Warum stellt das Hartlöten von Sinterkarbid eine solche Herausforderung dar? In diesem Artikel werden die Grundlagen des Hartlötens dieses unglaublich harten Materials erläutert und die Verfahren, Werkstoffe und Techniken beschrieben, die erforderlich sind, um starke, zuverlässige Verbindungen zu erzielen. Von der Oberflächenvorbereitung bis hin zur Auswahl des richtigen Zusatzwerkstoffs und Flussmittels erhalten Sie wichtige Tipps, um häufige Probleme wie schlechte Benetzbarkeit und Risse in der Verbindung zu vermeiden. Gewinnen Sie Erkenntnisse, die die Haltbarkeit und Leistung Ihrer gelöteten Baugruppen verbessern können.
Sinterkarbid ist eine allgemeine Bezeichnung für Legierungen, die durch Pulvermetallurgie aus 9 Arten von Metall Karbide der Gruppen IVa, Va und VIa im Periodensystem der Elemente und Metalle der Eisengruppe wie Fe, Co und Ni.
Die Karbidphase verleiht der Legierung eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit, während die Bindungsphase der Legierung eine gewisse Festigkeit und Zähigkeit verleiht.
Sinterkarbide lassen sich je nach Zusammensetzung in fünf Kategorien einteilenSinterkarbide auf Wolframkarbidbasis, Sinterkarbide auf Titankarbidbasis, beschichtete Sinterkarbide, Sinterkarbide auf Stahlbasis und andere Sinterkarbide.
Sinterkarbid kann je nach Anwendungsbereich in vier Kategorien unterteilt werden: Sinterkarbid-Schneidwerkzeuge, Sinterkarbid-Formen, Sinterkarbid Messwerkzeuge und verschleißfeste Teile sowie Hartmetall für den Bergbau und die Erdölgeologie.
Im Allgemeinen sind WC-Co-Hartmetalle weit verbreitet, wie z. B. SchneidewerkzeugeMetallziehwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Messwerkzeuge für Gusseisen, Nichteisenmetalle und deren Legierungen sowie verschleißfeste Teile für Bergbaumaschinen und die geologische Erkundung;
WC-Ti-Co-Legierungen werden hauptsächlich verwendet für Stahlschneiden;
WC TiC - (NbC) - Co-Legierungen werden hauptsächlich zum Schneiden von Teilen aus hochharten Werkstoffen verwendet.
Obwohl andere Hartmetallsorten in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht und in einigen Spezialanwendungen große Erfolge erzielt haben, weisen die Hartmetalle der WC Co-Serie (d.h. YG-Typ) sehr gute umfassende mechanische Eigenschaften auf und sind die in der Industrie am häufigsten verwendeten Hartmetalle.
Die Lötbarkeit von Hartmetall ist schlecht.
Dies liegt daran, dass die Kohlenstoffgehalt von Sinterkarbid ist hoch, und die ungereinigte Oberfläche enthält oft mehr freien Kohlenstoff, der die Benetzung des Lots behindert.
Außerdem kann Hartmetall leicht oxidieren und eine Oxidschicht auf der Oberfläche bilden. Löttemperaturwas sich auch auf die Benetzbarkeit des Lots auswirkt.
Daher ist die Oberflächenreinigung vor Hartlöten ist sehr wichtig, um die Benetzbarkeit des Hartlotes auf Hartmetall zu verbessern.
Falls erforderlich, können Maßnahmen wie Verkupfern oder Vernickeln der Oberfläche ergriffen werden.
Ein weiteres Problem beim Hartmetalllöten ist die leichte Rissbildung in der Verbindung.
Das liegt daran, dass sein linearer Ausdehnungskoeffizient nur halb so hoch ist wie der von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.
Wenn das Hartmetall mit der Matrix dieser Stahlsorte verlötet wird, entsteht eine große thermische Spannung in der Verbindung, die zu Rissen in der Verbindung führt.
Daher sollten beim Löten von Hartmetall mit anderen Werkstoffen Maßnahmen zur Rissvermeidung getroffen werden.
Vor dem Löten müssen Oxide, Fett, Schmutz und Farbe auf der Oberfläche des Werkstücks sorgfältig entfernt werden, da das geschmolzene Lot die Oberfläche der nicht gereinigten Teile nicht benetzen und den Fügespalt nicht füllen kann.
