YG15硬质合金与40Cr基体的高频感应钎焊研究

论文摘要

捣固镐是在大型铁路养护机械——捣固车上使用的一种易耗工具。使用中捣固镐需要插入铁路道床的石渣中,通过移动与振动使道床的石渣紧固密实。延长捣固镐的使用寿命可以提高捣固车的作业效率、节约能源和降低成本。捣固镐的磨损是其失效的主要原因,延长捣固镐使用寿命的关键是提高其表面的耐磨性。在捣固镐容易磨损的位置包覆硬质合金能大幅地提高其耐磨性,延长使用寿命。在捣固镐表面包覆硬质合金是异种材料之间的焊接,结合强度往往较低。另外,硬质合金与钢的热膨胀系数相差较大,在焊后冷却收缩的过程中,焊缝附近会产生很大的残余应力,严重时会导致硬质合金开裂。本文在对40Cr捣固镐基体与YG15硬质合金焊接理论分析和对进口捣固镐分析研究的基础上,探索与总结在捣固镐上包覆硬质合金的方法与工艺。通过大量的实验分析与对比发现,40Cr基体与YG15硬质合金在无保护气氛下钎焊时,硬质合金的表面粗糙度大小、钎焊预热时间和加热时间对焊接强度影响较小；而焊后保温温度与时间、施加压力大小、硬质合金表面腐蚀对焊接强度影响较大。在钎焊过程中施加15kg左右的压力比较合适,压力过大会使焊缝的厚度过小而增大其内应力。焊后在400℃下保温8小时左右焊缝的结合强度较高,不过焊缝中Ag、Cu和Zn元素的偏析和扩散现象比较严重,而W和Co元素的扩散程度比较小。元素的偏析与扩散导致焊缝界面附近Ag的含量减少,而Cu、Zn和Fe的含量增加易生成脆性组织,特别是Fe元素容易在焊缝靠近硬质合金的一侧聚集,产生脆性的η相,这是焊缝强度较低,呈脆性断裂的主要原因。硬质合金表面用酸腐蚀能有效地去除表面的氧化膜,但是会降低其焊接强度。银铜合金夹铜的三层钎料对YG15硬质合金与40Cr基体的焊接效果要优于普通的银基钎料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 捣固车
• 1.3 捣镐
• 1.4 本课题的研究内容及意义
• 1.5 国内外的研究现状
• 1.6 本章小结
• 第二章 硬质合金与钢基体的钎焊分析
• 2.1 硬质合金
• 2.1.1 硬质合金的分类
• 2.1.2 硬质合金的性能
• 2.2 硬质合金焊接
• 2.2.1 钎焊
• 2.2.2 钎焊的分类
• 2.3 YG15硬质合金与40Cr合金的可焊性分析
• 2.3.1 YG15硬质合金的焊接性能分析
• 2.3.2 40Cr合金的可焊性分析
• 2.4 钎料与钎剂
• 2.4.1 钎料
• 2.4.2 钎剂
• 2.4.3 钎焊过程中钎料与母材的相互作用
• 2.5 影响焊接质量因素分析
• 2.5.1 钎料的润湿与填充
• 2.5.2 焊接残余应力
• 2.5.3 脆性η相的生成
• 2.6 解决措施
• 2.7 国外捣固镐焊缝分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 实验条件及方法
• 3.1 实验内容和方案
• 3.1.1 试验内容
• 3.1.2 实验方案
• 3.2 实验仪器与设备
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 实验材料的焊前准备
• 3.3.2 高频感应钎焊
• 3.4 试样检测
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 试样的断口形貌和冲击试验数据分析
• 4.1.1 第一阶段试验数据分析
• 4.1.2 第二阶段试验数据分析
• 4.2 试样扫描及能谱分析
• 4.2.1 H21试样
• 4.2.2 J2试样
• 4.2.3 K3试样
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文及专利申请情况