¿Qué hace que la soldadura fuerte de acero para herramientas y aleaciones duras sea un proceso tan crítico en la fabricación? Este artículo profundiza en los materiales, las técnicas y las mejores prácticas para una soldadura fuerte satisfactoria. Al explorar las propiedades de los distintos materiales de soldadura fuerte y sus aplicaciones, obtendrá información sobre cómo mejorar la resistencia y el rendimiento de las uniones en entornos de alta tensión. Descubra cómo la selección adecuada de materiales y la preparación de superficies pueden dar lugar a conjuntos de herramientas fiables y duraderos. Siga leyendo para conocer los aspectos esenciales que pueden optimizar sus procesos metalúrgicos.
(1) Materiales de soldadura
Los materiales de soldadura fuerte de cobre puro, cobre-zinc y plata-cobre se utilizan habitualmente para soldar acero para herramientas y aleaciones duras. El cobre puro tiene buenas propiedades humectantes para diversas aleaciones duras, pero los mejores resultados se obtienen al soldar en una atmósfera reductora de hidrógeno.
Sin embargo, debido al elevado soldadura temperatura y la tensión elevada resultante en la unión, hay una mayor tendencia al agrietamiento. Las uniones soldadas con cobre puro tienen una resistencia al cizallamiento de unos 150 MPa y una mayor ductilidad, pero no son adecuadas para aplicaciones a alta temperatura.
Los materiales de soldadura fuerte de cobre-zinc son los más utilizados para el acero para herramientas y las aleaciones duras. Para mejorar las propiedades de humectación del material de soldadura fuerte y la resistencia de la unión, a menudo se añaden al material de soldadura elementos de aleación como Mn, Ni, Fe, etc.
Por ejemplo, la adición de 4% Mn en B-Cu58ZnMn puede lograr una resistencia al cizallamiento de 300-320MPa a temperatura ambiente para la soldadura fuerte de uniones de aleaciones duras, que todavía puede mantener 220-240MPa a 320℃.
La adición de una pequeña cantidad de Co al B-Cu58ZnMn puede aumentar la resistencia al cizallamiento de la unión soldada hasta 350 MPa y mejorar su tenacidad al impacto y su resistencia a la fatiga, aumentando significativamente la vida útil de las herramientas de corte y la roca. perforación herramientas.
Los materiales de soldadura fuerte de plata-cobre tienen un punto de fusión más bajo, lo que da lugar a menores tensiones térmicas en las uniones soldadas y reduce la tendencia al agrietamiento.
Para mejorar las propiedades de humectación del material de soldadura fuerte y aumentar la resistencia y la temperatura de trabajo de la unión, también se suelen añadir al material de soldadura elementos de aleación como Mn, Ni, etc. Por ejemplo, el material de soldadura fuerte B-Ag50CuZnCdNi tiene excelentes propiedades humectantes para la aleación dura y las uniones soldadas tienen un buen rendimiento general.
Además de los tres tipos anteriores de materiales de soldadura fuerte, para las aleaciones duras que trabajan a temperaturas superiores a 500℃ y requieren una alta resistencia de la unión, pueden utilizarse materiales de soldadura fuerte a base de Mn y Ni, como B-Mn50NiCuCrCo y B-Ni75CrSiB.
Para la soldadura fuerte de aceros rápidos, deben seleccionarse materiales de soldadura especiales que se ajusten a las siguientes características temperatura de soldadura con la temperatura de enfriamiento.
Estos materiales de soldadura fuerte pueden dividirse en dos tipos: materiales de soldadura fuerte a base de manganeso-hierro, compuestos principalmente de manganeso-hierro y bórax, con una resistencia al cizallamiento de la unión soldada generalmente en torno a 100 MPa, pero con tendencia al agrietamiento; y aleaciones especiales de cobre que contienen Ni, Fe, Mn y Si, que pueden evitar el agrietamiento y aumentar la resistencia al cizallamiento de la unión hasta 300 MPa.
(2) Agentes de soldadura fuerte y gases de protección
La selección de los agentes de soldadura debe ser compatible con el material base que se va a soldar y con los materiales de soldadura elegidos. Para la soldadura fuerte de acero para herramientas y aleaciones duras, los principales agentes de soldadura fuerte son el bórax y el ácido bórico, a los que se añaden algunos fluoruros (KF, NaF, CaF2, etc.).
