1. Materiał lutowniczy
(1) Do lutowania twardego stali narzędziowych i węglików spiekanych zazwyczaj stosuje się spoiwa z czystej miedzi, miedzi z cynkiem oraz miedzi ze srebrem. Czysta miedź charakteryzuje się dobrą zwilżalnością dla wszystkich rodzajów węglików spiekanych, ale najlepszy efekt można uzyskać lutując w redukującej atmosferze wodoru. Jednocześnie, ze względu na wysoką temperaturę lutowania, naprężenia w złączu są duże, co prowadzi do wzrostu tendencji do pękania. Wytrzymałość na ścinanie złącza lutowanego czystą miedzią wynosi około 150 MPa, a plastyczność złącza jest również wysoka, jednak nie nadaje się ono do pracy w wysokich temperaturach.
Spoiwo miedziowo-cynkowe jest najczęściej stosowanym spoiwem do lutowania stali narzędziowych i węglików spiekanych. Aby poprawić zwilżalność lutu i wytrzymałość połączenia, często dodaje się do niego Mn, Ni, Fe i inne pierwiastki stopowe. Na przykład, do b-cu58znmn dodaje się 4% w(MN), aby wytrzymałość na ścinanie połączeń lutowanych węglikiem spiekanym osiągnęła 300–320 MPa w temperaturze pokojowej; w temperaturze 320°C nadal może ona utrzymać 220–240 MPa. Dodanie niewielkiej ilości CO na bazie b-cu58znmn może zwiększyć wytrzymałość na ścinanie połączenia lutowanego do 350 MPa, a także zapewnić wysoką udarność i wytrzymałość zmęczeniową, co znacznie wydłuża żywotność narzędzi skrawających i narzędzi do wiercenia w skale.
Niższa temperatura topnienia lutu lutowniczego srebrno-miedzianego oraz mniejsze naprężenie cieplne lutowanego złącza zmniejszają tendencję węglika spiekanego do pękania podczas lutowania. Aby poprawić zwilżalność lutu oraz wytrzymałość i temperaturę pracy złącza, do lutu często dodaje się Mn, Ni i inne pierwiastki stopowe. Na przykład lut b-ag50cuzncdni charakteryzuje się doskonałą zwilżalnością w stosunku do węglika spiekanego, a lutowane złącze charakteryzuje się dobrymi właściwościami.
Oprócz trzech powyższych typów spoiw lutowniczych, spoiwa na bazie Mn i Ni, takie jak b-mn50nicucrco i b-ni75crsib, mogą być wybrane do węglików spiekanych pracujących w temperaturach powyżej 500°C i wymagających wysokiej wytrzymałości złącza. Do lutowania stali szybkotnącej należy wybrać specjalny spoiwo lutownicze o temperaturze lutowania odpowiadającej temperaturze hartowania. Ten spoiwo dzieli się na dwie kategorie: jedną jest spoiwo typu ferromanganowego, które składa się głównie z ferromanganu i boraksu. Wytrzymałość na ścinanie lutowanego złącza wynosi na ogół około 100 MPa, ale złącze jest podatne na pęknięcia; Inny rodzaj specjalnego stopu miedzi zawierającego Ni, Fe, Mn i Si nie powoduje pęknięć w lutowanych złączach, a jego wytrzymałość na ścinanie można zwiększyć do 300 MPa.
(2) Wybór topnika do lutowania twardego i topnika w osłonie gazowej powinien być dobrany do metalu bazowego i spoiwa przeznaczonego do spawania. Podczas lutowania stali narzędziowej i węglika spiekanego, stosowanym topnikiem jest głównie boraks i kwas borowy, z dodatkiem fluorków (KF, NaF, CaF2 itp.). Topniki Fb301, Fb302 i Fb105 są stosowane do lutowania miedziano-cynkowego, a topniki Fb101–Fb104 do lutowania srebrno-miedzianego. Topnik boraksowy jest stosowany głównie w przypadku lutowania stali szybkotnącej specjalnym spoiwem.
