Perché la brasatura del carburo cementato rappresenta una tale sfida? Questo articolo illustra le basi della brasatura di questo materiale incredibilmente duro, descrivendo in dettaglio i processi, i materiali e le tecniche necessarie per ottenere giunti solidi e affidabili. Dalla preparazione della superficie alla scelta del metallo d'apporto e del flusso giusti, imparerete i consigli essenziali per superare problemi comuni come la scarsa bagnabilità e la fessurazione dei giunti. Acquisirete informazioni che possono migliorare la durata e le prestazioni dei vostri assemblaggi brasati.
Il carburo cementato è un nome generico di lega preparata mediante metallurgia delle polveri a partire da 9 tipi di metallo carburi dei gruppi IVa, Va e VIa della tavola periodica degli elementi e metalli del gruppo del ferro come Fe, Co e Ni.
La fase di carburo conferisce alla lega un'elevata durezza e resistenza all'usura, mentre la fase legante conferisce alla lega una certa resistenza e tenacità.
In base alla composizione, i carburi cementati possono essere suddivisi in cinque categorie: carburi cementati a base di carburo di tungsteno, carburi cementati a base di carburo di titanio, carburi cementati rivestiti, carburi cementati a base di acciaio e altri carburi cementati.
In base al suo campo di applicazione, il carburo cementato può essere suddiviso in quattro categorie: utensili da taglio in carburo cementato, stampi in carburo cementato, carburo cementato strumenti di misura e parti resistenti all'usura, e carburo cementato per la geologia mineraria e petrolifera.
In generale, i carburi cementati WC Co sono largamente utilizzati, come ad esempio utensili da taglio, stampi per la trafilatura dei metalli, stampi per timbratura, strumenti di misura per la ghisa, metalli non ferrosi e le loro leghe, e parti resistenti all'usura per macchine da miniera e per l'esplorazione geologica;
Le leghe WC Ti Co sono utilizzate principalmente per taglio dell'acciaio;
Le leghe WC TiC - (NbC) - Co sono utilizzate principalmente per il taglio di parti in materiali ad alta durezza.
Sebbene altri tipi di carburi cementati abbiano fatto grandi progressi negli ultimi anni e abbiano ottenuto grandi successi in alcune applicazioni speciali, i carburi cementati della serie WC Co (cioè il tipo YG) hanno proprietà meccaniche complessive molto eccellenti e sono i carburi cementati più diffusi e utilizzati nell'industria.
La brasabilità del carburo cementato è scarsa.
Questo perché il contenuto di carbonio del carburo cementato è elevato e la superficie non pulita contiene spesso più carbonio libero, che ostacola la bagnatura della saldatura.
Inoltre, il carburo cementato è facile da ossidare e formare pellicole di ossido in corrispondenza di temperatura di brasatura, che influisce anche sulla bagnabilità della saldatura.
Pertanto, la pulizia della superficie prima brasatura è molto importante per migliorare la bagnabilità del metallo d'apporto per brasatura sul carburo cementato.
Se necessario, si possono adottare misure come la ramatura o la nichelatura della superficie.
Un altro problema della brasatura al carburo cementato è la facilità di fessurazione del giunto.
Questo perché il suo coefficiente di espansione lineare è solo la metà di quello dell'acciaio a basso tenore di carbonio.
Quando il carburo cementato viene brasato con la matrice di questo tipo di acciaio, si genererà una forte sollecitazione termica nel giunto, che porterà alla fessurazione dello stesso.
Pertanto, è necessario adottare misure di prevenzione delle cricche durante la brasatura del carburo cementato con materiali diversi.
Prima della brasatura, è necessario rimuovere accuratamente gli ossidi, il grasso, la sporcizia e la vernice presenti sulla superficie del pezzo, perché la saldatura fusa non può bagnare la superficie delle parti non pulite, né riempire la fessura del giunto.
A volte, per migliorare la brasabilità del metallo di base e la resistenza alla corrosione del giunto brasato, le parti devono essere pre-rivestite con un certo strato di metallo prima della brasatura.
I solventi organici più comuni includono alcool, tetracloruro di carbonio, benzina, tricloroetilene, dicloroetano e tricloroetano.
Durante la produzione di piccoli lotti, lo zero può essere pulito immergendolo in un solvente organico.
Il più utilizzato nella produzione di massa è lo sgrassaggio in vapore di solvente organico.
Inoltre, è possibile ottenere risultati soddisfacenti in soluzione alcalina calda.
Ad esempio, le parti in acciaio possono essere sgrassate immergendole in una soluzione di soda caustica 10% a 70-80 ℃, mentre le parti in rame e in lega di rame possono essere pulite in una soluzione di 50 g di fosfato trisodico, 50 g di bicarbonato di sodio e 1 litro d'acqua a una temperatura di 60-80 °C.
Le parti possono anche essere sgrassate con un detergente e poi pulite accuratamente con acqua.
Quando la superficie del pezzo può essere completamente bagnata dall'acqua, significa che il grasso superficiale è stato rimosso.
