提高钎缝强度的设计方法：优化方案探究

在设计方面，选用高强度钎料、设计合理几何结构、优化钎焊工艺方法都可以提高钎缝强度，除上述技术方案以外，制订合理的钎焊热处理制度和选取适当的钎缝间隙也可以提高钎缝强度。

硬质合金钎焊时经受着钎焊热循环作用，对其组织和性能有一定影响。不适当的热过程会导致硬质合金组织改变，性能下降，甚至破坏。特别是在需要将硬质合金的钎焊和其热处理合并一起进行时，这方面的问题尤其应予密切注意。根据前述WC_-Co伪二元合金相图（见图11-1）可知，在钎焊升温过程中，WC晶粒将向黏结相γ-Co中扩散固溶；但在1000℃以下时，WC在γ-Co中的固溶度变化不大，冷却后也不会引起合金组织的明显变化；当温度升高到1000～1200℃时，WC在γ-Co中的固溶度有较大增长。如果在此温度下急冷淬火处理，则由于γ-Co中过饱和的WC来不及析出而产生固溶强化效果。根据文献[19]的报道，这时硬质合金中WC晶粒的相邻接度∑WC-WC下降，γ-Co平均自由程Lr增大和分布均匀化，从而使硬质合金的韧度改善，硬度和耐磨性能提高。但是，在钎焊温度超过1200℃时，则由于合金中局部温度可能达到WC-Co-C三元共晶熔点而出现液相。在这时进行淬火处理，会形成γ-Co堆集段（钴池），促使WC晶粒的相邻度增大；而γ-Co平均自由程Lr下降，从而使合金韧度降低，性能恶化。

钎焊材料在高温时强度很低，快速冷却产生的热应力会显著降低钎缝强度；在接近钎料固相线时，甚至轻微的外界扰动力就会使钎缝强度降低。

在设计制订硬质合金的钎焊淬火温度时，一方面控制加热温度在950～1050℃之间；另一方面应控制淬火温度在760～800℃之间。参考文献[6]指出，淬火起始温度和加热奥氏体化温度是两个概念，马氏体转变的充分条件是充分转变为奥氏体的材料在快速冷却时经过C曲线。根据这一原理，硬质合金工具中的钢基体不需要在更高的温度下淬火。

在工程实践中，常常采用等温淬火来简化淬火-回火工艺，并能减小淬火应力。常用的等温淬火介质有复合盐或高温气缸油^[6]。(www.xing528.com)

钎焊间隙对钎缝强度有较大的影响。钎缝间隙实际上决定了钎缝宽度，它影响钎缝金属的凝固过程和结晶形态，同时也影响接头承载时的应力状态。

一般来说，钎缝厚度有一最佳值，偏离此值，接头性能均下降^[6，7，16]。在钎焊硬质合金时，由于硬质合金的润湿性能较差，钎焊间隙不能过小，一般在0.1mm左右，过小的钎焊间隙会影响钎料的充分填充而产生缺陷。但是，由此所得到的钎缝厚度并不能使接头性能达到最佳值。

参考文献[16]提出了一种在钎焊后对接头进行加压扩散处理的新工艺：通过在一定温度下的加压作用，使钎缝金属发生蠕变变形而减薄，以达到最佳厚度值，从而提高接头性能。试验所用材料为13.5mm×4.5mm的YG8硬质合金圆片。钎料为Ag-Cu-Zn-Mn-Ni合金，轧制成0.2mm的箔片，预置在两片YG8圆片间，进行真空钎焊，钎焊温度为740℃。将钎焊后得到的接头在700℃下进行扩散处理6h。

试验结果表明，在扩散处理时不加压的接头抗剪强度最高为363.6MPa，钎缝厚度为45.8μm；而在加压180MPa扩散处理后，钎缝厚度减小到12.3μm，接头抗剪强度最高达到419MPa，即提高了约12%。这是由于硬质合金对钎缝金属的拘束作用加强而产生的强化接头性能作用。参考文献[21]中对此从力学角度进行了分析，并提出了关于接头性能与钎缝厚度间的关系式。这一新工艺方法，为在较低温度下得到高强度的硬质合金钎焊接头提供了一条途径。