Um die Lötbarkeit des Grundmetalls und die Korrosionsbeständigkeit der Lötverbindung zu verbessern, müssen die Teile manchmal vor dem Löten mit einer bestimmten Metallschicht beschichtet werden.
Zu den üblichen organischen Lösungsmitteln gehören Alkohol, Tetrachlorkohlenstoff, Benzin, Trichlorethylen, Dichlorethan und Trichlorethan.
Bei der Produktion von Kleinserien kann der Nullpunkt durch Eintauchen in organische Lösungsmittel gereinigt werden.
Die in der Massenproduktion am weitesten verbreitete Methode ist die Entfettung im Dampf eines organischen Lösungsmittels.
Darüber hinaus können in heißer Lauge zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden.
Zum Beispiel können Stahlteile durch Eintauchen in 10% Natronlauge bei 70-80 ℃ entfettet werden, und Teile aus Kupfer und Kupferlegierungen können in einer Lösung aus 50g Trinatriumphosphat, 50g Natriumbicarbonat und 1L Wasser bei einer Temperatur von 60-80°C gereinigt werden.
Die Teile können auch in Spülmittel entfettet und dann vorsichtig mit Wasser gereinigt werden.
Wenn die Oberfläche des Werkstücks vollständig mit Wasser benetzt werden kann, bedeutet dies, dass das Oberflächenfett entfernt worden ist.
Für kleine Teile mit komplexer Form und großer Menge kann die Ultraschallreinigung auch in speziellen Nuten eingesetzt werden.
Die Effizienz der Ölentfernung durch Ultraschall ist hoch.
Vor dem Löten können die Oxide auf der Oberfläche der Teile durch mechanische Verfahren, chemische Ätzverfahren und elektrochemische Ätzverfahren bearbeitet werden.
Feile, Metallbürste, Schleifpapier, Schleifscheibe und Sandstrahlen kann verwendet werden, um die Oxidschicht auf der Oberfläche bei der mechanischen Reinigung zu entfernen.
Die Reinigung mit Feile und Sandpapier wird für die Einzelteilfertigung verwendet, und die bei der Reinigung entstehende Rille begünstigt die Benetzung und Verteilung des Lots.
Schleifscheibe, Metallbürste, Sandstrahlen und andere Methoden werden in der Serienproduktion eingesetzt.
Die mechanische Reinigung ist nicht geeignet für die Oberfläche von Aluminium, Aluminiumlegierungen und Titanlegierung.
Der Hauptzweck der Metallbeschichtung auf der Oberfläche des Grundmetalls besteht darin, die Lötbarkeit einiger Materialien zu verbessern und die Benetzbarkeit des Lots mit dem Grundmetall zu erhöhen;
Verhindern, dass die Wechselwirkung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Schweißzusatzwerkstoff die Qualität der Verbindung beeinträchtigt, z. B. durch die Vermeidung von Rissen und die Reduzierung spröder intermetallischer Verbindungen an der Grenzfläche;
Als Lötschicht vereinfacht es den Montageprozess und verbessert die Produktivität.
Lötkolben Für Stahl und Hartlegierungen werden in der Regel reine Kupfer-, Kupfer-Zink- und Silber-Kupfer-Zusatzwerkstoffe verwendet.
Reines Kupfer hat eine gute Benetzbarkeit mit allen Arten von Hartmetallen, aber die beste Wirkung wird durch Löten in einer Wasserstoff reduzierenden Atmosphäre erzielt.
Gleichzeitig ist aufgrund der hohen Löttemperatur die Spannung in der Verbindung groß, was zu einer erhöhten Rissneigung führt.
Die Scherfestigkeit der Verbindung mit traditionellen reinen Kupferlöten liegt bei etwa 150 MPa, und die Plastizität der Verbindung ist ebenfalls hoch, aber sie ist nicht für Arbeiten bei hohen Temperaturen geeignet.
Kupfer-Zink-Zusatzwerkstoff ist der am häufigsten verwendete Zusatzwerkstoff zum Löten von Werkzeugstählen und Hartmetallen.
Um die Benetzbarkeit des Zusatzwerkstoffs und die Festigkeit der Verbindung zu verbessern, werden Mn, Ni, Fe und andere Legierungselemente werden dem Schweißzusatz häufig zugesetzt.
