Eine kurze Einführung zum Hartlöten von Hartmetall

Hartmetall ist eine Art von pulvermetallurgisch hergestellter Legierung, die aus 9 Arten von Metallkarbiden von IVA, VA und Metallen der Über- und Eisengruppe wie Fe, CO und Ni besteht. Die Karbidphase verleiht der Legierung eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit, während die Bindephase der Legierung eine gewisse Festigkeit und Zähigkeit verleiht.

Gemäß der Zusammensetzung können Hartmetalle in fünf Kategorien eingeteilt werden: Hartmetalle auf Basis von Wolframkarbid, Hartmetalle auf Basis von Titankarbid, beschichtete Hartmetalle, Hartmetalle auf Stahlbasis und andere Hartmetalle.

Hartmetall kann je nach Anwendungsbereich in vier Kategorien eingeteilt werden: Hartmetall-Schneidwerkzeuge, Hartmetall-Formen, Hartmetall-Messwerkzeuge und verschleißfeste Teile sowie Hartmetall für den Bergbau und die Erdölgeologie.

Im Allgemeinen wird WC Co-Hartmetall häufig in Schneidwerkzeugen, Metallziehwerkzeugen, Stanzwerkzeugen, Messwerkzeugen aus Gusseisen, Nichteisenmetallen und deren Legierungen sowie als verschleißfeste Teile für Bergbaumaschinen und geologische Erkundungen verwendet. WC-Ti-Co-Legierungen werden hauptsächlich beim Stahlschneiden verwendet; WC TiC – (NBC) – Co-Legierungen werden hauptsächlich zum Schneiden von Teilen mit hoher Härte verwendet.

Obwohl andere Arten von Hartmetallen in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht und in einigen Spezialanwendungen große Erfolge erzielt haben, haben Hartmetalle der WC Co-Serie (dh YG-Typ) hervorragende umfassende mechanische Eigenschaften, die am weitesten verbreitet sind und die größte Menge an Hartmetall aufweisen Karbide in der Industrie.

Probleme beim Löten von Hartmetall

Die Hartlöteigenschaften von Hartmetall sind schlecht. Da der Kohlenstoffgehalt von Hartmetall hoch ist, enthält die Oberfläche ohne Reinigung oft mehr freien Kohlenstoff, der die Benetzung des Lots behindert. Außerdem oxidiert Sintercarbid leicht und bildet bei Löttemperatur einen Oxidfilm, was auch die Benetzbarkeit des Lötmittels beeinflusst. Daher ist die Oberflächenreinigung vor dem Hartlöten sehr wichtig, um die Benetzbarkeit von Lot auf Hartmetall zu verbessern. Bei Bedarf kann die Oberfläche mit Kupfer oder Nickel plattiert werden.

Ein weiteres Problem beim Hartlöten von Hartmetall besteht darin, dass die Verbindung leicht zu brechen ist. Dies liegt daran, dass sein linearer Ausdehnungskoeffizient nur halb so hoch ist wie der von kohlenstoffarmem Stahl. Wenn das Hartmetall mit der Matrix dieser Art von Stahl hartgelötet wird, werden in der Verbindung große thermische Spannungen erzeugt, was zu einem Reißen der Verbindung führt. Daher sollten beim Hartlöten von Hartmetall mit verschiedenen Materialien Maßnahmen gegen Rissbildung ergriffen werden.

Oberflächenbehandlung vor dem Löten

Vor dem Löten müssen Oxid, Fett, Schmutz und Farbe auf der Werkstückoberfläche sorgfältig entfernt werden, da das geschmolzene Lot weder die Oberfläche des nicht gereinigten Teils benetzen noch den Fügespalt ausfüllen kann. Manchmal müssen die Teile vor dem Löten mit einer bestimmten Metallschicht vorbeschichtet werden, um die Lötbarkeit des Grundmetalls und die Korrosionsbeständigkeit der Lötverbindung zu verbessern.

