Процесс вакуумного пайки твердого сплава

---

Твердый сплав является общим термином для сплавов, полученных методом порошковой металлургии с использованием 9 видов карбидов металлов групп IVa, Va и VIa периодической таблицы и металлов группы железа, таких как Fe, Co и Ni. Карбидная фаза придает сплаву высокую твердость и износостойкость, а связующая фаза придает сплаву определенную прочность и ударную вязкость.

Согласно составу, цементированный карбид можно разделить на пять категорий: твердый сплав на основе карбида вольфрама, твердый сплав на основе карбида титана, твердый сплав с покрытием, цементированный карбид на основе стали и другие твердые сплавы.

Цементированный карбид можно разделить на четыре категории: твердосплавные режущие инструменты, твердосплавные формы, твердосплавные измерительные инструменты и изнашиваемые детали, а также твердые сплавы для горнодобывающей промышленности.

Как правило, твердые сплавы типа WC-Co широко используются в режущих инструментах для чугуна, цветных металлов и их сплавов, штампов для штамповки металлов, штампов для штамповки, измерительных инструментов и изнашиваемых деталей для горных машин и геологоразведочных работ; -Сплавы Ti-Co в основном используются для резки стали, сплавы WC-TiC- (NbC) -Co в основном используются для резки деталей с высокой твердостью.

Хотя другие типы цементированного карбида были в значительной степени разработаны в последние годы и достигли большого успеха в некоторых специальных применениях, поскольку цементированный карбид WC-Co (то есть типа YG) обладает превосходными комплексными механическими свойствами, это цементированный карбид является наиболее широко используемым типом цементированного карбида в промышленности.

1. Проблемы, возникающие при пайке цементированного карбида

Паяльные свойства цементированных карбидов плохие. Это связано с тем, что цементированные карбиды имеют высокое содержание углерода, а неочищенные поверхности, как правило, содержат больше свободного углерода, что препятствует смачиванию припоя. Кроме того, цементированный карбид легко окисляется при температуре пайки с образованием оксидной пленки, что также влияет на смачивание припоя. Следовательно, очистка поверхности перед пайкой очень важна для улучшения смачиваемости паяемого присадочного металла на цементированном карбиде.В случае необходимости могут быть приняты такие меры, как меднение поверхности или никелирование.
Другая проблема при пайке из цементированного карбида состоит в том, что соединение подвержено растрескиванию. Это связано с тем, что его коэффициент линейного расширения составляет лишь половину от коэффициента низкоуглеродистой стали. Когда цементированный карбид припаивается к основанию такой стали, он создает большое тепловое напряжение в соединении, которое вызывает растрескивание соединения. Поэтому при пайке карбида и других материалов старайтесь принимать меры против трещин.

2. Обработка поверхности перед пайкой

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы удалить оксиды, смазку, грязь, краску и т. Д. С поверхности заготовки перед пайкой, так как расплавленный припой не смачивает поверхность неочищенной детали и не заполняет зазор соединения. Иногда, чтобы улучшить свойство пайки основного металла и улучшить коррозионную стойкость паяного соединения, перед пайкой деталь должна быть предварительно покрыта определенным слоем металла.

(1) Удалить масляные пятна, масляные пятна можно удалить с помощью органических растворителей

Обычно используемые органические растворители представляют собой спирт, тетра, хлор, углерод, бензин, трихлорин, дихлорэтан и трихлорэтан. В небольших партиях детали можно погрузить в органический растворитель и очистить. Наиболее широко используемым в массовом производстве является обезжиривание в парах органических растворителей. Кроме того, удовлетворительные результаты могут быть получены путем промывки в горячем щелочном растворе. Например, стальные детали могут быть погружены в 10% -ный раствор едкого натра при 70-80 ° С для обезжиривания. Детали из меди и медного сплава можно очистить в 50 г тринатрийфосфата, 50 г бикарбоната натрия плюс 1 л воды, и температура раствора составляет 60-80 °. C. Обезжиривание деталей также можно тщательно промыть водой после обезжиривания в моющем средстве. Когда поверхность детали полностью смачивается водой, это указывает на то, что поверхностная смазка была удалена. Для небольших деталей сложной формы и большого количества ультразвуковая очистка может также использоваться в специальных канавках. Эффективность ультразвукового обезжиривания высокая.

