YG8硬质合金与0Cr13不锈钢的真空钎焊

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。
上半月出版
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 ，
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@
钎焊工艺进行研究有着重要的理论和实际意义。
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
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
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
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
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
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。
钎焊温度 YG8 润湿角 0Cr13 润湿角 抗弯强度
/℃
/ (°)
/ (°)
/ 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。
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 ℃。
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
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
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.