺展性试验结果 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ｏｆ ＣｕＭｎＣｏ衄ｅｒ ｍｅｔａｌ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｒａｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
焊前处理：２Ｃｒｌ３的钎焊面及铺展试验面以及 ＣｕＭｎＣｏ钎料用０ｌ号金相砂纸将表面氧化皮去除． ＹＧ８的钎焊面及铺展试验面在涂有Ｗ３．５金刚石研 磨膏的铸铁上磨亮，且都要保证面的平整。然后用丙 酮浸泡１０ｍｉｎ左右。并用脱脂棉擦拭清除表面油渍 及杂物。吹干。
本实验选取母材１６．５ｍｍＸ １６．５ｍｍ的面为铺 展试验面，１６．５ｒａｉｎ×５ｍｍ的面为钎焊面，钎料用量 根据具体的钎焊间隙来确定，尺寸尽量与钎缝接近。 钎焊接头采用对接形式，硬质合金置于２Ｃｒｌ３不锈 钢之上，接头形式如图ｌ所示，装配如图２所示。
Ｗ３．５及Ｗ１．５的金刚石研磨膏进行抛光。硬质合金
侧用Ｍｕｒａｋａｍｉ’ｓ腐蚀剂［３１腐蚀，２Ｃｒｌ３侧采用４ｍｌ ＨＦ－４ｍｌ ＨＮ０３．１００ｍｌ Ｈ２０溶液腐蚀问。
２实验结果分析及讨论
２．１钎焊温度对接头组织和性能的影响
在０．２ＩＴｌｎｌ的钎焊间隙下进行不同钎焊温度钎 料铺展性试验，结果如表１所示。可知。ＣｕＭｎＣｏ钎
表４为不同钎焊温度下钎焊接头中心区及界面
间隙分别为０．０５、０．１０、０．２０、０．３０及０．４０ｍｉｌｌ。实验
以Ｉｌ℃／ｒａｉｎ的速度加热至８５０℃保温３０ｍｉｎ。然后
以１０℃／ｒａｉｎ的速度加热至钎焊温度。保温１５ｍｉｎ．
随炉冷却。按此工艺进行钎焊实验和铺展性实验。淬
火过程在冷室中进行．钎焊后试样可直接由热室放
到冷室进行淬火处理，其淬火温度为９７０℃，淬火介
钎焊温度、钎焊间隙及淬火处理对接头组织和性能的影响。实验表明，采用此种焊接Ｔ艺能够得到组织致密，结合良好的焊
接接头。钎缝中心区组织为均匀的Ｃｕ．Ｍｎ基同溶体，在两个界面反应区为Ｆｅ－Ｃｏ基同溶体；在钎焊温度为１０８５℃，钎焊间
隙为０．２０ｍｍ时。得到了最佳钎焊接头，抗弯强度为７３２ＭＰａ；钎焊后进行９７０℃淬火处理，接头强度略有下降，但仍能达