[发明专利]一种连接硬质合金与钢的急冷钎料及制备方法和连接方法

说明书

技术领域

    本发明涉及异种材料的连接，具体说是涉及一种硬质合金与钢的连接材料及方法，属于焊接技术领域。

背景技术

    采用异种材料制作的焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质提出不同要求，而且可节约大量的贵重材料，降低成本，发挥不同材料的性能优势。异种材料焊接结构在机械、化工、电力、核工业和航天航空等行业得到广泛应用，异种材料的焊接也越来越受到重视。从材料的组合和特点来看，异种材料的分类和焊接组合主要包括异种钢的焊接、钢与有色金属的焊接、异种有色金属的焊接、金属与非金属的焊接四种情况。

硬质合金是以高硬度的，难熔金属的碳化物（如TiC，WC，TaC，NbC等）为基，加入粘结金属（如Co，Fe，Ni，Mo等），通过粉末冶金方法制成的合金材料，具有高硬度、高红硬性、高耐磨性以及良好的化学稳定性和高的抗咬合性能等优点，广泛应用于国民经济中的各个方面。将硬质合金与韧性好、强度高、加工性能优异、价廉的碳钢连接起来使用，可以降低成本，提高工具性能，具有重要的实用价值。硬质合金与金属的物理性能差别较大，对连接性能影响最大的是二者线膨胀数的差异，如硬质合金的线膨胀系数为(4.5~7)×10^-6/℃，而45#钢线膨胀系数为11.65×10^-6/℃，可见二者的线膨胀系数相差较大，因此在连接接头易引起内应力。一般仅为金属材料的一半左右，当硬质合金与这类材料焊接时，会在接头中产生很大的热应力，若超过硬质合金的抗拉强度，便会导致硬质合金开裂，二是由于硬质合金材料的特殊性，钎料对基体材料的润湿性不佳。

对于物理化学性能差别较大的硬质合金与碳钢的连接而言，可选择扩散连接、摩擦焊等固相连接方法或钎焊，其中钎焊方法特别是真空钎焊方法的适应性更好。经过多年的研究，硬质合金与钢基体的钎焊工艺已得到较大改进。随着实际生产对硬质合金工具要求的不断提高，如何提高硬质合金与钢基体的钎焊接头质量仍需进一步研究。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种连接硬质合金与钢的急冷钎料及制备方法和连接方法，在真空中使用急冷钎料连接硬质合金与钢，能够缓解接头残余应力，提高接头强度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种连接硬质合金与钢的急冷钎料，包括Ag、Zn、Ni、Mn、Co、Sn和Cu，上述组分按质量百分数含量如下，Ag：28-33%；Zn：18-20%；Ni：1-8%；Mn：5-9.5%；Co：3-6.5%；Sn：1-3%；其余为Cu。

作为优选，所述的Ag、Zn、Ni、Mn、Co、Sn和Cu按质量百分数含量如下，Ag：29-32%；Zn：19-20%；Ni：4-6%；Mn：6-8%；Co：4-6%；Sn：2-2.5%；其余为Cu。

作为优选，所述的Ag、Zn、Ni、Mn、Co、Sn和Cu按质量百分数含量如下，Ag：30%；Zn：19.5%；Ni：5%；Mn：7%；Co：5%；Sn：2.5%；其余为Cu。

本发明还提供一种上述急冷钎料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将上述配比的原料采用电弧熔炼的方法制备成急冷钎料的母合金，将该母合金粉碎后，装入高真空单辊甩带机的石英玻璃管内，例如，可以采用HVDS-II高真空单辊甩带机，该甩带机的石英管喷嘴呈长方形，其长度为8-10mm，宽度为0.8-1.5mm；

（2）将石英玻璃管夹装在甩带机的感应加热圈中，并将其喷嘴至铜辊表面间距调整为1-2mm；

（3）关闭炉门，采用机械泵抽真空至1.5×10^-1Pa，然后采用分子泵抽高真空，高真空度不低于9×10^-4Pa，然后腔体充满高纯Ar气至200mbar；

（4）开启电机，使铜辊转速u_s=32m/s，开启高频电源，将石英玻璃管内的母合金高频感应加热至完全均匀熔融后，保温过热熔体60秒； 

（5）将Ar气压力调制P=40-60kPa，用高压氩气将石英玻璃管内的过热熔体连续喷射到高速旋转的冷却铜辊表面，液态金属受到急冷而成箔带状，从而得到急冷钎料。

作为优选，所述步骤（4）中铜辊直径为230mm，铜辊宽度为45mm。    

为了减少硬质合金与钢连接残余应力，本发明还提供一种采用上述急冷钎料连接硬质合金与钢的方法，包括以下步骤：