הלחמת נירוסטה

הלחמת נירוסטה

1. יכולת הלחמה

הבעיה העיקרית בהלחמת פלדות אל-חלד היא ששכבת התחמוצת על פני השטח משפיעה קשות על הרטבה והתפשטות ההלחמה. פלדות אל-חלד שונות מכילות כמות ניכרת של Cr, וחלקן מכילות גם Ni, Ti, Mn, Mo, Nb ויסודות אחרים, שיכולים ליצור מגוון תחמוצות או אפילו תחמוצות מרוכבות על פני השטח. ביניהן, תחמוצות Cr2O3 ו-TiO2 של Cr ו-Ti הן יציבות למדי וקשות להסרה. בעת הלחמה באוויר, יש להשתמש בשטף פעיל כדי להסירן; בעת הלחמה באטמוספרה מגינה, ניתן לצמצם את שכבת התחמוצת רק באטמוספרה בעלת טוהר גבוה עם נקודת טל נמוכה וטמפרטורה גבוהה מספיק; בהלחמת ואקום, יש צורך בוואקום ובטמפרטורה מספקת כדי להשיג אפקט הלחמה טוב.

בעיה נוספת של הלחמת פלדת אל-חלד היא שטמפרטורת החימום משפיעה באופן משמעותי על מבנה מתכת הבסיס. טמפרטורת החימום של הלחמת פלדת אל-חלד אוסטניטית לא תעלה על 1150 מעלות צלזיוס, אחרת הגרעינים יגדלו באופן משמעותי; אם פלדת אל-חלד אוסטניטית אינה מכילה את היסוד היציב Ti או Nb ויש לה תכולת פחמן גבוהה, יש להימנע גם מהלחמת חומר חימום בטמפרטורת הרגישות (500 ~ 850 מעלות צלזיוס). כדי למנוע ירידה בעמידות בפני קורוזיה עקב משקעים של כרום קרביד. בחירת טמפרטורת ההלחמה עבור פלדת אל-חלד מרטנזיטית היא קפדנית יותר. ראשית, יש להתאים את טמפרטורת ההלחמה לטמפרטורת הכיבוי, על מנת לשלב את תהליך ההלחמה עם תהליך הטיפול בחום; השנייה היא שטמפרטורת ההלחמה צריכה להיות נמוכה מטמפרטורת ההרפיה כדי למנוע ריכוך של מתכת הבסיס במהלך ההלחמה. עקרון בחירת טמפרטורת ההלחמה של פלדת אל-חלד התקשות משקעים זהה לזה של פלדת אל-חלד מרטנזיטית, כלומר, טמפרטורת ההלחמה חייבת להתאים למערכת הטיפול בחום כדי להשיג את התכונות המכניות הטובות ביותר.

בנוסף לשתי הבעיות העיקריות הנ"ל, קיימת נטייה לסדיקת מאמץ בעת הלחמת פלדת אל-חלד אוסטניטית, במיוחד בעת הלחמת מתכת מילוי נחושת-אבץ. על מנת למנוע סדקי מאמץ, יש לבצע חישול הקלה על מאמץ על חומר העבודה לפני ההלחמה, וחומר העבודה יחומם באופן אחיד במהלך ההלחמה.

2. חומר הלחמה

(1) בהתאם לדרישות השימוש של חומרי ריתוך מפלדת אל-חלד, מתכות המילוי הנפוצות להלחמה כוללות מתכת מילוי להלחמה על בסיס בדיל ועופרת, מתכת מילוי להלחמה על בסיס כסף, מתכת מילוי להלחמה על בסיס נחושת, מתכת מילוי להלחמה על בסיס מנגן, מתכת מילוי להלחמה על בסיס ניקל ומתכת מילוי להלחמה על בסיס מתכות יקרות.

הלחמת עופרת בדיל משמשת בעיקר להלחמת פלדת אל-חלד, והיא מתאימה להלחמה בעלת תכולת בדיל גבוהה. ככל שתכולת הבדיל של ההלחמה גבוהה יותר, כך יכולת הרטבה שלה על פלדת אל-חלד טובה יותר. חוזק הגזירה של חיבורי פלדת אל-חלד 1Cr18Ni9Ti המולחמים עם מספר הלחמות עופרת בדיל נפוצות מופיע בטבלה 3. בשל חוזקם הנמוך של החיבורים, הם משמשים רק להלחמת חלקים בעלי כושר נשיאה קטן.

