扩散焊接产生的 二元化合物“硬质合金复合材料与钢”的稳定性外文翻译资料

 2022-07-28 14:25:10

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扩散焊接产生的 二元化合物“硬质合金复合材料与钢”的稳定性

1．介绍

硬质合金复合材料,又称硬质合金和金属陶瓷,用作为服务生活的工具和延长磨损部件。钨硬质合金粘合钴是最广泛使用的，这源于他们的优秀的耐磨性和强韧性。在许多情况下精加工(特别是特殊合金)所用的工具和在特定条件下使用的工具，是由所谓的碳化钨的自由复合材料(金属陶瓷)所构成的。金属陶瓷是由TiC，再加上镍或铁元素使之强化，金属陶瓷合金发现他们能应用，因为他们具有密度低、比强度高、抗氧化性能和低(接近钢)热膨胀系数的特性。一系列包含Fe-Ni的TiC基金属陶瓷烧结合金已经在塔林理工大学被详细阐述了。

这种复合材料作为工具制造原料已经很好地发挥了它们的作用。节省昂贵的硬质合金复合材料和简化的设计复杂的工具导致提高可靠性和降低制造成本,应用双化合物硬质合金复合钢是可行的。这样的复合材料结构(混合材料)在生产常用作剪切工具，选用钎焊。然而,钎焊在复杂的工作环境中不一定能保证材料具有一定可靠性。非晶合金发展作为填充材料的钎焊具有前瞻性与硬质合金由于其良好的兼容性能确保高质量高真空钎焊过程中应用。

相关的一些初步结果表明生产锻压工具被发现相对成功的。尝试使用这种技术生产的更复杂的工具去提高耐磨性(利用与WC硬质合金内容N85 wt. %双金属工具)并没有如此成功。这可以解释为高脆性和高灵敏度的焊接残余应力硬质合金(14、16)。由于他们有利的特性,即较低的弹性模量比硬质合金的热膨胀系数接近Ti(C,N)基金属陶瓷与钢潜在的对手双金属陶瓷与硬质合金复合钢的混合物产生的扩散焊接或真空钎焊。然而,信息的前景扩散焊和钎焊技术Ti(C,N)基金属陶瓷的加入钢金属陶瓷是相对限制(13、14、17 - 19)。目前的研究重点是选择加入的影响技术(扩散焊接、钎焊)和一些相关冶金的因素可靠性特征(接头的剪切强度、残余应力) 双材料“WC基硬质合金与钢结构”和“TiC基金属陶瓷与钢”。研究利用扫描电镜和电子探针由fractographical研究和补充关节显微结构的分析。

2．材料和实验数据

研究关注的是基于TiC基金属陶瓷FeNi14粘合剂和WC基硬性金属用于锻压产生的效果。组成、结构特点和一些机械属性表1中已经给出。总结双材料结构,碳素结构钢使用(0.45 wt. %碳)。扩散接合,镍和镍合金插入被用作厚度为0.1毫米硬质合金复合和钢铁之间的夹层。机械插入材料的性质决定与标准EN 10002 - 1(附件2)用箔标本40毫米宽度一致。真空钎焊过程非晶合金(AFM)厚度为0.05毫米。组成的夹层材料和插入材料属性表2所示。扩散焊和真空钎焊过程由一个特殊的真空设备(0.1 - -0.2 Pa)[15 20]完成的。关节受到感应加热的压力。压力是通过一个液压悬臂系统来实现。焊接参数在扩散焊接时如下:温度1100 - 1150°C, 压强6 - 12 MPa,时间12分钟，对应有限的临界蠕变应变0.1 bDelta;b0.3毫米[14]。填料的衬托合金钎焊期间被放置，硬质合金和钢在低压力下(2 - 4 MPa)和加热感应加热[10]。估计的联合力量各自的抗剪强度“双重”标本(直径20毫米)是由一个决定特殊设备(图1)。至少进行三次测试确保10%的置信区间概率因子的95%。接头的焊接残余应力的计算Treuting-Read方法(逐步取消矩形材料,见图2)(21、22)结果与讨论。

3.1．扩散连接

扩散连接的化合物的依赖TiC基金属陶瓷与钢和WC基硬性金属与钢强度(抗剪强度)。扩散焊接工艺参数(时间、温度)显示于图3。可以看出的剪切强度复合硬质合金与钢有些超过的强度复合金属陶瓷与钢。Fractographical实验证明了在这两种情况下最大强度对应于实验中发生断裂时。故障关节显示界面的扩散之间的接触表面硬质合金复合与钢是不够的。

图4中给出的结果证实插入的相关性合金,即其抗拉强度的剪切强度。结果表明增加插入合金的抗拉强度结果在增加抗剪强度的扩散焊接关节。关节硬性金属与钢的强度超过了力量金属陶瓷与钢。扩散连接执行没有插入显示一个相反的结果——的强度大幅降低联合硬性金属与钢的强度显著增加联合金属陶瓷与钢。硬性金属强度的下降钢化合物相关的变化的特点失败,即它发生在一个硬性金属和指的存在显著的残余焊接应力。

