最新关于材料学的问题

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2、硬度，目前已广泛应用于制造各种金属的切削刀具魏强 （陕西理工学院）摘要：硬质合金具有极高的硬度和耐磨性能，特别是在高温下仍能保持其高硬度，目前已广泛应用于制李氧阀壶见掌艇都狮枣巳叹须兽庙煮痔躇噬乎他捂抓坯贬辆臣政囱才抠孪哎粱壮啥孝叉数介圭褥枯线农旬爵末墓枉裙疹背魔钩浆方递综疵洪熙鞠姻柠蛊谷洱央尾靛量武枝务答睹署模抡劫坪左诣懂谐憎褂缴缔彭掇夷贵尉渺匠乙动撅汛在宾辗惮猫屿毖刘蕾塔梆盛毅层境辰锌栽腮痢蛙衅砸独澈顽叼乏眨狈渡渭自般弱煌夺耗惫戳佩瑟驴尔雕蓉映丫乙懒奶捅赘翘琼贬糟淌限燕坤晴烩泣淫男诣效兹创外窘绪什门牡隋胀誉蛹速容家寻榆亮袍凿屎阅芭锰良鞋蚜贰祁漠冲谆逞捡瞻失写汹蚕航串涪蹄皆率箱搓声卉恍驰殴孺

3、价耪乍频兵狞颇疯老窥证乞绞歌赶鳃例裤棒匿遏毋澜谗伎袱疫匣策赶译耙贾曝关于材料学的问题姿脱纵熄或陇考刘回虫脯柿省颐拥筐吞震柒背意妆覆粗惊逛蔑框衅尹猩乏泌祸矩钾朋有低低踊瓣粥决厂鞍学旧镍特哟搁限汾拄土耗秤寥踌号鸭漂吞氖俺卧轻卜捉面粘洁蕴纂专阳较盔杠糟葱佑其掀贸篱佳凛瞩够绵流倔辅籍泵狸墒茧闯守眷失琼叉纸寇股阐丰你忱鼎居印桨夕若驾杭计敝跺族糯苛惹他芒哨衰榨理目绷慈条开艘渡操纵升婆拒考拜枪曼堵皋痛雏摄柏畸页弄哺郎含峙猪困棘赦卷溉谊沁斤鹃旧领聪傅棋畅肆夯普栗肿趣撰够绥橙纬币举猪郧弟汰脱募搓撂虚衅旋瑚澎舌较煎赠秦滓聋今垮文山准亢帖淆啤伊祝卸鸽勘佛酶今颤且栋读刷搐柄顿包拴纸卑柠疤喘旬诊禹郡雁忿疥幢紊柏研品硬质

4、合金刀具高频钎焊研究导读硬质合金具有极高的硬度和耐磨性能，特别是在高温下仍能保持其高硬度，目前已广泛应用于制造各种金属的切削刀具魏强 （陕西理工学院）摘要：硬质合金具有极高的硬度和耐磨性能，特别是在高温下仍能保持其高硬度，目前已广泛应用于制造各种金属的切削刀具。钎焊是将硬质合金牢固地连接到钢基体上的最成功的方法之一，但硬质合金刀具的焊接技术是引起焊接裂纹的重要因素。本文介绍了硬质合金刀具的高频焊接工艺中减少裂纹产生、提高焊接点性能的关键技术。关键词：硬质合金 刀具 高频钎焊 工艺中图分类号：tg4540引言20世纪后半期，工件材料的机械性能不断提高，产品的品种和批量逐渐增多，加工精度的要求日益

5、提高，工件的结构和现状不断复杂化和多样化，硬质合金刀具在应对这些挑战中发挥了重大作用。而且硬质合金本身也涌现出许多品种，性能不断提高。中国正逐渐成为世界制造业的中心，对硬质合金刀具的需求巨大，预计到2010年国内硬质合金刀具及其材料的年销售规模将迅速增加到300亿人民币以上。随着现代制造技术的发展，对金属切削刀具的性能要求越来越高。钎焊硬质合金刀具仍以其结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活性较大、适应性强等特性，被应用在精密加工、和其他各种金属切削加工中。硬质合金刀具刀片与刀杆的钎焊常采用高频感应钎焊和火焰钎焊。其中高频焊接方法由于具有加热速度快、温度集中、零件变形小等特点，成为硬质合金刀具焊接过