(2) Очистка от оксидов

Перед пайкой оксиды на поверхности детали могут быть обработаны механическими методами, методами химического травления и методами электрохимического травления. Когда механический метод очищается, ножи, металлические щетки, наждачная бумага, шлифовальные круги, пескоструйная обработка и т. Д. Могут использоваться для удаления нулевой: оксидной пленки с поверхности. Среди них для чистовой обработки используется расточка и чистка наждачной бумагой, а канавки, образующиеся во время чистки, также полезны для смачивания и растекания припоя. Шлифовальные круги, металлические щетки, пескоструйная обработка и др. Используются в серийном производстве. Поверхность алюминия и алюминиевых сплавов и титановых сплавов не должна подвергаться механической очистке.

(3) Металлическое покрытие на поверхности основного металла

Основное назначение нанесения металлического покрытия на поверхность основного металла состоит в том, чтобы улучшить паяльные свойства некоторых материалов, повысить смачивающую способность паяемого присадочного металла к основному металлу и предотвратить взаимодействие между основным металлом и паяемым присадочным металлом в отношении качества соединения, например, предотвратить возникновение дефектов. Трещины, уменьшающие поверхность раздела для производства хрупких интерметаллических соединений, в качестве слоя припоя для упрощения процесса сборки и повышения производительности.

3. Материал для пайки

(1) припой

Паяльная инструментальная сталь и твердые сплавы обычно изготавливаются из чистой меди, медно-цинкового и серебряно-медного припоя.

Чистая медь обладает хорошей смачиваемостью для различных твердых сплавов, но для достижения наилучших результатов ее необходимо паять в восстановительной атмосфере водорода. В то же время из-за высокой температуры пайки напряжение в соединении велико, что приводит к увеличению склонности к растрескиванию. Прочность соединения традиционного паяного соединения из чистой меди составляет около 150 МПа, пластичность соединения также высока, но она не подходит для работы при высоких температурах.

Медно-цинковый припой является наиболее часто используемым припоем для паяных инструментальных сталей и твердых сплавов. Чтобы улучшить смачиваемость паяемого присадочного металла и прочность соединения, легирующие элементы, такие как Mn, Ni и Fe, часто добавляют в припойный присадочный металл. Например, b-Mn58ZnMn добавляется с w (Mn) 4%, так что прочность на сдвиг паяного соединения из цементированного карбида достигает 300-320 МПа при комнатной температуре: он может поддерживать 220-240 МПа при 320 ° C. Добавление небольшого количества Co в B-Cu58ZnMn может придать паяному соединению прочность на сдвиг 350 МПа, а также высокую ударную вязкость и усталостную прочность, что значительно увеличивает срок службы инструмента и инструмента для бурения породы.

Серебряный припой имеет более низкую температуру плавления, и тепловое напряжение, создаваемое паяным соединением, меньше, что выгодно для уменьшения тенденции к растрескиванию цементированного карбида во время пайки. Чтобы улучшить смачиваемость паяемого присадочного металла и повысить прочность и рабочую температуру соединения, легирующие элементы, такие как Mn и Ni, часто добавляют в припойный присадочный металл. Например, припой B-Ag50CuZnCdNi обладает превосходной смачиваемостью по отношению к цементированному карбиду, а паяное соединение обладает хорошими комплексными свойствами.

В дополнение к вышеуказанным трем типам паяемого присадочного металла, паяльные присадки на основе Mn и Ni, такие как B-Mn50NiCuCrCo и B-Ni75CrSiB, могут использоваться для цементированного карбида, работающего при 500 ° C или выше и имеющего высокие требования к прочности соединения. Для пайки быстрорежущей стали следует выбирать специальный материал для пайки с соответствующей температурой пайки и температурой закалки. Металлический припой подразделяют на два типа, один из которых представляет собой металлический припой ферромарганцевого типа, в основном состоящий из ферромарганца и буры. Прочность на сдвиг паяного соединения обычно составляет около 100 МПа, но соединение подвержено растрескиванию; Специальный медный сплав Ni, Fe, Mn и Si, который не легко растрескивается паяным соединением, и его прочность на сдвиг может быть увеличена до 300 МПа.

