Come saldare il carburo di tungsteno all'acciaio

1. Proprietà della saldatura per brasatura: 

L'acciaio per utensili comprende solitamente l'acciaio per utensili al carbonio, l'acciaio per utensili legato e l'acciaio ad alta velocità, mentre il carburo cementato è ottenuto dalla sinterizzazione di carburi (come ad es. carburo di wolframioTiC, ecc.) e metalli leganti (come il Co, ecc.) attraverso la polvere. La tecnologia di saldatura per brasatura dell'acciaio per utensili e del carburo cementato o carburo di tungsteno è utilizzato principalmente nella produzione di utensili da taglio, stampi, strumenti di misura e strumenti per l'estrazione mineraria. Questo articolo presenta in dettaglio la saldatura del carburo di tungsteno o carburo cementato.

Il problema principale della brasatura dell'acciaio per utensili è che la sua struttura e le sue prestazioni sono facilmente influenzate dal processo di brasatura. Se il processo di brasatura non è corretto, è molto facile che si verifichino problemi come la ricottura ad alta temperatura, l'ossidazione e la decarburazione. Ad esempio, la temperatura di tempra dell'acciaio ad alta velocità W18Cr4V è di 1260-1280℃. Per evitare questi problemi e garantire la massima durezza e resistenza all'usura durante il taglio, la temperatura di brasatura deve essere adattata alla temperatura di tempra.

La proprietà di brasatura del carburo cementato è scarsa. Questo perché il contenuto di carbonio del carburo cementato è elevato e la superficie non pulita contiene spesso più carbonio libero, che ostacola la bagnatura del materiale da brasare. Inoltre, il carburo cementato si ossida facilmente formando una pellicola di ossido alla temperatura di brasatura, che influisce anche sulla bagnatura del metallo d'apporto per la brasatura. Pertanto, la pulizia della superficie prima della brasatura è molto importante per migliorare la bagnabilità del metallo d'apporto per brasatura sul carburo cementato. Se necessario, si possono adottare anche misure come la ramatura superficiale o la nichelatura.

Un altro problema della brasatura del carburo cementato o della saldatura del carburo di tungsteno è che il giunto è soggetto a cricche. Questo perché il suo coefficiente di espansione lineare è solo la metà di quello dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Quando il carburo cementato viene brasato con il substrato di questo tipo di acciaio, si genera una forte sollecitazione termica nel giunto, con conseguente fessurazione dello stesso. Pertanto, quando si brasa il carburo cementato con materiali diversi, è necessario adottare misure anti-cracking.

2.Materiali per la saldatura a brasatura:

(1) Metallo d'apporto per brasatura Il rame puro, il rame-zinco e l'argento-rame sono solitamente utilizzati per la brasatura dell'acciaio per utensili e del carburo cementato. Il rame puro ha una buona bagnabilità per vari carburi cementati, ma deve essere brasato in un'atmosfera di riduzione dell'idrogeno per ottenere l'effetto migliore. Allo stesso tempo, a causa dell'elevata temperatura di brasatura, le sollecitazioni nel giunto sono elevate, con una conseguente maggiore tendenza alla fessurazione. La resistenza al taglio del giunto brasato con rame puro è di circa 150MPa e anche la plasticità del giunto è elevata, ma non è adatto per lavori ad alta temperatura.

Il metallo d'apporto per brasatura rame-zinco è il metallo d'apporto più comunemente utilizzato per la brasatura di acciaio per utensili e carburo cementato. Per migliorare la bagnabilità del metallo d'apporto per brasatura e la resistenza del giunto, al metallo d'apporto per brasatura vengono spesso aggiunti elementi in lega come Mn, Ni e Fe. Ad esempio, B-Cu58ZnMn contiene 4% w(Mn), che fa sì che la resistenza al taglio del giunto brasato in carburo cementato raggiunga i 300-320MPa a temperatura ambiente: può ancora mantenere 220-240MPa a 320°C. L'aggiunta di una piccola quantità di Co al B-Cu58ZnMn può far sì che la resistenza al taglio del giunto brasato raggiunga i 350MPa, oltre ad avere un'elevata tenacità all'urto e resistenza alla fatica, che migliora significativamente la durata degli utensili da taglio e di perforazione.

 Il metallo d'apporto per brasatura argento-rame ha un basso punto di fusione e lo stress termico generato dal giunto brasato è ridotto, il che favorisce la riduzione della tendenza alla fessurazione del carburo cementato durante la brasatura. Per migliorare la bagnabilità del metallo d'apporto per brasatura e aumentare la resistenza e la temperatura di esercizio del giunto, al metallo d'apporto per brasatura vengono spesso aggiunti elementi di lega come Mn e Ni. Ad esempio, il metallo d'apporto per brasatura B-Ag50CuZnCdNi ha un'eccellente bagnabilità sul carburo cementato e il giunto brasato ha buone prestazioni globali.

