Carburo cementado es un nombre general para una aleación preparada mediante pulvimetalurgia a partir de 9 tipos de carburos metálicos de los grupos IVa, Va y VIa en la tabla periódica de elementos y metales del grupo del hierro, como Fe, Co y Ni.
La fase de carburo hace que la aleación tenga alta dureza y resistencia al desgaste, mientras que la fase de unión le da a la aleación cierta resistencia y tenacidad.
Según su composición, los carburos cementados se pueden dividir en cinco categorías : carburos cementados a base de carburo de tungsteno, carburos cementados a base de carburo de titanio, carburos cementados revestidos, carburos cementados a base de acero y otros carburos cementados.
Según su ámbito de aplicación, el carburo se puede dividir en cuatro categorías : herramientas de corte de carburo, moldes de carburo, herramientas de medición de carburo y piezas resistentes al desgaste y carburo para minería y geología del petróleo.
En términos generales, los carburos cementados de WC Co se utilizan ampliamente, como herramientas de corte, matrices de embutición de metales, matrices de estampado, herramientas de medición para hierro fundido, metales no ferrosos y sus aleaciones, y piezas resistentes al desgaste para máquinas mineras y exploración geológica;
Las aleaciones WC Ti Co se utilizan principalmente para cortar acero;
Las aleaciones WC TiC – (NbC) – Co se utilizan principalmente para cortar piezas fabricadas con materiales de alta dureza.
Aunque otros tipos de carburos cementados han logrado grandes avances en los últimos años y han logrado un gran éxito en algunas aplicaciones especiales, los carburos cementados de la serie WC Co (es decir, el tipo YG) tienen excelentes propiedades mecánicas integrales, que son los carburos cementados más utilizados y utilizados en la industria. .
1. Problemas encontrados en la soldadura fuerte de carburo.
La soldadura fuerte del carburo es baja.
Esto se debe a que el contenido de carbono del carburo es alto y la superficie sucia generalmente contiene más carbono libre, lo que dificulta la humectación de la soldadura.
Además, el carburo es fácil de oxidar y formar una película de óxido a la temperatura de soldadura fuerte, lo que también afectará la humectabilidad de la soldadura.
Por lo tanto, limpiar la superficie antes de soldar es muy importante para mejorar la humectabilidad del metal de aportación de soldadura fuerte sobre carburo.
Si es necesario, se pueden tomar medidas en la superficie como cobre o niquelado.
Otro problema de la soldadura fuerte con carburo es que la unión es fácil de romper.
Esto se debe a que su coeficiente de expansión lineal es sólo la mitad que el del acero con bajo contenido de carbono.
Cuando el carburo se suelda con la matriz de este tipo de acero, generará una gran tensión térmica en la junta, lo que provocará el agrietamiento de la junta.
Por lo tanto, se deben tomar medidas de prevención de grietas al soldar carburo con diferentes materiales.
2. Tratamiento superficial antes de soldar
Antes de soldar, se deben eliminar con cuidado los óxidos, grasa, suciedad y pintura de la superficie de la pieza, ya que la soldadura fundida no puede mojar la superficie de las piezas que no han sido limpiadas, ni rellenar el hueco de la junta.
A veces, para mejorar la soldadura fuerte del metal base y la resistencia a la corrosión de la unión soldada, las piezas deben recubrirse previamente con una determinada capa de metal antes de soldar.
(1) La mancha de aceite se puede eliminar con disolvente orgánico.
Los disolventes orgánicos comunes incluyen alcohol, tetracloruro de carbono, gasolina, tricloroetileno, dicloroetano y tricloroetano.
Durante la producción de lotes pequeños, el rayado se puede limpiar sumergiéndolo en un disolvente orgánico.
El más utilizado en la producción en masa es el desengrasado con vapor de disolventes orgánicos.
Además, se pueden obtener resultados satisfactorios en solución alcalina caliente.
Por ejemplo, las piezas de acero se pueden desengrasar sumergiéndolas en una solución de sosa cáustica al 10 % a 70-80 ℃, y las piezas de cobre y aleaciones de cobre se pueden limpiar en una solución de 50 g de fosfato trisódico, 50 g de bicarbonato de sodio y 1 litro de agua a una temperatura de 60-80°C.
Las piezas también se pueden desengrasar con detergente y luego limpiar cuidadosamente con agua.
Cuando la superficie de la pieza puede mojarse completamente con agua, indica que se ha eliminado la grasa de la superficie.
Para piezas pequeñas con formas complejas y grandes cantidades, la limpieza por ultrasonidos también se puede utilizar en ranuras especiales.
La eficiencia de la eliminación de aceite por ultrasonidos es alta.
(2) Eliminación de óxido
Antes de soldar, los óxidos en la superficie de la pieza de trabajo se pueden procesar mediante métodos mecánicos, métodos de grabado químico y métodos de grabado electroquímico.