טבלה 3 חוזק גזירה של חיבור נירוסטה 1Cr18Ni9Ti מולחם עם הלחמת עופרת בדיל

מתכות מילוי מבוססות כסף הן מתכות המילוי הנפוצות ביותר להלחמת פלדת אל-חלד. ביניהן, מתכות מילוי כסף, נחושת ואבץ וכסף, נחושת ואבץ קדמיום נמצאות בשימוש נרחב ביותר משום שלטמפרטורת ההלחמה יש השפעה מועטה על תכונות מתכת הבסיס. חוזקם של חיבורי פלדת אל-חלד ICr18Ni9Ti המולחמים עם מספר הלחמות נפוצות על בסיס כסף מופיע בטבלה 4. חיבורי פלדת אל-חלד המולחמים עם הלחמות על בסיס כסף נמצאים בשימוש נדיר בסביבות קורוזיביות ביותר, וטמפרטורת העבודה של החיבורים בדרך כלל אינה עולה על 300 מעלות צלזיוס. בעת הלחמת פלדת אל-חלד ללא ניקל, על מנת למנוע קורוזיה של החיבור המולחם בסביבה לחה, יש להשתמש במתכת מילוי להלחמה עם יותר ניקל, כגון b-ag50cuzncdni. בעת הלחמת פלדת אל-חלד מרטנזיטית, על מנת למנוע ריכוך מתכת הבסיס, יש להשתמש במתכת מילוי להלחמה עם טמפרטורת הלחמה שאינה עולה על 650 מעלות צלזיוס, כגון b-ag40cuzncd. בעת הלחמת פלדת אל-חלד באטמוספרה מגינה, על מנת להסיר את שכבת התחמוצת על פני השטח, ניתן להשתמש בשטף הלחמה עצמית המכיל ליתיום, כגון b-ag92culi ו-b-ag72culi. בעת הלחמת פלדת אל-חלד בוואקום, על מנת להבטיח שלמתכת המילוי עדיין תהיה יכולת רטיבות טובה גם כאשר היא אינה מכילה יסודות כמו Zn ו-CD שמתאדים בקלות, ניתן לבחור במתכת מילוי כסופה המכילה יסודות כמו Mn, Ni ו-RD.

טבלה 4 חוזק של חיבור נירוסטה ICr18Ni9Ti מולחם עם מתכת מילוי על בסיס כסף

מתכות מילוי להלחמה מבוססות נחושת המשמשות להלחמת פלדות שונות הן בעיקר נחושת טהורה, נחושת ניקל ונחושת מנגן קובלט. מתכת מילוי להלחמה נחושת טהורה משמשת בעיקר להלחמה תחת הגנה מגז או ואקום. טמפרטורת העבודה של חיבור נירוסטה אינה עולה על 400 ℃, אך לחיבור עמידות נמוכה לחמצון. מתכת מילוי להלחמה נחושת ניקל משמשת בעיקר להלחמת להבה והלחמת אינדוקציה. חוזק החיבור של נירוסטה 1Cr18Ni9Ti המולחם מוצג בטבלה 5. ניתן לראות כי לחיבור יש את אותו חוזק כמו מתכת הבסיס, וטמפרטורת העבודה גבוהה. מתכת מילוי להלחמה Cu Mn co משמשת בעיקר להלחמת נירוסטה מרטנזיטית באטמוספרה מוגנת. חוזק החיבור וטמפרטורת העבודה דומים לאלו המולחמים עם מתכת מילוי מבוססת זהב. לדוגמה, לחיבור נירוסטה 1Cr13 המולחם עם הלחמת b-cu58mnco יש את אותם ביצועים כמו לאותו חיבור נירוסטה המולחם עם הלחמת b-au82ni (ראה טבלה 6), אך עלות הייצור מופחתת משמעותית.

