Löten von Werkzeugstahl und Hartmetall

1. Lötmaterial

(1) Beim Löten von Werkzeugstählen und Hartmetallen werden üblicherweise reine Kupfer-, Kupfer-Zink- und Kupfer-Silber-Hartmetalle verwendet. Reines Kupfer benetzt alle Hartmetalle gut, die beste Wirkung wird jedoch durch Löten in einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäre erzielt. Gleichzeitig entstehen durch die hohe Löttemperatur hohe Spannungen in der Verbindung, was zu einer erhöhten Rissneigung führt. Die Scherfestigkeit von mit reinem Kupfer gelöteten Verbindungen beträgt ca. 150 MPa, und die Plastizität ist ebenfalls hoch, sie sind jedoch nicht für Hochtemperaturarbeiten geeignet.

Kupfer-Zink-Füllmaterial ist das am häufigsten verwendete Füllmaterial zum Löten von Werkzeugstählen und Hartmetallen. Um die Benetzbarkeit des Lots und die Festigkeit der Verbindung zu verbessern, werden dem Lot häufig Mn, Ni, Fe und andere Legierungselemente zugesetzt. Beispielsweise wird b-cu58znmn mit 4 % w(MN) versetzt, um die Scherfestigkeit von Hartmetall-Lötverbindungen bei Raumtemperatur auf 300–320 MPa zu erhöhen; bei 320 °C bleiben 220–240 MPa erhalten. Durch die Zugabe einer geringen Menge CO2 auf Basis von b-cu58znmn kann die Scherfestigkeit der Lötverbindung auf 350 MPa erhöht werden. Die hohe Schlagzähigkeit und Dauerfestigkeit verbessern die Lebensdauer von Schneidwerkzeugen und Gesteinsbohrwerkzeugen deutlich.

Der niedrigere Schmelzpunkt von Silber-Kupfer-Hartlot und die geringere thermische Belastung der Lötverbindung tragen dazu bei, die Rissneigung von Hartmetall beim Löten zu verringern. Um die Benetzbarkeit des Lots zu verbessern und die Festigkeit sowie die Betriebstemperatur der Verbindung zu erhöhen, werden dem Lot häufig Mn, Ni und andere Legierungselemente zugesetzt. Beispielsweise weist das Lot b-ag50cuzncdni eine ausgezeichnete Benetzbarkeit mit Hartmetall auf, und die Lötverbindung weist gute Gesamteigenschaften auf.

Zusätzlich zu den drei oben genannten Hartloten können Mn- und Ni-Hartlote wie b-mn50nicucrco und b-ni75crsib für Hartmetallarbeiten über 500 °C verwendet werden, bei denen eine hohe Verbindungsfestigkeit erforderlich ist. Zum Löten von Schnellarbeitsstahl sollte ein spezielles Hartlot gewählt werden, dessen Löttemperatur der Abschrecktemperatur entspricht. Dieses Hartlot wird in zwei Kategorien unterteilt: Ferromangan, hauptsächlich bestehend aus Ferromangan und Borax. Die Scherfestigkeit von Lötverbindungen beträgt im Allgemeinen etwa 100 MPa, ist aber anfällig für Risse. Eine andere spezielle Kupferlegierung mit Ni, Fe, Mn und Si neigt nicht so leicht zu Rissen in den Lötverbindungen und kann eine Scherfestigkeit von bis zu 300 MPa aufweisen.

(2) Die Wahl des Lötflussmittels und des Schutzgas-Lötflussmittels muss auf das zu schweißende Grundmetall und den Füllwerkstoff abgestimmt sein. Beim Löten von Werkzeugstahl und Hartmetall werden hauptsächlich Borax und Borsäure verwendet, denen einige Fluoride (KF, NaF, CaF2 usw.) zugesetzt werden. Die Flussmittel Fb301, Fb302 und Fb105 werden für Kupfer-Zink-Lote verwendet, die Flussmittel Fb101 bis Fb104 für Silber-Kupfer-Lote. Borax-Flussmittel wird hauptsächlich beim Löten von Schnellarbeitsstahl mit Spezialloten verwendet.

