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用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料及其制備方法

451   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:昆明貴研新材料科技有限公司  
2023-12-13 15:53:07
權(quán)利要求書: 1.一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料,其特征在于:所述復(fù)合釬料由Ag、Cu、Zn、Mn、Ni、In、Si、B、Co、Fe、混合稀土和nano?SiCp組成,各組分的質(zhì)量百分比為:25~27%的Ag,37~39%的Cu,3.0~5.0%的Mn,2.0~4.0%的Ni,1.5~

2.5%的In,0.5~1.0%的nano?SiCp,0.15~0.3%的Si,0.1~0.2%的B,0.05~0.1%的Co,0.01~0.05%的Fe,0.01~0.1%的混合稀土,余量為Zn;

所述Cu包括Cu粉,所述復(fù)合釬料制備時以分段變速干式高能球磨制備nano?SiCp均勻分散的Cu/nano?SiCp顆粒,促進nano?SiCp均勻分散。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合釬料,其特征在于:所述混合稀土為La、Ce、Y中的至少兩種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合釬料,其特征在于:所述各組分的質(zhì)量百分比為:27%的Ag,39%的Cu,5.0%的Mn,4.0%的Ni,2.5%的In,

1.0%的nano?SiCp,0.3%的Si,0.2%的B,0.1%的Co,0.03%的Fe,0.1%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述復(fù)合釬料的制備方法,其特征在于工藝步驟包括如下:

(1)以Ag、Cu錠、Cu粉、Cu箔、Zn、Mn、Ni、In、Si、B、Co、Fe、混合稀土、nano?SiCp為原料并按各組分百分比配料,其中,Cu錠:Cu粉:Cu箔的質(zhì)量百分比為50:49:1;

(2)將步驟(1)Cu粉與nano?SiCp分段變速干式高能球磨制取Cu/nano?SiCp顆粒;

(3)將步驟(1)中Ag、Cu錠、Zn、Mn、Ni、Si、Co、Fe用中頻感應(yīng)爐快速加熱至完全熔化;

(4)將步驟(1)中In、B、Cu箔包覆混合稀土和步驟(2)中Cu/nano?SiCp顆粒依次放入步驟(3)所得合金熔液并迅速加熱熔化;

(5)將步驟(4)所得熔液放入井式電阻爐于氬氣保護氣氛下保溫,同時施加超聲振動,超聲結(jié)束后迅速澆注入擠壓機內(nèi)經(jīng)350~400℃預(yù)熱處理的模具,并迅速擠壓鑄造成型;

(6)將步驟(5)所得鑄錠依次經(jīng)熱軋、冷軋工藝,得到箔片狀復(fù)合釬料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合釬料制備方法,其特征在于步驟(2)中所述Cu粉粒徑不大于80μm,將nano?SiCp與Cu粉倒入球磨罐,并按照球料比為3:1進行球磨:第一段100~

120rpm球磨3~4h,第二段200~220rpm球磨4~5h,第三段280~300rpm球磨5~6h,每段之間間隔1~2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合釬料制備方法,其特征在于步驟(5)中所述的熔液溫度

890~900℃,超聲頻率20~40khz,振幅25~40μm,超聲時間3~5min。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合釬料制備方法,其特征在于步驟(5)中所述擠壓鑄造壓力為200~400MPa,保壓時間為3~5s。

8.根據(jù)權(quán)利要求4至7任一項所述的復(fù)合釬料制備方法,其特征在于步驟(6)中所述的熱軋工藝的溫度為570~590℃,單次變形量為5~10%,每次熱軋制后進行一次中間退火處理,退火溫度570~590℃,退火時間10~30min。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合釬料制備方法,其特征在于步驟(6)中所述的熱軋工藝熱軋至1.0mm厚時進行冷軋,冷軋單次變形量3~5%,累計變形量20~40%進行一次中間退火,退火溫度550~570℃,退火時間5~10min。

說明書: 一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于釬焊材料技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料及其制備方法。

背景技術(shù)[0002] 硬質(zhì)合金具有高硬度、高強度、耐磨損及良好的紅硬性等優(yōu)異性能,常用來制作刀具以及以耐磨性為主要性能的各類零部件,廣泛用于機械加工、地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)開采等領(lǐng)

