超微粉碎机是把待粉碎的物料放入腔体内,通过物料与硬质合金刀具之间的反复的切割作用,达到粉碎物料的效果。超微粉碎机中硬质合金刀具由钢制刀体加硬质合金刀头构成。硬质合金刀头在切割粉碎物料时,常因刀头和刀体的结合强度不够而发生失效,导致整个机器无法使用,严重影响了企业的生产效率和经济效益。本文对某公司超微粉碎机中硬质合金刀具的失效现象进行了详细分析,结果表明硬质合金刀具的失效主要原因是由于火焰钎焊工艺不合理等问题引起的。针对火焰钎焊工艺存在的问题,改用钎焊工艺较好的真空钎焊对硬质合金和基体进行了连接,分析了钎焊温度、钎焊间隙和缓冲层厚度对接头界面和性能的影响,最后通过ANSYS有限元分析软件模拟分析了真空钎焊条件下硬质合金刀具焊后残余应力场分布。本文完成的主要工作有以下几个方面。1、对超微粉碎机中硬质合金刀具的现场加工工序进行了现场调查,结合实际工况并通过金相分析、扫描电镜和能谱分析、X射线衍射分析等得出超微粉碎机中硬质合金刀具的失效原因是由于火焰钎焊在焊缝中产生了未焊透、焊料分布不连续和气孔等缺陷,这些缺陷影响了超微粉碎机硬质合金刀具的使用寿命,而且火焰钎焊工艺会易使钎焊后硬质合金化学成及物相发生了变化,影响了超微粉碎机刀头的耐磨性和冲击韧性,导致超微粉碎机硬质合金刀具在粉碎物料时承受冲击载荷时产生崩裂、裂纹和脱落等失效现象。2、在真空钎焊炉中,研究了YG8硬质合金刀头和45钢刀体的真空钎焊工艺,通过剪切强度试验、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等试验研究了不同钎焊温度、钎焊间隙、Cu缓冲层对真空钎焊接头性能和组织的影响。(1)观察焊后组织的断面结构,真空钎焊接头由三个主要区组成：钎缝中心区、钢侧界面反应区和硬质合金侧界面反应区,两侧界面反应区Fe-Co-Ni单向固溶体组织,该组织的强度和硬度较高能够显著提高接头的冶金结合能力；钎缝中心区主要为Cu-Mn基固溶体组织,Cu-Mn基固溶体组织塑性较好。(2)真空钎焊温度是影响焊接接头质量的重要参数之一。如果钎焊温度过低,Fe、 Co等形成Fe-Co-Ni固溶体元素的扩散速度较慢,难以通过钎缝在两侧界面反应区形成足够的Fe-Co-Ni固溶体组织,此时接头冶金结合较差,强度较低；如果钎焊温度过高,此时Fe、Co等元素的扩散速度较快,易通过钎缝在钎焊接头两侧界面反应区形成过多的强度较高的Fe-Co-Ni基固溶体组织,而且温度太高会使焊后接头残余应力增加,导致接头强度很低。钎焊温度为1000℃时,在钎焊接头形成适量的Fe-Co-Ni基固溶体组织,而且焊后的接头残余应力很小,此时钎焊接头的剪切强度最高,达到了289MPa。(3)真空钎焊间隙对接头强度有极大的影响。如果真空钎焊间隙过小,由于钢与硬质合金的热膨胀系数差异太大,加上过小的间隙易使在两侧界面反应区的硬度较高的固溶体组织较多,会使焊后接头的残余应力很大,接头在硬质合金侧断裂,接头强度较低；如果钎焊间隙过大,Fe、Co、Ni等元素通过钎缝在两侧界面反应区形成足够的Fe-Co-Ni基固溶体组织的距离增加,结果是在两侧界面反应区的固溶体组织会大幅度减少,使得接头的冶金结合较差,强度较低。试验结果表明,在钎焊温度1000℃时,最佳钎焊间隙为0.18mm。(4)Cu缓冲层有良好的塑性,有利于缓解钎焊接头的残余应力,但是Cu缓冲层阻碍了Fe、Co、Ni等元素的长程扩散,使得在两侧界面反应区的反应物较少,接头冶金结合不够,添加不同厚度的Cu缓冲层对接头的强度提高不明显。3、采用ANSYS有限元分析软件对直接真空钎焊和添加Cu缓冲层两种真空钎焊工艺下接头的残余应力进行了数值模拟。模拟结果表明：在真空钎焊接头随炉冷却到室温时,两种工艺下的接头都存在较大的应力梯度,其中YG8硬质合金侧靠近钎缝处的应力大于45钢靠近钎缝处,YG8硬质合金靠近钎缝处为危险区域,在工作时承受外力的作用下断裂会从此处开始。直接钎焊和添加Cu缓冲层后钎焊,钎焊接头应力大小变化规律相同,都是随着钎焊间隙和Cu缓冲层厚度的增加,接头的残余应力逐渐较小,而且添加Cu缓冲层后比未添加Cu缓冲层接头的残余应力大幅度降低,ANSYS有限元数值模拟结果验证了添加塑性较好的Cu缓冲层工艺比未添加可以有效的降低接头的残余应力。