Nerūdijančio plieno litavimas

Nerūdijančio plieno litavimas

1. Litavimas

Pagrindinė nerūdijančio plieno litavimo problema yra ta, kad oksido plėvelė ant paviršiaus smarkiai paveikia lydmetalio drėkinimą ir plitimą. Įvairūs nerūdijančio plieno tipai turi didelį kiekį Cr, o kai kurie – Ni, Ti, Mn, Mo, Nb ir kitų elementų, kurie paviršiuje gali sudaryti įvairius oksidus ar net sudėtinius oksidus. Tarp jų Cr ir Ti oksidai Cr₂O₃ ir TiO₂ yra gana stabilūs ir sunkiai pašalinami. Lituojant ore, jiems pašalinti reikia naudoti aktyvų srautą; lituojant apsauginėje atmosferoje, oksido plėvelę galima sumažinti tik labai grynoje atmosferoje, esant žemai rasos temperatūrai ir pakankamai aukštai temperatūrai; lituojant vakuume, norint pasiekti gerą litavimo efektą, būtinas pakankamas vakuumas ir temperatūra.

Kita nerūdijančio plieno litavimo problema yra ta, kad kaitinimo temperatūra daro didelę įtaką bazinio metalo struktūrai. Austenitinio nerūdijančio plieno litavimo kaitinimo temperatūra neturi būti aukštesnė nei 1150 ℃, kitaip grūdeliai smarkiai išaugs; jei austenitiniame nerūdijančiame pliene nėra stabilaus elemento Ti arba Nb ir yra daug anglies, taip pat reikėtų vengti litavimo jautrinimo temperatūroje (500–850 ℃). Siekiant išvengti chromo karbido nusodinimo, atsparumas korozijai nesumažėtų. Martensitiniam nerūdijančiam plienui litavimo temperatūra parenkama griežčiau. Viena – litavimo temperatūra turi būti suderinta su gesinimo temperatūra, kad būtų galima derinti litavimo procesą su terminio apdorojimo procesu; kita – litavimo temperatūra turi būti žemesnė už atleidimo temperatūrą, kad bazinis metalas nesuminkštėtų litavimo metu. Nusodinimo būdu grūdinto nerūdijančio plieno litavimo temperatūros parinkimo principas yra toks pat kaip ir martensitinio nerūdijančio plieno, t. y. litavimo temperatūra turi atitikti terminio apdorojimo sistemą, kad būtų pasiektos geriausios mechaninės savybės.

Be minėtų dviejų pagrindinių problemų, lituojant austenitinį nerūdijantį plieną, ypač lituojant vario-cinko užpildu, yra įtempių įtrūkimų atsiradimo tendencija. Siekiant išvengti įtempių įtrūkimų, prieš litavimą ruošinys turi būti atkaitintas nuo įtempių, o litavimo metu ruošinys turi būti tolygiai kaitinamas.

2. Litavimo medžiaga

(1) Atsižvelgiant į nerūdijančio plieno suvirinimo jungčių naudojimo reikalavimus, dažniausiai naudojami litavimo priedai yra alavo ir švino litavimo priedai, sidabro pagrindu pagamintas litavimo priedai, vario pagrindu pagamintas litavimo priedai, mangano pagrindu pagamintas litavimo priedai, nikelio pagrindu pagamintas litavimo priedai ir tauriųjų metalų litavimo priedai.

Alavo-švino lydmetalis daugiausia naudojamas nerūdijančio plieno litavimui ir tinka naudoti su dideliu alavo kiekiu. Kuo didesnis lydmetalio alavo kiekis, tuo geresnis jo drėkinimas ant nerūdijančio plieno. 1Cr18Ni9Ti nerūdijančio plieno jungčių, lituotų keliais įprastais alavo-švino lydmetaliais, šlyties stipris pateiktas 3 lentelėje. Dėl mažo jungčių stiprumo jos naudojamos tik mažos laikomosios galios detalių litavimui.

3 lentelėje pateiktas 1Cr18Ni9Ti nerūdijančio plieno jungties, lituotos alavo ir švino lydmetaliu, šlyties stipris

