硬质合金刀具的钎焊
工具钢和硬质合金的钎焊问题
工具钢和硬质合金的钎焊问题工具钢和硬质合金在具体的使用中常常会需要进行焊接，这里简单谈谈这两类金属的钎焊焊接问题。
1 工具钢和硬质合金的钎焊焊接性分析工具钢和硬质合金都是用来制造工具、刀具、量具、模具等的重要材料，它们共同特点是碳和合金元素含量高，并具有高硬度和高耐磨性能。
但它们又都较脆，如果用来制造切削刀具等，就不能承受复杂的工作载荷，例如弯曲、冲击和交变载荷等。
因此，总是把它们作成小块的镶嵌件，钎焊到由强韧钢制造的工具基体的工作部位上，由强韧钢来承受冲击和交变载荷。
这样做不仅综合的满足了刀具工作性能要求，同时又节省了大量昂贵的金属，降低了工具成本。
现在已广泛应用于制造各种金属切削刀具、矿山采掘、石油钻井、地质勘探，以及各种量具、模具和耐磨损机械零件。
硬质合金是以高硬度的、难熔的碳化物（如WC、TiC 、TaC、NbC和VC等）为基，加入粘结金属（女口Co Ni、Mo Fe等），通过粉末冶金方法制成的合金材料。
它具有极高的硬度和耐磨性能特别在高温下，仍能保持高硬度，是现代十分重要的工具材料。
与工具钢和硬质合金钎焊的基体，一般是用含碳量0.4%〜0.6%的碳素钢（如45 号钢）或合金结构钢（如40Cr，30CrMnSi 等）来制造。
钎焊工具钢时，要注意其组织和性能会受到钎焊过程的影响。
要防止受热退火、高温氧化及脱碳等问题。
对高速钢，要求钎焊温度能与钢的淬火温度相适应，以便切削时能保持最大的硬度和耐磨性；对硬质合金，由于它的线膨胀系数仅为钢材的1/2〜1/3 ，接头上线膨胀系数的差异在钎焊冷却过程将产生很大热应力，可能会引起硬质合金开裂。
硬度越高的硬质合金，越容易开裂。
2 钎焊焊接材料的选用钎焊工具钢和硬质合金时，最常用的钎料是纯铜和铜基钎料。
纯铜对各种硬质合金均有良好润湿性，但需要在氢还原气氛中钎焊方可取得良好效果。
纯铜熔点为1082C，钎焊唯独在1093〜1149C之间。
其接头抗剪强度约为150Mpa塑性较高。
硬质合金刀具钎焊工艺的改进
造 及 特 殊 功 能 涂 层 制 备 及 装 饰 等领 域 。
等 的 腐 蚀 防护 。
在机 械 零 部 件 的某 些 部 位 ， 采 用 热 喷 涂 方 法 ， 制 备 耐 磨或 耐 磨 耐 蚀 的 涂 层 ，对 零 部 件 进 行 修 复 或 强 化 ，是热 喷 涂 技 术 应 用 的 一 个 重 要 的 方 面 。超 音
定 尺 寸后 ， 装 车 试 验 性 能 良好 ，使 用 一 年 后 ，检 查 地 应 用 ，成 功 地 推 动 了电 弧 喷 涂 技 术 的 发 展
发 现 ，涂层 完 好 。
（ ０ ｌ ２ ０ ２０１２）
硬质合金刀 具钎焊工艺的改进 而 引起 裂 纹 ．使 用 时造 成 硬 质 合金 刀 片 的脆 裂 。
图 ２ 超 音 速 电弧 喷 涂 电 厂锅 炉水 冲壁
Ｕ ～ 昌
一
速 电 弧 喷涂 工 艺 简 单 ， 制 备 的 涂 层 结 合 强 度 高 、孔
总 之 ，超 音 速 电 弧 喷 涂 由 于 采 用 了 拉 伐 尔 喷
隙率 低 ，经 磨 削 加工 后 易 于 满 足 精 度 和 表 面 粗 糙 度 嘴 ，将 粒 子 的 速 度 提 高 到 超 音 速 ，改 善 了 粒 子 的 雾 要 求 。 超 音 速 电 弧 喷 涂 修 复 的 曲 轴 经 磨 削 加 工 到 规 化 效 果 ，提 高 了涂 层 质 量 ，在 工 业 中得 到 较 为 广 泛
