Paslanmaz çeliğin lehimlenmesi

Paslanmaz çeliğin lehimlenmesi

1. Lehimlenebilirlik

Paslanmaz çelik lehimlemedeki temel sorun, yüzeydeki oksit filminin lehimin ıslanmasını ve yayılmasını ciddi şekilde etkilemesidir. Çeşitli paslanmaz çelikler önemli miktarda Cr içerir ve bazıları da yüzeyde çeşitli oksitler veya hatta bileşik oksitler oluşturabilen Ni, Ti, Mn, Mo, Nb ve diğer elementleri içerir. Bunlar arasında, Cr ve Ti'nin Cr2O3 ve TiO2 oksitleri oldukça kararlıdır ve çıkarılması zordur. Havada lehimleme yaparken, bunları gidermek için aktif akı kullanılmalıdır; koruyucu atmosferde lehimleme yaparken, oksit filmi yalnızca düşük çiğlenme noktasına ve yeterince yüksek sıcaklığa sahip yüksek saflıktaki atmosferde azaltılabilir; vakumlu lehimlemede ise, iyi bir lehimleme etkisi elde etmek için yeterli vakum ve yeterli sıcaklığa sahip olmak gerekir.

Paslanmaz çelik lehimlemenin bir diğer sorunu, ısıtma sıcaklığının ana metalin yapısı üzerinde ciddi bir etkiye sahip olmasıdır. Östenitik paslanmaz çeliğin lehimleme ısıtma sıcaklığı 1150 ℃'den yüksek olmamalıdır, aksi takdirde tane büyümesi ciddi şekilde artar; eğer östenitik paslanmaz çelik kararlı element Ti veya Nb içermiyorsa ve yüksek karbon içeriğine sahipse, hassaslaştırma sıcaklığı (500 ~ 850 ℃) aralığında lehimlemeden de kaçınılmalıdır. Krom karbür çökelmesi nedeniyle korozyon direncinin azalmasını önlemek için. Martensitik paslanmaz çelik için lehimleme sıcaklığı seçimi daha katıdır. Birincisi, lehimleme işlemini ısıl işlem işlemiyle birleştirmek için lehimleme sıcaklığını söndürme sıcaklığıyla eşleştirmektir; diğeri ise, lehimleme sırasında ana metalin yumuşamasını önlemek için lehimleme sıcaklığının temperleme sıcaklığından düşük olmasıdır. Çökelme sertleştirmeli paslanmaz çeliklerin lehimleme sıcaklığı seçim prensibi martenzitik paslanmaz çeliklerle aynıdır, yani en iyi mekanik özellikleri elde etmek için lehimleme sıcaklığının ısıl işlem sistemine uygun olması gerekir.

Yukarıdaki iki temel soruna ek olarak, özellikle bakır çinko dolgu metali ile lehimleme sırasında, östenitik paslanmaz çelik lehimlenirken gerilim çatlağı oluşma eğilimi vardır. Gerilim çatlağını önlemek için, iş parçası lehimlemeden önce gerilim giderme tavlaması yapılmalı ve lehimleme sırasında iş parçası eşit şekilde ısıtılmalıdır.

2. Lehimleme malzemesi

(1) Paslanmaz çelik kaynaklı parçaların kullanım gereksinimlerine göre, paslanmaz çelik kaynaklı parçalar 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 bulunur.

Kalay kurşun lehimi esas olarak paslanmaz çelik lehimlemede kullanılır ve yüksek kalay içeriğine uygundur. Lehimin kalay içeriği ne kadar yüksekse, paslanmaz çeliğe o kadar iyi ıslanabilir. Çeşitli yaygın kalay kurşun lehimleriyle lehimlenen 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantılarının kesme dayanımı Tablo 3'te listelenmiştir. Bağlantıların düşük mukavemeti nedeniyle, yalnızca düşük taşıma kapasiteli parçaların lehimlenmesinde kullanılırlar.

Tablo 3 kalay kurşun lehimiyle lehimlenmiş 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik birleşiminin kesme dayanımı

