Kuinka juottaa volframikarbidi?

    Volframikarbidituotteita käytetään monissa sovelluksissa, mukaan lukien leikkaustyökalut, poraus, lävistys ja monet muut sovellukset. Sementoitu karbidi tarjoaa erinomaisen kulutuskestävyyden ja pidentää näiden erilaisten kulutus- ja leikkaustyökalujen käyttöikää. Koska sen pääkomponentti on volframi, joka on harvinainen ja uusiutumaton luonnonvara, kovametallin hinta on suhteellisen korkea. Lisäksi sementoidulla kovametallilla on suhteellisen korkea kovuus ja sen taivutuslujuus on paljon pienempi kuin muiden metallien, kuten teräksen. Näistä kahdesta syystä kovametalli on liitettävä muihin metalleihin eri tavoin, kuten kierreliitoksilla, puristamalla ja hitsaamalla. Tässä artikkelissa puhutaan volframikarbidin juottamisesta muille metalleille.

1. Mikä on volframikarbidi?

    Volframikarbidi (WC), jota kutsutaan myös sementoiduksi karbidiksi, on komposiittimateriaali, joka on valmistettu jauhemetallurgiaksi kutsutulla prosessilla. WC-jauhe sekoitetaan sideainemetalliin, yleensä kobolttiin tai nikkeliin, tiivistetään esimuottityökalussa ja sintrataan sitten uunissa. Termi "sementoitu" viittaa siihen, että volframikarbidihiukkaset vangitaan metalliseen sideainemateriaaliin ja "sementoidaan" yhteen muodostaen metallurgisen sidoksen volframikarbidihiukkasten ja sideaineen (WC-Co) välille sintrausprosessissa. Sementoitu kovametalliteollisuus viittaa yleisesti tähän materiaaliin yksinkertaisesti "karbidiksi", vaikka termejä volframikarbidi ja kovametalli käytetään vaihtokelpoisina.  Karbidilla on korkea puristuslujuus, se kestää taipumista ja säilyttää kovuusarvonsa korkeissa lämpötiloissa, mikä on fyysinen ominaisuus erityisen hyödyllinen metallinleikkaussovelluksissa. 

2. Kaksi pistettä takaavat onnistuneen volframikarbidin juottamisen

A. Differentiaalisen laajenemisen aiheuttamien jännitysten hallinta

B. Perusmateriaalien kutistumisnopeudet ja kovametallin kostutus juotoslejeeringillä

    Kuumennuksen ja jäähdytyksen aikana perusperusmetalli tyypillisesti laajenee ja supistuu nopeammin kuin kovametalli.  Volframikarbidin lämpölaajenemisnopeus on noin 1/3 - 1/2 teräksen lämpölaajenemisnopeus.  Kun juotettu kokoonpano jäähtyy, kovametalliin voi muodostua jäännösjännitystä.  Kovametallin hidasta tasaista jäähdytystä suositellaan aina jännityksen ja mahdollisen halkeilun välttämiseksi. Karkaisua ei suositella, koska se voi aiheuttaa karbideihin halkeamia perusmetallin nopean kutistumisen vuoksi.

3. Juotoslejeeringin valinta

    Volframikarbidia on vaikea kastella. Karbidien juottamiseen teräkseksi käytetään tyypillisesti hopeajuottoseoksia, joissa on pieniä lisäyksiä nikkeliä (Ni). Tietysti sekä kovametallin että teräksen on oltava puhtaita, jotta sula juotosseos voi kastella liitospinnat kokonaan. Karbidipinnan hiominen puhtaan juottamispinnan luomiseksi on välttämätöntä. Hionnalla on myös se etu, että karbidin pinnan topografia tasoittuu, mikä voi auttaa juotoslejeeringin kostuttamisessa ja tarttumisessa. Myös teräsosat on puhdistettava rasvan, öljyn, lian tai muiden pintojen epäpuhtauksien poistamiseksi.  

