1.1 研究背景
硬质合金目前已广泛用于制造各种金属切割刀具、石油钻井和耐磨损机械零件。由于硬质合金价格比较昂贵，绝大多数硬质合金工具采用将小块硬质合金作为镶嵌件，固定于用工具钢等制造的工具工作部位，由工具钢等高强度钢来承受冲击载荷，以节省贵重的硬质合金，降低工具成本。等离子弧丝材增材制造以等高子弧为热源、焊丝为增材材料，快速直接成型致密度高、力学性能好的金属材料复杂几何构件，可极大提高材料的利用率、缩短产品的生产周期，大幅提高生产效率和制造技术的核心竞争力[1-11]。
本课题掌握双通过采用机器人双填丝PAW系统，研究硬质合金材质的等离子弧增材制造工艺，设计高强钢 硬质合金复合结构结构，制定增材制造策略，并分析成型构件的金相组织，进行力学性能检测。
1.2研究现状
事实上，绝大多数易磨损件只有部分表面为工作面，如果将易磨损工件制作成工作部分为硬度高、耐磨性好的硬质合金[12-14]，而其余部分为强度较高、韧性好的钢，当两者冶金结合为一体时，这种复合构件就获得了硬质合金的高硬度、高耐磨性和钢的高强度、高韧性的优良性能而克服了两者的弱点[15-16]。因此，为了充分发挥硬质合金和钢各自的优势，降低材料成本、提高构件工作性能和使用寿命，人们也在不断开发硬质合金的复合技术[17]。
大连交通大学张一鸣等[18]选取 ENi102 焊条，Z408 焊条和 Fe55NiC 焊丝，以电弧焊的方式45钢表面堆焊过渡层，再与 YG20 进行激光焊接，得出以下结论：YG20硬质合金与45钢无过渡层直接激光焊时，在焊缝与硬质合金界面位置生成了有害脆性eta;相和鱼骨状共晶碳化物，且硬质合金侧形成宽 15mu;m 左右的 WC 疏松区， 导致接头性能较弱；45 钢表面堆焊铁镍合金和纯镍都可以抑制界面脆性 eta; 相的生成，碳化物呈点状弥散分布，界面碳化物的量与焊缝 Ni 元素浓度有关，Ni 元素浓度越高，形成的点状碳化物越少；过渡层金属的膨胀系数是影响接头力学性能的主要因素，改变过渡层中的 Ni 含量可以调整膨胀系数的大小，当过渡层的膨胀系数介于 45 钢与硬质金之间，并且接近硬质合金时，缓解 应力作用最强，对接头力学性能提高最有利，其硬度分布表如图1所示。
图1：硬度分布表
哈尔滨工业大学陈国庆等[19]对 WC-Co /40Cr 进行电子束焊接试验，研究了焊缝和界面组织。结果表明，焊缝主要由马氏体和脆性 eta; 相组成，在组织和拉应力作用下生成两种典型裂纹缺陷，一类为冷却过程中尚未凝固的液态薄膜不能填充间隙产生的结晶裂纹;如图2所示：一类为较大残余拉应力使得焊缝中硬脆相开裂形成的淬硬脆化裂纹界面由于元素扩散作用产生贫碳环境，在合适的温度梯度下会有 eta; 相包络生成． 测试接头的力学性能，发现接头平均抗剪强度为 506 MPa，断裂贯穿于硬质合金热影响区、界面、焊缝处，分别呈现沿晶断裂、准解理断裂和解理断裂的特征.
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