域。

[0003] 近年來,硬質(zhì)合金刀具數(shù)量不斷增長,現(xiàn)已占到所有刀具數(shù)量的60%以上。由于硬質(zhì)合金難以制備大規(guī)格、復(fù)雜形狀刀具,大部分硬質(zhì)合金以釬焊方式鑲嵌在鋼基體上。

[0004] 焊接式硬質(zhì)合金刀具具有硬度高、耐磨性好、耐熱性好、切削性能高、使用壽命長等優(yōu)點,且與整體硬質(zhì)合金刀具和機械裝夾式硬質(zhì)合金刀具相比,其使用成本更低。然而,

硬質(zhì)合金與鋼基體間的顯著熱膨脹系數(shù)差異會造成刀具在釬焊過程中產(chǎn)生大的焊接應(yīng)力、

釬料力學(xué)性能遠(yuǎn)低于硬質(zhì)合金及基體等問題卻限制了焊接式硬質(zhì)合金的性能及運用。

[0005] 目前,硬質(zhì)合金和鋼基體釬焊方面取得的研究進展集中在改進釬料配方、控制釬焊工藝參數(shù)和優(yōu)化接口結(jié)構(gòu)等方面。其中,改進釬料配方對提高硬質(zhì)合金刀具釬焊效果顯

著、普適性和生產(chǎn)運用性強而廣受青睞。

[0006] 中國專利申請公布號CN104191099A公開了一種用于硬質(zhì)合金釬焊的WC顆粒增強的復(fù)合釬料及其制備方法。釬料由Al、Ti、Ni、W、Co、Cr、B、Fe、Si粉末及WC顆粒組成,制備

方法為:原料稱取、釬料機械合金化、高溫熔煉、超聲振動、真空甩帶制箔。該專利所述釬料

雖能提高釬焊接頭耐磨性和工作強度,但是該方法工藝要求高,流程繁瑣,生產(chǎn)效率低。為

此,公布號CN110076474A公開了一種既可提高釬焊接頭性能又可規(guī)模化生產(chǎn)的硬質(zhì)合金

復(fù)層焊接材料及其制備方法,但該專利所述復(fù)層焊接材料對管錠塑性及結(jié)合面要求高、熱

擠壓工藝及擠壓復(fù)層材料質(zhì)量難控制,限制了復(fù)層材料的運用和生產(chǎn)。

[0007] 綜上所述,通過合適方法改進釬料配方,研究開發(fā)一種釬焊工藝性良好,釬焊接頭強度高,制備工藝簡單,易批量生產(chǎn)的高性價比釬料,是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容[0008] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足,提供一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料及其制備方法。本發(fā)明的釬料為多元素添加的復(fù)合釬料,制備方法簡單,釬

料潤濕性和填縫能力好,釬焊工藝性良好,釬焊接頭可靠性高。

[0009] 本發(fā)明所述一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料,其特征在于釬料由Ag、Cu、Zn、Mn、Ni、In、Si、B、Co、Fe、混合稀土和nano?SiCp組成,各組分按質(zhì)量百分比為:25~27%

的Ag,37~39%的Cu,3.0~5.0%的Mn,2.0~4.0%的Ni,1.5~2.5%的In,0.5~1.0%的

nano?SiCp,0.15~0.3%的Si,0.1~0.2%的B,0.05~0.1%的Co,0.01~0.05%的Fe,0.01

~0.1%的混合稀土,余量為Zn,其中,混合稀土為La、Ce、Y中的至少兩種。

[0010] 本發(fā)明所述一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料的制備方法,工藝步驟如下:[0011] (1)以Ag、Cu錠、Cu粉、Cu箔、Zn、Mn、Ni、In、Si、B、Co、Fe、混合稀土、nano?SiCp為原料并按各組分百分比配料,其中,Cu以錠、粉和箔的形式存在,且Cu錠:Cu粉:Cu箔約等于50:

49:1(質(zhì)量百分比);