    ·Kaupallisesti saatavilla olevat hopeajuottoseokset, joissa on pieniä lisäyksiä nikkeliä (Ni) ja mangaania (Mn), kastelevat helposti sementoidut kovametallipinnat. Näillä juotosseoksilla on tyypillisesti hyvä volframikarbidien kostutus.  On suositeltavaa valita juotostäytemetalli, jolla on alhaisin mahdollinen juotoslämpötila, jotta liitoksen jäännösjännitykset vähenevät.  

Sovelluksellekationeja, joihin liittyy suurten karbidien juottaminen, käytetään usein sandwich-juottoseosta.  Jos pieniä karbideja (1/2 tuumaa2) ei voida käyttää, sandwich-seos on hyödyllinen estämään karbidin halkeilua ja vääntymistä. Nämä trimetaalit on päällystetty juotostäyteaineella, joka on sidottu kupariytimen molemmille puolille.  

    ·Vaikka suuri osa keskustelusta on koskenut volframikarbidin (WC) juottamista, olisimme väärässä, jos emme mainitse monikiteistä timanttia tai PCD:tä. PCD:n juotoslämpötila pidetään yleensä alle 750 °C:ssa timantin hajoamisen välttämiseksi.  Usein teräsrunkojen PCD-kärkien valmistajat käyttävät matalan lämpötilan korkeahopeapitoista juotostäytemetallia, kuten BAg-24-juottoseosta.  Jotkut valmistajat käyttävät juotosmetallia, joka ei sisällä nikkeliä tai mangaania, kuten BAg-5 tai BAg-7, jonka sulamislämpötilat ovat alhaisemmat ja karbidin ja teräksen kostutusominaisuudet ovat heikommat.

    Juotosfluksia käytetään estämään liitettävien pintojen hapettuminen kokoonpanon kuumentamisen aikana.  Flux-jauhetta käytetään tavallisten hopeajuottoseosten kanssa.  Juotos- ja juoksutevalmistajat suosittelevat tyypillisesti mustaa juoksutejauhetta, koska siihen on lisätty booria ja se on tehokkaampi korkeammissa lämpötiloissa.

    Karbidissa käytetään useita juotosseoksia. Klassikko on BAG-3, 50% hopeaa ja kadmiumia.  Tämä on erinomainen tuote, mutta siinä on kadmiumia. Yleisesti käytetty on BAG-7, 56% hopeaa tinalla, koska se kostuu helposti; Se on kuitenkin erittäin heikko juotoslejeerinki, ja liitosvaurio on yleistä tämän seoksen kanssa. Vahvin ei-kadmiumseos on BAG-22, 49% hopeaa ja mangaania, mutta se on hieman kumimaista virtauksessa. BAG-24, 50 % hopeaa, on kadmiumiton ja on kompromissi.  Se virtaa hyvin, mutta on noin 40 % heikompi kuin BAG-3 ja BAG-22.

    Suosimme vahvasti Black Fluxia, vaikka monet juottavat onnistuneesti White Fluxilla. Molemmissa tapauksissa ne ovat selvästi korkeita lämpötiloja. Lisäksi huomaamme, että puhdistettu Black Flux antaa paremman virtauksen ja vahvemmat liitokset kuin tavallinen Black Flux.  

    Viimeinen alue, jossa virheet ovat yleisiä, on yhteissuunnittelu. Koulutetut hitsaajat haluavat yleensä koota osat ja suorittaa sitten vanteen. Juottaessaan he haluavat koota osat ja sitten siirtää juotosseoksen liitokseen.   

    Karbidia juotettaessa on usein paljon tehokkaampaa sulattaa loven sivut ja pohja ja laittaa sitten sulateseoslangan palat kovametallin alle.  Sen jälkeen lämmität vain, kunnes karbidi asettuu paikalleen.   

    Vakiona tulee olla, että kovametalli repeytyy tai teräs repeytyy ennen kuin liitos rikkoutuu.