1. Припой
(1) Для пайки инструментальных сталей и твердых сплавов обычно используют припои на основе чистой меди, медно-цинковой и серебряно-медной смеси. Чистая медь обладает хорошей смачиваемостью всех видов твердых сплавов, но наилучший эффект достигается при пайке в восстановительной атмосфере водорода. В то же время, из-за высокой температуры пайки, напряжение в соединении велико, что приводит к повышению склонности к образованию трещин. Прочность на сдвиг соединения, паянного чистой медью, составляет около 150 МПа, пластичность соединения также высокая, но оно не подходит для работы при высоких температурах.
Припой на основе меди и цинка является наиболее часто используемым припоем для пайки инструментальных сталей и твердых сплавов. Для улучшения смачиваемости припоя и прочности соединения в припой часто добавляют Mn, Ni, Fe и другие легирующие элементы. Например, припой β-cu58znmn в концентрации 4% (MN) доводит прочность на сдвиг паяных соединений твердых сплавов до 300 ~ 320 МПа при комнатной температуре; он все еще может поддерживать 220 ~ 240 МПа при 320 ℃. Добавление небольшого количества CO2 в припой β-cu58znmn может довести прочность на сдвиг паяного соединения до 350 МПа, и он имеет высокую ударную вязкость и усталостную прочность, что значительно увеличивает срок службы режущего инструмента и инструмента для бурения горных пород.
Более низкая температура плавления серебряно-медного припоя и меньшее термическое напряжение паяного соединения способствуют снижению склонности карбида вольфрама к растрескиванию при пайке. Для улучшения смачиваемости припоя, повышения прочности и рабочей температуры соединения в припой часто добавляют марганец, никель и другие легирующие элементы. Например, припой b-ag50cuzncdni обладает отличной смачиваемостью карбида вольфрама, а паяное соединение обладает хорошими комплексными свойствами.
В дополнение к вышеупомянутым трем типам припоев, припои на основе Mn и Ni, такие как b-mn50nicucrco и b-ni75crsib, могут быть выбраны для твердых сплавов, работающих выше 500 ℃ и требующих высокой прочности соединения. Для пайки быстрорежущей стали следует выбирать специальный припой с температурой пайки, соответствующей температуре закалки. Этот припой делится на две категории: одна из них - припой типа ферромарганца, который в основном состоит из ферромарганца и буры. Прочность на сдвиг паяного соединения обычно составляет около 100 МПа, но соединение склонно к образованию трещин; Другой вид специального медного сплава, содержащего Ni, Fe, Mn и Si, нелегко приводит к образованию трещин в паяных соединениях, и его прочность на сдвиг может быть увеличена до 300 МПа.
(2) Выбор флюса для пайки и защитного газа должен соответствовать основному металлу и присадочному металлу, подлежащему сварке. При пайке инструментальной стали и твердого сплава в качестве флюса для пайки в основном используются бура и борная кислота с добавлением некоторых фторидов (KF, NaF, CaF2 и др.). Для медно-цинковых припоев используются флюсы Fb301, Fb302 и Fb105, а для серебряно-медных припоев – флюсы Fb101 ~ Fb104. Бура в основном используется при пайке быстрорежущей стали специальным припоем.
Чтобы предотвратить окисление инструментальной стали во время нагрева и избежать необходимости очистки после пайки, можно использовать пайку в защитном газе. В качестве защитного газа может использоваться как инертный, так и восстановительный газ с точкой росы ниже -40 ℃. Твёрдые сплавы можно паять в среде водорода, при этом точка росы водорода должна быть ниже -59 ℃.
2. Технология пайки
Инструментальная сталь должна быть очищена перед пайкой, а обработанная поверхность не должна быть слишком гладкой для облегчения смачивания и распределения материалов и паяльного флюса. Поверхность твёрдого сплава перед пайкой должна быть подвергнута пескоструйной обработке или полировке карбидом кремния или алмазным шлифовальным кругом для удаления излишков углерода с поверхности, чтобы обеспечить смачивание припоем во время пайки. Твёрдый сплав, содержащий карбид титана, трудно смачивается. На его поверхность наносят пасту из оксида меди или никеля новым способом и обжигают в восстановительной атмосфере для перехода меди или никеля на поверхность, что повышает смачиваемость прочного припоя.
Пайку углеродистой инструментальной стали предпочтительно проводить до или одновременно с закалкой. Если пайка производится до закалки, температура солидуса используемого присадочного металла должна быть выше диапазона температур закалки, чтобы сварное соединение сохраняло достаточную прочность при повторном нагреве до температуры закалки без разрушения. При сочетании пайки и закалки следует выбирать присадочный металл с температурой солидуса, близкой к температуре закалки.
Легированная инструментальная сталь имеет широкий спектр компонентов. Для получения хороших характеристик соединения необходимо выбирать подходящий припой, технологию термической обработки и сочетание пайки и термической обработки в зависимости от типа стали.
Температура закалки быстрорежущей стали, как правило, выше температуры плавления серебряно-медного и медно-цинкового припоя, поэтому перед пайкой необходимо проводить закалку, а во время или после вторичного отпуска – пайку. Если после пайки требуется закалка, то для пайки можно использовать только вышеупомянутый специальный припой. При пайке режущего инструмента из быстрорежущей стали целесообразно использовать коксовую печь. После расплавления припоя извлеките режущий инструмент, немедленно подайте на него давление, выдавите излишки припоя, затем выполните закалку в масле и отпустите при температуре 550–570 °C.
При пайке лезвия из твердого сплава со стальным стержнем инструмента следует применять метод увеличения зазора пайки и применения пластиковой компенсационной прокладки в зазоре пайки, а также осуществлять медленное охлаждение после сварки для снижения напряжений пайки, предотвращения трещин и продления срока службы узла инструмента из твердого сплава.
После сварки волокон остатки флюса на свариваемой детали необходимо промыть горячей водой или обычной смесью для удаления шлака, а затем протравить соответствующим травильным раствором для удаления оксидной пленки с стержня инструмента. Однако не используйте раствор азотной кислоты во избежание коррозии металла паяного соединения.
Время публикации: 13 июня 2022 г.