工具钢和硬质合金的钎焊

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　　1、钎焊性

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　　工具钢通常包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢，而硬质合金是碳化物(如WC、TiC等)与粘结金属(如Co等)经粉末烧结而成的。工具钢和硬质合金的钎焊技术主要用于刀具、模具、量具和采掘工具的制造上。

　　工具钢钎焊中的主要问题，是它的组织和性能易受钎焊过程的影响。如果钎焊工艺不当，极易产生高温退火、氧化及脱碳等问题。例如高速钢W18Cr4V的淬火温度为1260—1280℃，为避免上述问题的发生，确保切削时具有最大的硬度和耐磨性，要求钎焊温度必须与淬火温度相适应。

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　　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，必要时还可采取表面镀铜或镀镍等措施。

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　　硬质合金钎焊中的另一个问题是接头易产生裂纹。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。

　　2、钎焊材料

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　　(1)钎料钎焊工具钢和硬质合金通常采用纯铜、铜锌和银铜钎料。纯铜对各种硬质合金均有良好的润湿性，但需在氢的还原性气氛中钎焊才能得到最佳效果。同时，由于钎焊温度高，接头中的应力较大，导致裂纹倾向增大。采用纯铜钎焊的接头抗剪强度约为150MPa，接头塑性也较高，但不适用于高温工作。

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　　铜锌钎料是钎焊工具钢和硬质合金最常用的钎料。为提高钎料的润湿性和接头的强度，在钎料中常添加Mn、Ni、Fe等合金元素。例如B-Cu58ZnMn中就加有w(Mn)4%，使硬质合金钎焊接头的抗剪强度在室温达到300～320MPa：在320°C时仍能维持220—240MPa。在B—Cu58ZnMn的基础上加入少量的Co，可使钎焊接头的抗剪强度达到350MPa，并且具有较高的冲击韧度和疲劳强度，显著提高了刀具和凿岩工具的使用寿命。

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　　银铜钎料的熔点较低，钎焊接头产生的热应力较小，有利于降低硬质合金钎焊时的开裂倾向。为改善钎料的润湿性并提高接头的强度和工作温度，钎料中还常添加Mn、Ni等合金元素。例如B-Ag50CuZnCdNi钎料对硬质合金的润湿性极好，钎焊接头具有良好的综合性能。

　　除上述3种类型的钎料外，对于工作在500°C以上且接头强度要求较高的硬质合金，可以选用Mn基和Ni基钎料，如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。对于高速钢的钎焊，应选择钎焊温度与淬火温度相匹配的专用钎料，如表3所示。这种钎料分为两类，一类为锰铁型钎料，主要由锰铁及硼砂组成，所钎焊的接头抗剪强度一般为100MPa左右，但接头易出现裂纹：另一类为含Ni、Fe、Mn和Si的特殊铜合金，用它钎焊的接头不易产生裂纹，其抗剪强度能提高到300MPa。

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　　(2)钎剂和保护气体钎剂的选择应与所焊的母材和所选的钎料相配合。工具钢和硬质合金钎焊时，所用的钎剂主要以硼砂和硼酸为主，并加入一些氟化物(KF、NaF、CaF2等)。铜锌钎料配用FB301、FB302和FBl05钎剂，银铜钎料配用FBl01～FBl04钎剂。采用专用钎料钎焊高速钢时，主要配用硼砂钎剂。

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　　为了防止工具钢在钎焊加热过程中的氧化和免除钎焊后的清理，可以采用气体保护钎焊。保护气体可以惰性气体，也可以是还原性气体要求气体的露点应低于-40°C。硬质合金可在氢气保护下进行钎焊，所需氢气的露点应低于-59°C。

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　　3、钎焊技术

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　　工具钢在钎焊前必须进行清理，机械加工的表面不必太光滑，以便于钎料和钎剂的润湿和铺展。硬质合金的表面在钎焊前应经喷砂处理，或用碳化硅或金刚石砂轮打磨，清除表面过多的碳，以便于钎焊时被钎料所润湿。含碳化钛的硬质合金比较难润湿，通过在其表面上涂敷氧化铜或氧化镍膏状物，并在还原性气氛中烘烤使铜或镍过渡到表面上去，从而增强钎料的润湿性。

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　　碳素工具钢的钎焊最好在淬火工序前进行或者同时进行。如果在淬火工序前进行钎焊，所用钎料的固相线温度应高于淬火温度范围，以使焊件在重新加热到淬火温度时仍然具有足够高的强度而不致失效。当钎焊和淬火合并进行时，选用固相线温度接近淬火温度的钎料。

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　　合金工具钢的成分范围很宽，应根据具体钢种确定适宜的钎料、热处理工序以及将钎焊和热处理工序合并的技术，从而获得良好的接头性能。

　　高速钢的淬火温度一般高于银铜和铜锌钎料的熔化温度，因此需在钎焊前进行淬火，并在二次回火期间或之后进行钎焊。如果必须在钎焊后进行淬火，只能选用前述的专用钎料进行钎焊。钎焊高速钢刀具时采用焦炭炉比较合适，当钎料熔化后，取出刀具并立即加压，挤出多余的钎料，再进行油淬，然后在550～570℃回火。

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　　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，防止裂纹产牛，延长硬质合金刀具组件的使用寿命。

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　　钎焊后，焊件上的钎剂残渣先用热水冲洗或用一般的除渣混合液清洗，随后用合适的酸洗液酸洗，以清除基体刀杆上的氧化膜。但注意不要使用硝酸溶液，以防腐蚀钎缝金属。 【MechNet】

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