Gümüş esaslı dolgu metalleri, paslanmaz çeliğin lehimlenmesinde en sık kullanılan dolgu metalleridir. Bunlar arasında, lehimleme sıcaklığının ana metalin özellikleri üzerinde çok az etkisi olması nedeniyle gümüş bakır çinko ve gümüş bakır çinko kadmiyum dolgu metalleri en yaygın kullanılanlardır. Birkaç yaygın gümüş esaslı lehimle lehimlenen ICr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantılarının dayanımı Tablo 4'te listelenmiştir. Gümüş esaslı lehimlerle lehimlenen paslanmaz çelik bağlantıları, yüksek aşındırıcı ortamlarda nadiren kullanılır ve bağlantıların çalışma sıcaklığı genellikle 300 ℃'yi geçmez. Nikel içermeyen paslanmaz çeliği lehimlerken, nemli ortamda lehimlenmiş bağlantının korozyonunu önlemek için, b-ag50cuzncdni gibi daha fazla nikel içeren lehim dolgu metali kullanılmalıdır. Martensitik paslanmaz çeliği lehimlerken, ana metalin yumuşamasını önlemek için, lehimleme sıcaklığı 650 ℃'yi aşmayan lehim dolgu metali kullanılmalıdır, örneğin b-ag40cuzncd. Paslanmaz çeliğin koruyucu atmosferde lehimlenmesi sırasında, yüzeydeki oksit filmini gidermek için b-ag92culi ve b-ag72culi gibi lityum içeren öz lehim akısı kullanılabilir. Paslanmaz çeliğin vakumda lehimlenmesi sırasında, dolgu metalinin Zn ve CD gibi buharlaşması kolay elementler içermemesine rağmen iyi ıslanabilirliğe sahip olmasını sağlamak için, Mn, Ni ve RD gibi elementler içeren gümüş dolgu metali seçilebilir.

Tablo 4 Gümüş esaslı dolgu metaliyle lehimlenmiş ICr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantısının mukavemeti

Farklı çeliklerin lehimlenmesinde kullanılan bakır esaslı lehim dolgu metalleri çoğunlukla saf bakır, bakır nikel ve bakır manganez kobalt lehim dolgu metalleridir. Saf bakır lehim dolgu metali çoğunlukla gaz koruması veya vakum altında lehimleme için kullanılır. Paslanmaz çelik bağlantılarının çalışma sıcaklığı 400℃'yi geçmez, ancak bağlantının oksidasyon direnci düşüktür. Bakır nikel lehim dolgu metali çoğunlukla alev lehimleme ve indüksiyon lehimleme için kullanılır. Lehimlenmiş 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik bağlantının mukavemeti Tablo 5'te gösterilmiştir. Bağlantının ana metalle aynı mukavemete sahip olduğu ve çalışma sıcaklığının yüksek olduğu görülebilir. Cu Mn ko lehim dolgu metali çoğunlukla martensitik paslanmaz çeliğin koruyucu atmosferde lehimlenmesinde kullanılır. Bağlantı mukavemeti ve çalışma sıcaklığı, altın esaslı dolgu metaliyle lehimlenenlerle karşılaştırılabilir düzeydedir. Örneğin, b-cu58mnco lehimiyle lehimlenen 1Cr13 paslanmaz çelik birleşimi, b-au82ni lehimiyle lehimlenen aynı paslanmaz çelik birleşimiyle aynı performansa sahiptir (bkz. Tablo 6), ancak üretim maliyeti büyük ölçüde azalır.

Tablo 5 Yüksek sıcaklık bakır bazlı dolgu metaliyle lehimlenmiş 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik birleşiminin kesme dayanımı

Tablo 6 1Cr13 paslanmaz çelik lehimli bağlantının kesme dayanımı

Manganez esaslı lehim dolgu metalleri çoğunlukla gaz korumalı lehimlemede kullanılır ve gaz saflığının yüksek olması gerekir. Baz metalin tane büyümesini önlemek için, lehimleme sıcaklığı 1150 ℃'nin altında olan ilgili lehim dolgu metali seçilmelidir. Tablo 7'de gösterildiği gibi, manganez esaslı lehimle lehimlenen paslanmaz çelik bağlantılarında tatmin edici bir lehimleme etkisi elde edilebilir. Bağlantının çalışma sıcaklığı 600 ℃'ye ulaşabilir.

Tablo 7 Manganez bazlı dolgu metaliyle lehimlenmiş lcr18ni9fi paslanmaz çelik bağlantısının kesme dayanımı

Paslanmaz çelik, nikel bazlı dolgu metaliyle lehimlendiğinde, bağlantı iyi bir yüksek sıcaklık performansına sahiptir. Bu dolgu metali genellikle gaz korumalı lehimleme veya vakum lehimlemede kullanılır. Bağlantı oluşumu sırasında lehimli bağlantıda daha kırılgan bileşiklerin oluşması ve bu durumun bağlantının mukavemetini ve esnekliğini ciddi şekilde azaltması sorununu aşmak için, lehimde kırılgan faz oluşturması kolay elementlerin ana metale tamamen difüze olmasını sağlamak amacıyla bağlantı boşluğu en aza indirilmelidir. Lehimleme sıcaklığında uzun süre bekletilmesi nedeniyle ana metal tane büyümesinin oluşmasını önlemek için, kaynak sonrası daha düşük sıcaklıkta (lehimleme sıcaklığına kıyasla) kısa süreli bekletme ve difüzyon işlemi uygulanabilir.