טבלה 5 חוזק גזירה של חיבור נירוסטה 1Cr18Ni9Ti מולחם עם מתכת מילוי על בסיס נחושת בטמפרטורה גבוהה

טבלה 6 חוזק גזירה של חיבור מולחם מפלדת אל-חלד 1Cr13

מתכות מילוי להלחמה מבוססות מנגן משמשות בעיקר להלחמה מוגנת גז, ונדרש טוהר הגז להיות גבוה. על מנת למנוע צמיחת גרגירים של מתכת הבסיס, יש לבחור את מתכת המילוי להלחמה המתאימה עם טמפרטורת הלחמה נמוכה מ-1150 מעלות צלזיוס. ניתן להשיג אפקט הלחמה משביע רצון עבור חיבורי נירוסטה מולחמים בהלחמה מבוססת מנגן, כפי שמוצג בטבלה 7. טמפרטורת העבודה של החיבור יכולה להגיע ל-600 מעלות צלזיוס.

טבלה 7 חוזק גזירה של חיבור נירוסטה lcr18ni9fi מולחם עם מתכת מילוי מבוססת מנגן

כאשר פלדת אל-חלד מולחמת עם מתכת מילוי על בסיס ניקל, לחיבור יש ביצועים טובים בטמפרטורה גבוהה. מתכת מילוי זו משמשת בדרך כלל להלחמת גז או הלחמת ואקום. על מנת להתגבר על הבעיה של ייצור תרכובות שבירות יותר בחיבור המולחם במהלך יצירת החיבור, מה שמפחית באופן משמעותי את חוזק ופלסטיות החיבור, יש למזער את פער החיבור על מנת להבטיח שהאלמנטים שנוצרים בקלות פאזה שבירה בהלחמה יתפזרו במלואם לתוך מתכת הבסיס. על מנת למנוע צמיחת גרגירי מתכת בסיס עקב זמן החזקה ארוך בטמפרטורת ההלחמה, ניתן לנקוט באמצעי התהליך של החזקה קצרת טווח וטיפול דיפוזיה בטמפרטורה נמוכה יותר (בהשוואה לטמפרטורת ההלחמה) לאחר הריתוך.

מתכות מילוי להלחמת מתכות אצילות המשמשות להלחמת פלדת אל-חלד כוללות בעיקר מתכות מילוי מבוססות זהב ומתכות מילוי המכילות פלדיום, שהנפוצות ביותר הן b-au82ni, b-ag54cupd ו-b-au82ni, בעלות יכולת רטיבות טובה. למחבר הפלדת אל-חלד המולחמת חוזק גבוה בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני חמצון, וטמפרטורת העבודה המקסימלית יכולה להגיע ל-800 מעלות צלזיוס. ל-B-ag54cupd מאפיינים דומים ל-b-au82ni ומחירו נמוך, ולכן הוא נוטה להחליף את b-au82ni.

(2) פני השטח של פלדת אל-חלד בפלקס ובאטמוספרת התנור מכילים תחמוצות כגון Cr2O3 ו-TiO2, אותן ניתן להסיר רק באמצעות פלקס בעל פעילות חזקה. כאשר מולחמים פלדת אל-חלד עם הלחמת עופרת בדיל, הפלקס המתאים הוא תמיסה מימית של חומצה זרחתית או תמיסת חומצה הידרוכלורית תחמוצת אבץ. זמן הפעילות של תמיסת חומצה זרחתית מימית קצר, ולכן יש לאמץ את שיטת ההלחמה של חימום מהיר. ניתן להשתמש בפלקסים Fb102, fb103 או fb104 להלחמת פלדת אל-חלד עם מתכות מילוי מבוססות כסף. כאשר מולחמים פלדת אל-חלד עם מתכת מילוי מבוססת נחושת, משתמשים בפלקס fb105 בגלל טמפרטורת ההלחמה הגבוהה.