改 进 的钎 焊工 艺 通过 实 际 使 用 表 明 ，采 用 此 方 （０２ １６ ２００１）
第 ６ 巍
刀 片 的 膨 胀 系 数 比刀 体 低 得 多 ， 在钎 焊 过 程 中 会产 法 取得 了很 好 的经 济 效益 。
硬质合金钎焊前后处理产生的裂纹原因
硬质合金钎焊前后处理产生的裂纹一般情况下，我们在对不同硬质合金进行钎焊前期和后期进行处理，这样做的目的是为了更好的提升其截齿、车刀、刀具等硬质合金材料的焊接质量以及应用质量。
我们常说的钎焊工艺主要是完成工件的钎焊工艺过程中的技术规范，这种工艺是由技术人员将成熟的技术方案和技术参数制定成技术总结，这样大家使用起来可以更为清晰，更为明了。
随着现代机械化越来越强，工件的焊接方法也越来越机械、自动化。
这样使用可以为企业发展降低不少生产成本。
现在自动化进行钎焊工艺主要涉及工件接头、母材、钎前清理、钎剂或者气体介质、钎焊方法（用比亚特自动化感应钎焊方法相对多点）、钎焊后期清理、钎焊后热处理和检验要求等内容。
上图显示的是钎焊的一种感应加热设备一、硬质合金的焊前处理一般采用喷砂或者机械磨削处理，而不采用酸洗处理。
如果是采用酸洗处理，酸液将会腐蚀硬质合金的晶界，使硬质合金的机械性能降低，从而引发裂纹。
这样对与再次钎焊工件已经没有多大的意义，前期处理已经产生裂纹，再次钎焊工件的质量会更加的不好。
二、对于钎焊后期的处理（1）由于刃磨引发的钎焊后的硬质合金工具开裂占很大的比例。
刃磨时，所使用的砂轮选择不当（如砂轮材料、硬度和粒度等）会发生裂纹。
将硬质合金刀具与高速钢刀等同起来，刃磨时也发生浸水，会发生裂纹。
（2）磨削余量留的过大，则刃磨时易发生裂纹，强力连续磨削一把工具容易将硬质合金磨出裂纹。
在一组工具集中刃磨时，可以采用轮换或者流水刃磨法。
在刃磨时，可以轮换刃磨一组工具或者用一组模具分别粗磨、细磨、精磨、这种工艺既可以提高生产效率，也可以大大减少裂纹的产生。
上图显示的是比亚特自动化钎焊处理后的工件虽然有好的钎焊工艺，但是对于钎焊前期和钎焊后期的准备和处理也显得至关重要。
为了进一步提升工件的焊接质量，厂家需要对每一步进行深入探讨和研究和正确使用生产工艺。
上图显示的是比亚特自动化感应加热设备钎焊的产品以上说明是由比亚特自动化为您提供，仅供参考，具体结合实际厂家的生产工艺进行材料的选取和焊接前后的处理。
硬质合金刀具的焊接
硬质合金刀具的焊接第一节硬质合金的钎焊特性硬质合金具有很高的硬度、耐磨性和红硬性。
硬质合金的钎焊是将硬质合金和钢体牢固地连接在一起的有效方法之一.这项钎焊工艺，已经广泛地应用在硬质合金刀具、模具、量具和采掘工具上。
由于各种牌号的硬质合金成分不同，其用途及钎焊的特性不同。
因此，我们必须进一步了解硬质合金的性能，用途及其钎焊的特性。
一、硬质合金的强度和钎焊裂纹的关系各种牌号的硬质合金，当它的强度越高,钎焊时产生裂纹的可能性就越小，反之，钎焊裂纹就比较容易产生。
但硬质合金的硬度和耐磨性往往与强度成反比，即高硬度、高耐磨性的合金,强度较差,而高强度的合金，其硬度和耐磨性较低.一般来说：精加工或超精加工所用牌号的硬质合金，在钎焊时更容易发生裂纹，如在钎焊YT15、YT30、YG3和YG3X等牌号硬质合金时，就要采取特殊措施来防止发生裂纹。