1. Das Öl kann durch organisches Lösungsmittel entfernt werden

Üblicherweise verwendete organische Lösungsmittel sind Alkohol, Tetrachlorkohlenstoff, Benzin, Trichlorethylen, Dichlorethan und Trichlorethan. In der Kleinserienfertigung kann es gereinigt werden, indem die Null-Asche in ein organisches Lösungsmittel getaucht wird. Das Entfetten in Dampf von organischen Lösungsmitteln wird in der Massenproduktion weithin verwendet. Darüber hinaus kann auch die Reinigung in heißer Alkalilösung zufriedenstellende Ergebnisse erzielen. Beispielsweise können Stahlteile zum Entfetten in 10%-Natronlauge bei 70-80 ° C getaucht werden, Kupfer- und Kupferlegierungsteile können in einer Lösung aus 50 g Trinatriumphosphat, 50 g Natriumbicarbonat und 1 l Wasser gereinigt werden, und die Lösungstemperatur beträgt 60 ° C -80°C. Teile können auch in Spülmittel entfettet und nach dem Entfetten vorsichtig mit Wasser gereinigt werden. Wenn die Oberfläche des Teils vollständig mit Wasser benetzt werden kann, zeigt dies an, dass das Oberflächenfett entfernt wurde. Für kleine Teile mit komplexer Form und großer Menge kann auch die Ultraschallreinigung im Spezialbecken verwendet werden. Die Effizienz der Ultraschallölentfernung ist hoch.

2. Oxid entfernen

Vor dem Löten kann das Oxid auf der Oberfläche der Teile durch ein mechanisches Verfahren, ein chemisches Ätzverfahren und ein elektrochemisches Ätzverfahren entfernt werden. Bei der mechanischen Reinigung kann der Oxidfilm auf der Oberfläche mit Feile, Metallbürste, Sandpapier, Schleifscheibe und Sandstrahlen entfernt werden. Die Feilen- und Sandpapierreinigung wird für die Einzelstückfertigung verwendet, und die während der Reinigung gebildete Rille ist auch förderlich für das Benetzen und Verteilen von Lot. In der Serienfertigung kommen Schleifscheibe, Metallbürste und Sandstrahlen zum Einsatz. Die Oberfläche von Aluminium, Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen sollte nicht mechanisch gereinigt werden.

3. Metallbeschichtung auf der Grundmetalloberfläche

Der Hauptzweck des Beschichtens von Metall auf der Basismetalloberfläche besteht darin, die Lötbarkeit einiger Materialien zu verbessern und die Benetzbarkeit des Lots mit dem Basismetall zu erhöhen; Verhindern Sie die Interaktion von Grundmetall und Lot auf die Verbindungsqualität von nachteiligen Auswirkungen, wie z. B. zur Vermeidung von Rissen, reduzieren Sie die Schnittstelle von spröden intermetallischen Verbindungen; Als Lötschicht, um den Montageprozess zu vereinfachen und die Produktivität zu verbessern.

Lötmaterialien

1. Reines Kupfer, Kupferzink und Silberkupfer werden normalerweise zum Löten von Werkzeugstahl und Hartmetall verwendet

Reines Kupfer hat eine gute Benetzbarkeit mit allen Arten von Hartmetallen, aber es muss in der reduzierenden Wasserstoffatmosphäre gelötet werden, um die beste Wirkung zu erzielen. Gleichzeitig ist aufgrund der hohen Löttemperatur die Spannung in der Verbindung groß, was zu einer erhöhten Rissneigung führt. Die Scherfestigkeit der mit herkömmlichem reinem Kupfer gelöteten Verbindung beträgt etwa 150 MPa, und die Verbindung hat eine hohe Plastizität, ist jedoch nicht für Hochtemperaturarbeiten geeignet.

