揭秘硬質合金的釬焊

硬質合金是以元素周期表中IVa、Va、VIa族的9種金屬碳化物和Fe、Co、Ni等鐵族金屬，通過粉末冶金方法制備而成的合金總稱。碳化物相使合金具有高的硬度和耐磨性，而粘結相則賦予合金一定的強度和韌性。

根據成分，可以將硬質合金分為五大類：碳化鎢基硬質合金、碳化鈦基硬質合金、涂層硬質合金、鋼基硬質合金及其它硬質合金。

硬質合金按其應用范圍可分為：硬質合金切削刀具，硬質合金模具，硬質合金量具與耐磨零件，以及礦山石油地質用硬質合金四大類。

一般來說，WC-Co類硬質合金的應用比較廣泛，可用于鑄鐵、有色金屬及其合金的切削刀具、金屬拉伸模具、沖壓模具、量具以及礦山機械和地質勘探用耐磨零件；WC-Ti-Co類合金主要用于鋼材切削加工；WC-TiC-（NbC）-Co 類合金主要用于高硬度材質零件的切削加工。

盡管其它類型的硬質合金近年來得到了長足的發展，并在一些特殊應用場合取得了很大的成功，但是由于 WC-Co系（即YG類）硬質合金具有十分優異的綜合機械性能，這類硬質合金是目前工業上用途最廣、用量最大的一類硬質合金。

1.硬質合金釬焊時遇到的問題

硬質合金的釬焊性是較差的。這是因為硬質合金的含碳量較高，未經清理的表面往往含有較多的游離碳，從而妨礙釬料的潤濕。此外，硬質合金在釬焊的溫度下容易氧化形成氧化膜，也會影響釬料的潤濕。因此，釬焊前的表面清理對改善釬料在硬質合金上的潤濕性是很重要的，必要時還可采取表面鍍銅或鍍鎳等措施。

硬質合金釬焊中的另一個問題是接頭易產生裂紋。這是因為它的線膨脹系數僅為低碳鋼的一半，當硬質合金與這類鋼的基體釬焊時，會在接頭中產生很大的熱應力，從而導致接頭的開裂。因此，硬質合金與不同材料釬焊時，應設法采取防裂措施。

2.釬焊前表面處理

釬焊前必須仔細地清除工件表面的氧化物、油脂、臟物及油漆等，因為熔化了的釬料不能潤濕未經清理的零件表面，也無法填充接頭間隙。有時，為廠改善母材的釬焊性以及提高釬焊接頭的抗腐蝕性，釬焊前還必須將零件預先鍍覆某種金屬層。

（1）清除油污油污可用有機溶劑去除

常用的有機溶劑有酒精、四氯化碳、汽油、三氯化烯、二氯乙烷及三氯乙烷等。小批生產時可將零什浸在有機溶劑中清洗干凈。大批生產中應用最廣的是在有機溶劑的蒸汽中脫脂。此外，在熱的堿溶液中清洗也可得到滿意的效果。例如鋼制零件可浸入70—80℃的10％苛性鈉溶液中脫脂，銅和銅合金零件可在50g磷酸三鈉，50g碳酸氫鈉加1L水的溶液內清洗，溶液溫度為60～80°C。零件的脫脂也可在洗滌劑中進行脫脂后用水仔細清洗。當零件表面能完全被水潤濕時，表明表面油脂已去除干凈。對于形狀復雜而數量很大的小零件，也可在專門的槽子中用超聲波清洗。超聲波去油效率高。

（2）清除氧化物

釬焊前，零件表面的氧化物可用機械方法、化學浸蝕法和電化學浸蝕方法進行。機械方法清理時可采用銼刀、金屬刷、砂紙、砂輪、噴砂等去除零們：表面的氧化膜。其中銼刀和砂紙清理用于單件生產，清理時形成的溝槽還有利于釬料的潤濕和鋪展。批量生產時用砂輪、金屬刷、噴砂等方法。鋁和鋁合金、鈦合金的表面不宜用機械清理法。

(3)母材表面鍍覆金屬

在母材表面鍍覆金屬，其主要目的是改善一些材料的釬焊性，增加釬料對母材的潤濕能力；防止母材與釬料相互作用對接頭質量產生不良的影響，如防止產生裂紋，減少界面產生脆性金屬間化合物；作為釬料層，以簡化裝配過程和提高生產率。

3.釬焊材料

(1)釬料   釬焊工具鋼和硬質合金通常采用純銅、銅鋅和銀銅釬料。

純銅對各種硬質合金均有良好的潤濕性，但需在氫的還原性氣氛中釬焊才能得到******效果。同時，由于釬焊溫度高，接頭中的應力較大，導致裂紋傾向增大。采用傳統的純銅釬焊的接頭抗剪強度約為150MPa，接頭塑性也較高，但不適用于高溫工作。     

