采用CuMnNi钎料真空钎焊40Cr钢与YG8硬质合金的工艺研究

采用CuMnNi钎料真空钎焊40Cr钢与YG8硬质合金的工艺研究徐颖梅（扬州工业职业技术学院江苏扬州225127）摘要：选用CuMnNi钎料，对40Cr钢与YG8硬质合金进行了真空钎焊工艺研究。

通过润湿性试验、三点弯曲试验、金相分析、SED等方法探究了钎焊温度和Ni中间层厚度对钎焊接头性能的影响。

研究结果表明，钎料对两种母材有良好的润湿性；采用0.2mmNi中间层在1040℃下钎焊时，可获得最优钎焊接头，强度可达到660MPa。

Abstract:Selects the CuMnNi solder,has conducted the vacuum brazing technical study to the40Cr steel and the YG8hard alloy.Through methods and so on wettability experiment,three spot bend tests,metallography analysis,SED inquired into the braze welding temperature and Ni intermediate level thickness to the braze welding attachment performance influence.The findings indicated that the solder has the good wettability to two kind of parent metals;Uses the0.2mmNi intermediate level when1040℃under the braze welding,may obtain the most superior braze welding attachment,the intensity may achieve660MPa.关键词：钎焊硬质合金钎料显微组织key words:Braze welding Hard alloy Solder Microstructure【中图分类号】TG146【文献标识码】A【文章编号】1004-7069（2010）-01-0191-02一、试验材料及试验方法试验用40Cr钢与YG8硬质合金尺寸均为：5mm×16mm×15.5mm（其中5mm×16mm面为焊接面，16mm×15.5mm面为铺展面）；Ni片作为中间层，厚度有0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm和0.4mm；自制钎料CuMnNi中w(Mn)=(23.00～31.00)%，w(Ni)= (2.00～4.00)%,w(Cu)余量。

焊前，将YG8硬质合金待用部位置于涂有金刚石（w3.5）研磨膏的铸铁块上打磨，直至光亮无污为止；对40Cr钢进行表面处理：先后在水砂纸（w150）和（w40）砂纸上打磨；钎料在砂纸（w150）上打磨，除去氧化层，使表面洁净。

