Paslanmaz çeliğin lehimlenmesi

Paslanmaz çeliğin lehimlenmesi

1. Lehimlenebilirlik

Paslanmaz çelik lehimlemede temel sorun, yüzeydeki oksit tabakasının lehimin ıslanmasını ve yayılmasını ciddi şekilde etkilemesidir. Çeşitli paslanmaz çelikler önemli miktarda Cr içerir ve bazıları ayrıca Ni, Ti, Mn, Mo, Nb ve diğer elementleri de içerir; bu da yüzeyde çeşitli oksitler veya hatta kompozit oksitler oluşturabilir. Bunlar arasında, Cr ve Ti'nin Cr2O3 ve TiO2 oksitleri oldukça kararlıdır ve çıkarılması zordur. Hava ortamında lehimleme yapılırken, bunları çıkarmak için aktif akı kullanılmalıdır; koruyucu atmosferde lehimleme yapılırken, oksit tabakası yalnızca düşük çiğlenme noktasına ve yeterince yüksek sıcaklığa sahip yüksek saflıkta bir atmosferde azaltılabilir; vakumda lehimleme yapılırken, iyi bir lehimleme etkisi elde etmek için yeterli vakum ve yeterli sıcaklık gereklidir.

Paslanmaz çelik lehimlemenin bir diğer sorunu da, ısıtma sıcaklığının ana metalin yapısını ciddi şekilde etkilemesidir. Östenitik paslanmaz çeliğin lehimleme ısıtma sıcaklığı 1150 ℃'nin üzerinde olmamalıdır, aksi takdirde tane büyümesi ciddi şekilde gerçekleşir; eğer östenitik paslanmaz çelik kararlı element Ti veya Nb içermiyorsa ve yüksek karbon içeriğine sahipse, krom karbür çökelmesi nedeniyle korozyon direncinin azalmasını önlemek için, duyarlılık sıcaklığı (500 ~ 850 ℃) aralığında lehimlemeden de kaçınılmalıdır. Martensitik paslanmaz çelik için lehimleme sıcaklığının seçimi daha katıdır. Birincisi, lehimleme işlemini ısıl işlemle birleştirmek için lehimleme sıcaklığını su verme sıcaklığıyla eşleştirmektir; ikincisi ise, lehimleme sırasında ana metalin yumuşamasını önlemek için lehimleme sıcaklığının temperleme sıcaklığından daha düşük olmasıdır. Çökeltme sertleştirmeli paslanmaz çeliğin lehimleme sıcaklığı seçim prensibi, martensitik paslanmaz çelikle aynıdır; yani, en iyi mekanik özellikleri elde etmek için lehimleme sıcaklığı ısıl işlem sistemiyle uyumlu olmalıdır.

Yukarıda belirtilen iki ana probleme ek olarak, östenitik paslanmaz çeliğin lehimlenmesinde, özellikle bakır çinko dolgu metali ile lehimleme yapıldığında, gerilim çatlaması eğilimi vardır. Gerilim çatlamasını önlemek için, iş parçası lehimlemeden önce gerilim giderme tavlamasına tabi tutulmalı ve lehimleme sırasında iş parçası homojen bir şekilde ısıtılmalıdır.

2. Lehimleme malzemesi

(1) Paslanmaz çelik kaynaklı birleştirmelerin kullanım gereksinimlerine göre, paslanmaz çelik kaynaklı birleştirmeler için yaygın olarak kullanılan lehim dolgu metalleri arasında Kalay Kurşun lehim dolgu metali, gümüş esaslı lehim dolgu metali, bakır esaslı lehim dolgu metali, manganez esaslı lehim dolgu metali, nikel esaslı lehim dolgu metali ve değerli metal lehim dolgu metali bulunmaktadır.