Zum Beispiel wird 4% w (Mn) zu B-Cu58ZnMn hinzugefügt, um die Scherfestigkeit von Hartmetall-Lötverbindungen auf 300~320MPa bei Raumtemperatur zu erhöhen und 220~240MPa bei 320 ° C zu erhalten.
Durch Hinzufügen einer kleinen Menge Co auf der Basis von B-Cu58ZnMn kann die Scherfestigkeit der Lötverbindung 350 MPa erreichen, und sie hat eine höhere Schlagzähigkeit und Ermüdungsfestigkeitwas die Lebensdauer der Werkzeuge und Gesteinsbohrer erheblich verbessert.
Der Schmelzpunkt von Silber-Kupfer-Zusatzwerkstoff ist niedrig, und die durch die Lötverbindung erzeugte Wärmespannung ist gering, was dazu beiträgt, die Rissneigung von Hartmetall während des Lötens zu verringern.
Um die Benetzbarkeit des Schweißzusatzes zu verbessern und die Festigkeit und Arbeitstemperatur der Verbindung zu erhöhen, werden dem Schweißzusatz häufig Mn, Ni und andere Legierungselemente zugesetzt.
Zum Beispiel hat der Schweißzusatz B-Ag50CuZnCdNi eine ausgezeichnete Benetzbarkeit mit Hartmetall, und die Lötverbindung hat gute umfassende Eigenschaften.
Zusätzlich zu den drei oben genannten Lötmitteltypen können Mn- und Ni-basierte Lote wie B-Mn50NiCuCrCo und B-Ni75CrSiB für Hartmetalle verwendet werden, die bei Temperaturen über 500 °C arbeiten und eine hohe Verbindungsfestigkeit erfordern.
Für das Löten von Schnellarbeitsstahl, spezielle Hartlötzusätze Die Löttemperatur und die Abschrecktemperatur sollten passend gewählt werden.
Diese Art von Hartloten kann in zwei Kategorien unterteilt werden.
Zum einen gibt es die Ferromangan-Hartlote, die hauptsächlich aus Ferromangan und Borax bestehen.
Die Scherfestigkeit der Lötverbindungen beträgt im Allgemeinen etwa 100 MPa, aber die Verbindungen sind anfällig für Risse.
Das andere sind spezielle Kupferlegierungen, die Ni, Fe, Mn und Si enthalten.
Die damit gelöteten Verbindungen sind nicht rissanfällig und die Scherfestigkeit kann auf 300 MPa erhöht werden.
Die Auswahl des Lötflussmittels muss auf den zu schweißenden Grundwerkstoff und das ausgewählte Lot abgestimmt sein.
Weiterführende Lektüre: Flussmittel zum Schweißen: Auswahl und korrekte Verwendung
Beim Hartlöten von Werkzeugstahl und Hartmetall werden als Flussmittel hauptsächlich Borax und Borsäure verwendet, außerdem wird etwas Fluorid (KF, NaF, CaF2 usw.) zugesetzt.
Kupfer-Zink-Lote sind mit den Flussmitteln FB301, FB302 und FB105 ausgestattet, Silber-Kupfer-Lote mit den Flussmitteln FB101 ～ FB104.
Wenn ein spezielles Hartlot zum Löten verwendet wird Hochgeschwindigkeitsstahlwird hauptsächlich Borax-Lotflussmittel verwendet.
Um die Oxidation des Werkzeugstahls während des Erhitzens des Lotes zu verhindern und die Reinigung nach dem Löten zu vermeiden, kann das Schutzgaslöten verwendet werden.
Das Schutzgas kann entweder Inertgas oder Reduktionsgas sein, und der Taupunkt des Gases muss unter - 40 ℃ liegen.
Das Hartmetall kann unter dem Schutz von Wasserstoff gelötet werden, und der Taupunkt des erforderlichen Wasserstoffs sollte niedriger als - 59 ℃ sein.
Werkzeugstahl muss vor dem Löten gereinigt werden, und die bearbeitete Oberfläche darf nicht zu glatt sein, um das Benetzen und Verteilen von Materialien und Flussmitteln zu erleichtern.
Die Oberfläche des Hartmetalls muss vor dem Löten sandgestrahlt oder mit einer Siliziumkarbid- oder Diamantschleifscheibe poliert werden, um überschüssigen Kohlenstoff auf der Oberfläche zu entfernen, so dass sie während des Lötens vom Schweißzusatz benetzt wird.