然后，将40Cr钢、YG8硬质合金及钎料放入丙酮中清洗，去除表面油污等。

最后，将钎料置于硬质合金与40Cr钢之间，如图1所示，并放入专用夹具（如图2）中，用两块耐热钢作为加载块将其压稳。

本钎焊试验在WZS.20型双室真空烧结炉中进行，在加热及冷却过程中，真空度保持在5×10－2Pa左右。

由DTA测得钎料的熔化温度范围为920℃～950℃，与通过CuMnNi三元相图[2]查得的熔点基本一致。

故确定本试验的钎焊温度为980℃～1080℃，每20℃一个间隔，共6个钎焊温度测试点。

并在各温度下进行钎料（约0.15g）与母材的铺展性试验，用测角仪测得相应的润湿角。

加热速度是钎焊过程中的重要参数，加热速度过快导致真空度急剧下降，易使硬质合金及钎料氧化。

本试验中，加热方法为：从室温以10℃／min的速率升至800℃，保温30分钟。

再以9℃／min 的速率升至设定温度，保温10分钟，然后随炉冷却。

钎焊完毕后，将试样线切割为5mm×5mm×32mm的矩形块，做三点弯曲强度试验。

同时将试样经砂纸打磨，并用研磨膏精磨，最后用K3Fe(CN)6和NaOH溶液混合配置的腐蚀液[3]腐蚀硬质合金，用3％～5％硝酸酒精腐蚀钢，以备显微组织分析用。

二、结果分析与讨论2.1钎焊温度对钎焊接头强度的影响不同温度下钎料在两种母材上的润湿角如表1所示。

由表可知，钎料在各温度下对母材的润湿角均小于15°，具有良好的润湿性;随着温度升高，润湿角减小，润湿性提高；钎料在40Cr上的润湿性好于YG8硬质合金。

表2为不同焊接温度下（添加0.2mm的Ni中间层片）所得钎焊接头的三点弯曲试验结果。

由表可知，接头抗弯强度随着温度的升高先增大后减小，在1040℃钎焊接头强度达到最高665MPa。

观察发现，断口多在靠近钎缝的硬质合金一侧。

这是由于硬质合金与40Cr钢的线膨胀系数差异较大，在接头的冷却过程中，由于钢的膨胀系数较大，收缩较快，在硬质合金侧形成了较大的残余拉应力所致。

综合表1、2，确定本试验的最佳钎焊温度为1040℃。

图1为1040℃钎焊接头的显微组织。

结合图2知，40Cr钢与钎缝界面处，钎料与母材相互作用明显，形成了清晰均匀的扩散反应区，钎料中元素与40Cr钢中元素相互溶解，形成了一定宽度的固溶体相区。

钎缝在硬质合金一侧有明显的分界面，说明钎料与YG8的结合没有与40Cr钢的好，这与铺展性试验的结果一致。

Ni（下转第193页）（上接第191页）中间层与钎料的界面模糊，说明两者结合良好。

由于Fe 、Co 、Ni 在元素周期表中位置接近，易形成置换固溶体。

相关资料易表明[4]：这三种元素可在很宽范围内形成单相固溶体。

由此可推断，40Cr 钢与钎料界面形成一定宽度的固溶体相区为Fe-Co-Ni 基单相固溶体。

单相固溶体具有较高强度和良好塑性，有利于提高钎焊接头强度。

2.2中间层厚度对钎焊接头组织性能的影响表3为在1040℃，不同中间层厚度下三点弯曲的试验结果。

可知，当Ni 中间层厚度为0.2mm 时，钎焊接头的抗弯强度最大为660MPa 。

中间层厚度过小时，有利于元素的扩散，能形成良好的冶金结合，但中间层对接头应力的释放较差，接头性能较差；随着中间层厚度的增大，其释放接头应力的能力增大，但毛细作用下降，钎焊时易发生钎料流失，难以填满焊缝间隙；并且中间层过厚影响Fe 、Co 等元素的长程扩散，从而影响接头性能[5]。

三、结论（1）CuMnNi 钎料在40Cr 与YG8上均具有良好的润湿性，但在40Cr 上的润湿性更好。

随着温度升高，润湿角均下降，润湿性提高。

（2）接头强度随着钎焊温度的提高，先上升后下降。

钎焊温度为1040℃时（Ni 中间层厚度为0.2mm ），可获得最优钎焊接头，接头抗弯强度达660MPa 。

由于Fe 、Co 的长程扩散，在钎焊界面处形成Fe-Co-Ni 基单相固溶体，是焊接接头强度提高的重要原因。

（3）中间层厚度对钎焊接头强度有重要影响。

厚度过小，中间层释放接头应力的能力差；厚度过大，两侧母材中Fe 、Co 等元素的长程扩散受影响，从而影响钎缝组织和接头的冶金结合。

最佳中间层厚度为0.2mm 。

参考文献:[1]吉田邦彦.硬质合金工具[M].北京:冶金工业出版社.1987:158-160[2]胡德林,张帆.三元合金相图[M].西安:西北工业大学出版社.1995:228[3]Hubert I Aaronson,John K Abraham,N.R.Adsit eta.Metal Handbook Ninth Editoin[M].American Society for Metal.1978:274[4]ASM Internationa1.Handbook of Ternary Alloy Phase Dia -grams[M].1995[5]任耀文.真空钎焊工艺[M 】.北京：机械工业出版社，1993:1-7造。

因此，惯习一方面把客观的社会结构内在化，建构成能被人们认识和感知的结构；另一方面，行动者的能动性又产生新的社会结构。

所以说，惯习是“外在的内化和内在的外化的辩证关系”。

惯习的多样性。

虽然惯习是在现实中运行着的历史，但并不是每个人都具有相同的惯习。

不同的人由于身份地位的差距，获得的惯习也不相同。

但人们之间的惯习也并不是千差万别毫无规律可言，而是地位相同的人获得了相似的惯习。

比如在我国，知识分子之间具有着相似的惯习，他们与企业家、金融家的惯习又显然不同。

然而知识分子之间的惯习也是因人而异的，其中个人的家庭背景、成长经历起了很大作用。

虽然“习性具有席卷一切的解释力”，但是惯习的多样性告诉我们，社会结构力量对所有的个体并不能产生同等程度的影响。

三、场域（一）场域概念的提出布迪厄认为，场域是研究操作的起点，是他从事社会学研究的分析单位。

我们知道布迪厄是从人类学迈入社会学殿堂的，他成功运用人类学的研究方法研究阿尔及利亚原始部落，从对这一群体单位的研究扩大到场域，是因为在场域中群体占据了一定的位置。

他的人类学研究方法就是以场域为依托才得以展开的。

（二）场域的涵义和特征布迪厄认为，整个社会就是一个“大场域”，而高度分化的社会世界里具有相对自主性的“社会小世界”就是“子场域”，如经济场、政治场、科学场等，社会“大场域”就是由“子场域”构成的。

由此看出，布迪厄的场域概念不是有着一定边界的领地，也不能等同于领域。

他认为场域是一个相对独立的社会空间，是一串串的关系，这些关系先于个人意识而存在。

其次，不同的场域有着不同的逻辑规则。

行动者一旦进入某个场域，就获得了这个场域所特有的规则、符号和代码，人们形象的说这是他进入场域所必须交纳的入场费。

如科学场重视真理，经济场注重利益，司法场注重公平正义等。

在行动者刚涉足这个场域时，这些真理、利益、公平正义等特殊逻辑已经无形中施加在他的身上。

场域的一个重要特征就是其自主性。

社会空间中各种各样的场域都是社会分化的结果，布迪厄将这种过程视为场域的自主化过程。

一个高度自主化的场域，不仅能把自己的逻辑和规则强加于场域中的成员身上，而且还可以渗透到其他场域，影响其内部结构。

当然这种自主性是相对的，完全自主化的场域是不存在的。

此外，场域还具有斗争性和变动性的特征。

场域是一个充满斗争和争夺的空间，不同位置的占据者依据其占有资本的不同而不断展开“博弈”（Game ）。

资本的分配不均导致了竞争活动的不平等，并不是每个人都如愿以偿的实现自己的目标。

场域的斗争性说明场域不是一个静止不动的空间，场域内的竞争和冲突使个体占据的位置移动，从而改变场域的结构和边界。

四、三者之间的相互联系实践、惯习和场域都是为理解阐释社会生活而创造出来的概念工具。