Kalaylı kurşun lehim esas olarak paslanmaz çelik lehimlemede kullanılır ve yüksek kalay içeriğine sahip olması uygundur. Lehimin kalay içeriği ne kadar yüksek olursa, paslanmaz çelik üzerindeki ıslatılabilirliği de o kadar iyi olur. Tablo 3'te, çeşitli yaygın kalaylı kurşun lehimlerle lehimlenmiş 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantılarının kesme dayanımı listelenmiştir. Bağlantıların düşük dayanımı nedeniyle, yalnızca düşük taşıma kapasitesine sahip parçaların lehimlenmesinde kullanılırlar.

Tablo 3: Kalay kurşun lehim ile lehimlenmiş 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantısının kesme dayanımı

Gümüş bazlı dolgu metalleri, paslanmaz çeliğin lehimlenmesinde en yaygın kullanılan dolgu metalleridir. Bunlar arasında, lehimleme sıcaklığının ana metalin özelliklerini az etkilemesi nedeniyle gümüş bakır çinko ve gümüş bakır çinko kadmiyum dolgu metalleri en yaygın kullanılanlardır. Çeşitli yaygın gümüş bazlı lehimlerle lehimlenmiş ICr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantılarının mukavemeti Tablo 4'te listelenmiştir. Gümüş bazlı lehimlerle lehimlenmiş paslanmaz çelik bağlantılar, yüksek derecede aşındırıcı ortamlarda nadiren kullanılır ve bağlantıların çalışma sıcaklığı genellikle 300 ℃'yi geçmez. Nikel içermeyen paslanmaz çeliği lehimlerken, nemli ortamda lehimli bağlantının korozyonunu önlemek için, b-ag50cuzncdni gibi daha fazla nikel içeren lehim dolgu metali kullanılmalıdır. Martensitik paslanmaz çeliği lehimlerken, ana metalin yumuşamasını önlemek için, b-ag40cuzncd gibi lehimleme sıcaklığı 650 ℃'yi geçmeyen lehim dolgu metali kullanılmalıdır. Koruyucu atmosferde paslanmaz çelik lehimlenirken, yüzeydeki oksit filmini gidermek için b-ag92culi ve b-ag72culi gibi lityum içeren kendiliğinden lehimleme akısı kullanılabilir. Vakumda paslanmaz çelik lehimlenirken, Zn ve CD gibi kolayca buharlaşan elementler içermeyen dolgu metalinin iyi ıslanabilirliğe sahip olması için Mn, Ni ve RD gibi elementler içeren gümüş dolgu metali seçilebilir.

Tablo 4: Gümüş bazlı dolgu metali ile lehimlenmiş ICr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantısının mukavemeti

Farklı çeliklerin lehimlenmesinde kullanılan bakır bazlı lehim dolgu metalleri esas olarak saf bakır, bakır nikel ve bakır manganez kobalt lehim dolgu metalleridir. Saf bakır lehim dolgu metali esas olarak gaz koruması veya vakum altında lehimleme için kullanılır. Paslanmaz çelik birleşiminin çalışma sıcaklığı 400 ℃'yi geçmez, ancak birleşim zayıf oksidasyon direncine sahiptir. Bakır nikel lehim dolgu metali esas olarak alevle lehimleme ve indüksiyonla lehimleme için kullanılır. Lehimlenmiş 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik birleşiminin mukavemeti Tablo 5'te gösterilmiştir. Birleşimin ana metal ile aynı mukavemete sahip olduğu ve çalışma sıcaklığının yüksek olduğu görülebilir. Cu Mn co lehim dolgu metali esas olarak koruyucu atmosferde martensitik paslanmaz çeliğin lehimlenmesi için kullanılır. Birleşim mukavemeti ve çalışma sıcaklığı, altın bazlı dolgu metali ile lehimlenenlerle karşılaştırılabilir. Örneğin, b-cu58mnco lehim ile lehimlenmiş 1Cr13 paslanmaz çelik bağlantı, aynı paslanmaz çelik bağlantının b-au82ni lehim ile lehimlenmesiyle aynı performansa sahiptir (Tablo 6'ya bakınız), ancak üretim maliyeti büyük ölçüde azalmıştır.