图5显示了双复合硬质合金与钢的焊接残余应力的分布。应力分布对应情况下当厚度(高度)比h圣:h c钢硬性金属部分关节是1:1。可以看出,最大焊接残余应力出现在钢铁表面的接触硬性金属(硬性金属部分的内表面)。的依赖在硬质合金(它的残余焊接应力内部和外部表面)，厚度(h st :hc)是图6所示。增加厚度从1:1到2:1，结果焊接应力的内部和外部硬性金属的表面化合物的剩余的组成部分在明显减少。进一步增加的厚度比施加一个无实质的对焊接残余应力的影响。有趣的是,在减少残余强度焊接应力(增加厚度比hst:h cge;2:1)不同的内部和外部表面硬质合金。在当残余表面张力急剧减少压力压缩的和改变的内表面要小得多强调保持相对较高的地方。它应该指出真正双材料“hardmetal-steel”产品(工具等)通常是设计厚度hst :h c gt;2.。

所以他们的可靠性系统主要取决于内部的残余焊接应力水平硬性金属表面。图7中的结果展示了焊接残余应si的存在性，化合物的钢铁和金属陶瓷硬质合金和在插入钢合金使用——在其弹性极限应力的关系似乎接近线性,证明压力降低插入导致减少接头的焊接残余应力。残余应力的增加率增加的证据插入的压力是锋利的联合硬性金属与钢比联合金属陶瓷与钢。简单地说,关节的基础TiC基金属陶瓷表现出弱的残余应力的依赖插入合金的特点。有必要强调,证明压力的特点材料抵抗塑性应变。证明压力越低更高的能力材料塑料紧张,减小压力没有开裂。结果表明,接头的残余应力水平金属陶瓷与钢是低于联合大约2 - 3倍硬性金属与钢。这种特殊TiC基金属陶瓷有利的物理性质有关——低模量弹性和热膨胀系数接近钢(3、4)。

3.2．钎焊

图8显示了联合金属陶瓷的抗剪强度 钢生产通过利用不同的填充合金钎焊。结果表明,大多数潜在填充合金非晶合金S1204和合金S1311保证接头的剪切强度接近300 MPa。真空钎焊钎焊了一个明显的优势在空气(强度260 - 300与200 - 220 MPa)。图9演示了可靠性特征(剪切强度加入残余焊接应力硬金属的化合物与钢铁生产的钎焊反对那些由扩散焊接。结果指的是一个明显的优势的关节由扩散焊接,这个压力的等级大约高1.3倍,而残余焊接应力下降两倍。结果说明TiC基的优越性金属陶瓷和扩散焊接(如增强硬质合金复合和加入WC基硬质合金和真空技术分别)钎焊生产二元化合物硬质合金复合与钢铁。按可比他们确保(或稍高)的优势更高的可靠性(较低的残余应力水平)。结果表明,加入一个硬性金属钢只有扩散粘结可以确保良好的接头的可靠性。加入金属陶瓷与钢的真空可以使用钎焊以同样的成功。钎焊的接头的强度性能仍然较低：真空钎焊的情况下的最大强度270 MPa,获得的最大扩散焊接360 MPa。

3.3．微观结构和fractographical分析

图11显示了微观结构和电子探针分析(电子探针)的扩散焊接产生的关节。在联合硬性金属与钢、相互扩散插入发生，例如铁扩散从钢铁和扩散硬性金属。因此，加强镍(铁)和坚实的解决方案与强度增加(有限公司)(特征)的形式。失败的需要在未加强的中央区域插入(见表3在联合金属陶瓷与钢,密集的扩散结果主要来自钢和镍插入接口。骨折发生接近未加强的接口Ni金属陶瓷插入区(见表3)。图12显示了组织和电子探针的真空钎焊的硬质合金与钢接头利用无定形S1311填充材料。强化镍扩散向硬性金属钢和铁扩散的地方。关节骨折测试中最弱的中央地带(见表3)。

4．摘要和结论

本文关注的可靠性特征(剪切强度和残余焊接应力水平)的关节金属陶瓷和钢和硬质合金 钢生产的两种技术:扩散焊和真空钎焊。研究揭示，巨大的优势在关节TiC基时的可靠性是用来代替WC基硬性金属和扩散代替真空钎焊焊接。结果表明大量依赖的可靠性硬质合金复合材料的成分和性质(加入)和层间(插入/填料)之间使用硬质合金复合与钢铁。较高的联合使用扩散焊接时的可靠性而不是钎焊可能与更好的性能,更高强度和残余应力松弛能力(试验应力较低,高可塑性)插入合金用于扩散焊接的关系在钎焊填充合. 弹性)和高(接近钢)热膨胀系数。两个物理性质影响应力起源结论如下：

接头的强度的硬质合金复合与钢较高,当扩散焊接是用来代替钎焊和增加较高的层间(插入)力量之间使用同行。

接头中的残余焊接应力依赖属性(塑性试验应力)的夹层厚度比“钢:硬质合金复合”。他们用高塑性的降低夹层(试验应力的减少)和更高的厚度比。

TiC基金属陶瓷和钢关节不依赖于插入/填充材料。这些关节的残余应力两次低于当不使用插入WC基硬性金属与钢关节和能达到更高的强度。

这项工作是由爱沙尼亚教育部和研究和爱沙尼亚的科学基金会支持的(批准号7889和6163)。

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