Se puede utilizar lima, cepillo de metal, papel de lija, muela y chorro de arena para eliminar la película de óxido de la superficie cuando se limpia mediante un método mecánico.
La limpieza con lima y lija se utiliza para obtener una sola pieza, y el surco que se forma durante la limpieza también favorece la humectación y extensión de la soldadura.
En la producción por lotes se utilizan muelas abrasivas, cepillos metálicos, chorro de arena y otros métodos.
La limpieza mecánica no es adecuada para superficies de aluminio, aleaciones de aluminio y aleaciones de titanio.
(3) Superficie de metal base recubierta con metal
El objetivo principal del recubrimiento metálico sobre la superficie del metal base es mejorar la soldabilidad de algunos materiales y aumentar la humectabilidad de la soldadura al metal base;
Evitar que la interacción entre el metal base y el metal de aportación afecte negativamente la calidad de la unión, como prevenir grietas y reducir los compuestos intermetálicos frágiles en la interfaz;
Como capa de soldadura, simplifica el proceso de montaje y mejora la productividad.
3. Materiales de soldadura fuerte
(1) Metal de aportación
Los aceros para herramientas de soldadura fuerte y las aleaciones duras generalmente utilizan metales de aportación de cobre puro, cobre, zinc y cobre plateado.
El cobre puro tiene buena humectabilidad para todos los tipos de carburos cementados, pero el mejor efecto se puede obtener soldando en una atmósfera reductora de hidrógeno.
Al mismo tiempo, debido a la alta temperatura de soldadura fuerte, la tensión sobre la unión es grande, lo que conduce a una mayor tendencia a agrietarse.
La resistencia al corte de la unión con soldadura fuerte de cobre puro tradicional es de aproximadamente 150 MPa y la plasticidad de la unión también es alta, pero no es adecuada para trabajos a alta temperatura.
El metal de aportación de cobre y zinc es el metal de aportación más utilizado para soldar aceros para herramientas y carburos cementados.
Para mejorar la humectabilidad del metal de aportación y la resistencia de la junta, a menudo se añaden al metal de aportación Mn, Ni, Fe y otros elementos de aleación.
Por ejemplo, se agrega 4% en peso (Mn) a B-Cu58ZnMn para hacer que la resistencia al corte de las uniones soldadas de carburo alcance 300~320MPa a temperatura ambiente y se mantenga 220~240MPa a 320°C.
Al agregar una pequeña cantidad de Co basado en B-Cu58ZnMn, la resistencia al corte de la junta soldada puede alcanzar los 350 MPa y tiene una mayor resistencia al impacto y a la fatiga, lo que mejora significativamente la vida útil de las herramientas de perforación y de la roca.
El punto de fusión del metal de aportación de plata y cobre es bajo y la tensión térmica generada por la unión soldada es pequeña, lo que ayuda a reducir la tendencia del carburo a agrietarse durante la soldadura fuerte.
Para mejorar la humectabilidad del metal de aportación y mejorar la resistencia y la temperatura de trabajo de la junta, a menudo se añaden al metal de aportación Mn, Ni y otros elementos de aleación.
Por ejemplo, el metal de aportación B-Ag50CuZnCdNi tiene una excelente humectabilidad al carburo y la junta soldada tiene buenas propiedades integrales.
Además de los tres tipos de soldaduras anteriores, las soldaduras a base de Mn y Ni, como B-Mn50NiCuCrCo y B-Ni75CrSiB, se pueden utilizar para carburos cementados que operan por encima de 500 °C y requieren una alta resistencia de las juntas.
Para soldar acero de alta velocidad, se deben seleccionar metales de aporte especiales que coincidan con la temperatura de soldadura fuerte y la temperatura de enfriamiento.
Este tipo de metales de aportación para soldadura fuerte se puede dividir en dos categorías.
Uno de ellos son los metales de aportación para soldadura fuerte de tipo ferromanganeso, que se componen principalmente de ferromanganeso y bórax.
La resistencia al corte de las uniones soldadas es generalmente de unos 100 MPa, pero las uniones son propensas a agrietarse.
El otro son aleaciones especiales de cobre que contienen Ni, Fe, Mn y Si.
Las uniones soldadas con él no son propensas a agrietarse y la resistencia al corte se puede aumentar a 300 MPa.
(2) Flujo y gas protector
La selección del fundente para soldadura fuerte debe coincidir con el metal base que se va a soldar y el metal de aporte para soldadura fuerte seleccionado.
Lectura relacionada: Fundente de soldadura: cómo seleccionarlo y utilizarlo correctamente
En la soldadura fuerte de acero para herramientas y carburo, el fundente utilizado es principalmente bórax y ácido bórico, y se añade algo de flúor (KF, NaF, CaF2, etc.).
