炭化タングステンをろう付けするにはどうすればよいですか?

    炭化タングステン製品は、切削工具、穴あけ、パンチング、その他多数の用途を含む多くの用途で使用されています。超硬合金は優れた耐摩耗性を提供し、これらのさまざまな摩耗工具や切削工具の寿命を延ばします。超硬合金の主成分は希少で再生不可能な資源であるタングステンであるため、超硬合金の価格は比較的高価です。また、超硬合金は比較的硬度が高く、曲げ強度は鋼などの他の金属に比べて非常に低いです。これら 2 つの理由により、超硬合金は、ねじ接続、クランプ、溶接などのさまざまな方法で他の金属に接続する必要があります。この記事では、炭化タングステンを他の金属にろう付けする方法について説明します。

1. 炭化タングステンとは何ですか?

    超硬合金とも呼ばれるタングステンカーバイド (WC) は、粉末冶金と呼ばれるプロセスで製造される複合材料です。 WC 粉末はバインダー金属 (通常はコバルトまたはニッケル) と混合され、プリフォーム工具内で圧縮され、炉内で焼結されます。 「超硬結合」という用語は、焼結プロセスにおいて、炭化タングステン粒子が金属バインダー材料に捕捉されて一緒に「超硬結合」し、炭化タングステン粒子と結合剤 (WC-Co) の間に冶金学的結合を形成することを指します。超硬合金業界では一般にこの材料を単に「カーバイド」と呼んでいますが、タングステンカーバイドと超硬合金という用語は同じ意味で使用されています。  カーバイドは高い圧縮強度を示し、たわみに強く、高温でも硬度値を維持します。これは金属切断用途に特に役立つ物理的特性です。 

２．超硬ろう付けを成功させるための2つのポイント

A.膨張差による応力の管理

B.母材の収縮率とろう付け合金による炭化物の濡れ

    加熱および冷却中、ベースの母材金属は通常、炭化物よりも速い速度で膨張および収縮します。  炭化タングステンの熱膨張率は鋼の約1/3～1/2です。  ろう付けされたアセンブリが冷えると、カーバイド内に残留応力が蓄積する可能性があります。  応力や亀裂の可能性を避けるために、カーバイドをゆっくりと均一に冷却することが常に推奨されます。焼入れは、母材金属の急速な収縮により炭化物に亀裂が発生する可能性があるため、推奨されません。

3.ろう付け合金の選び方

    炭化タングステンは濡れにくいです。ニッケル (Ni) を少量添加した銀ろう付け合金は、通常、炭化物を鋼にろう付けするために使用されます。もちろん、溶融したろう付け合金が合わせ面を完全に濡らすことができるように、超硬と鋼の両方が清浄でなければなりません。超硬表面を研削してろう付け用にきれいな表面を作成する必要があります。研削には、炭化物の表面トポグラフィーを平坦にするという利点もあり、ろう付け合金の濡れと接着を促進できます。同様に、スチール製コンポーネントも洗浄して、残留グリース、油、汚れ、その他の表面汚染物質を除去する必要があります。  

    ·ニッケル (Ni) とマンガン (Mn) を少量添加した市販の銀ろう付け合金は、超硬合金表面を容易に濡らします。これらのろう付け合金は通常、炭化タングステンの良好な濡れ性を示します。  接合部内の残留応力を軽減するために、可能な限り低いろう付け温度のろう材を選択することをお勧めします。  

アプリ用大きな炭化物のろう付けを伴うカチオンでは、サンドイッチろう付け合金がよく使用されます。  小さな炭化物 (1/2 インチ 2) が使用できない場合は、サンドイッチ合金を使用すると炭化物の亀裂や反りを防ぐことができます。これらのトリメタルは、銅コアの両面にろう付けフィラーで被覆されています。  

    · 議論の多くは炭化タングステン (WC) のろう付けに関するものですが、多結晶ダイヤモンドや PCD について言及しないのは間違いです。 PCD のろう付け温度は、ダイヤモンドの劣化を避けるために、通常 1382°F (750 °C) 未満に保たれます。  多くの場合、PCD チップをスチールボディに取り付けるメーカーは、BAg-24 ろう付け合金などの低温高銀ろう付けフィラー金属を使用します。  一部のメーカーは、溶融温度が低く、炭化物や鋼の濡れ特性が低い BAg-5 または BAg-7 ろう付け合金など、ニッケルやマンガンを含まないろう付け合金を使用しています。

    ろう付けフラックスは、アセンブリの加熱中に接合される表面の酸化を防ぐために使用されます。  フラックス粉末は、一般的な銀ろう合金とともに使用されます。  黒色のフラックスパウダーは、ホウ素が添加されており、高温でより効果的であるため、通常、ろう付けおよびフラックスのメーカーによって推奨されています。

    超硬合金にはいくつかのろう付け合金が使用されています。古典的なものは、カドミウムを 50% 含む銀の BAG-3 です。  これは優れた製品ですが、カドミウムが含まれています。一般的に使用されるのは、すぐに濡れてしまうため、56% の銀と錫を含む BAG-7 です。ただし、これは非常に弱いろう付け合金であり、この合金では接合部の破損がよく起こります。最も強力な非カドミウム合金は BAG-22 で、49% の銀とマンガンが含まれていますが、流れの中で少しゴム状になっています。 BAG-24 (銀 50%) はカドミウムフリーであり、妥協の産物です。  流れは良いですが、BAG-3やBAG-22よりも約40％弱くなっています。

    多くの場合は白色フラックスでろう付けが成功しますが、当社では黒色フラックスを強く好みます。どちらの場合も、明らかに高温のフラックスです。さらに、精製されたブラックフラックスは、通常のブラックフラックスよりも優れた流れとより強力な接合を与えることがわかりました。  

    間違いが起こりやすい最後の領域は、ジョイントの設計です。訓練を受けた溶接工は通常、部品を組み立ててからビードを動かします。ろう付けするときは、部品を組み立ててから、ろう付け合金を接合部に浸透させたいと考えています。   

    カーバイドをろう付けする場合、多くの場合、ノッチの側面と底部にフラックスを塗布し、フラックスを塗布した合金ワイヤをカーバイドの下に置く方がはるかに効果的です。  あとは炭化物が定着するまで加熱するだけです。   

    標準は、ジョイントが破損する前に超硬が破断するか鋼が裂けることです。