Um die Oxidation von Werkzeugstahl während des Lötens zu verhindern und eine Reinigung nach dem Löten zu vermeiden, kann Schutzgaslöten verwendet werden. Das Schutzgas kann entweder Inertgas oder Reduktionsgas sein, und der Taupunkt des Gases muss unter -40 °C liegen. Hartmetall kann unter dem Schutz von Wasserstoff gelötet werden, und der erforderliche Taupunkt des Wasserstoffs muss unter -59 °C liegen.

2. Löttechnologie

Der Werkzeugstahl muss vor dem Löten gereinigt werden. Die bearbeitete Oberfläche darf nicht zu glatt sein, um die Benetzung und Verteilung von Materialien und Lötflussmittel zu erleichtern. Die Oberfläche von Hartmetall muss vor dem Löten sandgestrahlt oder mit Siliziumkarbid oder einer Diamantschleifscheibe poliert werden, um überschüssigen Kohlenstoff von der Oberfläche zu entfernen und sie beim Löten mit dem Lötfüllmetall zu benetzen. Hartmetall mit Titankarbid ist schwer zu benetzen. Kupferoxid- oder Nickeloxidpaste wird auf neuartige Weise auf die Oberfläche aufgetragen und in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt, um Kupfer oder Nickel an die Oberfläche zu bringen und so die Benetzbarkeit des starken Lots zu erhöhen.

Das Löten von Kohlenstoffstahl sollte vorzugsweise vor oder gleichzeitig mit dem Abschrecken erfolgen. Erfolgt das Löten vor dem Abschrecken, muss die Solidustemperatur des verwendeten Füllmaterials höher als die Abschrecktemperatur sein, damit die Schweißnaht beim erneuten Erhitzen auf die Abschrecktemperatur noch eine ausreichend hohe Festigkeit aufweist, ohne zu versagen. Bei kombiniertem Löten und Abschrecken ist ein Füllmaterial mit einer Solidustemperatur nahe der Abschrecktemperatur zu wählen.

Legierter Werkzeugstahl besteht aus einer Vielzahl von Komponenten. Das geeignete Lötfüllmaterial, das Wärmebehandlungsverfahren und die Technologie zur Kombination von Löt- und Wärmebehandlungsprozessen sollten je nach Stahlsorte ausgewählt werden, um eine gute Verbindungsleistung zu erzielen.

Die Abschrecktemperatur von Schnellarbeitsstahl ist im Allgemeinen höher als die Schmelztemperatur von Silberkupfer- und Kupferzinklot. Daher ist ein Abschrecken vor dem Löten und ein Löten während oder nach dem Anlassen erforderlich. Ist nach dem Löten ein Abschrecken erforderlich, kann nur das oben genannte spezielle Hartlot zum Löten verwendet werden. Zum Löten von Schnellarbeitsstahl-Schneidwerkzeugen empfiehlt sich die Verwendung eines Koksofens. Sobald das Hartlot geschmolzen ist, wird das Schneidwerkzeug entnommen und sofort unter Druck gesetzt. Das überschüssige Hartlot wird herausgepresst, anschließend wird es in Öl abgeschreckt und anschließend bei 550 bis 570 °C temperiert.

Beim Löten der Hartmetallklinge mit der Stahlwerkzeugstange sollte die Methode der Vergrößerung des Lötspalts und des Anbringens einer Kunststoff-Ausgleichsdichtung im Lötspalt angewendet werden. Nach dem Schweißen sollte eine langsame Abkühlung durchgeführt werden, um die Lötspannung zu verringern, Risse zu vermeiden und die Lebensdauer der Hartmetall-Werkzeugbaugruppe zu verlängern.

Nach dem Faserschweißen müssen die Flussmittelrückstände auf der Schweißnaht mit heißem Wasser oder einer allgemeinen Schlackenentfernungsmischung abgewaschen und anschließend mit einer geeigneten Beizlösung gebeizt werden, um den Oxidfilm auf der Basiswerkzeugstange zu entfernen. Achten Sie jedoch darauf, keine Salpetersäurelösung zu verwenden, um Korrosion des Lötverbindungsmetalls zu vermeiden.