Brasage de l'acier à outils et du carbure cémenté

1. Matériau de brasage

(1) Le brasage des aciers à outils et des carbures cémentés utilise généralement des métaux d'apport de cuivre pur, de cuivre-zinc et de cuivre-argent. Le cuivre pur présente une bonne mouillabilité sur tous les types de carbures cémentés, mais le brasage sous atmosphère réductrice d'hydrogène offre un meilleur résultat. Cependant, la température de brasage élevée entraîne des contraintes importantes dans le joint, ce qui augmente la tendance à la fissuration. La résistance au cisaillement du joint brasé au cuivre pur est d'environ 150 MPa et sa plasticité est également élevée, mais il n'est pas adapté aux travaux à haute température.

Le métal d'apport cuivre-zinc est le métal d'apport le plus couramment utilisé pour le brasage des aciers à outils et des carbures cémentés. Afin d'améliorer la mouillabilité et la résistance du joint, du manganèse, du nickel, du fer et d'autres éléments d'alliage sont souvent ajoutés à la brasure. Par exemple, 4 % de w (MN) sont ajoutés au b-cu58znmn pour porter la résistance au cisaillement des joints brasés au carbure cémenté à 300-320 MPa à température ambiante ; cette résistance peut être maintenue à 220-240 MPa à 320 °C. L'ajout d'une faible quantité de CO au b-cu58znmn permet d'atteindre une résistance au cisaillement de 350 MPa. Il offre une ténacité aux chocs et une résistance à la fatigue élevées, améliorant ainsi considérablement la durée de vie des outils de coupe et de forage.

Le point de fusion plus bas du métal d'apport de brasure argent-cuivre et la faible contrainte thermique du joint brasé contribuent à réduire la tendance à la fissuration du carbure cémenté lors du brasage. Afin d'améliorer la mouillabilité de la brasure, sa résistance et sa température de service, du manganèse, du nickel et d'autres éléments d'alliage sont souvent ajoutés à la brasure. Par exemple, la brasure b-ag50cuzncdni présente une excellente mouillabilité du carbure cémenté, et le joint brasé présente de bonnes propriétés globales.

Outre les trois types de métaux d'apport de brasure mentionnés ci-dessus, des métaux d'apport à base de manganèse et de nickel, tels que le b-mn50nicucrco et le b-ni75crsib, peuvent être utilisés pour le travail du carbure cémenté à des températures supérieures à 500 °C et nécessitant une résistance élevée des joints. Pour le brasage de l'acier rapide, il est conseillé de choisir un métal d'apport spécial dont la température de brasage correspond à celle de trempe. Ce métal d'apport se divise en deux catégories : le ferromanganèse, principalement composé de ferromanganèse et de borax. La résistance au cisaillement des joints brasés est généralement d'environ 100 MPa, mais ces derniers sont sujets aux fissures ; un autre type d'alliage de cuivre spécial contenant du Ni, du Fe, du Mn et du Si, qui ne provoque pas facilement de fissures dans les joints brasés, peut atteindre 300 MPa.

(2) Le choix du flux de brasage et du flux de gaz de protection doit être adapté au métal de base et au métal d'apport à souder. Pour le brasage de l'acier à outils et du carbure cémenté, les flux utilisés sont principalement le borax et l'acide borique, auxquels on ajoute des fluorures (KF, NaF, CaF2, etc.). Les flux Fb301, fb302 et fb105 sont utilisés pour la brasure cuivre-zinc, et les flux fb101 à fb104 pour la brasure argent-cuivre. Le flux au borax est principalement utilisé pour le brasage de l'acier rapide avec un métal d'apport spécial.

Afin d'éviter l'oxydation de l'acier à outils pendant le brasage et d'éviter le nettoyage après brasage, un brasage sous protection gazeuse peut être utilisé. Le gaz protecteur peut être un gaz inerte ou un gaz réducteur, et son point de rosée doit être inférieur à -40 °C. Le carbure cémenté peut être brasé sous protection hydrogène, et le point de rosée de l'hydrogène requis doit être inférieur à -59 °C.

2. Technologie de brasage

L'acier à outils doit être nettoyé avant le brasage, et la surface usinée ne doit pas être trop lisse afin de faciliter le mouillage et l'étalement des matériaux et du flux de brasage. La surface du carbure cémenté doit être sablée avant le brasage, ou polie avec une meule en carbure de silicium ou diamantée afin d'éliminer l'excès de carbone et d'être ainsi mouillée par le métal d'apport. Le carbure cémenté contenant du carbure de titane est difficile à mouiller. Une pâte d'oxyde de cuivre ou d'oxyde de nickel est appliquée sur sa surface de manière neuve, puis cuite sous atmosphère réductrice pour assurer la transition du cuivre ou du nickel vers la surface et ainsi augmenter la mouillabilité des brasures solides.

Le brasage de l'acier à outils au carbone doit de préférence être effectué avant ou simultanément à la trempe. Si le brasage est effectué avant la trempe, la température de solidus du métal d'apport utilisé doit être supérieure à la plage de températures de trempe, afin que la soudure conserve une résistance suffisante après un réchauffement à la température de trempe sans rupture. En cas de brasage et de trempe combinés, il est recommandé de choisir un métal d'apport dont la température de solidus est proche de la température de trempe.

L'acier allié à outils présente une large gamme de composants. Le métal d'apport de brasage, le procédé de traitement thermique et la technologie combinant brasage et traitement thermique doivent être choisis en fonction du type d'acier concerné, afin d'obtenir de bonnes performances d'assemblage.

La température de trempe de l'acier rapide est généralement supérieure à la température de fusion des brasures argent-cuivre et cuivre-zinc. Il est donc nécessaire de tremper l'acier avant le brasage, puis pendant ou après le revenu secondaire. Si une trempe est nécessaire après le brasage, seul le métal d'apport de brasage spécial mentionné ci-dessus peut être utilisé. Pour le brasage d'outils de coupe en acier rapide, il est conseillé d'utiliser un four à coke. Une fois le métal d'apport de brasage fondu, retirer l'outil de coupe et le mettre immédiatement sous pression, extruder l'excédent de métal d'apport de brasage, puis effectuer une trempe à l'huile, puis un revenu à 550-570 °C.

Lors du brasage de la lame en carbure cémenté avec la barre d'outils en acier, la méthode d'augmentation de l'espace de brasage et d'application d'un joint de compensation en plastique dans l'espace de brasage doit être adoptée, et un refroidissement lent doit être effectué après le soudage pour réduire la contrainte de brasage, éviter les fissures et prolonger la durée de vie de l'ensemble d'outils en carbure cémenté.

Après le soudage par fibre, les résidus de flux sur la soudure doivent être lavés à l'eau chaude ou à un produit d'élimination des scories, puis décapés avec une solution de décapage appropriée afin d'éliminer le film d'oxyde sur la tige de l'outil de base. Attention toutefois à ne pas utiliser de solution d'acide nitrique pour éviter la corrosion du métal de brasure.