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梯度硬质合金制备及与45钢的电弧焊研究

夏爽  
【摘要】:WC-Co类硬质合金因其优异的性能而广泛应用于工业的各个方面。但是工业常用的低粘结相的硬质合金却因热膨胀系数与钢差异较大无法通过电弧冷焊连接,30%粘结相的硬质合金虽然可以与钢进行电弧冷焊,但硬度偏低,使用性能不高,本文提出的一种解决方案是把不同黏结相含量的硬质合金成梯度硬质合金,使低黏结相侧保持高硬度,高黏结相侧具有优良的可焊性,能实现与钢电弧焊连接,不仅对扩大硬质合金的使用范围具有重要意义,同时能为我国的高性能硬质合金的制备和焊接提供科学的参考依据。本文选取牌号为YG8、YG15和YG20的商用硬质合金与自制的WC-25Ni-5Co的硬质合金通过扩散烧结的方法制备梯度硬质合金,采用Ni-Fe-C焊丝对梯度硬质合金与45钢进行TIG焊连接,通过扫描电镜观察、能谱分析、X射线衍射、弯曲强度试验,对焊接接头的组织、元素扩散以及力学性能进行了分析。试验过程中主要得到以下结论:烧结WC粉末时,总碳量控制在10.8%,高温烧结2h可得到质地均匀、物相单一的WC粉末。烧结WC-25Ni-5Co硬质合金,在1400℃液相烧结90min,可以烧结出无孔隙、裂纹及表面变形的硬质合金。扩散烧结制备梯度硬质合金,烧结温度为1400℃,烧结时间为75min,采用缓慢冷却方式,可以得到界面结合良好,无缝隙、裂纹及表面变形的梯度硬质合金。不同黏结相含量的硬质合金通过扩散烧结的方式制备梯度硬质合金,其黏结相的迁移驱动力归因于晶粒尺寸的差异和液相中溶质浓度梯度导致的渗透压。以1.5mm的YG20和2.0mm的YG15做WC-25Ni-5Co和YG8间过渡层的梯度硬质合金,在直流电流100A,纯Ar气保护,流量为10L/min的条件下,焊前不预热,焊后空冷,可以获得无宏观缺陷的焊接接头。烧结梯度硬质合金时应按焊接需要带有30°坡口,钢单侧熔化填充焊缝会造成焊缝贫碳,使硬质合金/焊缝界面生成脆性η相,带有坡口的梯度硬质合金焊接时钢侧母材稀释率得到控制,有效抑制了η相的生成。综合性能良好试样的弯曲试样断裂前有塑性变形,断裂时为脆性断裂。结果表明所制备的梯度硬质合金与45钢可以进行电弧冷焊。


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