各种牌号硬质合金的可焊性能,如下表示：YG类:YG3X→YG3→YG6X→(YG6A）→YG6→YG8→YG11→YG15YT类：YT30→YW1→YT15（YW2）→YT14→YT5以上两式，从左至右表明硬度和耐磨性降低，而强度和韧性增加，钎焊裂纹发生的可能性则减少.二、硬质合金的线膨胀系数与钎焊裂纹的关系硬质合金与一般作为刀体材料所用的碳素钢在加热时膨胀系数差别很大,从1:2到1：3左右。
表1为硬质合金与钢材线膨胀系数对比。
钎焊过程中，在加热阶段，硬质合金和钢基体从B膨胀至B″，它比硬质合金多膨胀了B′B″。
在冷却过程中，则钢基体要比硬质合金多收缩B′B″。
由于焊缝已牢固地将硬质合金和钢体焊接在一起，不允许它们各自自由收缩，因而它们之间的收缩差B′B″除了依靠极薄的焊缝的塑性来抵消一小部分外，绝大部分以应力状态存在着（见图1b），这种应力在焊缝处成压应力，在硬质合金表面上成拉应力。
当这种拉应力大于硬质合金的抗拉强度时，就会在硬质合金表面产生裂纹(见图1c），这就是钎焊硬质合金时发生裂纹的最主要原因。
钎焊硬质合金类刀具必备知识分解
钎焊常见的缺陷及其成因如下
(3)钎料凝固时，零件相互错动。 (4)钎料结晶温度间隔过大。 (5)钎料结晶温度间隔过大。 (6)钎缝脆性过大。 5.钎料流失产生原因： (1)钎焊温度过高或保温时间过长。 (2)钎料安置不当以致未起毛细作用。 (3)局部间隙过大。 6.母材被溶蚀产生原因： (1)钎焊温度过高，保温时间过长。 (2)母材与钎料之间的作用太剧烈。 （3)钎料量过大。
影响焊接质量因素
（四）钎焊常用的工艺方法 钎焊过程的主要工艺参数是钎焊温度和保温时间。钎焊温度通 常选为高于钎料液相线温度25 ^- 60 'C，以保证钎料能填满间隙。 钎焊保温时间视工件大小及钎料与母材相互作用的剧烈程度而 定。大件的保温时间应长些，以保证加热均匀。钎料与母材作用强 烈的，保温时间要短。一般说来，一定的保温时间是促使钎料与母 材相互扩散，形成牢固结合所必需的。但过长的保温时间将导致熔 蚀等缺陷的发生。钎焊前的表面清理改善钎料在硬质合金上的润湿 性是很重要的，必要时还可采取表面镀铜或镀镍等措施。 硬质合金钎焊中的接头易产生裂纹。这是因为它的线膨胀系数 仅为低碳钢的一半，当硬质合金与这类钢的基体钎焊时，会在接头 中产生很大的热应力，从而导致接头的开裂。因此，硬质合金与不 同材料钎焊时，应设法采取防裂措施硬质合金刀片与钢制刀杆钎焊 时，宜采取加大钎缝间隙和在钎缝中施加塑性补偿垫片的方法，并 在焊后进行缓冷，以减小钎焊应力，防止裂纹产生，延长硬质合金 刀具组件的使用寿命。
焊接刀具基础知识
焊接车刀的焊接方法 影响因素 保温措施 使用时应注意的事项 以及保养方法
影响焊接质量因素
一）钎料的润湿与铺展 钎焊时，只有熔化的液体钎料很好地润湿母材表面才能 填满钎缝。衡量钎料对母材润湿能力的大小，可用钎料（液 相）与母材（固相）相接触时的接触夹角大小来表示。影响 钎料润湿母材的主要因素有： 1.钎料和母材的成份 若钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用， 则他们之间的润湿作用就很差，如铅与铁。若钎料与母材能 相互溶解或形成化合物，则认为钎料能较好地润湿母材，例 如银对铜。 2.钎焊温度 钎焊加热温度的升高，由于钎料表面张力下降等原因会 改善钎料对母材的润湿性，但钎焊温度不能过高，否则会造 成钎料流失，晶粒长大等缺陷。