Tablo 5: Yüksek sıcaklığa dayanıklı bakır esaslı dolgu metali ile lehimlenmiş 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantısının kesme dayanımı

Tablo 6: 1Cr13 paslanmaz çelik lehimli bağlantının kesme dayanımı

Manganez bazlı lehim dolgu metalleri esas olarak gaz korumalı lehimleme için kullanılır ve gazın saflığının yüksek olması gerekir. Ana metalin tane büyümesini önlemek için, lehimleme sıcaklığı 1150 ℃'nin altında olan uygun lehim dolgu metali seçilmelidir. Tablo 7'de gösterildiği gibi, manganez bazlı lehim ile lehimlenmiş paslanmaz çelik bağlantılarda tatmin edici bir lehimleme etkisi elde edilebilir. Bağlantının çalışma sıcaklığı 600 ℃'ye ulaşabilir.

Tablo 7: Manganez bazlı dolgu metali ile lehimlenmiş LCR18NI9FI paslanmaz çelik bağlantısının kesme dayanımı

Paslanmaz çelik, nikel esaslı dolgu metali ile lehimlendiğinde, bağlantı iyi bir yüksek sıcaklık performansına sahiptir. Bu dolgu metali genellikle gaz korumalı lehimleme veya vakumlu lehimleme için kullanılır. Lehimleme sırasında bağlantıda daha fazla kırılgan bileşik oluşması ve bunun da bağlantının mukavemetini ve plastisitesini ciddi şekilde azaltması sorununu aşmak için, lehimde kolayca kırılgan faz oluşturan elementlerin ana metale tamamen difüzyonunu sağlamak amacıyla bağlantı boşluğu en aza indirilmelidir. Lehimleme sıcaklığında uzun süre bekleme nedeniyle ana metal tane büyümesinin oluşmasını önlemek için, kaynak işleminden sonra daha düşük sıcaklıkta (lehimleme sıcaklığına kıyasla) kısa süreli bekleme ve difüzyon işlemi uygulanabilir.

Paslanmaz çeliğin lehimlenmesinde kullanılan değerli metal lehim dolgu metalleri arasında başlıca altın bazlı dolgu metalleri ve paladyum içeren dolgu metalleri bulunur; bunların en tipik olanları iyi ıslatılabilirlik özelliğine sahip B-Au82Ni, B-Ag54Cupd ve B-Au82Ni'dir. Lehimlenmiş paslanmaz çelik bağlantı yüksek sıcaklık dayanımına ve oksidasyon direncine sahiptir ve maksimum çalışma sıcaklığı 800 ℃'ye ulaşabilir. B-Ag54Cupd, B-Au82Ni'ye benzer özelliklere sahiptir ve fiyatı düşüktür, bu nedenle B-Au82Ni'nin yerini alma eğilimindedir.

(2) Akı ve fırın atmosferinde paslanmaz çeliğin yüzeyi, yalnızca güçlü aktiviteye sahip akı kullanılarak giderilebilen Cr2O3 ve TiO2 gibi oksitler içerir. Paslanmaz çelik kalay kurşun lehim ile lehimlendiğinde, uygun akı fosforik asit sulu çözeltisi veya çinko oksit hidroklorik asit çözeltisidir. Fosforik asit sulu çözeltisinin aktivite süresi kısadır, bu nedenle hızlı ısıtma lehimleme yöntemi benimsenmelidir. Gümüş esaslı dolgu metalleri ile paslanmaz çeliği lehimlemek için Fb102, fb103 veya fb104 akıları kullanılabilir. Bakır esaslı dolgu metali ile paslanmaz çeliği lehimlerken, yüksek lehimleme sıcaklığı nedeniyle fb105 akısı kullanılır.

