1. Припой
(1) Для пайки инструментальных сталей и твердых сплавов обычно используют припои из чистой меди, меди, цинка и серебра. Чистая медь обладает хорошей смачиваемостью ко всем видам твердых сплавов, но наилучший эффект достигается при пайке в восстановительной водородной атмосфере. В то же время, из-за высокой температуры пайки, напряжение в соединении велико, что приводит к увеличению склонности к растрескиванию. Прочность на сдвиг соединения, спаянного чистой медью, составляет около 150 МПа, а пластичность соединения также высока, но оно не подходит для работы при высоких температурах.
Медно-цинковый припой является наиболее распространенным припоем для пайки инструментальных сталей и твердых сплавов. Для улучшения смачиваемости припоя и прочности соединения в него часто добавляют Mn, Ni, Fe и другие легирующие элементы. Например, добавление 4% MN к b-cu58znmn позволяет достичь прочности на сдвиг паяных соединений из твердых сплавов при комнатной температуре в 300–320 МПа; при этом она может сохраняться на уровне 220–240 МПа при 320 ℃. Добавление небольшого количества CO к b-cu58znmn позволяет достичь прочности на сдвиг паяного соединения в 350 МПа, а также обеспечивает высокую ударную вязкость и усталостную прочность, значительно увеличивая срок службы режущих инструментов и бурового инструмента.
Более низкая температура плавления припоя из серебра и меди, а также меньшее термическое напряжение паяного соединения способствуют снижению склонности твердых сплавов к растрескиванию во время пайки. Для улучшения смачиваемости припоя, повышения прочности и рабочей температуры соединения в него часто добавляют марганец, никель и другие легирующие элементы. Например, припой b-ag50cuzncdni обладает отличной смачиваемостью по отношению к твердым сплавам, а паяное соединение имеет хорошие комплексные свойства.
В дополнение к трем вышеупомянутым типам припоев, для твердосплавных материалов, работающих при температуре выше 500 ℃ и требующих высокой прочности соединения, можно выбрать припои на основе марганца и никеля, такие как b-mn50nicucrco и b-ni75crsib. Для пайки быстрорежущей стали следует выбирать специальный припой с температурой пайки, соответствующей температуре закалки. Такие припои делятся на две категории: ферромарганцевые припои, в основном состоящие из ферромарганца и буры. Прочность на сдвиг паяного соединения обычно составляет около 100 МПа, но соединение склонно к образованию трещин; другой вид специальных медных сплавов, содержащих Ni, Fe, Mn и Si, не склонен к образованию трещин в паяных соединениях, а его прочность на сдвиг может быть увеличена до 300 МПа.
(2) Выбор припоя и защитного газа должен соответствовать основному металлу и присадочному металлу, подлежащему сварке. При пайке инструментальной стали и твердых сплавов в качестве припоя в основном используются бура и борная кислота, а также добавляются некоторые фториды (KF, NaF, CaF2 и др.). Для медно-цинкового припоя используются флюсы Fb301, fb302 и fb105, а для серебряно-медного припоя — флюсы fb101–fb104. Бура в основном используется при пайке быстрорежущей стали специальными присадочными металлами.
Для предотвращения окисления инструментальной стали во время нагрева при пайке и во избежание очистки после пайки можно использовать пайку в защитной газовой среде. В качестве защитного газа может использоваться инертный или восстановительный газ, а точка росы газа должна быть ниже -40 ℃. Твердосплавы можно паять в защите водородом, при этом требуемая точка росы водорода должна быть ниже -59 ℃.
2. Технология пайки
Инструментальную сталь необходимо очистить перед пайкой, а обработанная поверхность не должна быть слишком гладкой, чтобы облегчить смачивание и распределение материала и флюса. Поверхность твердого сплава перед пайкой следует подвергнуть пескоструйной обработке или полировке с помощью карбида кремния или алмазного шлифовального круга для удаления избытка углерода, чтобы обеспечить смачивание припоем во время пайки. Твердые сплавы, содержащие карбид титана, плохо смачиваются. На их поверхность наносят пасту из оксида меди или оксида никеля новым способом и запекают в восстановительной атмосфере, чтобы обеспечить переход меди или никеля на поверхность и тем самым повысить смачиваемость прочным припоем.
Пайку углеродистой инструментальной стали предпочтительно проводить до или одновременно с процессом закалки. Если пайка проводится до закалки, температура солидуса используемого припоя должна быть выше диапазона температур закалки, чтобы сварное соединение сохраняло достаточную прочность при повторном нагреве до температуры закалки без разрушения. При совмещении пайки и закалки следует выбирать припой с температурой солидуса, близкой к температуре закалки.
Легированная инструментальная сталь имеет широкий спектр компонентов. Для получения качественного соединения необходимо выбирать подходящий припой, процесс термообработки и технологию сочетания пайки и термообработки в зависимости от конкретного типа стали.
Температура закалки быстрорежущей стали обычно выше температуры плавления серебряно-медного и медно-цинкового припоя, поэтому закалку необходимо проводить перед пайкой, а также во время или после вторичного отпуска. Если закалка требуется после пайки, для пайки можно использовать только вышеупомянутый специальный припой. При пайке быстрорежущих стальных режущих инструментов целесообразно использовать коксовую печь. После расплавления припоя извлечь режущий инструмент, немедленно создать давление, удалить излишки припоя, затем провести закалку в масле и отпуск при температуре 550–570 ℃.
При пайке твердосплавного лезвия стальным инструментальным стержнем следует использовать метод увеличения зазора для пайки и применения пластиковой компенсационной прокладки в этом зазоре, а также проводить медленное охлаждение после сварки для снижения напряжения пайки, предотвращения трещин и продления срока службы твердосплавного инструментального узла.
После волоконной сварки остатки флюса на сварном шве следует смыть горячей водой или обычной смесью для удаления шлака, а затем обработать соответствующим травильным раствором для удаления оксидной пленки с основного стержня инструмента. Однако следует избегать использования раствора азотной кислоты, чтобы предотвратить коррозию припоя.
Дата публикации: 13 июня 2022 г.