12 工具钢、硬质合金钢、铸铁的钎焊
合金刃具钢
合金刃具钢
• 低合金刃具钢所加Me总量≤4%，常加的Me有：Cv、Me、 Si、W、V等
影响途径 Me（其能力依次递减）
①↑淬透性 ②↑耐磨性、使K分布均匀
③↓淬火变形（↑Ar） ④细化晶粒，↑韧性 ⑤↑回火稳定性
Mn、Cr、Si V、W、Cv、Me；Cr（<1.4%）、Si （适量）使K分布均匀
刃具用钢
• 对低速切削刀具要求：高硬度、高耐磨性、高的弯曲强度 和足够的韧性 • 对高速切具:有可能因为温度升高太高而失去切削能力和 加速磨损。故，除了具备低速切削刃具的要求外，还要求 高的红硬性。 • 高硬度要求刃具钢以高C、M为基体。 • 高的耐磨性要求在硬的M基础上均匀分布着（弥散细小的K） • 钢的红硬性主要取决于M的回火稳定性，因此要求有一定 的↑回火稳定性的Me
碳素刃具钢
• T12、T12A 过共析钢。由于碳含量高。淬火后仍有较多 的过剩碳化物，所以硬度和耐磨性高，但韧性低，且淬火 变形大。不适于制造切削速度高和受冲击负荷的工具。用 于制造不受冲击负荷，切削速度不高，切削刃口不变热的 工具，如车刀、铣刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙、 刮刀、量规、刀片、小型冲头、钢锉、锯、发条、切烟叶 用刀具，及断面尺寸小的冷切边模和冲口模等。 • T13、T13A 过共析钢。由于碳含量高，淬火后有更多的 过剩碳化物，所以硬度更高，韧性更差；又由于碳化物数 量增加且分布不均匀，故力学性能较差。不适用于制造承 受冲击负荷和较高速度的切削工具。
Me在高速钢在的作用
• Cr是提高高速钢淬透性，淬硬性的主要元素。Cr 也提高红硬性，提高耐蚀性及抗氧化脱C能力。 高速钢中一般都含有4%Cr。Cr%过高，K不均匀 性上升，且Ar量上升，回火次数也上升。
钎焊硬质合金类刀具必备知识
⑤ 钎料使用前用酒精或汽油擦净，并根据钎焊面裁剪成形。钎焊一般硬质合金刀具或模具时，钎料厚度0.4～0.5mm左右比较合适，大小与钎焊面相似即可。当用焦炭炉加热时，钎料可适当增加。在钎焊硬质合金多刃刀具、量具等工件时，应尽量缩小钎焊片的面积，一般可将钎料片剪成钎焊面的1/2左右，当钎焊技术熟练时，可将钎料片减少至钎焊面的1/3或更小。减少钎料可使焊后工件外形美观、刃磨更方便。 （2）钎焊过程 硬质合金工具的钎焊工艺是否正确对焊接质量有至关重要的作用。加热速度对焊接质量有明显的影响。快速加热会使硬质合金片产生裂纹和温度不均；但加热过慢，又会引起表面氧化，使接头强度降低。部分硬质合金焊接时允许的加热速度 部分硬质合金焊接时允许的加热速度 硬质合金片长度/ mm YG8 YT5 YT15 YT30焊接时允许的加热速度/℃·s-1 20以下 80～100 20～30 60～80 15～20 20～40 50～60 12～15 30～40 10～12
影响焊接质量因素
5.钎剂
03
钎焊时使用钎剂可以清除钎料和母材表面的氧化物，改善润湿作用。硬质合金的钎焊性是较差的。这是因为硬质合金的含碳量较高，未经清理的表面往往含有较多的游离碳，从而妨碍钎料的润湿。此外，硬质合金在钎焊的温度下容易氧化形成氧化膜，也会影响钎料的润湿。因此，钎焊前的表面清理对改善钎料在硬质合金上的润湿性是很重要的
