[发明专利]一种硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料

说明书

技术领域

本发明涉及异种材料电子束焊接用材料，属于异种材料熔化焊接领域。

背景技术

硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC、TiC、TaC等)为基体，以过渡族金属为粘结相，通过粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料。具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、化学性质稳定以及良好的红硬性等优异的性能，广泛应用于机械加工、地质勘探、矿山开采等领域。但硬质合金价格昂贵且韧性差，使其难以生产较大尺寸、形状复杂的制品。钢的成本低廉，韧性较好，适于机械加工，因此将硬质合金与钢结合起来使用，具有重要的理论意义和实用价值。

然而，在设计生产工艺时这两种材料的连接，尤其是大厚度(厚度超过30mm)的硬质合金与钢的连接问题愈加突出，如何选取合理的焊接方法，既要保证连接强度，又要使焊接工序对硬质合金的热力损伤降到最低，成为一个亟需解决的问题。目前对于中小尺度硬质合金与钢的连接通常采用钎焊方法，然而对于大厚度硬质合金与钢的连接，采用钎焊方法则需要将硬质合金“分瓣”后再进行连接，这样会增加加工工序和焊接复杂性，降低使用寿命。分析认为，采用具有超大焊缝深宽比、热影响区小、能量及焊缝位置精确可控、且可一次深熔焊接成形的电子束焊接是优选方法之一，但是硬质合金与钢熔焊时由于脆性相和焊接应力的存在，使得到的电子束焊接接头容易产生裂纹缺陷，无法形成有效连接接头，目前国内外解决这一问题的合理方法尚未见报道。

发明内容

本发明是要解决现有的硬质合金与钢用钎焊连接的方法工序复杂、熔焊连接方法易产生裂纹缺陷的技术问题，而提供一种硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料。

本发明的一种硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料按重量百分比由8.3～8.5％的铁粉、0.45％～0.55％的铌粉、0.75％～0.85％的钇粉、0.45％～0.55％的碳粉和余量的镍粉制成。

上述的镍粉中的镍的质量含量≥99.5％，而且镍粉中的硫的质量含量≤0.003％；镍粉的粒径为2～3μm；

铁粉中的铁的质量含量≥99％，而且铁粉中的S的质量含量≤0.001％，Si的质量含量≤0.02％，Mn的质量含量≤0.03％，P的质量含量≤0.001％；铁粉的粒径为2.5～3.5μm；

碳粉中碳的质量含量＞99.8％，而且碳粉中的水分的质量含量≤0.005％；碳粉的粒度为300～500目；

铌粉中铌的质量含量≥99.9％；铌粉的粒度为300～500目；

钇粉中钇的质量含量≥99.9％；钇粉的粒度为300～500目；

本发明的一种硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料经粉末混合、压坯、烧结后得到。

本发明的一种硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料的制备方法具体是按以下步骤进行的：

一、按重量百分比称取8.3～8.5％的铁粉、0.45％～0.55％的铌粉、0.75％～0.85％的钇粉、0.45％～0.55％的碳粉和余量的镍粉并加入到混粉机混合0.5～1小时，得到混合粉末；

二、将步骤一得到的混合粉末加入到模具中，再将模具放至液压压力机中，在压力为300～1000T的条件下压制120～150秒，得到压坯；

三、将步骤二得到的压坯放入真空炉中，以10～12℃/min的速度升温至1150～1200℃并保持1.5～2小时，然后随炉冷却，得到硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料。

本发明步骤一的各种粉末称取完成后，在不超过30min的时间内进行混粉，以防止所称取的粉末氧化；同理，步骤一得到的混合粉末要用密封袋密封保存，并在不超过24h的时间内将混合粉末进行压坯以防止氧化。

利用本发明的硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料进行焊接的方法按以下步骤进行：将硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料进行表面清理后切割成厚度为1～2mm的薄片，用砂纸将薄片的表面打磨平整，再用丙酮将薄片的表面清洗干净后，得到了中间层；将中间层放置在待焊的硬质合金与钢之间，用电子束焊接得到了硬质合金与钢的接头。

本发明的硬质合金与钢的电子束焊接用填充材料中镍元素有较为优异的塑性性能，且高温塑性较好，能够在焊后缓冲接头残余应力，因此Ni元素选为该中间层的主体元素；通过加入C元素，可以补偿因C元素扩散而导致的硬质合金侧贫C，避免产生脆性相以及接头性能的下降；Nb元素和Y元素作为稀土元素，能够在焊接过程中起到细化晶粒的作用。用本发明的中间层材料来抑制硬质合金与钢在焊接过程中脆性相的生成，并有效缓解焊接应力。