工具鋼及硬質(zhì)合金的釬焊

工具鋼的釬焊性：

工具鋼通常包括碳素工具鋼、合金工具鋼及高速鋼。碳素工具鋼系高碳鋼;合金工具鋼通常含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為百分之幾的合金元素,某些鋼中含合金元素高達(dá)12%-14%.主要合金元素有Cr、Mn、Si等;高速鋼是含W、Cr、V、Mo等元素的高合金鋼,應(yīng)用最廣的是 W18Cr4V。硬質(zhì)合金是碳化物(如 WC、TiC等)與黏結(jié)金屬(如 Co等)經(jīng)粉末燒結(jié)而成的。工具鋼和硬質(zhì)合金的釬焊主要用于刀具、量具、模具、采掘工具以及整體刀具的制造上。

硬質(zhì)合金的釬焊性：

硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)與普通鋼相比差別很大,硬質(zhì)合金約為6x10-6℃-1,鋼材為12x10-6℃-1。當(dāng)硬質(zhì)合金與普通鋼的基體釬焊時(shí),由于兩者線膨脹系數(shù)的不同,會(huì)使釬焊接頭冷卻后產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,從而產(chǎn)生裂紋。因此,硬質(zhì)合金與不同材料釬焊時(shí),必須采取措施減小釬焊應(yīng)力,以防止開(kāi)裂。

釬焊材料：

工具鋼和硬質(zhì)合金的釬焊通常采用純銅、銅鋅和銀銅材料。好的潤(rùn)濕性, 但需要在氫的還原性氣氛中釬焊材能取得最性效果。采用春銅焊接是我接頭抗剪強(qiáng)度約為150MPa，接頭塑性也較高，但由于釬焊溫度高,接頭中的應(yīng)力較大,易導(dǎo)致開(kāi)裂,,故不適于高溫工作。

銅鋅釬料是釬焊工具鋼和硬質(zhì)合金最常用的釬料。為提高 釬料的潤(rùn)濕性和接頭的強(qiáng)度，在釬料中常添加Mn、Ni、Fe等元素。在銅釬料中加入錳，提高與可料的強(qiáng)度、改善釬料對(duì)硬質(zhì)合金的潤(rùn)濕性,釬焊接頭強(qiáng)度也有很大提高。例如BCu58ZnMn(其中Mn含量為4%)，使得硬質(zhì)合金釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度在室溫時(shí)達(dá)到300-320MPa；在320℃時(shí)仍能維持220~240MPa，在BCu58ZnMn的基礎(chǔ) 上加入少量的Co，可使釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度達(dá)到350MPa，并且具有較高的沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度，顯著提高了硬質(zhì)合金刀具的使用壽命。

銀銅釬料具有良好的強(qiáng)、強(qiáng)度和塑性，熔點(diǎn)較低，釬焊接頭產(chǎn)生的熱應(yīng)力較小，硬質(zhì)合金不易開(kāi)裂。在釬料中加入Mn、Ni等合金元素，可以改善釬料的潤(rùn)濕性，提高接頭的強(qiáng)度和工作溫度。例如BAg50CuZnCdNi（其中Ni含量為3%）釬料對(duì)硬質(zhì)合金有著 優(yōu)良的潤(rùn)濕性，強(qiáng)度及耐熱性也高，釬焊接頭具有良好的綜合性能。

除了上述3種類型的纖料外，對(duì)于工作在500℃以上且接頭強(qiáng)度要求較高的硬質(zhì)合金，可以選用Mn基和Ni基釬料，如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。

由于一般銅基釬料的熔化溫度均低于高速鋼的淬火溫度，它們均不適合高速鋼的釬焊。為此，釬焊高速鋼都選擇釬焊溫度與淬火溫度相匹配的專用釬料。這種釬料分為兩類，一類為錳鐵型釬料，主要由錳鐵及硼砂組成，其中硼砂起纖劑作用。該類釬料的熔化溫度為1250℃左右，同高速鋼的熱處理溫度相匹配，釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度一般為100MPa左右。由于它的收縮大，釬焊后容易出現(xiàn)裂紋。另一類為含Ni、Fe、Mn和Si的特殊銅合金，其熔點(diǎn)與錳鐵大致相同，約為1200-1280℃。由于這類合金的收縮量比錳鐵減少了三分之二左右，因此釬焊后不易產(chǎn)生裂紋，接頭的抗剪強(qiáng)度也提高到300MPa以上。使用后一類釬料釬焊時(shí)，必須采用硼砂作纖劑。

纖劑和保護(hù)氣體：

纖劑的選擇應(yīng)與所焊的母材和所選的釬料相匹配。工具鋼及硬質(zhì)合金釬焊時(shí)，所用的纖劑主要以硼砂和硼酸為主，并加入一些氟化物（KF、NaF、CaF₂等）。銅鋅釬料配用FB301、FB302和FB105纖劑，銀銅釬料配用FB101-FB104纖劑。采用釬料釬焊高速鋼時(shí)，主要配用硼砂纖劑。

工具鋼及硬質(zhì)合金釬焊時(shí)，可以采用氣體保護(hù)，以防止在釬焊過(guò)程中的氧化。工具鋼釬焊保護(hù)時(shí)保護(hù)氣體可以是惰性氣體，也可以是還原性氣體，要求氣體的露點(diǎn)應(yīng)低于-40℃。硬質(zhì)合金可以再氫氣保護(hù)下進(jìn)行釬焊，所需氫氣的露點(diǎn)應(yīng)低于-59℃。