Las soldaduras de cobre y zinc están equipadas con fundentes FB301, FB302 y FB105, y las soldaduras de cobre y plata están equipadas con fundentes FB101～FB104.
Cuando se utiliza metal de aportación especial para soldar acero de alta velocidad, se utiliza principalmente fundente de bórax.
Para evitar la oxidación del acero para herramientas durante el calentamiento de la soldadura y para evitar la limpieza después de la soldadura, se puede utilizar soldadura fuerte con protección de gas.
El gas protector puede ser gas inerte o gas reductor, y el punto de rocío del gas debe ser inferior a –40 ℃.
El carburo se puede soldar bajo la protección del hidrógeno y el punto de rocío del hidrógeno requerido debe ser inferior a -59 ℃.
4. Proceso de soldadura fuerte
El acero para herramientas debe estar limpio antes de soldar y no es necesario que la superficie mecanizada sea muy lisa para facilitar la humectación y la dispersión de materiales y fundentes.
La superficie del carburo debe ser chorreada con arena antes de soldar, o pulida con carburo de silicio o muela abrasiva de diamante para eliminar el exceso de carbono en la superficie, de modo que el metal de aportación lo humedezca durante la soldadura.
El carburo cementado que contiene carburo de titanio es difícil de humedecer, por lo que la humectabilidad de la soldadura fuerte se incrementa recubriendo su superficie con óxido de cobre o pasta de óxido de níquel de una manera nueva y cocinándola en una atmósfera reductora para hacer la transición de cobre o níquel a la superficie.
La soldadura fuerte de aceros al carbono para herramientas debería realizarse preferentemente antes o al mismo tiempo que el proceso de templado.
Si se realiza soldadura fuerte antes del proceso de enfriamiento, la temperatura sólida del metal de aporte utilizado debe ser mayor que el rango de temperatura de enfriamiento, de modo que la soldadura aún pueda tener suficiente resistencia cuando se recaliente a la temperatura de enfriamiento sin fallar.
Cuando se combinan soldadura fuerte y enfriamiento, se debe seleccionar metal de aportación con una temperatura de solidus cercana a la temperatura de enfriamiento.
El rango de composición de las aleaciones de acero para herramientas es muy amplio.
El metal de aportación para soldadura fuerte, el proceso de tratamiento térmico y la tecnología combinada de procesos de soldadura fuerte y tratamiento térmico adecuados deben determinarse de acuerdo con el tipo específico de acero para lograr un buen rendimiento de la unión.
La temperatura de enfriamiento del acero rápido es generalmente mayor que la temperatura de fusión de las soldaduras de plata, cobre y cobre-zinc, por lo que es necesario realizar el enfriamiento antes de la soldadura fuerte y durante o después del revenido secundario.
Si es necesario templar después de soldar, sólo se puede utilizar el metal de aportación especial mencionado anteriormente para soldar.
Al soldar herramientas de acero rápido, es apropiado utilizar un horno de coque.
Cuando el metal de aportación se derrita, saque la herramienta y presurícela inmediatamente, extruya el exceso de metal de aportación, realice el enfriamiento en aceite y luego enfríe a 550~570 ℃.
Al soldar la herramienta de carburo con el vástago de acero, es aconsejable aumentar el espacio de la costura de soldadura y aplicar una junta de compensación de plástico a la costura de soldadura y enfriar lentamente después de soldar para reducir la tensión de soldadura, evitar grietas y prolongar la vida útil de la herramienta. Conjunto de herramientas de carburo.
5. Limpieza después de soldar
La mayor parte del residuo de fundente corroe la junta soldada y también dificulta la inspección de la junta soldada, por lo que es necesario limpiarla.
Los residuos de fundente en la soldadura deben lavarse con agua caliente o una mezcla general de eliminación de escoria y luego decaparse con una solución decapante adecuada para eliminar la película de óxido de la herramienta base.
Sin embargo, no utilice una solución de ácido nítrico para evitar la corrosión del metal de soldadura.
Los residuos de fundente de soldadura orgánico se pueden limpiar o limpiar con gasolina, alcohol, acetona y otros solventes orgánicos;
Los residuos de óxido de zinc y cloruro de amonio son altamente corrosivos, por lo que deben limpiarse en una solución de NaOH al 10% y luego limpiarse con agua fría o caliente.
Los residuos de bórax y fundente bórico generalmente se resuelven mediante métodos mecánicos o inmersión prolongada en agua hirviendo.
6. Inspección de calidad de soldadura fuerte
Los métodos de inspección de juntas soldadas se pueden dividir en inspección no destructiva e inspección destructiva.
Los siguientes son principalmente métodos de prueba no destructivos:
(1) Inspección visual.
(2) Prueba de tinte y prueba de fluorescencia.
Estos dos métodos se utilizan principalmente para comprobar defectos como microfisuras, orificios de aire y huecos que no se pueden encontrar mediante una inspección de apariencia.