Aby zapobiec utlenianiu stali narzędziowej podczas lutowania twardego i uniknąć konieczności czyszczenia po lutowaniu, można zastosować lutowanie w osłonie gazowej. Gazem ochronnym może być gaz obojętny lub gaz redukujący, a temperatura rosy gazu powinna być niższa niż -40°C. Węglik spiekany można lutować pod osłoną wodoru, a wymagana temperatura rosy wodoru powinna być niższa niż -59°C.
2. Technologia lutowania
Stal narzędziowa musi być oczyszczona przed lutowaniem, a obrobiona powierzchnia nie musi być zbyt gładka, aby ułatwić zwilżanie i rozprowadzanie materiałów oraz topnika. Powierzchnię węglika spiekanego należy przed lutowaniem poddać piaskowaniu lub polerowaniu węglikiem krzemu lub ściernicą diamentową w celu usunięcia nadmiaru węgla z powierzchni, tak aby była zwilżana przez spoiwo lutownicze podczas lutowania. Węglik spiekany zawierający węglik tytanu jest trudny do zwilżenia. Pasta z tlenku miedzi lub niklu jest nakładana na jej powierzchnię w nowy sposób i wypalana w atmosferze redukującej, aby umożliwić przejście miedzi lub niklu w powierzchnię, zwiększając w ten sposób zwilżalność mocnego lutu.
Lutowanie twarde stali narzędziowej węglowej powinno być przeprowadzane przed lub jednocześnie z hartowaniem. Jeśli lutowanie twarde jest przeprowadzane przed hartowaniem, temperatura solidusu użytego spoiwa powinna być wyższa niż zakres temperatur hartowania, tak aby spoina zachowała wystarczającą wytrzymałość po ponownym nagrzaniu do temperatury hartowania bez uszkodzenia. W przypadku łączenia lutowania twardego i hartowania, należy wybrać spoiwo o temperaturze solidusu zbliżonej do temperatury hartowania.
Stal narzędziowa stopowa składa się z szerokiej gamy składników. Odpowiedni lut, proces obróbki cieplnej oraz technologia łączenia lutowania i obróbki cieplnej powinny być dobrane do konkretnego rodzaju stali, aby uzyskać dobrą jakość połączenia.
Temperatura hartowania stali szybkotnącej jest zazwyczaj wyższa niż temperatura topnienia lutu srebrno-miedzianego i miedziowo-cynkowego, dlatego konieczne jest hartowanie przed lutowaniem twardym oraz lutowanie twarde w trakcie lub po odpuszczaniu wtórnym. Jeśli hartowanie jest wymagane po lutowaniu twardym, do lutowania twardego można użyć wyłącznie wspomnianego wyżej specjalnego spoiwa. Do lutowania twardego narzędzi skrawających ze stali szybkotnącej zaleca się stosowanie pieca koksowniczego. Po stopieniu spoiwa twardego należy wyjąć narzędzie tnące i natychmiast je wycisnąć, wycisnąć nadmiar spoiwa twardego, a następnie przeprowadzić hartowanie w oleju i odpuścić w temperaturze 550–570°C.
Podczas lutowania ostrza z węglika spiekanego za pomocą pręta stalowego należy zastosować metodę zwiększenia szczeliny lutowniczej i zastosować w niej uszczelkę kompensacyjną z tworzywa sztucznego. Po spawaniu należy przeprowadzić powolne chłodzenie, aby zmniejszyć naprężenia lutownicze, zapobiec pęknięciom i przedłużyć żywotność zespołu narzędzi z węglika spiekanego.
Po spawaniu światłowodem, pozostałości topnika na spoinie należy przemyć gorącą wodą lub mieszanką do usuwania żużlu, a następnie wytrawić odpowiednim roztworem trawiącym w celu usunięcia warstwy tlenku z pręta narzędzia bazowego. Należy jednak uważać, aby nie stosować roztworu kwasu azotowego, aby zapobiec korozji lutowanego metalu.
Czas publikacji: 13 czerwca 2022 r.