Fırında paslanmaz çelik lehimlenirken genellikle vakum ortamı veya hidrojen, argon ve ayrışmış amonyak gibi koruyucu ortamlar kullanılır. Vakumlu lehimleme sırasında vakum basıncı 10⁻² Pa'dan düşük olmalıdır. Koruyucu ortamda lehimleme yapılırken gazın çiğlenme noktası -40 ℃'den yüksek olmamalıdır. Gaz saflığı yeterli değilse veya lehimleme sıcaklığı yüksek değilse, ortama az miktarda bor triflorür gibi gaz lehimleme akısı eklenebilir.

2. Lehimleme teknolojisi

Paslanmaz çelik, lehimleme işleminden önce üzerindeki yağ ve kir tabakasından arındırılmak üzere daha titizlikle temizlenmelidir. Temizlendikten hemen sonra lehimleme işlemi yapılması daha iyidir.

Paslanmaz çelik lehimlemede alev, indüksiyon ve fırın ortamı ısıtma yöntemleri kullanılabilir. Lehimleme fırınında iyi bir sıcaklık kontrol sistemi (lehimleme sıcaklığının sapması ± 6 ℃ olmalıdır) bulunmalı ve hızlı bir şekilde soğutulabilmelidir. Lehimlemede koruyucu gaz olarak hidrojen kullanıldığında, hidrojen gereksinimleri lehimleme sıcaklığına ve ana metalin bileşimine bağlıdır; yani, lehimleme sıcaklığı ne kadar düşükse, ana metal o kadar fazla stabilizatör içerir ve hidrojenin çiğlenme noktası o kadar düşük olmalıdır. Örneğin, 1Cr13 ve cr17ni2t gibi martensitik paslanmaz çelikler için, 1000 ℃'de lehimleme yapılırken hidrojenin çiğlenme noktasının -40 ℃'den düşük olması gerekir; stabilizatör içermeyen 18-8 krom nikel paslanmaz çelik için, 1150 ℃'de lehimleme sırasında hidrojenin çiğlenme noktasının 25 ℃'den düşük olması gerekir; Ancak, titanyum stabilizatör içeren 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik için, 1150 ℃'de lehimleme yapılırken hidrojen çiğlenme noktası -40 ℃'nin altında olmalıdır. Argon korumasıyla lehimleme yapılırken, argonun saflığının daha yüksek olması gerekir. Paslanmaz çeliğin yüzeyine bakır veya nikel kaplama yapılırsa, koruyucu gazın saflığı gereksinimi azaltılabilir. Paslanmaz çeliğin yüzeyindeki oksit filminin giderilmesini sağlamak için BF3 gaz akısı da eklenebilir ve lityum veya bor içeren kendinden akılı lehim de kullanılabilir. Paslanmaz çeliğin vakumla lehimlenmesinde, vakum derecesi gereksinimi lehimleme sıcaklığına bağlıdır. Lehimleme sıcaklığının artmasıyla, gerekli vakum azaltılabilir.

Lehimleme işleminden sonra paslanmaz çeliğin ana işlemi, artık lehim kalıntısının ve artık akış önleyicisinin temizlenmesi ve gerekirse lehimleme sonrası ısıl işlemin uygulanmasıdır. Kullanılan lehim kalıntısına ve lehimleme yöntemine bağlı olarak, artık lehim kalıntıları suyla yıkanabilir, mekanik olarak veya kimyasal olarak temizlenebilir. Birleşme yerinin yakınındaki ısıtılmış alanda artık lehim kalıntısını veya oksit filmini temizlemek için aşındırıcı kullanılacaksa, kum veya diğer metalik olmayan ince parçacıklar kullanılmalıdır. Martensitik paslanmaz çelik ve çökelme sertleştirmeli paslanmaz çelikten yapılmış parçalar, lehimlemeden sonra malzemenin özel gereksinimlerine göre ısıl işlem gerektirir. Ni Cr B ve Ni Cr Si dolgu metalleri ile lehimlenmiş paslanmaz çelik birleşim yerleri, lehim boşluğu gereksinimlerini azaltmak ve birleşim yerlerinin mikro yapısını ve özelliklerini iyileştirmek için genellikle lehimlemeden sonra difüzyon ısıl işlemine tabi tutulur.