6 超硬合金のろう付けの基本

超硬合金は、粉末冶金法で作られる合金の総称である。 金属類 元素周期表のIVa族、Va族、VIa族の炭化物と、Fe、Co、Niなどの鉄族金属。

炭化物相は合金の硬度と耐摩耗性を高め、結合相は合金の強度と靭性を高める。

組成によって、超硬合金は5つのカテゴリーに分けられる。炭化タングステン系超硬合金、炭化チタン系超硬合金、コーティング超硬合金、鋼系超硬合金、その他の超硬合金。

超硬合金は、その応用範囲によって4つのカテゴリーに分けられる。超硬切削工具, 超硬金型, 超硬合金 計測器 および耐摩耗部品、鉱業石油地質用超硬合金。

一般に、WC Co超硬合金は、次のような用途に広く使用されている。 切削工具金属絞りダイス、 スタンピング・ダイ鋳鉄用測定工具、 非鉄金属 およびその合金、鉱業機械および地質探査用の耐摩耗部品；

WC Ti Co合金は主に以下の用途に使用される。 鋼材切断;

WC TiC - (NbC) - Co合金は、主に高硬度材の切削に使用される。

近年、他のタイプの超硬合金が大きく進歩し、一部の特殊用途で大きな成功を収めているが、WC Coシリーズ（すなわちYGタイプ）の超硬合金は、総合的な機械的特性が非常に優れており、業界で最も広く使用され、使用されている超硬合金である。

1.超硬ろう付けの問題点

超硬合金のろう付け性は悪い。

というのも 炭素含有量 超硬合金の表面は洗浄されていないため遊離炭素が多く、はんだの濡れを妨げる。

また、超硬合金は酸化しやすく、酸化膜を形成しやすい。 ろう付け温度これははんだの濡れ性にも影響する。

従って、事前に表面クリーニングを行う必要がある。 ろう付け は、超硬合金に対するろうの濡れ性を改善するために非常に重要である。

必要であれば、表面に銅メッキやニッケルメッキなどの処置を施すこともできる。

超硬ろう付けのもうひとつの問題は、接合部にクラックが入りやすいことである。

線膨張係数が低炭素鋼の半分しかないからだ。

超硬合金がこの種の鋼のマトリックスとろう付けされると、接合部に大きな熱応力が発生し、接合部の割れにつながる。

したがって、超硬合金を異種材料とろう付けする場合は、亀裂防止策を講じる必要がある。

2. 表面処理 ろう付け前

ろう付けを行う前に、ワークの表面に付着している酸化物、油脂、汚れ、塗料を入念に取り除く必要がある。溶けたはんだは、洗浄されていない部品の表面を濡らすことができず、接合部の隙間を埋めることもできないからである。

母材のろう付け性とろう付け接合部の耐食性を向上させるために、ろう付け前に部品を特定の金属層でプレコートしなければならないこともある。

(1) 油汚れは有機溶剤で除去できる。

一般的な有機溶剤には、アルコール、四塩化炭素、ガソリン、トリクロロエチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタンなどがある。

少量生産の場合、ゼロは有機溶剤に浸して洗浄することができる。

大量生産で最も広く使われているのは、有機溶剤の蒸気で脱脂する方法である。

さらに、熱アルカリ溶液でも満足のいく結果が得られる。

例えば、鉄鋼部品は70～80℃の10%苛性ソーダ溶液に浸漬して脱脂することができ、銅および銅合金部品は60～80℃の温度でリン酸三ナトリウム50g、炭酸水素ナトリウム50g、水1Lの溶液で洗浄することができる。

部品は洗剤で脱脂し、水で丁寧に洗浄することもできる。

部品表面が水で完全に濡れるようになれば、表面のグリースが除去されたことを示す。

形状が複雑で量が多い小さな部品には、特殊な溝で超音波洗浄を行うこともできる。

超音波による油の除去効率は高い。

(2) 酸化物の除去

ろう付けの前に、部品表面の酸化物を機械的方法、化学エッチング法、電気化学エッチング法で処理することができる。

ヤスリ、メタルブラシ、研磨紙、砥石 サンドブラスト は、機械的な方法で洗浄する際に、表面の酸化膜を除去するために使用することができる。

ヤスリとサンドペーパーによるクリーニングは、単品生産に使用され、クリーニング中に形成される溝は、はんだの濡れ広がりにも寄与する。

砥石、金属ブラシ、 サンドブラスト などがバッチ生産に用いられている。

アルミニウムやアルミニウム合金の表面は、機械的な洗浄には適していません。 チタン合金.