[0012] (2)將步驟(1)Cu粉與nano?SiCp分段變速干式高能球磨制得Cu/nano?SiCp顆粒;[0013] (3)將步驟(1)中Cu錠與Ag、Zn、Mn、Ni、Si、Co、Fe用中頻感應(yīng)爐快速至完全熔化;[0014] (4)將步驟(1)中In、B、Cu箔包覆混合稀土和步驟(2)中Cu/nano?SiCp顆粒依次放入步驟(3)所得合金熔液并迅速加熱熔化;

[0015] (5)將步驟(4)所得熔液放入電阻爐氬氣保護氣氛下保溫的同時施加超聲振動處理,超聲結(jié)束后迅速澆注入擠壓機內(nèi)經(jīng)350~400℃預(yù)熱處理的模具,并迅速擠壓鑄造成型;

[0016] (6)將步驟(5)所得鑄錠于670~690℃熱鍛成10~15mm厚的板材,板材經(jīng)多次熱軋和中間退火至約1.0mm厚時,打磨清洗去除板坯表面氧化物,再經(jīng)冷軋和中間退火處理制得

0.05~0.5mm厚的箔片材。

[0017] 上述方法中,步驟(2)中所述Cu粉粒徑不大于80μm,將nano?SiCp與Cu粉倒入球磨罐,并按照球料比約3:1進行分段球磨:第一段100~120rpm球磨3~4h,第二段200~220rpm

球磨4~5h,第二段280~300rpm球磨5~6h,每段之間間隔1~2h。

[0018] 上述方法中,步驟(5)中所述的超聲振動處理,熔液溫度890~900℃,超聲頻率20~40khz,振幅25~40μm,超聲時間3~5min;擠壓鑄造壓力為200~400MPa,保壓時間為3~

5s。

[0019] 上述方法中,步驟(6)中所述的板錠熱軋溫度為570~590℃,單次變形量為5~10%,每次熱軋制后進行一次中間退火處理,退火溫度約570~590℃,退火時間10~30min;

板坯熱軋至約1.0mm厚時進行冷軋,單次變形量3~5%,累計變形量20~40%進行一次中間

退火,退火溫度約550~570℃,退火時間5~10min。

[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有的優(yōu)點及效果如下:[0021] 1、本發(fā)明以分段變速干式高能球磨制備nano?SiCp均勻分散的Cu/nano?SiCp顆粒加入熔液,使nano?SiCp易于加入并促進了nano?SiCp的均勻分散,與傳統(tǒng)恒速間歇性球磨

技術(shù)相比,本發(fā)明所述球磨方法對SiCp分散效果明顯更佳,同時超聲振動、軋制再次促進了

nano?SiCp的分散,

[0022] 2、本發(fā)明以超聲振動除氣、除雜,同時擠壓鑄造成型,避免了鑄錠縮孔的形成,有效致密并細(xì)化了釬料鑄態(tài)組織,提高了鑄錠可塑性,進而提高了釬料成品率和生產(chǎn)周期,與

傳統(tǒng)重力澆注法相比,釬料成品率提高了8~15%,生產(chǎn)周期縮短了10~20%;

[0023] 3、本發(fā)明所述復(fù)合釬料熔化溫度為688~783℃(考慮實驗誤差,液固相線溫度±15℃),可替代Ag49CuZnMnNi/Cu/Ag49CuZnMnNi、AgCuZnSn、CuMnNi等釬料用于硬質(zhì)合金刀

具的釬焊;

[0024] 4、本發(fā)明所述復(fù)合釬料的原料均可通過市場獲得,制備工藝經(jīng)濟簡單,釬料產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠,易實現(xiàn)規(guī)模批量化制備。

[0025] 本發(fā)明中nano?SiCp的添加能改善釬料的流動性和填縫能力,細(xì)化釬料合金組織,釬焊時可直接得到nano?SiCp增強的焊縫,提高接頭的機械性能。

[0026] 本發(fā)明中的添加元素Co能提高釬料的高溫強度,改善釬料對硬質(zhì)合金的潤濕性。添加元素Fe能強化焊縫處固溶體,增強焊縫。添加元素In能降低釬料熔化溫度,縮小釬料熔