Per i piccoli pezzi di forma complessa e in grandi quantità, la pulizia a ultrasuoni può essere utilizzata anche in scanalature speciali.
L'efficienza di rimozione dell'olio a ultrasuoni è elevata.
Prima della brasatura, gli ossidi sulla superficie del pezzo possono essere trattati con metodo meccanico, metodo di incisione chimica e metodo di incisione elettrochimica.
Lima, spazzola metallica, carta abrasiva, mola e sabbiatura può essere utilizzato per rimuovere la pellicola di ossido sulla superficie durante la pulizia con metodo meccanico.
La lima e la carta vetrata sono utilizzate per la produzione di pezzi singoli e la scanalatura che si forma durante la pulizia favorisce la bagnatura e la diffusione della saldatura.
Mola, spazzola metallica, sabbiatura e altri metodi sono utilizzati nella produzione in lotti.
La pulizia meccanica non è adatta per la superficie di alluminio, leghe di alluminio e lega di titanio.
Lo scopo principale della placcatura del metallo sulla superficie del metallo di base è migliorare la saldabilità di alcuni materiali e aumentare la bagnabilità della saldatura sul metallo di base;
Impedire che l'interazione tra il metallo base e il metallo d'apporto influisca negativamente sulla qualità del giunto, ad esempio prevenendo le cricche e riducendo i composti intermetallici fragili all'interfaccia;
Come strato di saldatura, semplifica il processo di assemblaggio e migliora la produttività.
Utensile per brasatura L'acciaio e le leghe dure utilizzano solitamente metalli d'apporto di rame puro, zinco rame e rame argento.
Il rame puro ha una buona bagnabilità con tutti i tipi di carburi cementati, ma l'effetto migliore si ottiene con la brasatura in atmosfera riducente di idrogeno.
Allo stesso tempo, a causa dell'elevata temperatura di brasatura, le sollecitazioni nel giunto sono elevate, con conseguente aumento della tendenza alla cricca.
La resistenza al taglio del giunto con il sistema tradizionale puro brasatura del rame è di circa 150MPa, e anche la plasticità del giunto è elevata, ma non è adatto per lavori ad alta temperatura.
Il metallo d'apporto rame-zinco è il metallo d'apporto più comunemente utilizzato per la brasatura di acciai per utensili e carburi cementati.
Per migliorare la bagnabilità del metallo d'apporto e la resistenza della giunzione, Mn, Ni, Fe e altri elementi in lega sono spesso aggiunti al metallo d'apporto.
Ad esempio, 4% w (Mn) viene aggiunto a B-Cu58ZnMn per far sì che la resistenza al taglio dei giunti brasati in carburo cementato raggiunga 300~320MPa a temperatura ambiente e si mantenga a 220~240MPa a 320°C.
Con l'aggiunta di una piccola quantità di Co sulla base di B-Cu58ZnMn, la resistenza al taglio del giunto brasato può raggiungere i 350MPa e presenta una maggiore tenacità all'urto e una maggiore resistenza alla corrosione. resistenza alla faticache migliora significativamente la durata degli utensili e degli strumenti di perforazione della roccia.
Il punto di fusione del metallo d'apporto rame-argento è basso e lo stress termico generato dal giunto brasato è ridotto, il che favorisce la riduzione della tendenza alla fessurazione del carburo cementato durante la brasatura.
Per migliorare la bagnabilità del metallo d'apporto e migliorare la resistenza e la temperatura di esercizio del giunto, al metallo d'apporto vengono spesso aggiunti Mn, Ni e altri elementi di lega.
Ad esempio, il metallo d'apporto B-Ag50CuZnCdNi ha un'eccellente bagnabilità con il carburo cementato e il giunto brasato ha buone proprietà globali.
Oltre ai tre tipi di saldature sopra citati, le saldature a base di Mn e Ni, come B-Mn50NiCuCrCo e B-Ni75CrSiB, possono essere utilizzate per i carburi cementati che operano al di sopra dei 500°C e richiedono un'elevata resistenza dei giunti.
Per la brasatura di acciai ad alta velocità, speciali metalli d'apporto per brasatura La temperatura di brasatura e la temperatura di tempra devono corrispondere.
Questo tipo di metalli d'apporto per brasatura può essere suddiviso in due categorie.
Uno è costituito dai metalli d'apporto per brasatura di tipo ferromanganese, composti principalmente da ferromanganese e borace.
La resistenza al taglio dei giunti brasati è generalmente di circa 100MPa, ma i giunti sono soggetti a crepe.
L'altra è costituita da leghe speciali di rame contenenti Ni, Fe, Mn e Si.
I giunti brasati con questo prodotto non sono soggetti a crepe e la resistenza al taglio può essere aumentata fino a 300MPa.
La scelta del flusso di brasatura deve corrispondere al metallo base da saldare e al metallo d'apporto selezionato per la brasatura.
Lettura correlata: Flusso di saldatura: come sceglierlo e usarlo correttamente
Per la brasatura di acciaio per utensili e carburo cementato, il flussante utilizzato è principalmente borace e acido borico, con l'aggiunta di alcuni fluoruri (KF, NaF, CaF2, ecc.).
