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镍对钢结合金与普通碳钢焊接性能的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-18  来源:中国模具钢网  浏览次数:485

  镍对钢结合金与普通碳钢焊接性能的影响1汪德志陈剑宣黄宁康滕盘成郑振华吉忠昌(四川大学七二所)(辽宁铁岭陆平机器厂)(中国核动力研宄设计院)结构观察以及界面区域的显微硬度及抗拉强度的测试。研宄结果表明焊接件的抗拉强度不仅与钢结合金中镍含量有关,也与焊条材料有关。

  钢结合金是以硬质相(碳化物、氮化物)和钢作为粘结剂的一种新型耐磨合金。这种合金具有很高的硬度与耐磨性,并有较高的刚性。与硬质合金相比具有较好的塑性与韧性及良好的自润滑性。作为钢结合金粘接相的钢种类不断扩大,例如采用各种成分的碳素钢、工具钢、高速钢、高锰钢,各种类型的耐热钢、不锈钢以及各种类型的合金钢,可兼备其它的一些性能如耐高温、抗氧化、抗腐蚀等,从而适用于各种用途。更为引人注意的是由于该类材料具有大量的钢基体,因而具有很好的加工性能和热处理性能,这样可以采用普通的机械加工设备进行车、铣、刨、钻、磨削等各种机械加工,之后再进行各种热处理,且热处理变形甚微。正如此,这种钢结合金日益显示其广阔的应用前景。

  钢结合金在实际使用中常常与其它金属构件相连接。对于硬质合金采用的方法,如热扩散焊3、闪光对焊4、铸镶法5以及其它各种形式的钎焊6均可以使用。一般来说,影响金属与陶瓷连接强度的主要因素来自化学与物理两个效应上。物理效应表现在连接界面上存在一个高梯度的应力影响区,这种由于热胀系数差别以及晶体结构不同所引起的应力,通过热处理的消除应力退火工序可在一定程度上加以克服,或者通过结构过渡的材料予以某种程度的消除。化学效应则表现在金属与陶瓷之间的润湿性及其粘着性能上,这就需要选择合适的焊料,或者选择合理的金属与陶瓷的组合予以改善。除了连接工艺外,金属元素对陶瓷的润湿性显得特别重要,因此,在为连接用钢结合金配方的时候,需要考虑到这一因素。显然这种金属元素的影响程度与连接工艺有关。在实际使用中最为简便、低成本的连接方式莫过于电焊。本文就介绍采用不同材料的焊条将钢结合金与普通钢材连接起来,研究钢结合金中的金属元素对焊接构件的微结构和性能的影响程度。

  1.从表1可以看出除元素Ni、Fe不同外,其余组元的含量相同。对于相连接的普通钢材,我们选用20低碳钢这种碳化物含量很低的碳素钢与碳化物含量很高的钢结合金进行比较可更为清晰地显示焊接性能的差别。

  表1钢结合金的成分组成编号余量焊接用的焊条有两种,一种是不锈钢焊条0Cr18Ni9Ti,另一种是硬质合金焊条ZD3,均采用直流氩气保护,所以焊条使用时均剥去药皮。焊接电流为100~110A,使用硬质合金焊条时,其焊接电流要大些。焊接方式如所示,其中a的试样用于显微硬度的测量,b的试样用于拉伸试验,其焊接处的截面用于金相形貌的观察。对焊接区域金相观察用4X4光学显微镜;作显微硬度测试用的是HX-1000型显微硬度计,使用的负荷为500g;作拉伸试验的设备是WE-60型万能材料试验机。

  2结果与讨论对于钢结合金由不锈钢焊条与普通碳钢连接的,钢结合金与不锈钢焊条的焊接区域是影响连接的关键区域。显示了这一区域的截面金相组织。从中可以看到,Ni含量不同的两组钢结合金与不锈钢焊条均具有较好的相容性。

  钢结合金由硬质合金焊条与普通钢焊接时,其截面的显微结构如ab所示,两组钢结合金与硬质合金焊条的焊接处相容性也可以。但硬质合金焊条为了进一步了解焊接处的热效应情况对试样的焊接区域作了微观成份和硬度分布的测量。我们对焊接处截面作了EDAX元素成分分析,发现对所测量的这两组试样,不管是用不锈钢焊条还是用硬质合金焊条,其焊于不锈钢焊条中Ni含量,也许焊接过程中发生了Ni的挥发。在钢结合金烧结过程中,也会发生相同的现象即随着烧结温度的提高,某些金属组元会挥发而受到损失。硬度分布的测量见表2所示fe后接区域的-M仅嫔激况成爨低响表2试样焊接区域显微硬度值样品钢结合金钢结合金侧焊区20碳钢侧焊区20碳钢焊前焊后S.S焊条硬质合金焊条S.S焊条硬质合金焊条焊前焊后的钢结合金和20碳钢的显微硬度变化不同,钢结合金焊后的显微硬度比焊接前提高了约9.4%12.5%;而20碳钢焊接后的显微硬度比焊接前仅提高约0.9%~4.3%;(2)两种不同Ni含量的钢结合金焊接前显微硬度基本相同,但焊接后差异就变大,含Ni量低的钢结合金焊后的显微硬度提高比含Ni量高的钢结合金显微硬度提高要大;采用不锈钢或硬质合金焊条焊接时,钢结合金侧焊区的显微硬度均高于20碳钢侧焊区的显微硬度。而采用硬质合金焊条焊接时,焊区的显微硬度均高于不锈钢焊条焊接的焊区显微硬度;(4)对不同Ni含量的钢结合金焊接区的显微硬度进行比较可以看出,不管采用不锈钢焊条,还是采用硬质合金焊条,含Ni量高的钢结合金侧焊区的显微硬度均高于含Ni量低的钢结合金侧焊区的显微硬度。

  这两种钢结合金经不同材料焊条与普通钢材进行焊接后作了拉伸试验,其结果如表3所示。采用不锈钢焊条进行焊接时,含Ni高的2试样的抗拉强度高于1试样;但是若采用硬质合金焊条时,试样1与试样2的抗拉强度无太大差别。

  表3焊接试样的抗拉强度编号S.S焊条硬质合金焊条3小结对粘结剂中镍含量不一样的两组钢结合金进行了不同材料焊条的焊接试验,并作了焊区剖面形貌观察以及显微硬度测量,在此基础上对这两组试样进行了抗拉强度的试验,拟可总结以下几点:采用不锈钢焊条或硬质合金焊条焊接钢结合金,实验证明两者均具有较好的相容性。但是发现采用本实验使用的硬质合金焊条与普通碳钢焊接时,相容性并不好。

  抗拉强度的测试表明,采用不锈钢焊条焊接时,Ni含量较高的钢结合金的抗拉强度比Ni含量较低的钢结合金高。但是采用硬质合金焊条焊接时,Ni含量较高的钢结合金的抗拉强度与Ni含量较低的钢结合金相比,抗拉强度要低些。

  焊接区的显微硬度分布测量结果表明,不管采用不锈钢焊条还是硬质合金焊条进行焊接,焊接后钢结合金的显微硬度有明显提高,含Ni量低的钢结合金显微硬度的提高更大些;而对于钢结合金侧焊区的显微硬度,含Ni量高的钢结合金侧焊区的显微硬度均高于含Ni量低的钢结合金侧焊区的显微硬度。

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