Технологія паяння металокерамічних твердих сплавів
Металокерамічні тверді сплави складаються з карбідів вольфраму, титану, танталу та кобальту. Тверді сплави виготовляють методом пресування суміші тонкорозмелених порошків карбіду і металу з подальшим спіканням в захисній атмосфері при температурі 1400-1600°С. За ГОСТ 3882 вітчизняна промисловість випускає три типи металокерамічних твердих сплавів: вольфрамові, титано-вольфрамові та титано-тантало-вольфрамові.
Приготовлені методом спікання пластинки твердого сплаву припаюють до корпусу інструменту, виготовленого з вуглецевої сталі. Коефіцієнт лінійного розширення застосовуваних сталей у 2-3 рази більший за коефіцієнт лінійного розширення твердого сплаву.
Ця обставина вимагає, щоб нагрівання та охолодження твердосплавного інструменту при пайці відбувалися рівномірно, інакше на пластинах твердого сплаву утворюються тріщини.
Вплив різниці коефіцієнтів лінійного розширення сталі і твердого сплаву знижують застосуванням компенсаційних прокладок, виготовлених із сплаву заліза з нікелем (45% Ni) і встановлюються при паянні між двома матеріалами, що з'єднуються.
Перед паянням пластинки твердого сплаву очищають піском і шліфують по опорних площин абразивними колами. Підготовлені для паяння пластинки не повинні мати тріщин, розшарування та сторонніх включень.
У корпусі інструменту фрезерують паз конфігурації пластинки, куди встановлюють для припаювання попередньо знежирену і очищену пластину.
Паз під платівку повинен бути рівним, не мати завалів, сходів і задирок. Платівка має бути добре пригнана до основної грані паза і не гойдатися при натисканні.
Щоб уникнути випадання пластини з паза під час паяння їх попередньозакріплюють. Кріплення дротом незручно тим, що він завжди припаюється до корпусу і вимагає для видалення додаткової механічної обробки.
Крім того, дріт нагрівається швидше за твердий сплав, що призводить до утворення тріщин у місцях торкання пластин з дротом; тому такий метод кріплення застосовують дуже рідко. Закріплення пластин карбуванням і клинами іноді призводить до поломки крихких пластин твердого сплаву.
Найбільш прийнятним способом вважають закріплення пластин за допомогою компенсаційних прокладок різної товщини та технологічної стінки. При контактному паянні або при паянні нагрівом т. в. ч. застосовують різні пристосування для кріплення та притиску пластини твердого сплаву до державки.
Металокерамічні тверді сплави можна паяти методами електроопору, нагріванням т. в. ч., у печах з відновним середовищем та зануренням у розплавлений припій.
Паяння інструменту електроопіром полягає в тому, що підготовлену під паяння пластину вставляють в корпус інструменту, який затискають між контактами зварювальної машини.
Перед включенням струму пластину посипають порошком флюсу, зверху кладуть припій, який покривають флюсом. Для того, щоб не відбувався перегрів, струм в процесі нагрівання включають періодично.
Під час розплавлення флюсу стежать за тим, щоб він був у достатній кількості і змочував поверхні, що з'єднуються, в іншому випадку флюс додають. У момент початку розплавлення припою струм вимикають і дають можливість припою розтікатися пластиною і заповнити шов.
Пластину підтискають до держави до температури 800°С, потім тиск знімають до моменту припинення розтікання припою і продовжують притискати до повної кристалізації припою.
При паянні з нагріванням т. в.ч. велике значення має правильний вибір форми та розмірів індуктора. Послідовність паяння: в паз державки вносять невелику кількість флюсу, укладають компенсаційну прокладку, покривають її тим самим флюсом, після чого укладають пластину.
На пластину в зоні з'єднання з дежавкою поміщають припій, який покривають також флюсом. Зібраний інструмент так поміщають в індуктор.
Струм включають періодично. Швидкість нагріву для кращого змочування припоєм і зменшення окислення пластини і перегріву сталі державки має бути строго визначена і становить 30°С/с для інструменту з поперечним перерізом до 150 мм 2 і 60°С/с для інструмента з поперечним перерізом до 1000 мм 2 .
При паянні твердосплавного інструменту важливою умовою отримання якісного з'єднання є забезпечення рівномірного нагрівання. Для цього інструмент поміщають в індуктор так, щоб в першу чергу нагріти корпус інструменту і за рахунок теплопровідності прогріти пластину твердого сплаву.
Після прогріву для вирівнювання температури інструмент пересувають та виробляють нагрівання місця паяння. Під час паяння положення керамічної пластини в пазу поправляють (якщо немає затискного пристосування) порцелянової або азбестовою паличкою.
Керамічні інструменти охолоджують у печі або на спокійному повітрі, для чого їх укладають на цегляні, азбестові, керамічні та інші підставки. При охолодженні печі інструменту дають відпустку при температурі 200-250°С протягом 6 год.
В результаті нагрівання виробу при пайці твердість корпусу інструменту знижується, у зв'язку з цим він потребує додаткової термообробки. Якщо потрібно загартування, то його виробляють відразу ж після паяння. Для запобігання появі тріщин на пластинах їх загартовують у середовищі з температурою 260-320°С.
Паяння металокерамічного інструменту можна здійснити в печі з відновлювальною атмосферою, при цьому вольфрамові пластини на сталь 45 напоюють без флюсу, а титанокарбідові вимагають застосування високоактивних флюсів незалежно від того, яку сталь їх напоюють.
Трудність пічного паяння в основному зводиться до кріплення пластини до корпусу інструменту. Найбільш раціональним способом кріплення при цьому методі паяння є обв'язування головки інструменту шнуровим азбестом із попереднім розміщенням компенсаційної прокладки, припою та флюсу.
Паяння металокерамічного інструменту зануренням у розплавлений припій зазвичай використовують для суміщення паяння з термообробкою корпусу.
Процес паяння-загартування складається з трьох основних операцій: попереднього нагріву в соляній ванні до температури 800-850°С, паяння зануренням у розплавлений припій та гартування інструменту.Попереднє нагрівання здійснюють у ванні наступного складу (%):
Хлористий барій 70, натрій хлористий 30.
Загартовим середовищем для сплавів марок ВК8 і Т15К6 служить суміш солей складу (%):
Їдке калі 70, їдкий натр 30
Температура ванн відповідно 260-280 та 380-400°С. Для сплаву Т15К6 після основного загартування потрібно додаткове загартування в нагрітій до 180-200°С селітрі.
При паянні зануренням потрібно ретельне кріплення металокерамічної пластини та обробка зібраного під паяння інструменту в киплячому насиченому водному розчині бури (для вольфрамових пластин) або в розчині з 35% фтористого калію (титанокарбидних пластин).
Враховуючи різку відмінність коефіцієнтів теплового розширення матеріалів, що паєднуються, паяння твердосплавного інструменту не можна вести при високих температурах.
Найкращий результат, тобто.найбільша довговічність інструменту досягається при паянні срібними припоями, легованими для теплостійкості нікелем або марганцем, проте через дефіцитність срібні припої застосовують рідко.
Найбільшого поширення набули мідно-цинкові припої типу латуні Л63, легованої підвищення теплостійкості невеликими добавками нікелю, марганцю чи алюмінію, що забезпечують високоякісні сполуки. Як флюс зазвичай вживають буру або буру з добавками феромарганцю фтористого калію або борної кислоти.