Oltre ai tre tipi di metallo d'apporto di cui sopra, per la brasatura di carburo cementato con temperature superiori a 500°C e con elevati requisiti di resistenza del giunto, si possono utilizzare metallo d'apporto a base di Mn e Ni, come B-Mn50NiCuCrCo e B-Ni75CrSiB. Per la brasatura dell'acciaio ad alta velocità, è necessario scegliere un metallo d'apporto speciale con una temperatura di brasatura che corrisponda alla temperatura di tempra, come indicato nella Tabella 3. Questo tipo di metallo d'apporto per brasatura si divide in due categorie. Una è il metallo d'apporto per brasatura ferromanganese, composto principalmente da ferromanganese e borace. La resistenza al taglio del giunto brasato è generalmente di circa 100MPa, ma il giunto è soggetto a cricche; l'altra è una speciale lega di rame contenente Ni, Fe, Mn e Si. Il giunto brasato con questa lega non è facile da incrinare e la sua resistenza al taglio può essere aumentata fino a 300MPa.

(2) Flusso di brasatura e gas di protezione La scelta del flusso di brasatura deve essere abbinata al materiale di base da saldare e al metallo d'apporto selezionato per la brasatura. Nella brasatura dell'acciaio per utensili e del carburo cementato, il flusso di brasatura utilizzato è principalmente borace e acido borico, e alcuni fluoruri (KF, NaF, CaF2, ecc.). I metalli d'apporto per la brasatura di rame e zinco sono dotati dei flussi di brasatura FB301, FB302 e FBl05, mentre i metalli d'apporto per la brasatura di argento e rame sono dotati dei flussi di brasatura FBl01~FBl04. Per la brasatura dell'acciaio ad alta velocità con metalli d'apporto speciali, si utilizza principalmente il flusso di brasatura al borace.

Per evitare l'ossidazione dell'acciaio da utensili durante il riscaldamento della brasatura e per evitare la pulizia dopo la brasatura, è possibile utilizzare la brasatura con schermatura a gas. Il gas di protezione può essere un gas inerte o un gas riducente e il punto di rugiada del gas deve essere inferiore a -40 °C. Il carburo cementato può essere brasato sotto protezione di idrogeno e il punto di rugiada dell'idrogeno richiesto deve essere inferiore a -59°C.

3.Tecnologia di brasatura:

L'acciaio per utensili deve essere pulito prima della brasatura e la superficie lavorata non deve essere troppo liscia per facilitare la bagnatura e la diffusione del metallo d'apporto e dell'agente brasante. La superficie del carburo cementato deve essere sabbiata o lucidata con carburo di silicio o mola diamantata prima della brasatura per rimuovere il carbonio in eccesso sulla superficie in modo che possa essere bagnata dal metallo d'apporto durante la brasatura. Il carburo cementato contenente carburo di titanio è più difficile da bagnare. Spalmando una pasta di ossido di rame o di nichel sulla sua superficie e cuocendola in atmosfera riducente per far passare il rame o il nichel sulla superficie, si migliora la bagnabilità del metallo d'apporto per brasatura.

La brasatura dell'acciaio al carbonio è preferibile che venga eseguita prima o contemporaneamente al processo di tempra. Se la brasatura viene eseguita prima del processo di tempra, la temperatura di solidus del metallo d'apporto utilizzato per la brasatura deve essere superiore all'intervallo di temperatura di tempra, in modo che la saldatura abbia ancora una resistenza sufficiente quando viene riscaldata alla temperatura di tempra e non ceda. Quando la brasatura e la tempra vengono eseguite insieme, si deve scegliere un metallo d'apporto per brasatura con una temperatura di solidità vicina alla temperatura di tempra. Gli acciai legati per utensili hanno un'ampia gamma di composizione. Il metallo d'apporto per la brasatura, il processo di trattamento termico e la tecnologia che combina brasatura e trattamento termico devono essere determinati in base al tipo di acciaio specifico per ottenere buone prestazioni del giunto.

La temperatura di tempra dell'acciaio ad alta velocità è generalmente superiore alla temperatura di fusione dei metalli d'apporto per brasatura argento-rame e rame-zinco. Pertanto, è necessario eseguire la tempra prima della brasatura e brasare durante o dopo il rinvenimento secondario. Se la tempra deve essere eseguita dopo la brasatura, è possibile utilizzare per la brasatura solo il metallo d'apporto speciale di cui sopra. Per la brasatura di utensili in acciaio rapido è più opportuno utilizzare un forno a coke. Quando il metallo d'apporto per brasatura si scioglie, estrarre l'utensile e pressurizzarlo immediatamente per spremere l'eccesso di metallo d'apporto per brasatura, quindi raffreddarlo a olio e infine temprarlo a 550-570℃.

Quando si brasano lame in metallo duro e portautensili in acciaio, si consiglia di aumentare il gap di brasatura e di applicare guarnizioni di compensazione in plastica nel gap di brasatura, nonché di rallentare il raffreddamento dopo la saldatura per ridurre le sollecitazioni di brasatura, prevenire le cricche e prolungare la vita utile dei componenti degli utensili in metallo duro. Dopo la brasatura, i residui di flusso sulla saldatura devono essere lavati con acqua calda o con una miscela generica per la rimozione delle scorie, e quindi decapati con una soluzione di decapaggio adeguata per rimuovere la pellicola di ossido sulla barra dell'utensile di base. Attenzione però a non utilizzare soluzioni di acido nitrico per evitare la corrosione del metallo di brasatura.