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硬質(zhì)合金焊接刀具刀體材料及淬火工藝（二）
閱讀：981 發(fā)布時間：2022-6-28高頻焊接后用洛氏硬度計分別檢測兩種材質(zhì)刀體相同部位的硬度，結(jié)果顯示：兩種材質(zhì)刀體的硬度都出現(xiàn)了明顯下降；焊縫附近齒背(距焊縫1-2mm)的硬度下降幅度明顯大于鄰近焊縫的頸部；40Cr刀體比9SiCr刀體下降的幅度更大，與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，還可細(xì)化碳化物和改善碳化物的分布，從而提高材料的耐磨性、回火穩(wěn)定性和塑性變形抗力。另外，Si是強(qiáng)化鐵素體元素，能提高鋼的硬度和強(qiáng)度。由于9SiCr本身能夠達(dá)到比40Cr高的淬火硬度，又有較高的回火穩(wěn)定性，所以在被正火和回火后，硬度和強(qiáng)度下降較少。
金相化驗可以進(jìn)一步驗證上述分析。用線切割沿垂直焊縫方向切開試驗銑刀頭部，在掃描電子顯微鏡下觀察焊縫附近齒背剖面的金相組織。圖4和圖5分別是兩種材質(zhì)刀體焊縫附近的齒背剖面金相組織照片。從金相組織可以看出：9SiCr刀體經(jīng)淬火+焊接后的金相組織主要為馬氏體，且比較均勻；而40Cr刀體經(jīng)淬火+焊接后的金相組織為鐵素體+珠光體，前者硬度高于后者。由此可知，硬質(zhì)合金焊接刀具折斷失效的主要原因是焊縫附近及其鄰近部位的刀體被正火或回火，并引起其硬度和強(qiáng)度下降所致；40Cr刀體比9SiCr刀體的硬度、強(qiáng)度降得更低，折斷比例更高。
如上所述，高頻焊接的二次加熱既是影響硬質(zhì)合金焊接刀具使用性能的主要原因，也是實(shí)現(xiàn)40Cr材質(zhì)刀體代替9SiCr材質(zhì)刀體的主要障礙。要避免工序缺陷，只能對刀體再淬火，或?qū)⒋慊鸸ば蚍旁诤附又?，顯然后者比前者更節(jié)約成本。
采用9SiCr作刀體材料并沒有發(fā)揮其作為合金刃具鋼的紅硬性和耐磨性。40Cr經(jīng)熱處理后具有較高的綜合機(jī)械性能，比45鋼淬透性好而價格接近，常用于制造承受高負(fù)荷、耐沖擊的軸類零件。受焊接過程的影響，原工藝用40Cr作刀體時并沒有充分發(fā)揮材料的潛力，因此新工藝方案采用40Cr作刀體材料在理論上是可行的。但是，先焊接后淬火的方法也可能在提高刀體強(qiáng)度的同時引起其它缺陷，如淬火的加熱和冷卻過程導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度和刀片硬度的下降以及刀片裂紋和脫落等。
在相同溫度下，硬質(zhì)合金(刀片)與鋼(刀桿)的線膨脹系數(shù)相差很大，比鋼低1/3-1/2，同時硬質(zhì)合金的導(dǎo)熱性也比鋼差，因此在淬火加熱和冷卻的過程中，這兩種材料的熱脹冷縮程度相當(dāng)懸殊。焊接后刀片和刀體凝固成一體，這時刀片和刀體之間的自由收縮受到限制，刀片和刀體都會受到拉、壓應(yīng)力作用。由于硬質(zhì)合金刀片脆性大，承受應(yīng)力的能力小于鋼，刀片出現(xiàn)崩裂，所以影響裂紋的主要因素是淬火溫度、加熱速度和冷卻速度。
105#釬料相當(dāng)于Cu-40Zn合金。研究證明，105#釬料在釬焊后緩冷，獲得α+β′組織，提高釬焊后冷速獲得單一β′相，β′相脆性大，將降低釬焊的焊縫強(qiáng)度?？梢姡镀鸭y和焊縫強(qiáng)度都與冷卻速度有關(guān)，而淬火冷卻速度主要由淬火介質(zhì)決定。