Le saldature di rame e zinco sono dotate dei flussanti FB301, FB302 e FB105, mentre le saldature di rame e argento sono dotate dei flussanti FB101 ～ FB104.
Quando si utilizza un metallo d'apporto speciale per la brasatura acciaio ad alta velocitàSi utilizza principalmente il flusso di brasatura al borace.
Per prevenire l'ossidazione dell'acciaio per utensili durante il riscaldamento della brasatura ed evitare la pulizia dopo la brasatura, è possibile utilizzare la brasatura a gas.
Il gas di schermatura può essere un gas inerte o un gas riducente e il punto di rugiada del gas deve essere inferiore a - 40 ℃.
Il carburo cementato può essere brasato sotto la protezione dell'idrogeno e il punto di rugiada dell'idrogeno richiesto deve essere inferiore a - 59 ℃.
L'acciaio per utensili deve essere pulito prima della brasatura e la superficie lavorata non deve essere troppo liscia per facilitare la bagnatura e la diffusione dei materiali e dei disossidanti.
La superficie del carburo cementato deve essere sabbiata prima della brasatura o lucidata con carburo di silicio o mola diamantata per rimuovere l'eccesso di carbonio sulla superficie, in modo da essere bagnata dal metallo d'apporto durante la brasatura.
Il carburo cementato contenente carburo di titanio è difficile da bagnare, quindi la bagnabilità della saldatura forte viene aumentata ricoprendo la pasta di ossido di rame o di ossido di nichel sulla sua superficie in modo nuovo e cuocendo in atmosfera riducente per far passare il rame o il nichel sulla superficie.
La brasatura degli acciai da utensili al carbonio deve essere effettuata preferibilmente prima o contemporaneamente alla processo di tempra.
Se la brasatura viene eseguita prima del processo di tempra, la temperatura di solidità del metallo d'apporto utilizzato deve essere superiore all'intervallo di temperatura di tempra, in modo che la saldatura possa ancora avere una resistenza sufficiente quando viene riscaldata alla temperatura di tempra senza cedimenti.
Quando si combinano brasatura e tempra, si deve scegliere il metallo d'apporto con temperatura di solidità vicina alla temperatura di tempra.
La gamma di composizione degli acciai legati per utensili è molto ampia.
Il metallo d'apporto appropriato per la brasatura, il processo di trattamento termico e la tecnologia di combinazione dei processi di brasatura e di trattamento termico devono essere determinati in base alle specifiche esigenze del cliente. tipo di acciaioin modo da ottenere buone prestazioni congiunte.
La temperatura di tempra dell'acciaio ad alta velocità è generalmente superiore alla temperatura di fusione delle saldature rame argento e rame zinco, pertanto è necessario eseguire la tempra prima della brasatura e la brasatura durante o dopo il rinvenimento secondario.
Se dopo la brasatura è necessario procedere allo spegnimento, è possibile utilizzare per la brasatura solo il metallo d'apporto speciale di cui sopra.
Per la brasatura di utensili in acciaio ad alta velocità, è opportuno utilizzare il forno a coke.
Quando il metallo d'apporto si fonde, estrarre l'utensile e pressurizzarlo immediatamente, estrudere il metallo d'apporto in eccesso, condurre tempra dell'olioe quindi temperare a 550~570 ℃.
Quando si brasa l'utensile in carburo cementato con l'asta in acciaio, si consiglia di aumentare il gioco del cordone di brasatura e di applicare una guarnizione di compensazione in plastica nel cordone di brasatura, nonché di rallentare il raffreddamento dopo la saldatura per ridurre lo stress di brasatura, prevenire le cricche e prolungare la durata dell'assemblaggio dell'utensile in carburo cementato.
La maggior parte dei residui di flussante corrode il giunto brasato e ne ostacola l'ispezione, pertanto è necessario pulirli.
I residui di flussante sulla saldatura devono essere lavati con acqua calda o con una miscela generale per la rimozione delle scorie, quindi decapati con una soluzione di decapaggio appropriata per rimuovere la pellicola di ossido sull'utensile di base.
Tuttavia, non utilizzare la soluzione di acido nitrico per evitare la corrosione del metallo da brasare.
I residui di fondente organico possono essere puliti con benzina, alcol, acetone e altri solventi organici;
I residui di ossido di zinco e cloruro di ammonio sono altamente corrosivi, pertanto devono essere puliti con una soluzione di NaOH 10% e poi con acqua calda o fredda.
I residui di borace e flusso borico vengono generalmente risolti con metodi meccanici o con l'immersione a lungo termine in acqua bollente.
I metodi di ispezione dei giunti brasati possono essere suddivisi in ispezione non distruttiva e ispezione distruttiva.
I seguenti sono principalmente metodi di controllo non distruttivi:
(1) Ispezione visiva.
(2) Test del colorante e test di fluorescenza.
Questi due metodi sono utilizzati principalmente per controllare difetti quali microcricche, fori d'aria e allentamenti che non possono essere riscontrati nell'ispezione estetica.
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