3.2. Способы соединения твердого сплава со сталью.

Пайка припоями с высокой температурой плавления.

Основными факторами, от которых зависит качество пайки, являются материал державки (корпуса), припоев и флюсов, качество подготовки поверхности к пайке, режимы нагрева и способы охлаждения после пайки. Из-за существенной разницы коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР) твердого сплава и стали в процессе пайки формируются остаточные внутренние напряжения, которые могут быть причиной образования трещин в твёрдом сплаве или снижения работоспособности инструмента. Поэтому выбор материалов и технология пайки должны в максимальной степени уменьшатьотрицательное влияние напряжений.[ 1 ]

Диффузионная сварка в вакууме.

При изготовлении инструмента и оснастки, работающих при высоких знакопеременных нагрузках пайка припоями на основе меди, как правило, не обеспечивает требуемой надежности соединения твердый сплав-сталь. Лучшим способом соединения для такого инструмента является диффузионная сварка.

Диффузионная сварка - разновидность сварки давлением - осуществляется благодаря взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и незначительном пластическом деформировании. Свариваемые детали помещают в камеру. Для предотвращения окисления деталей в процессе разогрева и сварки в камере создают вакуум (возможна замена вакуума восстановительной газовой атмосферой). Проводят нагрев зоны сварки до температуры, равной 0,5-0,7 температуры плавления металла, имеющего более низкую температуру плавления. Затем детали сжимают и выдерживают в сжатом состоянии некоторое время.

В связи с существенным различием физико-механических свойств (коэффициент термического линейного расширения, теплопроводность, предел прочности при сжатии) стали и твердых сплавов их сварку проводят с применением промежуточной прослойки никеля (Н2) или пермаллоя (50НП), облегчающей выполнение процесса.

Прочность соединения твердый сплав-сталь находится в большой зависимости от технологических режимов сварки. Наибольшее влияние на прочность соединения оказывает изменение температуры сварки. Предел прочности соединений твердый сплав ВК20-сталь, выполненных на оптимальных режимах, составляет: на срез-400-460 МПа, на кручение 280-300 МПа; на растяжение-600-880 МПа.

При диффузионной сварке твердого сплава и стали неизбежно возникновение напряжений первого рода, которые вызывают деформирования детали и могут быть причиной ее разрушения либо после сварки, либо в процессе работы.

Поэтому при разработке технологии сварки твердого сплава со сталью необходимо стремиться уменьшить уровень напряжений настолько, чтобы они не влияли отрицательно на работоспособность детали.

Для порошковых твердых сплавов наиболее опасными являются растягивающие напряжения, при формировании которых на наружной поверхности твердого сплава, а, следовательно, и на рабочих кромках инструмента, возможно выкрашивание рабочих кромок инструмента или образование трещин.

Значения остаточных напряжений зависят от соотношения толщины твердого сплава и стали. Наиболее низкие напряжения формируются при соотношении толщины твердого сплава и стали, равном 1:3. При термообработке длинных деталей непосредственно после сварки на расстоянии 20—30 мм от зоны сварки образуется переходные зоны твердостью НКС_Э 32-34.

Диффузионная сварка в вакууме широко используется для соединения твердого сплава со сталью при изготовлении пуансонов ударного выдавливания и объемного деформирования, вырубных штампов и пресс-форм для порошковой металлургии и обеспечивает высокую работоспособность изготовленных деталей.