化溫度間隔,改善釬料流動性能及填縫性能,并顯著改變釬料顯微組織。少量的添加元素Si

能降低釬料熔化溫度,提高釬料抗氧化能力,細(xì)化晶粒,改善釬料流動性,同時能有效抑制

Zn和Mn的蒸發(fā)。少量的添加元素B能改善釬焊工藝性,抑制釬料的氧化和氣體向熔融釬料中

的溶解。少量的La或Ce能細(xì)化釬料顯微組織,提高釬焊接頭性能,而Y能細(xì)化釬料組織并提

高釬料的抗氧化能力。

附圖說明[0027] 圖1是本發(fā)明的用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料制備方法的工藝步驟流程圖。具體實施方式[0028] 下面通過實施例對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明,以下實施例是對本發(fā)明的解釋而并不局限于以下實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明范圍加以若干變化而無創(chuàng)新性勞動下

所獲得的所有其它實施例,均勻?qū)儆诒景l(fā)明保護的范圍。

[0029] 以下實施例中,所用原料均于市場購買得到,其中:nano?SiCp純度不低于99.9%,平均粒徑為45nm,其它原料純度不低于99.99%;Cu粉需過篩200目(粒徑約75μm),Cu錠:Cu

粉:Cu箔約等于50:49:1(質(zhì)量百分比)。

[0030] 以下實施例中,復(fù)合釬料均以感應(yīng)釬焊方式釬焊硬質(zhì)合金?硬質(zhì)合金接頭。[0031] 實施例1:[0032] 本發(fā)明所述一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料,各組分按質(zhì)量百分比為:25%的Ag,37%的Cu,3.0%的Mn,2.0%的Ni,1.5%的In,0.5%的nano?SiCp,0.15%的Si,

0.1%的B,0.05%的Co,0.01%的Fe,0.01%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。

[0033] 本發(fā)明所述一種用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合銀釬料制備方法步驟如下:[0034] (1)將nano?SiCp與Cu粉倒入球磨罐,并按照球料比3:1進行分段干式高能球磨得到Cu/nano?SiCp顆粒:第一段120rpm球磨3h,第二段200rpm球磨4h,第二段300rpm球磨5h,

每段之間間隔1h;

[0035] (3)將Cu錠、Ag、Zn、Mn、Ni、Si、Co、Fe用中頻感應(yīng)爐于大氣氣氛下快速加熱熔化,依次迅速加入In、B、Cu箔包覆的混合稀土、Cu/nano?SiCp顆粒至完全熔化后,立即將熔液放入

電阻爐,在氬氣保護氣氛下890℃保溫4min,同時施加超聲振動,超聲頻率30khz,振幅30μm;

[0036] (4)超聲結(jié)束后將890℃的熔液澆注入擠壓機內(nèi)經(jīng)400℃預(yù)熱處理的模具,迅速施加300MPa擠壓壓力并保壓4s鑄造成厚15mm的板錠;

[0037] (5)板錠先進行多次熱軋和中間退火,熱軋溫度為580℃,單次變形量8%,每次熱軋制后進行一次中間退火,退火溫度約580℃,退火時間30min;熱軋至約1.0mm時,580℃退

火30min,打磨清洗去除板坯表面氧化物后進行室溫冷軋,冷軋單次變形量4%,累計變形量

約30%進行一次中間退火,退火溫度約580℃,退火時間8min。冷軋結(jié)束即制得約0.3mm厚的

片材釬料。

[0038] 本實施例釬料熔化溫度693~776℃,釬焊接頭剪切強度360MPa。[0039] 實施例2:[0040] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:25.5%的Ag,37.5%的Cu,3.0%的Mn,2.0%的Ni,1.5%的In,0.5%的nano?SiCp,0.15%的Si,0.1%的B,0.05%的Co,0.01%

的Fe,0.01%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1

相同。

[0041] 本實施例釬料熔化溫度691~772℃,釬焊接頭剪切強度361MPa。[0042] 實施例3:[0043] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:25.5%的Ag,37.5%的Cu,3.5%的Mn,2.5%的Ni,1.5%的In,0.5%的nano?SiCp,0.15%的Si,0.1%的B,0.05%的Co,0.02%