(2) флюс и защитный газ

Флюс должен быть выбран в соответствии с основным металлом, который паяется, и выбранным припоем. При пайке инструментальной стали и твердого сплава в качестве флюса используется в основном бура и борная кислота, а также добавляется некоторое количество фтора (KF, NaF, CaF2 и т. Д.). Медно-цинковый припой используется с флюсом FB301, FB302 и FB105, а серебряно-медный припой – с флюсом FB101 ~ FB104. Когда высокоскоростную сталь паяют специальным припоем, в основном используется флюс буры.
Для предотвращения окисления инструментальной стали во время нагрева при пайке и для устранения очистки после пайки может использоваться газовая пайка. Защитным газом может быть инертный газ или восстановительный газ, и точка росы газа должна быть ниже -40 ° С. Твердый сплав может быть спаян под защитой водорода, а точка росы требуемого газообразного водорода должна быть ниже -59 ° С.

4. Процесс пайки

Инструментальная сталь должна быть очищена перед пайкой, и обработанная поверхность не должна быть слишком гладкой, чтобы облегчить смачивание и распространение материала и флюса. Поверхность цементированного карбида должна быть подвергнута пескоструйной обработке перед пайкой или отшлифована с помощью карбидокремниевых или алмазных кругов для удаления избытка углерода с поверхности, чтобы облегчить смачивание припоем во время пайки. Твердый сплав, содержащий карбид титана, труднее смачивать, и паста из оксида меди или никеля наносится на его поверхность и выпекается в восстановительной атмосфере для переноса меди или никеля на поверхность для улучшения смачиваемости припоя.

Пайка углеродистой инструментальной стали предпочтительно проводится до или одновременно с процессом закалки. Если пайка выполняется до процесса закалки, температура солидуса используемого паяльного присадочного металла должна быть выше, чем диапазон температур закалки, чтобы сварное соединение оставалось достаточно прочным без разрушения при повторном нагреве до температуры закалки. Когда пайка и закалка объединяются, выбирается материал для пайки, имеющий температуру солидуса, близкую к температуре закалки.

Легированные инструментальные стали имеют широкий спектр составов: для достижения хороших характеристик соединения должны быть определены подходящие припои, процессы термической обработки и методы объединения процессов пайки и термической обработки для конкретных марок стали.

Температура закалки быстрорежущей стали обычно выше, чем температура плавления серебряной меди и медно-цинкового припоя, поэтому требуется охлаждение перед пайкой и пайкой во время или после второго отпуска. Если необходимо выполнить закалку после пайки, для пайки можно использовать только специальный припой, описанный выше. Более целесообразно использовать коксовую печь для пайки высокоскоростных стальных инструментов. Когда материал для пайки расплавляется, режущий инструмент вынимается и сразу подвергается воздействию давления, а избыточный материал для пайки экструдируется, затем охлаждается маслом и затем темперируется при 550-570 ° C.

При пайке твердосплавной вставки и стального хвостовика следует применять метод увеличения зазора между паяным соединением и добавления пластиковой компенсирующей прокладки к паяному соединению, и медленное охлаждение после сварки выполняется для уменьшения напряжения пайки и предотвращения возникновения трещина. Это помогает продлить срок службы сборки твердосплавного инструмента.

5. Чистка после пайки

Большая часть остатков флюса разъедает паяное соединение, а также препятствует осмотру паяного соединения и нуждается в очистке. Остаток флюса на сварном шве сначала промывают горячей водой или обычной шлаковой смесью, а затем протравливают подходящей кислотной промывкой для удаления оксидной пленки с основного хвостовика. Но будьте осторожны, чтобы не использовать раствор азотной кислоты, чтобы предотвратить коррозию металла для пайки. Остаток органического припоя можно вытереть или очистить органическими растворителями, такими как бензин, спирт, ацетон и т. д.; остатки, такие как оксид цинка и хлорид аммония, обладают высокой коррозионной активностью и должны быть промыты в растворе 10% NaOH, затем горячей или холодной водой. Промывка, остаток буры и потока борной кислоты, как правило, решается с помощью механических средств или кипячения в кипящей воде в течение длительного времени.

6. Проверка качества пайки

Метод контроля паяного соединения можно разделить на неразрушающий контроль и проверку на разрушение. В основном это

методы неразрушающего контроля:

(1) Визуальный осмотр.

(2) Тест на окраску и тест на флуоресценцию. Эти два метода в основном используются для проверки таких дефектов, как микротрещины, поры и разболтанность, которые невозможно обнаружить визуальным осмотром.