硬質合金刀具釺焊製造工藝

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，通過粉末冶金方法製備而成的合金總稱。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、塗層硬質合金、鋼基硬質合金及其它硬質合金。

硬質合金按其應用範圍可分為：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，可用於鑄鐵、有色金屬及其合金的切削刀具、金屬拉伸模具、衝壓模具、量具以及礦山機械和地質勘探用耐磨零件；WC-Ti-Co類合金主要用於鋼材切削加工；WC-TiC-（NbC）-Co 類合金主要用於高硬度材質零件的切削加工。

儘管其它類型的硬質合金近年來得到了長足的發展，並在一些特殊應用場合取得了很大的成功，但是由於 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.硬質合金釺焊時遇到的問題

硬質合金的釺焊性是較差的。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遊離碳，從而妨礙釺料的潤濕。此外，硬質合金在釺焊的溫度下容易氧化形成氧化膜，也會影響釺料的潤濕。因此，釺焊前的表面清理對改善釺料在硬質合金上的潤濕性是很重要的，必要時還可採取表面鍍銅或鍍鎳等措施。

硬質合金釺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係數僅為低碳鋼的一半，當硬質合金與這類鋼的基體釺焊時，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釺焊時，應設法採取防裂措施。

2.釺焊前表面處理

釺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，因為熔化了的釺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，為廠改善母材的釺焊性以及提高釺焊接頭的抗腐蝕性，釺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乾淨。大批生產中應用最廣的是在有機溶劑的蒸汽中脫脂。此外，在熱的鹼溶液中清洗也可得到滿意的效果。例如鋼製零件可浸入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後用水仔細清洗。當零件表面能完全被水潤濕時，表明表面油脂已去除乾淨。對於形狀複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

釺焊前，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。機械方法清理時可採用銼刀、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於單件生產，清理時形成的溝槽還有利於釺料的潤濕和鋪展。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釺焊性，增加釺料對母材的潤濕能力；防止母材與釺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；作為釺料層，以簡化裝配過程和提高生產率。

3.釺焊材料

(1)釺料 釺焊工具鋼和硬質合金通常採用純銅、銅鋅和銀銅釺料。

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釺焊才能得到最佳效果。同時，由於釺焊溫度高，接頭中的應力較大，導致裂紋傾向增大。採用傳統的純銅釺焊的接頭抗剪強度約為150MPa，接頭塑性也較高，但不適用於高溫工作。

銅鋅釺料是釺焊工具鋼和硬質合金最常用的釺料。為提高釺料的潤濕性和接頭的強度，在釺料中常添加Mn、Ni、Fe等合金元素。例如B-Cu58ZnMn中就加有w(Mn)4％，使硬質合金釺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，可使釺焊接頭的抗剪強度達到350MPa，並且具有較高的衝擊韌度和疲勞強度，顯著提高了刀具和鑿岩工具的使用壽命 。

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

除上述3種類型的釺料外，對於工作在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基釺料，如B-Mn50NiCuCrCo和B-Ni75CrSiB等。對於高速鋼的釺焊，應選擇釺焊溫度與淬火溫度相匹配的專用釺料，這種釺料分為兩類，一類為錳鐵型釺料，主要由錳鐵及硼砂組成，所釺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，用它釺焊的接頭不易產生裂紋，其抗剪強度能提高到300MPa。

（2）釺劑和保護氣體

釺劑的選擇應與所焊的母材和所選的釺料相配合。工具鋼和硬質合金釺焊時，所用的釺劑主要以硼砂和硼酸為主，並加入一些氟化物（KF、NaF、CaF2等）。銅鋅釺料配用FB301、FB302和FB105釺劑，銀銅釺料配用FB101～FB104釺劑。採用專用釺料釺焊高速鋼時，主要配用硼砂釺劑。

為了防止工具鋼在釺焊加熱過程中的氧化和免除釺焊後的清理，可以採用氣體保護釺焊。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於-40℃.硬質合金可在氫所保護下進行釺焊，所需氫氣的露點應低於-59℃。

4.釺焊工藝

工具鋼在釺焊前必須進行清理，機械加工的表面不必太光滑以便於材料和釺劑的潤濕和鋪展。硬質合金的表面在釺焊前應經噴砂處理，或用碳化硅或金剛石砂輪打磨，清除表面過多的碳，以便於釺焊時被釺料所潤濕。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，並在還原性氣氛中烘烤使銅或鎳過渡到表面上去，從而增加強釺料的潤濕性。

碳素工具鋼的釺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釺焊，所用釺料的固相線溫度應高於淬火溫度範圍，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。當釺焊和淬火合併進行時，選用固相線溫度接近淬火溫度的釺料。

合金工具鋼的成分範圍很寬，應根據具體鋼種確定適宜的釺料、熱處理工序以及將釺焊和熱處理工序合併的技術，從而獲得良好的接頭性能。

高速鋼的淬火溫度一般高於銀銅和銅鋅釺料的熔化溫度，因此需在釺焊前進行淬火，並在二次回火期間或之後進行釺焊。如果必須在釺焊後進行淬火，只能選用前述的專用釺料進行釺焊。釺焊高速鋼刀具時採用焦炭爐比較合適，當釺料熔化後，取出刃具並立即加壓，擠出多餘的釺料，再進行油淬，然後在550～570℃回火。

硬質合金刀片與鋼製刀桿釺焊時，宜採取加大釺縫間隙和在釺縫中施加塑性補償墊片的方法，並在焊後進行緩冷，以減小釺焊應力，防止裂紋產生，延長硬質合金刀具組件的使用壽命。

5.釺焊後的清洗

釺劑殘渣大多數對釺焊接頭起腐蝕作用，也妨礙釺縫的檢查，需清除乾淨。焊件上的釺劑殘渣先用熱水沖洗或用一般的除渣混合液清洗，隨後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，以防腐蝕釺縫金屬。有機類軟釺劑的殘渣可用汽油、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，然後用熱水或冷水洗凈，硼砂和硼酸釺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.釺焊質量的檢驗

釺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、疏鬆等缺陷。

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