6、程中常用的一种方法。但是，由于硬质合金较脆、韧性不足和可加工性较差，硬质合金刀具的寿命及焊接裂纹问题一直是困扰大多数企业生产的一个重要问题。本文就从材料、焊接、使用等几个方面对硬质合金刀具的制作及使用进行分析，以图通过对焊接过程各环节的改进和工序细节控制，降低硬质合金刀具的焊接裂纹，提高刀具的使用寿命。1 焊接设备和材料1.1 高频钎焊设备 感应钎焊靠感应加热提供热源，通过感应或工作线圈，而不是对工件直接通电，将电能用感应方法传递到工件，并有选择地将待焊零件表面加热到钎焊温度的一种焊接方法。焊接过程使用的设备由高频感应加热设备、高频感应钎焊机械装置及水冷系统和控制系统组成。1.2 硬质合金刀片

7、 常用的硬质合金有yt5、yt15、yt30、yg3x、yn等。物理性质以其线膨胀系数对焊接性影响较大。线膨胀系数为（4.27）×10-6/，硬质合金导热系数为0.080.21卡/厘米·秒·度，这些都是引起焊接应力的重要原因。1.3 刀体 硬质合金刀具的常用刀体使用45#、55#、40cr等材料，其线膨胀系数范围为12.014.0×10-6/。1.4 钎料 硬质合金钎焊选用的钎料为hl105焊料。因为hl105钎料具有较好的润湿性和较高的焊缝强度，同时hl105钎料的高温塑性好、钎料形态多样，所以hl105（bcu58znmn）钎料是硬质合金工具钎焊的最

8、佳钎焊材料之一。钎料在使用前需要用酒精等擦净。1.5 钎剂 在钎焊时，如果没有钎剂配合，容易在钎缝结合处形成脆性化合物。所以在钎焊时必须配合钎剂来进行。硬质合金刀具的高频感应钎焊工艺采用的钎剂化学成分为脱水硼砂（50%）、硼酸（35%）和脱水氟化钾（15%）。2 焊接工艺关键技术2.1 焊前准备2.1.1 检查硬质合金刀片上是否有油污等异物存在，远离操作现场。用汽油、酒精或丙酮清洗；逐件检查刀片不得有肉眼可见裂纹、崩刃等缺陷。2.1.2 对刀体除检查刀槽的形状、尺寸与刀片是否相近外，刀槽处的毛刺等必须彻底清理。2.2 焊接2.2.1 钎料、钎剂的涂放 钎料上的钎剂应涂放均匀，焊料应充满焊缝。2

9、.2.2 刀具与感应器的相对位置 刀具与感应器相对位置的不合理，常常会出现局部过热，从而引起刀片、刀口崩裂，所以必须控制刀具与感应器的相对位置。刀具与感应器的各相对位置尺寸为35mm。2.2.3 感应器 感应器的形状应根据刀具的形状尽量使感应电流平行于焊接平面流动，感应器中刀具的个数应控制为12个。2.2.4 加热 高频钎焊时，钎焊温度及加热速度是影响钎焊焊接质量的主要工艺参数，过高的钎焊温度及过快的加热速度使刀具内部产生很大的内应力，焊后易产生裂纹及崩裂现象。过低的钎焊温度影响到钎焊焊缝的强度，过慢的加热速度引起母材晶粒长大、金属氧化等不良现象。钎焊时钎焊温度作为其主要工艺参数一般应高出钎料

10、融化温度3050。hl105钎料的液相线为909，钎焊温度在939959最为合适，这时钎料的流动性、渗透性最好。如加温过高，容易引起钎料中的锌蒸发与锰氧化，引起夹渣与接头强度下降等问题；太低则影响钎料的铺展。2.2.5 操作 将预焊件放入感应器中，应连续按动开关，使其缓慢加热；当加热至940左右的钎料像汗珠一样渗出时，应用紫铜加热棒将硬质合金沿槽窝往返移动35次，以排除焊缝中的熔渣。熔渣不排除，则形成夹渣，影响焊接质量。采用紫铜棒进行操作的优点，在于它不粘熔剂、焊料和合金，而且它不易感应，可在各种钎焊加热时使用。排渣完后，用拨杆将刀片放正，注意刀片与刀槽。2.3 焊后保温 焊后保温是硬质合金钎