Sidabro pagrindo užpildai yra dažniausiai naudojami nerūdijančio plieno litavimui. Iš jų plačiausiai naudojami sidabro, vario, cinko ir sidabro, vario, cinko, kadmio užpildai, nes litavimo temperatūra mažai veikia pagrindinio metalo savybes. ICr18Ni9Ti nerūdijančio plieno jungčių, lituotų keliais įprastais sidabro pagrindo lydmetaliais, stiprumas pateiktas 4 lentelėje. Nerūdijančio plieno jungtys, lituotos sidabro pagrindo lydmetaliais, retai naudojamos labai korozinėje terpėje, o jungčių darbo temperatūra paprastai neviršija 300 ℃. Lituojant nerūdijantį plieną be nikelio, siekiant išvengti lituotos jungties korozijos drėgnoje aplinkoje, reikia naudoti litavimo užpildą su didesniu nikelio kiekiu, pvz., b-ag50cuzncdni. Lituojant martensitinį nerūdijantį plieną, siekiant išvengti pagrindinio metalo minkštėjimo, reikia naudoti litavimo užpildą, kurio litavimo temperatūra neviršija 650 ℃, pvz., b-ag40cuzncd. Lituojant nerūdijantį plieną apsauginėje atmosferoje, norint pašalinti oksido plėvelę nuo paviršiaus, galima naudoti ličio turinčius savaiminio litavimo fliusus, tokius kaip b-ag92culi ir b-ag72culi. Lituojant nerūdijantį plieną vakuume, norint užtikrinti gerą užpildo metalo drėkinimą, kai jame nėra lengvai išgaruojančių elementų, tokių kaip Zn ir CD, galima pasirinkti sidabro užpildo metalo, kurio sudėtyje yra tokių elementų kaip Mn, Ni ir RD.

4 lentelė. Nerūdijančio plieno ICr18Ni9Ti jungties, lituotos sidabro pagrindo užpildu, stiprumas.

Įvairių plienų litavimui naudojami vario pagrindo litavimo priedai daugiausia yra grynas varis, varis-nikelis ir varis-manganas-kobaltas. Grynas varis pagrindo litavimo priedai daugiausia naudojami litavimui dujų apsaugoje arba vakuume. Nerūdijančio plieno jungties darbo temperatūra neviršija 400 ℃, tačiau jungtis pasižymi prastu atsparumu oksidacijai. Varis-nikelis pagrindo litavimas daugiausia naudojamas liepsnos ir indukciniam litavimui. Lituoto 1Cr18Ni9Ti nerūdijančio plieno jungties stiprumas parodytas 5 lentelėje. Matyti, kad jungties stiprumas yra toks pat kaip ir bazinio metalo, o darbinė temperatūra yra aukšta. CuMnco pagrindo litavimo priedai daugiausia naudojami martensitiniam nerūdijančiam plienui lituoti apsauginėje atmosferoje. Jungties stiprumas ir darbinė temperatūra yra panaši į lituotų aukso pagrindo užpildu. Pavyzdžiui, 1Cr13 nerūdijančio plieno jungtis, lituota b-cu58mnco lydmetaliu, pasižymi tokiomis pačiomis savybėmis kaip ir ta pati nerūdijančio plieno jungtis, lituota b-au82ni lydmetaliu (žr. 6 lentelę), tačiau gamybos sąnaudos yra labai mažesnės.

5 lentelėje pateiktas 1Cr18Ni9Ti nerūdijančio plieno jungties, lituotos aukštai temperatūrai atspariu vario pagrindo užpildu, šlyties stipris

6 lentelė. 1Cr13 nerūdijančio plieno lituoto jungties šlyties stipris

Mangano pagrindo litavimo priedai daugiausia naudojami dujų ekranuotam litavimui, todėl dujų grynumas turi būti aukštas. Siekiant išvengti bazinio metalo grūdelių augimo, reikia pasirinkti atitinkamą litavimo priedą, kurio litavimo temperatūra žemesnė nei 1150 ℃. Patenkinamas litavimo efektas gali būti pasiektas lituojant nerūdijančio plieno jungtis mangano pagrindo lydmetaliu, kaip parodyta 7 lentelėje. Jungties darbinė temperatūra gali siekti 600 ℃.

7 lentelė. Nerūdijančio plieno lcr18ni9fi jungties, lituotos mangano pagrindo užpildu, šlyties stipris

Kai nerūdijantis plienas lituojamas nikelio pagrindo užpildu, jungtis pasižymi geromis aukštos temperatūros savybėmis. Šis užpildas paprastai naudojamas dujų litavimui arba vakuuminiam litavimui. Siekiant išspręsti problemą, kad litavimo metu susidaro trapūs junginiai, kurie smarkiai sumažina jungties stiprumą ir plastiškumą, jungties tarpas turėtų būti kuo mažesnis, kad litavimo metu lengvai susidaranti trapi fazė visiškai difunduotų į pagrindinį metalą. Siekiant išvengti pagrindinio metalo grūdelių augimo dėl ilgo laikymo laiko litavimo temperatūroje, po suvirinimo galima imtis trumpalaikio laikymo ir difuzinio apdorojimo žemesnėje temperatūroje (palyginti su litavimo temperatūra).

Nerūdijančio plieno litavimui naudojami taurieji metalai, daugiausia aukso pagrindo ir paladžio turintys priedai, iš kurių dažniausiai naudojami b-au82ni, b-ag54cupd ir b-au82ni, pasižymintys geru drėkinimu. Lituotas nerūdijančio plieno sujungimas pasižymi dideliu atsparumu aukštai temperatūrai ir oksidacijai, o maksimali darbinė temperatūra gali siekti 800 ℃. B-ag54cupd savybės panašios į b-au82ni, o kaina – maža, todėl jis dažniausiai pakeičia b-au82ni.