Paslanmaz çeliğin lehimlenmesinde kullanılan asil metal lehim dolgu metalleri çoğunlukla altın bazlı dolgu metalleri ve paladyum içeren dolgu metalleridir. Bunların en tipik olanları, iyi ıslanabilirliğe sahip b-au82ni, b-ag54cupd ve b-au82ni'dir. Lehimli paslanmaz çelik bağlantı, yüksek sıcaklık dayanımına ve oksidasyon direncine sahiptir ve maksimum çalışma sıcaklığı 800°C'ye ulaşabilir. B-ag54cupd, b-au82ni ile benzer özelliklere sahiptir ve fiyatı düşüktür, bu nedenle b-au82ni'nin yerini alma eğilimindedir.

(2) Paslanmaz çeliğin yüzeyi, akı ve fırın atmosferinde, 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 etki süresi kısa olduğundan, hızlı ısıtmalı lehimleme yöntemi kullanılmalıdır. Paslanmaz çeliğin gümüş esaslı dolgu metalleriyle lehimlenmesinde Fb102, fb103 veya fb104 akı kullanılabilir. Paslanmaz çeliğin bakır esaslı dolgu metaliyle lehimlenmesinde ise, yüksek lehimleme sıcaklığı nedeniyle fb105 akısı kullanılır.

Paslanmaz çeliğin fırında lehimlenmesinde genellikle vakum atmosferi veya hidrojen, argon ve ayrışma amonyağı gibi koruyucu atmosfer kullanılır. Vakum lehimleme sırasında vakum basıncı 10-2Pa'dan düşük olmalıdır. Koruyucu atmosferde lehimleme yapılırken, gazın çiğlenme noktası -40°C'den yüksek olmamalıdır. Gaz saflığı yeterli değilse veya lehimleme sıcaklığı yüksek değilse, atmosfere az miktarda bor triflorür gibi gaz lehim akısı eklenebilir.

2. Lehimleme teknolojisi

Paslanmaz çelik, gres ve yağ tabakasını gidermek için lehimlemeden önce daha sıkı bir şekilde temizlenmelidir. Lehimlemeyi temizlikten hemen sonra yapmak daha iyidir.

Paslanmaz çelik lehimleme, alev, indüksiyon ve fırın ortamı ısıtma yöntemlerini benimseyebilir. Fırında lehimleme için kullanılan fırın, iyi bir sıcaklık kontrol sistemine sahip olmalı (lehimleme sıcaklığının sapmasının ± 6 ℃ olması gerekir) ve hızlı bir şekilde soğutulabilmelidir. Lehimleme için 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 sırasında hidrojenin çiğlenme noktasının -40 ℃'den düşük olması gerekir; stabilizatörsüz 18-8 krom nikel paslanmaz çelik için, 1150 ℃'de lehimleme sırasında hidrojenin çiğlenme noktası 25 ℃'den düşük olmalıdır; Ancak, titanyum stabilizatör içeren 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik için, 1150°C'de lehimleme yaparken hidrojen çiğ noktası -40°C'den düşük olmalıdır. Argon korumasıyla lehimleme yaparken, argon saflığının daha yüksek olması gerekir. Paslanmaz çeliğin yüzeyine bakır veya nikel kaplanırsa, koruyucu gaz saflığı gereksinimi azaltılabilir. Paslanmaz çeliğin yüzeyindeki oksit filminin giderilmesini sağlamak için BF3 gaz akısı eklenebilir ve lityum veya bor içeren öz akı lehimi de kullanılabilir. Paslanmaz çeliğin vakumla lehimlenmesinde, vakum derecesi gereksinimleri lehimleme sıcaklığına bağlıdır. Lehimleme sıcaklığının artmasıyla, gereken vakum azaltılabilir.

Paslanmaz çeliğin lehimlemeden sonraki ana işlemi, kalan akı ve artık akış inhibitörünün temizlenmesi ve gerekirse lehimleme sonrası ısıl işlem uygulanmasıdır. Kullanılan akı ve lehimleme yöntemine bağlı olarak, kalan akı suyla yıkanabilir, mekanik olarak veya kimyasal olarak temizlenebilir. Bağlantının yakınındaki ısıtılmış bölgedeki kalan akı veya oksit filminin temizlenmesi için aşındırıcı madde kullanılıyorsa, 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 işleme tabi tutulmalıdır. Ni Cr B ve Ni Cr Si dolgu metalleriyle lehimlenen paslanmaz çelik bağlantıları, lehimleme boşluğu gereksinimlerini azaltmak ve bağlantıların mikro yapısını ve özelliklerini iyileştirmek için genellikle lehimlemeden sonra difüzyon ısıl işlemine tabi tutulur.