銅鋅釬料是釬焊工具鋼和硬質合金最常用的釬料。為提高釬料的潤濕性和接頭的強度，在釬料中常添加Mn、Ni、Fe等合金元素。例如B-Cu58ZnMn中就加有w(Mn)4％，使硬質合金釬焊接頭的抗剪強度在室溫達到300～320MPa：在320°C時仍能維持220—240MPa。在B—Cu58ZnMn的基礎上加入少量的Co，可使釬焊接頭的抗剪強度達到350MPa，并且具有較高的沖擊韌度和疲勞強度，顯著提高了刀具和鑿巖工具的使用壽命 。

銀銅釬料的熔點較低，釬焊接頭產生的熱應力較小，有利于降低硬質合金釬焊時的開裂傾向。為改善釬料的潤濕性并提高接頭的強度和工作溫度，釬料中還常添加Mn、Ni等合金元素。例如B-Ag50CuZnCdNi釬料對硬質合金的潤濕性極好，釬焊接頭具有良好的綜合性能。

除上述3種類型的釬料外，對于工作在500°C以上且接頭強度要求較高的硬質合金，可以選用Mn基和Ni基釬料，如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。對于高速鋼的釬焊，應選擇釬焊溫度與淬火溫度相匹配的專用釬料，這種釬料分為兩類，一類為錳鐵型釬料，主要由錳鐵及硼砂組成，所釬焊的接頭抗剪強度一般為100MPa左右，但接頭易出現裂紋：另一類為含Ni、Fe、Mn和Si的特殊銅合金，用它釬焊的接頭不易產生裂紋，其抗剪強度能提高到300MPa。

（2）釬劑和保護氣體

釬劑的選擇應與所焊的母材和所選的釬料相配合。工具鋼和硬質合金釬焊時，所用的釬劑主要以硼砂和硼酸為主，并加入一些氟化物（KF、NaF、CaF2等）。銅鋅釬料配用FB301、FB302和FB105釬劑，銀銅釬料配用FB101～FB104釬劑。采用專用釬料釬焊高速鋼時，主要配用硼砂釬劑。

為了防止工具鋼在釬焊加熱過程中的氧化和免除釬焊后的清理，可以采用氣體保護釬焊。保護氣體可以是惰性氣體，也可以是還原性氣體，要求氣體的露點應低于-40℃.硬質合金可在氫所保護下進行釬焊，所需氫氣的露點應低于-59℃。

4. 釬焊工藝

工具鋼在釬焊前必須進行清理，機械加工的表面不必太光滑以便于材料和釬劑的潤濕和鋪展。硬質合金的表面在釬焊前應經噴砂處理，或用碳化硅或金剛石砂輪打磨，清除表面過多的碳，以便于釬焊時被釬料所潤濕。含碳化鈦的硬質合金比較難潤濕，通過在其表面上新途徑敷氧化銅或氧化鎳膏狀物，并在還原性氣氛中烘烤使銅或鎳過渡到表面上去，從而增加強釬料的潤濕性。

碳素工具鋼的釬焊最好在淬工序前進行或者同時進行。如果在淬火工序前進行釬焊，所用釬料的固相線溫度應高于淬火溫度范圍，以使焊件在重新加熱到淬火溫度時仍然具有足夠高的強度而不致失效。當釬焊和淬火合并進行時，選用固相線溫度接近淬火溫度的釬料。

合金工具鋼的成分范圍很寬，應根據具體鋼種確定適宜的釬料、熱處理工序以及將釬焊和熱處理工序合并的技術，從而獲得良好的接頭性能。

高速鋼的淬火溫度一般高于銀銅和銅鋅釬料的熔化溫度，因此需在釬焊前進行淬火，并在二次回火期間或之后進行釬焊。如果必須在釬焊后進行淬火，只能選用前述的專用釬料進行釬焊。釬焊高速鋼刀具時采用焦炭爐比較合適，當釬料熔化后，取出刃具并立即加壓，擠出多余的釬料，再進行油淬，然后在550～570℃回火。

硬質合金刀片與鋼制刀桿釬焊時，宜采取加大釬縫間隙和在釬縫中施加塑性補償墊片的方法，并在焊后進行緩冷，以減小釬焊應力，防止裂紋產生，延長硬質合金刀具組件的使用壽命。

5.釬焊后的清洗  

釬劑殘渣大多數對釬焊接頭起腐蝕作用，也妨礙釬縫的檢查，需清除干凈。焊件上的釬劑殘渣先用熱水沖洗或用一般的除渣混合液清洗，隨后用合適的酸洗液酸洗，以清除基體刀桿上的氧化膜。但注意不要使用硝酸溶液，以防腐蝕釬縫金屬。有機類軟釬劑的殘渣可用汽油、酒精、丙酮等有機溶劑擦拭或清洗；氧化鋅和氯化銨等的殘渣腐蝕性很強，應在10%NaOH的溶液中清洗，然后用熱水或冷水洗凈，硼砂和硼酸釬劑的殘渣一般用機械方法或在沸水中長時間浸煮來解決。

6.釬焊質量的檢驗  

釬焊接頭的檢驗方法可分為無損檢驗和破壞檢驗等。下面主要是無損檢驗的方法：

（1）外觀檢查。   

（2）著色檢驗和熒光檢驗。這兩種方法主要用來檢查因外觀檢查發現不了的微小裂紋、氣孔、疏松等缺陷。