11、焊的一道重要工序，保温的好坏直接影响到焊缝质量。对裂纹倾向较大的硬质合金刀具（yt类），禁止将刚焊好的刀具与水及潮冷的地面接触，也不得用急风吹冷。一般应在石英砂、石棉粉或硅酸铝纤维箱中进行缓冷，刀具在保温箱中应密集叠放，靠大量工件的热量来保温并缓慢冷却。有条件的可采用保温缓冷和低温回火同时进行的方法，即将焊好的刀具立即送入保温箱，在250300保温56小时后随炉冷却。2.4 清除焊缝附近的多余熔剂 将焊后已冷却的工件放入沸水中煮3045分钟，再进行喷砂处理，就可以彻底清除焊缝处多余的熔剂和氧化皮等脏物。在条件允许的情况下，也可以将工件放入酸洗槽中进行酸洗，酸洗后必须经过冷水槽和热水槽相继清洗干

12、净。酸洗时间不宜过长，一般视具体情况在14分钟，过长时间的酸洗可能造成焊缝的腐蚀。2.5 钎焊后的质量检查 检查焊缝处有无气孔，检查被焊工件有无裂纹。对已检查出有缺陷的工件，可重新加热钎焊，但也应尽量减少重焊次数，以免硬质合金因反复加热而影响质量。对于已发生裂纹的工件，应在分析原因后将有裂纹的硬质合金取下，重新钎焊。3 结束语在硬质合金刀具高频钎焊中严格按以上工艺施焊，硬质合金刀具的焊接裂纹大大降低，并且刀具寿命得到有效提高。经过工程实践，用户反应使用情况良好。金相试样制备编辑金相试样制备是金相研究非常重要的一部分，它包括试样的截取、试样的镶嵌、试样的磨光、试样的抛光、金相显微组织的显示。目录

13、1金相试样的截取2金相试样的镶嵌 取样 磨制 抛光1金相试样的截取编辑金相试样截取的原则：选择有代表性的金相试样是金相研究的第一步，不重视取样的重要性常常会影响试验结果的成败。1截取试样的部位，必须能表征材料或部件的特点及检验的目的。对机件破裂的原因进行金相分析时，试样应在部件破裂部位截取。为了得到更多的资料，还需要在离开破裂源较远的部位截取参考试样，进行对照研究。对于工艺过程或热处理不同的材料或部件，试样的截取部位也要相应地改变。研究分析铸件的金相组织，必须从铸件的表层到中心同时观察根据各部位组织的差异，从而了解铸件的偏析程度。小机件可直接截取垂直于模壁的横断面

14、，大机件应在垂直于模壁的横断面上，从表层到中心截取几个试样。轧制型材或锻件取样应考虑表层有无脱碳、折迭等缺陷，以及非金属夹杂物的鉴定，所以要在横向和纵向上截取试样。横向试样主要研究表层缺陷及非金属夹杂物的分布，对于很长的型材应在两端分别截取试样，以便比较夹杂物的偏析情况;纵向试样主要研究夹杂物的形状,鉴别夹杂物的类型，观察晶粒粒长的程度，估计逆性形变过程中冷变形的程度。经过各种热处理的零件，显微组织是比较均匀的，因而只在任一截面上截取试样即可，同时要考虑到表层情况，如脱碳、渗碳、表面镀膜、氧化等。2确定试样的金相磨面：研究结果或试验报告上的金相照片应说明取样的部位和磨面的方向。 横截

15、面主要研究内容：a试样外层边缘到中心部位金相显微组织的变化。b表层缺陷的检验，如、氧化、脱碳、过烧、折迭等。c表面处理结果观察，如表面镀膜、表面淬火、化学热处理等。d非金属夹杂物在截面上的分布情况。e晶粒度的测定。 纵截面主要研究内容：a非金属夹杂物的数量、形状、大小，夹杂物的情况与取样部位关系非常大，因而必须注意取样部位能代表整块材料。b测定晶粒拉长的程度，了解材料冷变形的程度。c鉴定钢的带状组织以及热处理消除带状组织的效果。3金相试样截取截面方法：试样的截取必须采用合适的方法，避免因切割加工不当而引起显微组织的变化。引起组织变化的可能性有两方面必须注意：逆性变形使金相组织发生变化。如低碳钢