(2) Nerūdijančio plieno paviršiuje fliuso ir krosnies atmosferoje yra oksidų, tokių kaip Cr₂O₃ ir TiO₂, kuriuos galima pašalinti tik naudojant didelio aktyvumo fliusą. Lituojant nerūdijantį plieną alavo ir švino lydmetaliu, tinkamas fliusas yra fosforo rūgšties vandeninis tirpalas arba cinko oksido druskos rūgšties tirpalas. Fosforo rūgšties vandeninio tirpalo aktyvumo laikas yra trumpas, todėl reikia taikyti greito kaitinimo litavimo metodą. Nerūdijančiam plienui lituoti su sidabro pagrindo priedais gali būti naudojami Fb102, FB103 arba FB104 fliusai. Lituojant nerūdijantį plieną su vario pagrindo priedais, dėl aukštos litavimo temperatūros naudojamas FB105 fliusas.

Lituojant nerūdijantį plieną krosnyje, dažnai naudojama vakuuminė atmosfera arba apsauginė atmosfera, pvz., vandenilis, argonas ir skilimo amoniakas. Vakuuminio litavimo metu vakuuminis slėgis turi būti mažesnis nei 10⁻²Pa. Lituojant apsauginėje atmosferoje, dujų rasos taškas neturi būti aukštesnis nei -40 ℃. Jei dujų grynumas nepakankamas arba litavimo temperatūra nėra aukšta, į atmosferą galima įpilti nedidelį kiekį dujų litavimo srauto, pvz., boro trifluorido.

2. Litavimo technologija

Nerūdijančio plieno litavimą reikia kruopščiau išvalyti, kad būtų pašalinta riebalų ir alyvos plėvelė. Geriau lituoti iš karto po valymo.

Nerūdijančio plieno litavimas gali būti atliekamas liepsnos, indukciniu ir krosnies terpės kaitinimo būdais. Litavimo krosnis turi turėti gerą temperatūros kontrolės sistemą (litavimo temperatūros nuokrypis turi būti ± 6 ℃) ir būti greitai aušinama. Kai litavimui naudojamos vandenilio apsauginės dujos, vandenilio poreikis priklauso nuo litavimo temperatūros ir bazinio metalo sudėties, t. y. kuo žemesnė litavimo temperatūra, tuo daugiau stabilizatoriaus yra baziniame metale ir tuo mažesnis reikalingas vandenilio rasos taškas. Pavyzdžiui, martensitiniam nerūdijančiam plienui, tokiam kaip 1Cr13 ir cr17ni2t, lituojant 1000 ℃ temperatūroje, vandenilio rasos taškas turi būti žemesnis nei -40 ℃; 18-8 chromo nikelio nerūdijančiam plienui be stabilizatoriaus, lituojant 1150 ℃ temperatūroje, vandenilio rasos taškas turi būti žemesnis nei 25 ℃; Tačiau 1Cr18Ni9Ti nerūdijančio plieno, kurio sudėtyje yra titano stabilizatoriaus, vandenilio rasos taškas, lituojant 1150 ℃ temperatūroje, turi būti žemesnis nei -40 ℃. Lituojant su argono apsauga, argono grynumas turi būti didesnis. Jei nerūdijančio plieno paviršius padengtas variu arba nikeliu, apsauginių dujų grynumo reikalavimas gali būti sumažintas. Siekiant pašalinti oksido plėvelę nuo nerūdijančio plieno paviršiaus, taip pat galima pridėti BF3 dujų srauto, taip pat galima naudoti ličio arba boro turintį savaiminio srauto lydmetalį. Vakuuminiu būdu lituojant nerūdijantį plieną, vakuumo laipsnio reikalavimai priklauso nuo litavimo temperatūros. Didėjant litavimo temperatūrai, reikiamas vakuumas gali būti sumažintas.

Pagrindinis nerūdijančio plieno po litavimo procesas yra likusio fliuso ir likusio tekėjimo inhibitoriaus valymas ir, jei reikia, terminis apdorojimas po litavimo. Priklausomai nuo naudojamo fliuso ir litavimo metodo, likęs fliusas gali būti plaunamas vandeniu, valomas mechaniškai arba chemiškai. Jei likusiam fliusui ar oksido plėvelei kaitintoje vietoje prie jungties valyti naudojamas abrazyvas, turi būti naudojamas smėlis arba kitos smulkios nemetalinės dalelės. Iš martensitinio nerūdijančio plieno ir nusodinimo būdu grūdinto nerūdijančio plieno pagamintos detalės po litavimo turi būti termiškai apdorotos pagal specialius medžiagos reikalavimus. Nerūdijančio plieno jungtys, lituotos NiCrB ir NiCrSi užpildais, po litavimo dažnai apdorojamos difuziniu terminiu apdorojimu, siekiant sumažinti litavimo tarpo reikalavimus ir pagerinti jungčių mikrostruktūrą bei savybes.