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    硬质合金焊接刀具刀体材料及淬火工艺(三)

    2020-09-07 19:37:38

    新工艺方案必须通过试验验证才能在生产现场推广。试验刀具仍然采用结构复杂、在工业生产中使用Z广的螺旋立铣刀,刀片材质选用钨钴类的YG8。由于银焊料熔点温度低于钢的淬火温度,镍焊料的熔点温度又高于硬质合金的氧化发生温度,铜焊料价格也较便宜,因此选用105#铜焊料。


    不同的热处理工艺方案。选择具体淬火工艺方法主要考虑淬火温度、保温时间、淬火介质和回火温度。其中,不同的回火温度对应不同的Z终硬度和其它机械性能,根据需要选择。除矿山机械刀具需要耐冲击采用中温回火外,一般都采用200℃左右的低温回火。淬火介质分别选择常用的机油和盐水,淬火温度选860℃、790℃和950℃三档分别对应常规淬火、亚温淬火和零保温淬火或焊后直接淬火(105#铜焊料的熔点是909℃,焊接温度950℃左右)。常规淬火和亚温淬火保温时间为30分钟,零保温或焊淬同步不需要保温[2-4]。亚温淬火和零保温可以减少加热时间、降低能耗,焊后直接淬火可避免二次加热,可用于钎头、截齿和车刀头等单齿刀具。

    硬质合金刀具

    试验评价主要考察刀体淬火硬度和缺陷情况两个方面,前者评价是否解决现有问题,后者防止新缺陷的出现,试验结果见表3。


    (1)40Cr刀体硬度都达到40HRC以上,其中盐水冷却介质淬火的硬度略高于机油,亚温淬火的硬度低于其它两种淬火温度,但也达到国家标准关于刀柄的硬度要求40- 45HRC,应该可以采用。


    (2)硬质合金的硬度变化不大,在0.6HRA之内,在950℃的较高淬火温度时硬度下降,而在另两种较低的淬火温度时硬度增加。有关学者研究证明,硬质合金经热处理硬度可以提高3%-9%左右[5],但同时硬质合金在950℃时已开始出现氧化,表层的WC和Co发生氧化反应生成氧化物,其中WC丢失多于Co导致硬度下降[6],其它淬火温度因未出现氧化而硬度略升。总之,淬火温度尽量控制在950℃之下,对硬度要求不严苛的使用场合,或适于采用焊淬一体热处理的单齿刀具下,淬火温度可以达到950℃。


    (3)焊缝强度与刀片裂纹。淬火介质为盐水时,不论哪种淬火温度均会出现刀片裂纹和刃磨脱落,原因应该是盐水的冷却速度过快。当淬火温度达到950℃时,由于温度超过105#铜焊料的熔点,因此出现焊料溶解和刀片相对于刀体的位置移动。可见,焊后淬火工艺的淬火介质不能选用水,而45#钢在油淬时的淬透性差,不推荐采用。淬火温度必须控制在900℃以下,建议不超过950℃(焊后直接淬火除外)。


    注:本次试验刀具不适于焊后直接淬火;宏观裂纹肉眼观察,微观裂纹用40倍以上放大镜观察。


    采用刀片刀体一体淬火工艺的淬火工序放在焊接之后,无论采用常规淬火还是亚温淬火,焊缝附近齿背处的刀体硬度可达40HRC以上,避免淬火后焊接引发局部硬度和强度大幅下降的现象。


    采用刀片刀体一体淬火工艺,硬质合金焊接刀具刀体材料可以使用40Cr,从而可以降低这种刀具的制造成本。为避免淬火过程中出现焊缝软化和焊料流动,淬火温度也必须控制在900℃以下,建议不超过950℃(焊后直接淬火除外)。水的冷却速度过快,会引发硬质合金刀片裂纹和焊缝强度下降,应采用油作为淬火冷却介质。


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