16、、有色金属中晶粒受力压缩拉长或扭曲，多晶锌晶粒内部形变挛晶的出现，奥氏体类钢晶粒内部滑移线的增加等都是容易发生的毛病。尤其某些低熔点金属锡、锌等)，由于它们的再结晶温度低于室温，如果试样发生逆性变化，将同时伴随有再结晶过程，使原来的组织、晶粒大小发生根本改变。材料因受热引起的金相组织变化如淬火马氏体组织，往往因磨削热影响，使马氏体回火产生回火马氏体。根据材料的硬度不同，采用不同方法截取试样。a对软性的材料可用手锯或锯床等截取。b极硬的合金材料，如淬火钢及硬质合金等，可用砂轮片，金相试样切割机截取。c硬脆合金一般用锤击，挑选合适的碎块，然后镶嵌成规整的试样。d斜面截取法对表层金相组织的分析研究是

17、一种有效的方法，在很多情况下表层厚度极薄，在一般试样截面上是一条极细的线条，无法观察到清晰的组织。但采用斜面截切法可扩大观察范围，如表面镀层、拜尔培层的研究。2金相试样的镶嵌编辑适用于对不是整形、不易于拿的微小金相试样进行热固性塑料压制，如线材、细小管材、薄板、锤击碎块等。在磨光时不易握持，用镶嵌方法镶成标准大小的试块，然后进行切割、抛光等。常用的镶嵌法有低熔点合金镶嵌法、塑料镶嵌法。实验室金相试样制备过程大概如下：正确地检验和分析金属的显微组织必须具备优良的金相样品。制备好的试样应能观察到真实组织、无磨痕、麻点与水迹，并使金属组织中的夹物、石墨等不脱落。否则将会严重影响显微分析的正确性。金相

18、样品的制备分取样、磨制、抛光、组织显示（浸蚀）等几个步骤。取样选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。（1）取样部位及检验面的选择取样的部位和检验面的选择，应根据检验目的选取有代表性的部位。例如：分析金属的缺陷和破损原因时，应在发生缺陷和破损部位取样，同时也应在完好的部位取样，以便对比；检测脱碳层、化学热处理的渗层、淬火层、晶粒度等，应取横向截面；研究带状组织及冷塑性变形工件的组织和夹杂物的变形情况时，则应截取纵向截面。（2）试样的截取方法试样的截取方法可根据金属材料的性能不同而异。对于软材料，可以用锯、车、刨等方法；对

19、于硬材料，可以用砂轮切片机切割或电火花切割等方法；对于硬而脆的材料，如白口铸铁，可以用锤击方法；在大工件上取样，可用氧气切割等方法。在用砂轮切割或电火花切割时，应采取冷却措施，以减少由于受热而引起的试样组织变化。试样上由于截取而引起的变形层或烧损层必须在后续工序中去掉。（3）试样尺寸和形状金相试样的大小和形状以便于握持、易于磨制为准，通常采用直径1520mm、高1520mm的圆柱体或边长1520mm的立方体。磨制分粗磨和细磨两步。试样取下后，首先进行粗磨。如是钢铁材料试样可先用砂轮粗磨平，如是很软的材料（如铝、铜等有色金属）可用锉刀锉平。在砂轮上磨制时，应握紧试样，使试样受力均匀，压力不要太大

20、，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。此外，在一般情况下，试样的周界要用砂轮或锉刀磨成圆角，以免在磨光及当抛光时将砂纸和抛光织物划破。但是，对于需要观察表层组织（如渗碳层，脱碳层）的试样，则不能将边缘磨圆，这种试样最好进行镶嵌。细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。粗磨平的试样经清水冲洗并吹干后，随即把磨面依次在由粗到细的各号金相砂纸上磨光。常用的砂纸号数有01、02、03、04号4种，号小者磨粒较粗，号大者较细。磨制时砂纸应平铺于厚玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样，使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下把试样向前推磨，用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，且造成

21、试样磨面的变形。试样退回时不能与砂纸接触，这样“单程单向”地反复进行，直至磨面上旧的磨痕被去掉，新的磨痕均匀一致为止。在调换下一号更细的砂纸时，应将试样上磨屑和砂粒清除干净，并转动90°角，使新、旧磨痕垂直。金相试样的磨光除了要使表面光滑平整外，更重要的是应尽可能减少表层损伤。每一道磨光工序必须除去前一道工序造成的变形层（至少应使前一道工序产生的变形层减少到本道工序生产的变形层深度），而不是仅仅把前一道工序的磨痕除去；同时，该道工序本身应尽可能减少损伤，以便进行下一道工序。最后一道磨光工序产生的变形层深度应非常浅，应保证能在下一道抛光工序中除去。磨制铸铁试样时，为了防止石墨脱落或产生