Kupfer-Zink-Lot ist das am häufigsten verwendete Lot zum Hartlöten von Werkzeugstahl und Hartmetall. Um die Benetzbarkeit des Lötmittels und die Festigkeit der Verbindung zu verbessern, werden dem Lötmittel häufig Legierungselemente wie Mn, Ni und Fe zugesetzt. Zum Beispiel führt die Zugabe von W (MN) 4% zu b-cu58znmn dazu, dass die Scherfestigkeit der hartgelöteten Hartmetallverbindung 300–320 MPa bei Raumtemperatur und 220–240 MPa bei 320 °C erreicht, indem eine kleine Menge CO hinzugefügt wird Auf der Basis von b-cu58znmn kann die Scherfestigkeit der gelöteten Verbindung 350 MPa erreichen, und sie hat eine hohe Schlagzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit, was die Lebensdauer von Schneidwerkzeugen und Gesteinsbohrwerkzeugen erheblich verbessern kann.

Der Schmelzpunkt von Silber-Kupfer-Lot ist niedrig und die thermische Belastung der Lötverbindung ist gering, was hilfreich ist, um die Rissneigung von Hartmetall während des Lötens zu verringern. Um die Benetzbarkeit des Lötmittels zu verbessern und die Festigkeit und Arbeitstemperatur der Verbindung zu erhöhen, werden dem Lötmittel häufig Legierungselemente wie Mn und Ni zugesetzt. Beispielsweise ist die Benetzbarkeit von b-ag50cuzncdni-Lötmittel mit Hartmetall ausgezeichnet, und die gelötete Verbindung hat gute Gesamteigenschaften.

Zusätzlich zu den oben genannten drei Arten von Loten können Lote auf Mn- und Ni-Basis, wie z. B. b-mn50nicucrco und b-ni75crsib, für Hartmetalle verwendet werden, die über 500 °C arbeiten und eine hohe Verbindungsfestigkeit erfordern. Für das Hartlöten von Schnellarbeitsstahl sollte das spezielle Hartlot mit einer zur Abschrecktemperatur passenden Löttemperatur ausgewählt werden. Das Lötfüllmetall kann in zwei Typen unterteilt werden: Der eine ist der Ferromangan-Typ, der hauptsächlich aus Ferromangan und Borax besteht. Die Scherfestigkeit der gelöteten Verbindung beträgt im Allgemeinen etwa 100 MPa, aber die Verbindung neigt zu Rissen; Die andere ist eine spezielle Kupferlegierung, die Ni, Fe, Mn und Si enthält. Die damit gelötete Verbindung ist nicht leicht zu knacken, und ihre Scherfestigkeit kann auf 300 MPa erhöht werden.

2. Flussmittel und Schutzgas

Die Wahl des Flussmittels sollte mit dem Grundmetall und Lot übereinstimmen. Beim Löten von Werkzeugstahl und Hartmetall werden hauptsächlich Borax und Borsäure als Flussmittel verwendet, und einige Fluoride (KF, NaF, CaF2 usw.) werden hinzugefügt. Die Flussmittel Fb301, fb302 und fb105 werden für Kupfer-Zink-Lot verwendet, und die Flussmittel fb101-fb104 werden für Silber-Kupfer-Lot verwendet. Borax-Flussmittel wird hauptsächlich zum Löten von Schnellarbeitsstahl mit Speziallot verwendet.

Um eine Oxidation des Werkzeugstahls während des Lötens zu verhindern und eine Reinigung nach dem Löten zu vermeiden, kann Schutzgaslöten verwendet werden. Das Schutzgas kann ein Inertgas oder ein Reduktionsgas sein, und der Taupunkt des Gases sollte niedriger als – 40 ℃ sein. Hartmetall kann unter dem Schutz von Wasserstoff gelötet werden, und der Taupunkt von Wasserstoff sollte niedriger als – 59 ℃ sein.

Lötprozess

Der Werkzeugstahl muss vor dem Löten gereinigt werden, und die bearbeitete Oberfläche muss nicht zu glatt sein, um das Benetzen und Verteilen von Material und Flussmittel zu erleichtern. Vor dem Löten sollte die Oberfläche des Hartmetalls sandgestrahlt oder mit Siliziumkarbid oder einer Diamantschleifscheibe poliert werden, um überschüssigen Kohlenstoff zu entfernen, damit sie während des Lötens vom Lot benetzt wird. Das Titancarbid enthaltende Hartmetall ist schwierig zu benetzen. Die Benetzbarkeit von starkem Lot kann erhöht werden, indem Kupferoxid- oder Nickeloxidpaste auf seine Oberfläche aufgetragen und in reduzierender Atmosphäre gebrannt wird.