釬焊工藝：

工具鋼在釬焊前必須進(jìn)行清理，清除表面的油污、氧化物或其他外來(lái)雜質(zhì)。機(jī)械加工的表面不必太光滑，這有利于釬料和纖劑的潤(rùn)濕和鋪展。

硬質(zhì)合金表面在釬焊前應(yīng)經(jīng)噴砂處理,或用碳化硅或金剛砂輪打磨, 清除表面過(guò)多的碳,以使于釬焊時(shí)被釬料所潤(rùn)濕。釬焊前還應(yīng)對(duì)工件進(jìn)行脫脂處理。有一些比較難潤(rùn)濕的硬質(zhì)合金(如碳化鈦)有時(shí)還需電鍍,或涂一層氧化銅或氧化鎳配制的膏狀物,然后放置在還原性氣氛中烘烤,使銅或鎳過(guò)渡到表面上去,從而增強(qiáng)釬料的潤(rùn)濕性。

碳素工具鋼的釬焊最好在淬火工藝前進(jìn)行或者同時(shí)進(jìn)行。如果在淬火工序前進(jìn)行釬焊,所用釬料的固相線溫度應(yīng)高于淬火溫度范圍,以使焊件在重新加熱到淬火溫度時(shí)仍然具有足夠的強(qiáng)度而不致失效。當(dāng)釬焊和淬火合并進(jìn)行時(shí), 選用固相線溫度接近淬火溫度的釬料, 采用這種工藝時(shí), 在釬焊中要注意避免裂紋, 因?yàn)樵诖慊饻囟认?接頭強(qiáng)度非常低。

合金工具鋼的成分范圍很寬, 應(yīng)根據(jù)具體鋼種確定適宜的釬料、熱處理工序以及將釬焊和熱處理工序合并的技術(shù),從而獲得良好的接頭性能。

高速鋼的淬火溫度一般高于銀銅和銅鋅釬料的熔化溫度,因此需在釬焊前進(jìn)行淬火, 并在二次回火期間或之后進(jìn)行釬焊。如果必須在釬焊后進(jìn)行淬火,由于一般銅基釬料的熔化溫度均低于高速鋼的淬火溫度,它們不適合于高速鋼的釬焊,只能選用前述的專用釬料進(jìn)行釬焊。釬焊高速鋼刀具時(shí)采用焦炭爐比較合適，當(dāng)釬料熔化后，取出刀具并立即加壓擠出多余的釬料，在進(jìn)行油淬，然后在550-570℃回火。

工具鋼及硬質(zhì)合金常用火焰、感應(yīng)、爐中、電阻、浸沾等方法釬焊?；鹧驸F焊設(shè)備簡(jiǎn)單,適用于小批生產(chǎn)。感應(yīng)釬焊、爐中釬焊及電阻釬焊生產(chǎn)率高,質(zhì)量穩(wěn)定。采用保護(hù)氣氛爐中釬焊,還可避免釬焊時(shí)發(fā)生氧化。浸沾釬焊用于硬質(zhì)合金鉆探工具的生產(chǎn), 也是一種效率高、易于掌握的方法。

為了減少硬質(zhì)合金刀片的釬焊應(yīng)力和防止產(chǎn)生裂紋，可采用下列工藝措施：在釬縫中插入塑性好的補(bǔ)償墊片；加大釬縫間隙；用30CrMnSiA鋼作刀體，它由奧氏體變?yōu)轳R氏體時(shí)體積膨脹，可抵消部分收縮應(yīng)力。雙層包復(fù)的銀釬料，即在兩片銀釬料中間插入鎳或紫銅片，3層的厚度為1:2:1。冷卻時(shí)熱應(yīng)力可被補(bǔ)償墊片吸收。在采用銅基釬焊時(shí)則可用鎳鐵合金（其膨脹系數(shù)介于鋼與硬質(zhì)合金之間）作為補(bǔ)償墊片。

在尺寸比例不協(xié)調(diào)的裝配件中，只釬焊一面往往可以消除或減少它的應(yīng)變。使用止纖劑涂層或加大一面的間隙都可以防止釬料流到不需要的地方。釬焊較長(zhǎng)的硬質(zhì)合金片時(shí)，可將硬質(zhì)合金切成幾段來(lái)釬焊，另一種方法是在支座的另一側(cè)同時(shí)釬焊一塊對(duì)稱的硬質(zhì)合金片，使應(yīng)力平衡。這種方法既提高了釬焊組件的抗應(yīng)變能力，而且使它具有兩個(gè)耐磨面，延長(zhǎng)了該組件的使用壽命。

在釬焊后必須進(jìn)行熱處理的工具鋼構(gòu)件,則應(yīng)嚴(yán)格按該類鋼的熱處理規(guī)范進(jìn)行處理,硬質(zhì)合金釬焊后必須使焊件在空氣中慢慢冷卻,如將焊件焊后立即放到200℃左右的爐中,或插入草木灰等保溫介質(zhì)中,讓其緩慢冷卻至接近室溫后取出,以消除接頭中的應(yīng)力,防止開(kāi)裂的產(chǎn)生. 此外,錘擊釬焊接頭的反面,也可減少接頭的應(yīng)力。

釬焊后，焊件上的釬劑殘?jiān)扔脽崴疀_洗或用一般的除渣混合液清洗,隨后用合適的酸洗液酸洗,以清除基體刀桿上的氧化膜,但注意不要使用硝酸溶液,以防腐釬縫金屬。