(3) 金属でコーティングされた母材表面

母材表面に金属をめっきする主な目的は、一部の材料のはんだ付け性を向上させ、母材に対するはんだの濡れ性を高めることである；

母材と溶加材の相互作用が接合品質に悪影響を与えないようにする。例えば、界面での亀裂の防止や脆い金属間化合物の低減などである；

はんだ層として、組立工程を簡素化し、生産性を向上させる。

3.ろう材

(1) フィラーメタル

ろう付け工具 鋼と硬質合金には通常、純銅、銅亜鉛、銀銅のろう材が使われる。

純銅はあらゆる種類の超硬合金に対して良好な濡れ性を持つが、水素還元雰囲気でのろう付けによって最良の効果が得られる。

同時に、ろう付け温度が高いため、接合部の応力が大きくなり、亀裂が発生しやすくなる。

従来の純粋な接合部の剪断強度は、1.5MPaであった。 銅ろう は約150MPaで、接合部の塑性変形も大きいが、高温作業には適さない。

銅亜鉛ろうは、工具鋼や超硬合金のろう付けに最も一般的に使用されるろう材である。

フィラーメタルの濡れ性と接合部の強度を向上させるために、Mn、Ni、Feなどの 合金元素 はフィラーメタルに添加されることが多い。

例えば、B-Cu58ZnMnに4% w (Mn)を添加すると、超硬合金ろう付け継手のせん断強度が室温で300～320MPaに達し、320℃で220～240MPaを維持する。

B-Cu58ZnMnをベースに少量のCoを添加することで、ろう付け継手のせん断強度は350MPaに達する。 疲労強度これにより、工具や削岩工具の耐用年数が大幅に向上する。

銀銅ろうの融点は低く、ろう付け接合部から発生する熱応力は小さいため、ろう付け時の超硬合金の割れ傾向を抑えることができる。

溶加材の濡れ性を改善し、接合部の強度と加工温度を向上させるために、Mn、Ni、その他の合金元素が溶加材に添加されることが多い。

例えば、B-Ag50CuZnCdNiろう材は超硬合金との濡れ性に優れ、ろう付け接合部は良好な総合特性を有する。

上記3種類のはんだに加え、B-Mn50NiCuCrCoやB-Ni75CrSiBなどのMn系およびNi系はんだは、500℃以上で使用され、高い接合強度が要求される超硬合金に使用できる。

高速度鋼のろう付けには、特殊な ろう ろう付け温度と焼き入れ温度を一致させる必要がある。

この種のろうは2つのカテゴリーに分けられる。

ひとつはフェロマンガン系ろう材で、フェロマンガンとホウ砂を主成分とする。

ろう付け接合部のせん断強度は一般に100MPa程度だが、接合部にクラックが入りやすい。

もうひとつは、Ni、Fe、Mn、Siを含む特殊な銅合金である。

ろう付けした接合部はクラックが入りにくく、せん断強度は300MPaまで高めることができる。

(2) フラックスと シールドガス

ろうフラックスの選択は、溶接される母材および選 択されたろう材に適合したものでなければならな い。

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工具鋼と超硬合金をろう付けする場合、使用されるフラックスは主にホウ砂とホウ酸で、フッ化物（KF、NaF、CaF2など）も添加される。