Es ist besser, Kohlenstoff-Werkzeugstahl vor oder gleichzeitig mit dem Abschreckprozess zu löten. Wird vor dem Abschreckvorgang gelötet, sollte die Solidustemperatur des verwendeten Lotes höher sein als der Abschrecktemperaturbereich, damit die Schweißverbindung beim Wiedererwärmen auf die Abschrecktemperatur noch genügend Festigkeit ohne Versagen aufweist. Wenn Löten und Abschrecken kombiniert werden, sollte Lot mit einer Solidustemperatur nahe der Abschrecktemperatur ausgewählt werden.

Der Zusammensetzungsbereich von legiertem Werkzeugstahl ist sehr breit. Entsprechend der spezifischen Stahlsorte sollten das geeignete Lötfüllmetall, der Wärmebehandlungsprozess und die Technologie der Kombination von Löt- und Wärmebehandlungsprozess bestimmt werden, um eine gute Verbindungsleistung zu erzielen.

Die Abschrecktemperatur von Schnellarbeitsstahl ist im Allgemeinen höher als die Schmelztemperatur von Silber-Kupfer- und Kupfer-Zink-Lot, daher ist ein Abschrecken vor dem Löten und ein Löten während oder nach dem sekundären Anlassen erforderlich. Muss nach dem Löten abgeschreckt werden, darf nur mit dem oben genannten Spezialhartlot gelötet werden. Beim Löten von Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl ist es besser, einen Koksofen zu verwenden. Wenn das Lot schmilzt, nehmen Sie das Werkzeug heraus und setzen Sie es sofort unter Druck, extrudieren Sie das überschüssige Lot, kühlen Sie es mit Öl ab und tempern Sie es dann bei 550 ~ 570 ℃.

Beim Löten von Hartmetallklingen mit Stahlwerkzeugstangen ist es besser, den Abstand zwischen der Lötnaht zu vergrößern und eine Kunststoffausgleichsdichtung in die Lötnaht einzubringen und nach dem Schweißen langsam abzukühlen, um die Lötspannung zu verringern, Risse zu vermeiden und die Dauer zu verlängern Lebensdauer der Hartmetall-Werkzeugbaugruppe.

Reinigung nach dem Löten

Die meisten Flussmittelrückstände können die Lötstelle korrodieren und die Inspektion der Lötstelle behindern, daher muss sie gereinigt werden. Die Flussmittelreste auf der Schweißung werden zuerst mit heißem Wasser oder einer allgemeinen Entschlackungsmischung gewaschen und dann mit einer geeigneten Beizlösung gebeizt, um den Oxidfilm auf der Basiswerkzeugstange zu entfernen. Achten Sie jedoch darauf, keine Salpetersäurelösung zu verwenden, um eine Korrosion des Lötmetalls zu verhindern. Die Rückstände des organischen Weichflussmittels können mit Benzin, Alkohol, Aceton und anderen organischen Lösungsmitteln abgewischt oder gereinigt werden; Die Rückstände von Zinkoxid und Ammoniumchlorid sind stark ätzend, daher sollten sie in 10% NaOH-Lösung gereinigt und dann mit heißem oder kaltem Wasser gereinigt werden. Die Rückstände von Borax und Borsäure-Flussmittel werden im Allgemeinen durch mechanische Verfahren oder durch langes Einweichen in kochendes Wasser gelöst.

Prüfung der Lötqualität

Die Inspektionsmethoden für Lötverbindungen können in zerstörungsfreie Inspektion und zerstörende Inspektion unterteilt werden. Die Hauptmethoden der ZfP sind wie folgt:

Aussehensprüfung

Färbetest und Fluoreszenztest. Diese beiden Methoden werden hauptsächlich verwendet, um Mikrorisse, Luftlöcher, Porosität und andere Defekte zu überprüfen, die bei der Sichtkontrolle nicht gefunden werden können.