的Fe,0.01%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1

相同。

[0044] 本實施例釬料熔化溫度692~771℃,釬焊接頭剪切強度364MPa。[0045] 實施例4:[0046] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:25.5%的Ag,37.5%的Cu,4.0%的Mn,2.5%的Ni,2.0%的In,0.5%的nano?SiCp,0.15%的Si,0.1%的B,0.05%的Co,0.01%

的Fe,0.02%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1

相同。

[0047] 本實施例釬料熔化溫度693~771℃,釬焊接頭抗剪切強度358MPa。[0048] 實施例5:[0049] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:26%的Ag,38%的Cu,4.0%的Mn,2.5%的Ni,2.0%的In,0.5%的nano?SiCp,0.2%的Si,0.15%的B,0.05%的Co,0.05%的

Fe,0.02%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1相

同。

[0050] 本實施例釬料熔化溫度690~774℃,釬焊接頭剪切強度346MPa。[0051] 實施例6:[0052] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:26%的Ag,38%的Cu,4.5%的Mn,3.0%的Ni,2.0%的In,0.5%的nano?SiCp,0.2%的Si,0.15%的B,0.08%的Co,0.03%的

Fe,0.05%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1相

同。

[0053] 本實施例釬料熔化溫度695~780℃,釬焊接頭剪切強度355MPa。[0054] 實施例7:[0055] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:27%的Ag,38%的Cu,4.5%的Mn,3.0%的Ni,2.5%的In,1.0%的nano?SiCp,0.2%的Si,0.15%的B,0.08%的Co,0.05%的

Fe,0.05%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1相

同。

[0056] 本實施例釬料熔化溫度694~780℃,釬焊接頭剪切強度365MPa。[0057] 實施例8:[0058] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:27%的Ag,38%的Cu,5.0%的Mn,2.0%的Ni,2.5%的In,1.0%的nano?SiCp,0.25%的Si,0.2%的B,0.1%的Co,0.05%的

Fe,0.05%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1相

同。

[0059] 本實施例釬料熔化溫度688~770℃,釬焊接頭剪切強度368MPa。[0060] 實施例9:[0061] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:27%的Ag,39%的Cu,5.0%的Mn,4.0%的Ni,2.5%的In,1.0%的nano?SiCp,0.3%的Si,0.2%的B,0.1%的Co,0.03%的Fe,

0.1%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1相同。

[0062] 本實施例釬料熔化溫度690~776℃,釬焊接頭剪切強度373MPa。[0063] 實施例10:[0064] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:25%的Ag,39%的Cu,3.0%的Mn,4.0%的Ni,1.5%的In,0.75%的nano?SiCp,0.1%的Si,0.2%的B,0.1%的Co,0.01%的

Fe,0.01%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1相

同。

[0065] 本實施例釬料熔化溫度698~783℃,釬焊接頭剪切強度346MPa。[0066] 實施例11:[0067] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:27%的Ag,37%的Cu,4.5%的Mn,2.5%的Ni,2.5%的In,0.75%的nano?SiCp,0.1%的Si,0.2%的B,0.1%的Co,0.01%的

Fe,0.01%的La、Ce、Y混合稀土3,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1

相同。

[0068] 本實施例釬料熔化溫度692~780℃,釬焊接頭剪切強度358MPa。[0069] 實施例12:[0070] 本實施所述復(fù)合釬料各組分按質(zhì)量百分比為:27%的Ag,37%的Cu,5%的Mn,2.0%的Ni,2.0%的In,0.75%的nano?SiCp,0.3%的Si,0.1%的B,0.05%的Co,0.01%的

Fe,0.08%的La、Ce、Y混合稀土,余量為Zn。本實施例所述復(fù)合釬料的制備方法與實施例1相

同。

[0071] 本實施例釬料熔化溫度685~774℃,釬焊接頭剪切強度366MPa。



聲明:
“用于硬質(zhì)合金刀具釬焊的復(fù)合釬料及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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