O que torna a brasagem de aço para ferramentas e ligas duras um processo tão importante no fabrico? Este artigo analisa os materiais, as técnicas e as melhores práticas para uma brasagem bem sucedida. Ao explorar as propriedades dos diferentes materiais de brasagem e as suas aplicações, obterá informações sobre como melhorar a resistência e o desempenho das juntas em ambientes de elevada tensão. Descubra como a seleção adequada de materiais e a preparação de superfícies podem conduzir a montagens de ferramentas fiáveis e duradouras. Continue a ler para conhecer os elementos essenciais que podem otimizar os seus processos de metalurgia.
(1) Materiais de brasagem
Os materiais de brasagem de cobre puro, cobre-zinco e prata-cobre são normalmente utilizados para a brasagem de aço para ferramentas e ligas duras. O cobre puro tem boas propriedades de molhagem para várias ligas duras, mas os melhores resultados são obtidos quando a brasagem é feita numa atmosfera redutora de hidrogénio.
No entanto, devido à elevada brasagem temperatura e a elevada tensão resultante na junta, há uma maior tendência para a formação de fissuras. As juntas soldadas com cobre puro têm uma resistência ao corte de cerca de 150MPa e uma ductilidade superior, mas não são adequadas para aplicações a altas temperaturas.
Os materiais de brasagem de cobre-zinco são os materiais de brasagem mais comummente utilizados para o aço para ferramentas e ligas duras. Para melhorar as propriedades de humidade do material de brasagem e a resistência da junta, são frequentemente adicionados ao material de brasagem elementos de liga como o Mn, Ni, Fe, etc.
Por exemplo, a adição de 4% Mn em B-Cu58ZnMn pode atingir uma resistência ao cisalhamento de 300-320MPa à temperatura ambiente para brasagem de juntas de liga dura, que ainda pode manter 220-240MPa a 320 ℃.
A adição de uma pequena quantidade de Co ao B-Cu58ZnMn pode aumentar a resistência ao cisalhamento da junta soldada para 350MPa e melhorar a sua resistência ao impacto e à fadiga, aumentando significativamente a vida útil das ferramentas de corte e da rocha perfuração ferramentas.
Os materiais de brasagem de prata-cobre têm um ponto de fusão mais baixo, resultando em tensões térmicas mais baixas nas juntas soldadas e reduzindo a tendência para a formação de fissuras.
Para melhorar as propriedades de humidificação do material de brasagem e aumentar a resistência e a temperatura de trabalho da junta, são também frequentemente adicionados ao material de brasagem elementos de liga como o Mn, o Ni, etc. Por exemplo, o material de brasagem B-Ag50CuZnCdNi tem excelentes propriedades de humidificação para ligas duras e as juntas soldadas têm um bom desempenho global.
Além dos três tipos de materiais de brasagem acima, para ligas duras que trabalham em temperaturas acima de 500 ℃ e requerem alta resistência da junta, materiais de brasagem à base de Mn e Ni podem ser usados, como B-Mn50NiCuCrCo e B-Ni75CrSiB.
Para a brasagem de aço de alta velocidade, devem ser seleccionados materiais de brasagem especializados que correspondam ao temperatura de brasagem com a temperatura de arrefecimento.
Estes materiais de brasagem podem ser divididos em dois tipos: materiais de brasagem à base de manganês-ferro, compostos principalmente por manganês-ferro e bórax, com uma resistência ao corte da junta soldada geralmente de cerca de 100MPa, mas com tendência para fissurar; e ligas de cobre especiais contendo Ni, Fe, Mn e Si, que podem evitar a fissuração e aumentar a resistência ao corte da junta para 300MPa.
(2) Agentes de brasagem e gases de proteção
A seleção dos agentes de brasagem deve ser compatível com o material de base a ser soldado e com os materiais de brasagem escolhidos. Para a brasagem de aço ferramenta e ligas duras, o bórax e o ácido bórico são os principais agentes de brasagem, com a adição de alguns fluoretos (KF, NaF, CaF2, etc.).