בעת הלחמת פלדת אל-חלד בכבשן, משתמשים לעתים קרובות באטמוספרת ואקום או באטמוספרת מגן כגון מימן, ארגון ואמוניה מפורקת. במהלך הלחמת ואקום, לחץ הוואקום צריך להיות נמוך מ-10-2Pa. בעת הלחמת גז באטמוספרת מגן, נקודת הטל של הגז לא צריכה להיות גבוהה מ-40- מעלות צלזיוס. אם טוהר הגז אינו מספיק או שטמפרטורת ההלחמה אינה גבוהה, ניתן להוסיף לאטמוספרה כמות קטנה של שטף הלחמת גז, כגון בורון טריפלואוריד.

2. טכנולוגיית הלחמה

יש לנקות את פלדת האל-חלד בקפדנות רבה יותר לפני הלחמה כדי להסיר כל שכבת שומן ושמן. עדיף להלחים מיד לאחר הניקוי.

הלחמת פלדת אל-חלד יכולה לאמץ שיטות חימום בלהבה, אינדוקציה ומדיום תנור. תנור ההלחמה חייב להיות בעל מערכת בקרת טמפרטורה טובה (הסטייה מטמפרטורת ההלחמה נדרשת להיות ± 6 מעלות צלזיוס) וניתן לקרר אותו במהירות. כאשר משתמשים במימן כגז מגן להלחמה, דרישות המימן תלויות בטמפרטורת ההלחמה ובהרכב מתכת הבסיס, כלומר, ככל שטמפרטורת ההלחמה נמוכה יותר, כך מתכת הבסיס מכילה יותר מייצב, וכך נדרשת נקודת הטל של מימן נמוכה יותר. לדוגמה, עבור פלדות אל-חלד מרטנזיטיות כגון 1Cr13 ו-cr17ni2t, בעת הלחמה בטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס, נקודת הטל של מימן נדרשת להיות נמוכה מ-40 מעלות צלזיוס-; עבור פלדת אל-חלד כרום ניקל 18-8 ללא מייצב, נקודת הטל של מימן צריכה להיות נמוכה מ-25 מעלות צלזיוס במהלך הלחמה בטמפרטורה של 1150 מעלות צלזיוס; עם זאת, עבור פלדת אל-חלד 1Cr18Ni9Ti המכילה מייצב טיטניום, נקודת הטל של מימן חייבת להיות נמוכה מ-40- מעלות צלזיוס בעת הלחמה בטמפרטורה של 1150 מעלות צלזיוס. בעת הלחמה עם הגנה מארגון, נדרש טוהר הארגון גבוה יותר. אם מצופים נחושת או ניקל על פני השטח של פלדת אל-חלד, ניתן להפחית את הדרישה לטוהר גז המגן. על מנת להבטיח את הסרת שכבת התחמוצת מפני השטח של פלדת אל-חלד, ניתן להוסיף גם גז שטף BF3, וניתן להשתמש גם בהלחמה עצמית המכילה ליתיום או בורון. בעת הלחמת פלדת אל-חלד בוואקום, דרישות דרגת הוואקום תלויות בטמפרטורת ההלחמה. עם עליית טמפרטורת ההלחמה, ניתן להפחית את הוואקום הנדרש.

התהליך העיקרי של הלחמת פלדת אל-חלד לאחר הלחמה הוא ניקוי השטף השיורי ומעכב הזרימה השיורי, וביצוע טיפול בחום לאחר ההלחמה במידת הצורך. בהתאם לשטף ולשיטת ההלחמה שבה משתמשים, ניתן לשטוף את השטף השיורי במים, לנקות אותו מכני או לנקות אותו כימית. אם משתמשים בחומרים שוחקים לניקוי השטף השיורי או שכבת התחמוצת באזור המחומם ליד החיבור, יש להשתמש בחול או בחלקיקים עדינים אחרים שאינם מתכתיים. חלקים העשויים מפלדת אל-חלד מרטנזיטית ופלדת אל-חלד מוקשחת משקעים זקוקים לטיפול בחום בהתאם לדרישות המיוחדות של החומר לאחר ההלחמה. חיבורי פלדת אל-חלד המולחמים במתכות מילוי NiCrB ו-NiCrSi מטופלים לעתים קרובות בטיפול בחום דיפוזיה לאחר ההלחמה כדי להפחית את הדרישות לפער ההלחמה ולשפר את המיקרו-מבנה והתכונות של החיבורים.