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              硬质合金焊接刀具刀体材料及淬火工艺(二)

              2020-09-07 19:34:11

              高频焊接后用洛氏硬度计分别检测两种材质刀体相同部位的硬度,结果显示:两种材质刀体的硬度都出现了明显下降;焊缝附近齿背(距焊缝1-2mm)的硬度下降幅度明显大于邻近焊缝的颈部;40Cr刀体比9SiCr刀体下降的幅度更大,与前面的分析基本吻合。


              9SiCr中Cr元素的主要作用是提高淬透性;Si元素能提高材料的淬透性和淬硬性,还可细化碳化物和改善碳化物的分布,从而提高材料的耐磨性、回火稳定性和塑性变形抗力。另外,Si是强化铁素体元素,能提高钢的硬度和强度。由于9SiCr本身能够达到比40Cr高的淬火硬度,又有较高的回火稳定性,所以在被正火和回火后,硬度和强度下降较少。

              硬质合金刀具

              金相化验可以进一步验证上述分析。用线切割沿垂直焊缝方向切开试验铣刀头部,在扫描电子显微镜下观察焊缝附近齿背剖面的金相组织。图4和图5分别是两种材质刀体焊缝附近的齿背剖面金相组织照片。从金相组织可以看出:9SiCr刀体经淬火+焊接后的金相组织主要为马氏体,且比较均匀;而40Cr刀体经淬火+焊接后的金相组织为铁素体+珠光体,前者硬度高于后者。由此可知,硬质合金焊接刀具折断失效的主要原因是焊缝附近及其邻近部位的刀体被正火或回火,并引起其硬度和强度下降所致;40Cr刀体比9SiCr刀体的硬度、强度降得更低,折断比例更高。


              如上所述,高频焊接的二次加热既是影响硬质合金焊接刀具使用性能的主要原因,也是实现40Cr材质刀体代替9SiCr材质刀体的主要障碍。要避免工序缺陷,只能对刀体再淬火,或将淬火工序放在焊接之后,显然后者比前者更节约成本。


              采用9SiCr作刀体材料并没有发挥其作为合金刃具钢的红硬性和耐磨性。40Cr经热处理后具有较高的综合机械性能,比45钢淬透性好而价格接近,常用于制造承受高负荷、耐冲击的轴类零件。受焊接过程的影响,原工艺用40Cr作刀体时并没有充分发挥材料的潜力,因此新工艺方案采用40Cr作刀体材料在理论上是可行的。但是,先焊接后淬火的方法也可能在提高刀体强度的同时引起其它缺陷,如淬火的加热和冷却过程导致焊缝强度和刀片硬度的下降以及刀片裂纹和脱落等。


              在相同温度下,硬质合金(刀片)与钢(刀杆)的线膨胀系数相差很大,比钢低1/3-1/2,同时硬质合金的导热性也比钢差,因此在淬火加热和冷却的过程中,这两种材料的热胀冷缩程度相当悬殊。焊接后刀片和刀体凝固成一体,这时刀片和刀体之间的自由收缩受到限制,刀片和刀体都会受到拉、压应力作用。由于硬质合金刀片脆性大,承受应力的能力小于钢,刀片出现崩裂,所以影响裂纹的主要因素是淬火温度、加热速度和冷却速度。


              105#钎料相当于Cu-40Zn合金。研究证明,105#钎料在钎焊后缓冷,获得α+β′组织,提高钎焊后冷速获得单一β′相,β′相脆性大,将降低钎焊的焊缝强度??杉?,刀片裂纹和焊缝强度都与冷却速度有关,而淬火冷却速度主要由淬火介质决定。


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