YG10/40Cr连接的界面形貌及接头性能研究

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硬质合金具有高强度、高硬度和良好的耐腐蚀性能,被广泛应用于切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域。但其脆性较大,无法制备大尺寸、形状复杂的制品,因此将硬质合金与钢连接起来使用,对于扩大硬质合金的应用范围具有重要的实用价值。本文分别采用部分瞬间液相连接和电流辅助扩散连接两种方法,实现了WC-Co硬质合金与钢的连接。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段研究了接头微观形貌、相组成和元素分布规律。采用万能试验机测试了接头剪切强度,并结合SEM和EDS对接头断裂机制进行了分析。选用Ti/Ni/Ti层为中间层体系,采用部分瞬间液相连接方法制备了YG10/40Cr接头,研究结果表明:(1)在950℃~1100℃的加热温度范围内,接头强度随温度的升高,呈先上升后下降的趋势;在1000℃时,接头强度达到最高,为137MPa,此时接头为跨界面的混合断裂模式;随温度的升高,反应层Ni3Ti过分生长,从而降低了界面连接强度;YG10/中间层侧界面最终形成了WC-Co/(TiC+WC)过渡层/TiNi3/Ni(Ti)固溶体/Ni的梯度层结合界面结构;中间层/40Cr侧界面最终形成了TiC/TiNi3/Ni(Ti)固溶体/Ni的梯度层结合界面结构;(2)在加热温度为1000℃的条件下,保温时间从1h增加到7h,界面脆性反应层Ni3Ti层的厚度逐渐增加,而接头强度先增大后减小,这说明界面反应层的厚度存在一个最佳值,反应层厚度超过该值则接头强度将会大幅下降。以Ni为中间层,采用等离子活化烧结技术实现了YG10/40Cr的快速扩散连接,结果表明:(1)在保温时间为13min的条件下,随连接温度的升高(680℃~750℃),接头强度逐渐增大;在750℃的连接温度条件下,随保温时间的延长(6min~13min),接头强度亦呈逐步增大的趋势;(2)基材表面的粗糙度显著影响接头连接强度,随粗糙度的减小,接头强度逐渐增大;当硬质合金YG10的粗糙度为0.677μm时,接头强度最高,达201.89MPa;(3)中间Ni层的厚度影响接头残余应力的分布,从而影响接头强度。当Ni层为50μm时,接头强度达到293.07MPa。随着Ni层厚度的增大,接头剪切强度呈下降趋势。
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