Comment braser le carbure de tungstène ?

    Les produits en carbure de tungstène sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment les outils de coupe, le perçage, le poinçonnage et de nombreuses autres applications. Le carbure cémenté offre une résistance supérieure à l’usure et prolonge la durée de vie de ces divers outils d’usure et de coupe. Parce que son composant principal est le tungstène, qui est une ressource rare et non renouvelable, le prix du carbure cémenté est relativement élevé. De plus, le carbure cémenté a une dureté relativement élevée et sa résistance à la flexion est bien inférieure à celle d'autres métaux, comme l'acier. Pour ces deux raisons, le carbure cémenté doit être connecté à d'autres métaux de différentes manières, par exemple via des connexions filetées, le serrage et le soudage. Cet article explique comment braser le carbure de tungstène sur d'autres métaux.

1. Qu’est-ce que le carbure de tungstène ?

    Le carbure de tungstène (WC), également appelé carbure cémenté, est un matériau composite fabriqué par un procédé appelé métallurgie des poudres. La poudre de WC est mélangée à un liant métallique, généralement du cobalt ou du nickel, compactée dans un outillage de préforme, puis frittée dans un four. Le terme « cimenté » fait référence aux particules de carbure de tungstène capturées dans le liant métallique et « cimentées » ensemble, formant une liaison métallurgique entre les particules de carbure de tungstène et le liant (WC-Co), lors du processus de frittage. L’industrie du carbure cémenté appelle communément ce matériau simplement « carbure », bien que les termes carbure de tungstène et carbure cémenté soient utilisés de manière interchangeable.  Le carbure présente une résistance élevée à la compression, résiste à la déflexion et conserve ses valeurs de dureté à haute température, une propriété physique particulièrement utile dans les applications de coupe des métaux. 

2 . Deux points pour assurer le succès du brasage du carbure de tungstène

A.Gérer les contraintes causées par la dilatation différentielle

B. Taux de contraction des matériaux parents et mouillage du carbure par l'alliage de brasage

    Pendant le chauffage et le refroidissement, le métal de base se dilate et se contracte généralement à un rythme plus élevé que le carbure.  Le carbure de tungstène a un taux de dilatation thermique d'environ 1/3 à 1/2 de celui de l'acier.  Lorsque l'assemblage brasé refroidit, des contraintes résiduelles peuvent s'accumuler au sein du carbure.  Un refroidissement lent et uniforme du carbure est toujours recommandé pour éviter les contraintes et les éventuelles fissures. La trempe n'est pas recommandée car elle peut provoquer des fissures dans les carbures en raison de la contraction rapide du métal de base d'origine.

3. Comment choisir l'alliage de brasage

    Le carbure de tungstène est difficile à mouiller. Les alliages de brasage à l'argent avec de petits ajouts de nickel (Ni) sont généralement utilisés pour braser les carbures sur l'acier. Bien entendu, le carbure et l’acier doivent être propres afin que l’alliage de brasage fondu puisse mouiller complètement les surfaces de contact. Il est nécessaire de meuler la surface en carbure pour créer une surface propre pour le brasage. Le meulage présente également l'avantage d'aplatir la topographie de la surface du carbure, ce qui peut faciliter le mouillage et l'adhérence de l'alliage de brasage. De la même manière, les composants en acier devront être nettoyés pour éliminer tout résidu de graisse, d’huile, de saleté ou d’autres contaminants de surface.  

    ·Les alliages de brasure à l'argent disponibles dans le commerce avec de petits ajouts de nickel (Ni) et de manganèse (Mn) mouilleront facilement les surfaces en carbure cémenté. Ces alliages de brasure présentent généralement un bon mouillage des carbures de tungstène.  Il est recommandé de sélectionner un métal d’apport de brasage ayant la température de brasage la plus basse possible pour diminuer les contraintes résiduelles au sein du joint.  

Pour applicationcations impliquant le brasage de gros carbures, un alliage de brasage sandwich est souvent utilisé.  Si de petits carbures (1/2 pouce2) ne peuvent pas être utilisés, un alliage sandwich est bénéfique pour empêcher la fissuration et le gauchissement du carbure. Ces trimétals sont recouverts d'une charge de brasure liée des deux côtés d'un noyau en cuivre.  

    · Bien qu'une grande partie de la discussion ait porté sur le brasage du carbure de tungstène (WC), nous aurions tort de ne pas mentionner le diamant polycristallin ou le PCD. La température de brasage du PCD est généralement maintenue en dessous de 1 382 °F (750 °C) pour éviter la dégradation du diamant.  Souvent, les fabricants de pointes PCD pour corps en acier utilisent un métal d'apport de brasage à basse température et à haute teneur en argent, tel qu'un alliage de brasage BAg-24.  Certains fabricants utilisent un alliage de brasure sans nickel ni manganèse, comme l'alliage de brasure BAg-5 ou BAg-7, avec des températures de fusion plus basses et des propriétés mouillantes moindres du carbure et de l'acier.

    Un flux de brasage est utilisé pour éviter l'oxydation des surfaces à assembler lors de la chauffe de l'assemblage.  La poudre de flux est utilisée avec les alliages de brasure à l'argent courants.  La poudre de flux noir est généralement recommandée par les fabricants de brasures et de flux car elle contient du bore et est plus efficace à des températures plus élevées.

    Il existe plusieurs alliages de brasage utilisés pour le carbure. Le classique est le BAG-3, 50 % d'argent avec du cadmium.  C'est un excellent produit, mais il contient du cadmium. Le BAG-7, à 56 % d'argent avec de l'étain, est couramment utilisé, car il mouille facilement ; cependant, il s’agit d’un alliage de brasage très faible et la défaillance des joints est courante avec cet alliage. L'alliage sans cadmium le plus résistant est le BAG-22, à 49 % d'argent avec du manganèse, mais il est un peu gommeux à l'écoulement. BAG-24, 50 % d'argent, est sans cadmium et constitue un compromis.  Il coule bien mais est environ 40 % plus faible que le BAG-3 et le BAG-22.

    Nous préférons fortement Black Flux, bien que beaucoup brasent avec succès avec White Flux. Dans les deux cas, il s’agit clairement de flux à haute température. De plus, nous constatons que le Black Flux purifié donne un meilleur flux et des joints plus solides que le Black Flux ordinaire.  

    Le dernier domaine dans lequel les erreurs sont courantes est celui de la conception commune. Les soudeurs qualifiés souhaitent généralement assembler les pièces, puis exécuter un cordon. Lorsqu'ils brasent, ils souhaitent assembler les pièces puis aspirer l'alliage de brasage dans le joint.   

    Lors du brasage du carbure, il est souvent beaucoup plus efficace de fluxer les côtés et le fond de l'encoche, puis de placer des morceaux de fil d'alliage fluxé sous le carbure.  Il ne vous reste plus qu'à chauffer jusqu'à ce que le carbure se mette en place.   

    La norme devrait être que le carbure se rompe ou que l'acier se déchire avant que le joint ne se brise.