Das titancarbidhaltige Hartmetall lässt sich nur schwer benetzen. Daher wird die Benetzbarkeit des Hartlots durch eine neuartige Beschichtung der Oberfläche mit Kupfer- oder Nickeloxidpaste und Einbrennen in einer reduzierenden Atmosphäre erhöht, um den Übergang von Kupfer oder Nickel auf die Oberfläche zu bewirken.
Das Hartlöten von Kohlenstoff-Werkzeugstählen sollte vorzugsweise vor oder gleichzeitig mit dem Löten durchgeführt werden. Abschreckungsprozess.
Wird vor dem Abschrecken gelötet, so muss die Solidustemperatur des verwendeten Schweißzusatzes höher sein als der Abschrecktemperaturbereich, damit die Schweißnaht beim Wiedererwärmen auf die Abschrecktemperatur noch eine ausreichende Festigkeit aufweist, ohne zu versagen.
Wenn Löten und Abschrecken kombiniert werden, ist ein Lot zu wählen, dessen Solidustemperatur nahe der Abschrecktemperatur liegt.
Die Bandbreite der Zusammensetzung von legiertem Werkzeugstahl ist sehr groß.
Das geeignete Lot, das Wärmebehandlungsverfahren und die Technologie der Kombination von Löt- und Wärmebehandlungsverfahren sollten je nach den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ausgewählt werden. Stahltypum eine gute gemeinsame Leistung zu erzielen.
Die Abschrecktemperatur von Schnellarbeitsstahl ist im Allgemeinen höher als die Schmelztemperatur von Silberkupfer- und Kupfer-Zink-Loten, so dass ein Abschrecken vor dem Hartlöten und ein Hartlöten während oder nach dem zweiten Anlassen erforderlich ist.
Muss nach dem Hartlöten abgeschreckt werden, kann nur das oben genannte Speziallot zum Löten verwendet werden.
Beim Hartlöten von Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl ist die Verwendung eines Koksofens angebracht.
Wenn der Schweißzusatz schmilzt, das Werkzeug herausnehmen und sofort mit Druck beaufschlagen, den überschüssigen Schweißzusatz ausstoßen, die Ölabschreckungund dann bei 550~570 ℃ temperieren.
Beim Hartlöten des Hartmetallwerkzeugs mit dem Stahlwerkzeugstab ist es ratsam, den Lötnahtspalt zu vergrößern und eine Kunststoffausgleichsdichtung in der Lötnaht anzubringen sowie die Abkühlung nach dem Schweißen zu verlangsamen, um die Lötbelastung zu verringern, Risse zu vermeiden und die Lebensdauer der Hartmetallwerkzeugbaugruppe zu verlängern.
Der größte Teil der Flussmittelrückstände korrodiert die Lötstelle und behindert auch die Inspektion der Lötstelle, so dass sie gereinigt werden müssen.
Die Flussmittelrückstände auf dem Schweißstück sind mit heißem Wasser oder einer allgemeinen Schlackenentfernungsmischung abzuwaschen und anschließend mit einer geeigneten Beizlösung zu beizen, um den Oxidfilm auf dem Grundwerkzeug zu entfernen.
Verwenden Sie jedoch keine Salpetersäurelösung, um die Korrosion des Lötmetalls zu verhindern.
Die Rückstände von organischem Flussmittel können mit Benzin, Alkohol, Aceton und anderen organischen Lösungsmitteln abgewischt oder gereinigt werden;
Rückstände von Zinkoxid und Ammoniumchlorid sind stark korrosiv, daher sollten sie in 10% NaOH-Lösung gereinigt und anschließend mit heißem oder kaltem Wasser gespült werden.
Borax- und Borflussmittelrückstände werden in der Regel durch mechanische Methoden oder langfristiges Eintauchen in kochendes Wasser gelöst.
Die Inspektionsmethoden für Lötverbindungen lassen sich in eine zerstörungsfreie und eine zerstörende Inspektion unterteilen.
Es handelt sich hauptsächlich um zerstörungsfreie Prüfverfahren:
(1) Sichtprüfung.
(2) Farbstofftest und Fluoreszenztest.
Diese beiden Methoden werden hauptsächlich zur Überprüfung von Fehlern wie Mikrorissen, Luftlöchern und Lockerungen eingesetzt, die bei der Sichtprüfung nicht festgestellt werden können.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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