銅亜鉛はんだにはFB301、FB302、FB105フラックスが、銀銅はんだにはFB101～FB104フラックスが使用されています。

ろう付けに特殊ろうを使用する場合 高速度鋼ホウ砂ろうが主に使用される。

ろう付け加熱中の工具鋼の酸化を防ぎ、ろう付け後の洗浄を避けるために、ガスシールドろう付けを使用することができる。

シールドガスは不活性ガスでも還元性ガスでもよく、露点は-40℃以下が要求される。

超硬合金は水素の保護下でろう付けでき、必要な水素の露点は-59℃以下でなければならない。

4.ろう付け工程

工具鋼はろう付け前に洗浄する必要があり、加工面は材料やフラックスの濡れや広がりを容易にするため、あまり滑らかである必要はない。

超硬合金の表面は、ろう付けの前にサンドブラストするか、炭化ケイ素またはダイヤモンド砥石で研磨し、表面の過剰なカーボンを除去して、ろう付けの際にろう材が濡れるようにする。

炭化チタンを含む超硬合金は濡れにくいため、その表面に酸化銅や酸化ニッケルペーストを新方式で塗布し、還元性雰囲気で焼成して銅やニッケルを表面に移行させることで、強力はんだの濡れ性を高めている。

炭素工具鋼のロウ付けは、ロウ付けの前、またはロウ付けと同時に行うことが望ましい。 焼き入れ工程.

焼入れ工程の前にろう付けを行う場合、使用す る金属フィラーの固相線温度は焼入れ温度範囲より 高くなければならない。

ろう付けと焼入れを併用する場合は、焼入れ温度に近い固相温 度のろう材を選択しなければならない。

合金工具鋼の組成範囲は非常に広い。

適切なろう材、熱処理プロセス、およびろう付けと熱処理プロセスの組み合わせ技術は、具体的な用途に応じて決定されるべきである。 スチールタイプその結果、良好なジョイントパフォーマンスを得ることができた。

高速度鋼の焼入れ温度は、一般に銀銅や銅亜鉛はんだの溶融温度よりも高いため、ろう付け前の焼入れや、二次焼戻し中または二次焼戻し後のろう付けを行う必要がある。

ろう付け後に焼入れを行う必要がある場合、ろう付けに使用できるのは前述の特殊金属フィラーのみである。

高速度鋼工具をろう付けする場合は、コークス炉を使用するのが適切である。

溶加材が溶けたら、工具を取り出し、直ちに加圧し、余分な溶加材を押し出し、次の作業を行う。 油焼き入れその後、550～570℃で焼戻しする。

超硬工具と鋼製工具棒をろう付けする場合、ろう付けシームクリアランスを大きくし、ろう付けシームにプラスチック補償ガスケットを適用し、ろう付け応力を低減し、亀裂を防止し、超硬工具アセンブリの寿命を延ばすために、溶接後の冷却を遅くすることをお勧めします。

5.ろう付け後の洗浄

フラックス残渣の多くはろう付け接合部を腐食させ、ろう付け接合部の検査の妨げにもなるため、洗浄が必要である。

溶接部上のフラックス残渣は、熱水または一般的なスラグ除去混合液で洗浄した後、適切な酸洗液で酸洗し、ベース工具上の酸化皮膜を除去する。

ただし、ろうの腐食を防ぐために硝酸溶液は使用しない。

有機はんだフラックスの残渣は、ガソリン、アルコール、アセトン、その他の有機溶剤で拭き取ったり洗浄したりできる；

酸化亜鉛と塩化アンモニウムの残留物は腐食性が強いので、10% NaOH溶液で洗浄した後、温水または冷水で洗浄する。

ホウ砂とホウロウフラックスの残留物は、一般に機械的方法か沸騰水への長期浸漬によって解決される。

6.ろう付け品質の検査

ろう付け接合部の検査方法は、非破壊検査と破壊検査に分けられる。

以下が主なものである。 非破壊検査法:

(1) 目視検査。

(2) 染料試験および蛍光試験。

この2つの方法は、主に外観検査では発見できない微細な亀裂、空気穴、緩みなどの欠陥をチェックするために使用される。