Os materiais de brasagem de cobre-zinco são utilizados com os agentes de brasagem FB301, FB302 e FB105, enquanto os materiais de brasagem de prata-cobre são utilizados com os agentes de brasagem FB101-FB104. Os agentes de brasagem Borax são utilizados principalmente para a brasagem especializada de aço rápido.
Para evitar a oxidação do aço para ferramentas durante a brasagem e evitar a necessidade de limpeza pós-brasagem, pode ser utilizada a brasagem com proteção gasosa. A gás de proteção pode ser um gás inerte ou um gás redutor, sendo necessário que o ponto de orvalho do gás seja inferior a -40°C. A liga dura pode ser soldada sob proteção de hidrogénio, devendo o ponto de orvalho do gás de hidrogénio necessário ser inferior a -59°C.
O aço para ferramentas deve ser limpo antes da brasagem. A superfície não precisa de ser demasiado lisa para o processamento mecânico, de modo a facilitar a humidificação e o espalhamento do material e do agente de brasagem.
A superfície da liga dura deve ser submetida a um tratamento de jato de areia antes da brasagem, ou ser polida com carboneto de silício ou discos de diamante para remover o excesso de carbono e facilitar a molhagem pelo material de brasagem.
Ligas duras contendo titânio são difíceis de molhar. Um novo método consiste em aplicar pasta de óxido de cobre ou de óxido de níquel à superfície e cozê-la numa atmosfera redutora para transferir o cobre ou o níquel para a superfície, aumentando assim as propriedades molhantes do material de brasagem.
A brasagem do aço-carbono para ferramentas deve ser efectuada antes ou simultaneamente com a brasagem. processo de arrefecimento.
Se a brasagem for efectuada antes do processo de têmpera, a temperatura da linha de solidificação do material de brasagem deve ser superior à gama de temperaturas de têmpera, para garantir que a junta continua a ter resistência suficiente quando é reaquecida até à temperatura de têmpera, sem falhas.
Quando a brasagem e a têmpera são efectuadas em conjunto, devem ser seleccionados materiais de brasagem com temperaturas da linha de solidificação próximas da temperatura de têmpera.
A gama de composição das ligas de aço para ferramentas é vasta e os materiais de brasagem adequados, os processos de tratamento térmico e as técnicas para combinar a brasagem e o tratamento térmico devem ser determinados com base no tipo de aço específico para obter um bom desempenho das juntas.
A temperatura de têmpera do aço rápido é geralmente mais elevada do que a temperatura de fusão dos materiais de brasagem prata-cobre e cobre-zinco. Por conseguinte, a têmpera deve ser efectuada antes da brasagem, e a brasagem deve ser realizada durante ou após a têmpera secundária.
Se a têmpera tiver de ser efectuada após a brasagem, apenas podem ser utilizados os materiais de brasagem especializados acima mencionados. Para a brasagem de ferramentas de aço rápido, é adequado um forno de coque.
Após a fusão do material de brasagem, a ferramenta deve ser imediatamente removida e pressionada para extrudir o excesso de material de brasagem, seguido de óleo têmpera e revenimento a 550-570°C.
Ao soldar lâminas de liga dura em hastes de ferramentas de aço, é aconselhável aumentar a folga de soldadura e aplicar calços de compensação de plástico na junta para reduzir a taxa de arrefecimento após a soldadura, reduzindo assim a tensão de soldadura, evitando a formação de fissuras e prolongando a vida útil dos componentes de ferramentas de liga dura.
Após a brasagem, os resíduos do agente de brasagem na junta devem ser enxaguados com água quente ou com uma mistura de fluxo geral, seguida de decapagem ácida com uma solução ácida adequada para remover a película de óxido do material de base. No entanto, não deve ser utilizada uma solução de ácido nítrico para evitar a corrosão do metal da junta soldada.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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