钎焊常见的缺陷及其成因如下
(3)钎料凝固时，零件相互错动。 (4)钎料结晶温度间隔过大。 (5)钎料结晶温度间隔过大。 (6)钎缝脆性过大。 5.钎料流失产生原因： (1)钎焊温度过高或保温时间过长。 (2)钎料安置不当以致未起毛细作用。 (3)局部间隙过大。 6.母材被溶蚀产生原因： (1)钎焊温度过高，保温时间过长。 (2)母材与钎料之间的作用太剧烈。 （3)钎料量过大。
哈尔滨工业大学科技成果——硬质合金木工刀具的焊接技术
哈尔滨工业大学科技成果——硬质合金木工刀具的
焊接技术
主要研究内容
这类产品具有硬度高、耐磨损、使用寿命长，刃口锋利不变形，在使用过程中不需要经常修刀或磨刃，被加工的产品质量精度高等特点，是将取代高速钢刀具同类产品的必然发展趋势。
以超长度薄条形硬质合金刀具的焊接为例，是将1000mm长度以内，1mm厚度，10mm 宽度的硬质合金刀条，焊接在1000mm长度，4mm厚度，30mm宽度的带状钢质刀板一侧，形成单侧硬质合金刃口的木工刨刀产品。
生产专用设备
技术特点及适用范围
该技术采用高频全自动钎焊工艺，涉及到刀体、刀条、钎料等原材料的合理选择，刀体及钎焊接头结构形状的设计，焊接变形控制及
消除应力，焊接专用设备及工装卡具的制作，刀具冷加工成型工艺等方面的技术。
该技术与国外相比，生产设备简单，自动化程度高，焊接工序少，生产效率提高一倍，生产成本降低2倍以上，产品质量在某种程度上优于国外同类产品，某些工艺具有独创性，焊接速度可达1200mm∕min。
这种技术也适用于裁纸、布、皮革用的硬质合金刀具、机械加工用的硬质合金刀具及硬质合金模具的焊接及产品的开发。
单侧刃口条形木工刨刀
经济效益分析
该类产品焊接难度较大，目前国内外的生产单位极少，随着木工加工行业面向机械化趋势发展，木工刀具的市场前景非常乐观，各种类型的木工刀具用量在不断增加，尤其国际市场需求高质量刀具的用量较大。
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• 刀具与感应器的相对位置刀具 与感应器相对位置的不合理， 常常会出现局部过热，从而引 起刀片、刀口崩裂，所以必须 控制刀具与感应器的相对位置。 • 刀具与感应器的各相对位置尺 寸为3～5mm。感应器感应器的 形状应根据刀具的形状尽量使 感应电流平行于焊接平面流动， 感应器中刀具的个数应控制为 1～2 个。
钎剂的选择
• 钎剂在钎焊时，如果没有钎剂配合，容易 在钎缝结合处形成脆性化合物。所以在钎 焊时必须配合钎剂来进行。硬质合金刀具 的高频感应钎焊工艺采用的钎剂化学成分 为脱水硼砂（50%）、硼酸（35%）和脱 水氟化钾（15%）。
钎焊方法
• 钎料、钎剂的涂放钎料上的钎剂应涂放均匀，焊料应充满焊缝。 • 高频钎焊设备操作①将预焊件放入感应器中，应连续按动开关，使其 缓慢加热；②当加热至940℃左右的钎料像汗珠一样渗出时，应用紫 铜加热棒将硬质合金沿槽窝往返移动3～5 次，以排除焊缝中的熔渣。 熔渣不排除，则形成夹渣，影响焊接质量。采用紫铜棒进行操作的优 点，在于它不粘熔剂、焊料和合金，而且它不易感应，可在各种钎焊 加热时使用。③排渣完后，用拨杆将刀片放正，注意刀片与刀槽。加 热高频钎焊时，钎焊温度及加热速度是影响钎焊焊接。 • 质量的主要工艺参数，过高的钎焊温度及过快的加热速度使刀具内部 产生很大的内应力，焊后易产生裂纹及崩裂现象。过低的钎焊温度影 响到钎焊焊缝的强度，过慢的加热速度引起母材晶粒长大、金属氧化 等不良现象。钎焊时钎焊温度作为其主要工艺参数一般应高出钎料融 化温度30～50℃。HL105 钎料的液相线为909℃，钎焊温度在 939℃～959℃最为合适，这时钎料的流动性、渗透性最好。如加温 过高，容易引起钎料中的锌蒸发与锰氧化，引起夹渣与接头强度下降 等问题；太低则影响钎料的铺展。
钎焊后清理
• 清除焊缝附近的多余熔剂将焊后已冷却的 工件放入沸水中煮30～45 分钟，再进行喷 砂处理，就可以彻底清除焊缝处多余的熔 剂和氧化皮等脏物。在条件允许的情况下， 也可以将工件放入酸洗槽中进行酸洗，酸 洗后必须经过冷水槽和热水槽相继清洗干 净。酸洗时间丌宜过长，一般视具体情况 在1～4 分钟，过长时间的酸洗可能造成焊 缝的腐蚀。
硬质合金刀具的钎 焊工艺
硬质合金刀具的钎焊接头
刀头与母材材质
刀头：硬质合金刀片常用的硬质合金有YT5、YT15、YT30、YG3X、 YN 等。 材料名称：YT5 类别：钨钴类使用性能及用途： 化学成分 WC:85 TaC(NbC):5 Co：10 力学性能 密度/（g/cm3）：12.5-13.2 硬度（HRA）：98.5 抗弯强度 （σbb/MPa）：1400 刀体硬质合金刀具的常用刀体使用45#、55#、40Cr 等材料。
钎焊检验
钎焊后的质量检查检查焊缝处有无 气孔，检查被焊工件有无裂纹。对 已检查出有缺陷的工件，可重新加 热钎焊，但也应尽量减少重焊次数， 以免硬质合金因反复加热而影响质 量。对于已发生裂纹 的工件，应在分析原因后将有裂的 硬质合金取下，重新钎焊。
硬质合金具有极高的硬度和耐 磨性能，特别是在高温下仍能保 持其高硬度，目前已广泛应用于 制造各种金属的切削刀具。钎焊 是将硬质合金牢固地连接到钢基 体上的最成功的方法之一，但硬 质合金刀具的焊接技术是引起焊 接裂纹的重要因素。
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10324第五课题小组 何林新 徐小波 周宇 覃舒桐
钎焊前清理
• 检查硬质合金刀片上是否有油污等异物存 在。用汽油、酒精或丙酮清洗；逐件检查 刀片不得有肉眼可见裂纹、崩刃等缺陷。 • 对刀体除检查刀槽的形状、尺寸与刀片是 否相近外，刀槽处的毛刺等必须彻底清理.
钎料的选择
钎料硬质合金钎焊选用的钎料为HL105 焊料。 因为HL105 钎料具有较好的润湿性和较高 的焊缝强度，同时HL105 钎料的高温塑性 好、钎料形态多样，所以HL105 （BCu58ZnMn）钎料是硬质合金工具钎焊 的最佳钎焊材料之一。钎料在使用前需要用 酒精等擦净。
钎焊后热处理
焊后保温焊后保温是硬质合金钎焊的一道重要 工序，保温的好坏直接影响到焊缝质量。对裂纹 倾向较大的硬质合金刀具（YT类），禁止将刚焊 好的刀具不水及潮冷的地面接触，也丌得用急风 吹冷。一般应在石英砂、石棉粉或硅酸铝纤维箱 中进行缓冷，刀具在保温箱中应密集叠放，靠大 量工件的热量来保温并缓慢冷却。有条件的可采 用保温缓冷和低温回火同时进行的方法，即将焊 好的刀具立即送入保温箱，在250℃～300℃保温 5～6 小时后随炉冷却。