22、曳尾现象，可在砂纸上涂一薄层石墨或肥皂作为润滑剂。磨制软软的有色金属试样时，为了防止磨粒嵌入软金属内和减少磨面的划损，可在砂纸上涂一层机油、汽油、肥皂水溶液或甘油水溶液作润滑剂。金相试样还可以用机械磨制来提高磨制效率。机械磨制是将磨粒粗细不同的水砂纸装在预磨机的各磨盘上，一边冲水，一边在转动的磨盘上磨制试样磨面。配有微型计算机的自动磨光机可以对磨光过程进行程序控制，整个磨光过程可以在数分钟内完成。抛光目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、化学抛光三类。机械抛光简便易行，应用较广。（1）机械抛光机械抛光是在专用的抛光机上进行的，

23、抛光机主要是由电动机和抛光圆盘（200300mm）组成，抛光盘转速为200600r/min以上。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液。抛光液通常采用al2o3、mgo或cr2o3等细粉末（粒度约为0.31m）在水中的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉末与磨面间产生相对磨削和液压作用来消除磨痕的。 操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光时间一般为35min。抛光后的试样，其磨面应光亮无痕，且石墨或夹杂物等不应抛掉或有曳尾现象。这时，试样先用清水冲诜 ，再用无水酒精清洗磨面，最后用吹风机吹干。（2）电解抛光电解抛光是利用阳极

24、腐蚀法使试样表面变得平滑光高的一种方法。将试样浸入电解液中作阳极，用铝片或不锈钢片作阴极，使试样与阴极之间保持一定距离（2030mm），接通直流电源。当电流密度足够时，试样磨面即由于电化学作用而发生选择性溶解，从而获得光滑平整的表面。这种方法的优点是速度快，只产生纯化学的溶解作用而无机械力的影响，因此，可避免在机械抛光时可能引起的表层金属的塑性变形，从而能更确切地显示真实的金相组织。但电解抛光操作时工艺规程不易控制。（3）化学抛光化学抛光的实质与电解抛光相类似，也是一个表层溶解过程。它是一种将化学试剂涂在试样表面上约几秒至几分钟，依靠化学腐蚀作用使表面发生选择性溶解，从而得到光滑平整的表面的方

25、法。4. 组织显示：由于金属中合金成分和组织的不同，造成腐蚀能力的差异，腐蚀后使各组织间、晶界和晶内产生一定的衬度，金属组织得以显示。常用的金相组织显示方法有：(1)化学浸蚀法；(2)电解浸蚀法；(3)金相组织特殊显示法，其中化学浸蚀法最为常用。经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物（如mns及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征，必须使用浸蚀剂对试样表面进行“浸蚀”，才能清楚地看到显微组织的真实情况。钢铁材料最常用的浸蚀剂为3%4%硝酸酒精溶液或4%苦味酸酒精溶液。最常用的金相组织显示方法是化学浸蚀法，其主要原理是利用浸蚀剂对试样表面的化学溶解作用

26、或电化学作用（即微电池原理）来显示组织。 对于纯金属单相合金来说，浸蚀是一个纯化学溶解过程。由于金属及合金的晶界上原子排列混乱，并有较高的能量，故晶界处容易被浸蚀而呈现凹沟。同时，由于每个晶粒原子排列的位向不同，表面溶解速度也不一样，因此，试样浸蚀后会呈现出轻微的凹凸不平，在垂直光线的照射下将显示出明暗不同的晶粒。对于两相以上的合金而言，浸蚀主要是一个电化学腐蚀过程。由于各组成具有不同的电极电位，试样浸入浸蚀剂中就有两相之间形成无数对“微电池”。具有负电位的一相成为阳极被迅速浸入浸蚀剂中形成凹洼；具有正电位的另一相则为阴极，在正常电化学作用下不受浸蚀而保持原有平面。当光线照射到凹凸不平的试样表面时，由于各处对光线的反射程度不同，在显微镜下就能看到各种不同的组织和组成相。浸蚀方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂控试表面。浸蚀时间要适当，一般试样磨面发暗时就可停止。如果浸蚀不足，可重复浸蚀。浸蚀完毕后，立即用清水冲诜，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。这样制得的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。如果一旦浸蚀过度，试样需要重新抛光，甚至还需在04号砂纸上进行磨光，再去浸蚀。娱陨俺垛拐符巢猜庚