Los materiales de soldadura fuerte de cobre-zinc se utilizan con los agentes de soldadura FB301, FB302 y FB105, mientras que los materiales de soldadura fuerte de plata-cobre se utilizan con los agentes de soldadura FB101-FB104. Los agentes de soldadura de bórax se utilizan principalmente para la soldadura fuerte especializada de aceros rápidos.
Para prevenir la oxidación del acero para herramientas durante la soldadura fuerte y evitar la necesidad de una limpieza posterior, puede emplearse la soldadura fuerte con protección de gas. El sitio gas protector puede ser un gas inerte o un gas reductor, con el requisito de que el punto de rocío del gas sea inferior a -40°C. Las aleaciones duras pueden soldarse bajo protección de hidrógeno, siendo el punto de rocío del gas hidrógeno requerido inferior a -59°C.
El acero para herramientas debe limpiarse antes de la soldadura fuerte. No es necesario que la superficie sea demasiado lisa para facilitar la humectación y el esparcimiento del material y el agente de soldadura fuerte.
La superficie de la aleación dura debe someterse a un tratamiento de chorro de arena antes de la soldadura fuerte, o pulirse con carburo de silicio o discos de diamante para eliminar el exceso de carbono y facilitar la humectación por el material de soldadura fuerte.
Aleaciones duras que contienen titanio carburo son difíciles de humedecer. Un nuevo método consiste en aplicar óxido de cobre o pasta de óxido de níquel a la superficie y hornearla en una atmósfera reductora para transferir cobre o níquel a la superficie, aumentando así las propiedades humectantes del material de soldadura fuerte.
La soldadura fuerte del acero al carbono para herramientas se realiza mejor antes o simultáneamente con el proceso de enfriamiento.
Si la soldadura fuerte se realiza antes del proceso de temple, la temperatura de la línea de solidificación del material de soldadura fuerte debe ser superior al intervalo de temperatura de temple para garantizar que la unión sigue teniendo suficiente resistencia cuando se recalienta a la temperatura de temple sin que se produzcan fallos.
Cuando la soldadura fuerte y el temple se realizan conjuntamente, deben seleccionarse materiales de soldadura fuerte con temperaturas de la línea de solidificación próximas a la temperatura de temple.
La gama de composición de los aceros aleados para herramientas es amplia, por lo que los materiales de soldadura fuerte, los procesos de tratamiento térmico y las técnicas para combinar la soldadura fuerte y el tratamiento térmico deben determinarse en función del tipo de acero específico para lograr un buen rendimiento de la unión.
La temperatura de temple del acero rápido suele ser superior a la temperatura de fusión de los materiales de soldadura fuerte de plata-cobre y cobre-cinc. Por lo tanto, el temple debe realizarse antes de la soldadura fuerte, y ésta durante o después del revenido secundario.
Si después de la soldadura es necesario enfriar, sólo se pueden utilizar los materiales de soldadura especializados mencionados anteriormente. Cuando se sueldan herramientas de acero rápido, es adecuado utilizar un horno de coque.
Una vez fundido el material de soldadura fuerte, la herramienta debe retirarse inmediatamente y presionarse para extruir el exceso de material de soldadura fuerte, seguido de aceite temple y revenido a 550-570°C.
Cuando se sueldan cuchillas de aleación dura a mangos de herramientas de acero, es aconsejable aumentar la separación de soldadura y aplicar cuñas de compensación plástica en la unión para reducir la velocidad de enfriamiento después de la soldadura, reduciendo así la tensión de soldadura, evitando la formación de grietas y prolongando la vida útil de los componentes de herramientas de aleación dura.
Después de la soldadura fuerte, los residuos del agente de soldadura fuerte en la unión deben aclararse con agua caliente o una mezcla de fundente general, seguido de un decapado ácido con una solución ácida adecuada para eliminar la película de óxido en el material base. Sin embargo, no debe utilizarse una solución de ácido nítrico para evitar la corrosión del metal de la unión soldada.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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