공구강과 초경합금의 브레이징

1. 브레이징 재료

(1) 공구강과 초경합금의 브레이징에는 보통 순수 구리, 구리 아연, 은 구리 브레이징 필러 금속이 사용됩니다. 순수 구리는 모든 종류의 초경합금에 대해 젖음성이 좋지만, 수소 환원 분위기에서 브레이징할 때 최상의 효과를 얻을 수 있습니다. 동시에 브레이징 온도가 높기 때문에 접합부의 응력이 커져 균열 발생 경향이 증가합니다. 순수 구리로 브레이징한 접합부의 전단 강도는 약 150MPa이고 접합부의 소성도 높지만 고온 작업에는 적합하지 않습니다.

구리-아연 용접봉은 공구강 및 초경합금 브레이징에 가장 일반적으로 사용되는 용접봉입니다. 용접봉의 젖음성과 접합 강도를 향상시키기 위해 망간(Mn), 니켈(Ni), 철(Fe) 등의 합금 원소를 첨가하는 경우가 많습니다. 예를 들어, b-cu58znmn에 w(MN) 4%를 첨가하면 초경합금 브레이징 접합부의 전단 강도가 상온에서 300~320MPa에 도달하고, 320℃에서도 220~240MPa를 유지할 수 있습니다. 또한, b-cu58znmn을 기반으로 소량의 CO를 첨가하면 브레이징 접합부의 전단 강도가 350MPa에 이르며, 높은 충격 인성과 피로 강도를 얻어 절삭 공구 및 암석 드릴링 공구의 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.

은-구리 브레이징 필러 금속의 낮은 융점과 브레이징 접합부의 작은 열응력은 브레이징 과정에서 초경합금의 균열 발생 경향을 줄이는 데 유리합니다. 납땜의 젖음성을 개선하고 접합부의 강도와 사용 온도를 향상시키기 위해 Mn, Ni 등의 합금 원소를 납땜에 첨가하는 경우가 많습니다. 예를 들어, β-AG50CuzncdNi 납땜은 초경합금에 대한 젖음성이 우수하며, 브레이징 접합부는 종합적으로 우수한 특성을 나타냅니다.

상기 세 가지 유형의 브레이징 필러 금속 외에도, 500℃ 이상의 고온 작업 및 높은 접합 강도가 요구되는 초경합금에는 B-MN50NicUCRCO 및 B-Ni75CRSIB와 같은 Mn계 및 Ni계 브레이징 필러 금속을 사용할 수 있습니다. 고속도강 브레이징의 경우, 담금질 온도와 브레이징 온도가 일치하는 특수 브레이징 필러 금속을 선택해야 합니다. 이러한 필러 금속은 크게 두 가지로 나뉩니다. 하나는 페로망간계 필러 금속으로, 주로 페로망간과 붕사로 구성됩니다. 이 필러 금속의 브레이징 접합부의 전단 강도는 일반적으로 약 100MPa이지만, 균열 발생 가능성이 높습니다. 다른 하나는 Ni, Fe, Mn, Si를 함유하는 특수 구리 합금으로, 브레이징 접합부에 균열이 발생하기 어렵고 전단 강도를 300MPa까지 높일 수 있습니다.

(2) 브레이징 플럭스와 보호 가스 브레이징 플럭스의 선택은 용접할 모재 및 용가재에 맞춰야 한다. 공구강과 초경합금을 브레이징할 때 사용하는 브레이징 플럭스는 주로 붕사와 붕산이며, 일부 불화물(KF, NaF, CaF2 등)이 첨가된다. Fb301, fb302 및 fb105 플럭스는 구리 아연 땜납에 사용되고, fb101~fb104 플럭스는 은 구리 땜납에 사용된다. 붕사 플럭스는 주로 고속도강을 브레이징할 때 특수 브레이징 용가재를 사용하는 경우에 사용된다.

브레이징 가열 중 공구강의 산화를 방지하고 브레이징 후 세척을 피하기 위해 가스 보호 브레이징을 사용할 수 있습니다. 보호 가스는 불활성 가스 또는 환원 가스일 수 있으며, 가스의 이슬점은 -40℃ 미만이어야 합니다. 초경합금은 수소 보호 하에서 브레이징할 수 있으며, 필요한 수소의 이슬점은 -59℃ 미만이어야 합니다.

2. 브레이징 기술

공구강은 브레이징 전에 세척해야 하며, 가공면은 재료와 브레이징 플럭스의 젖음 및 확산을 용이하게 하기 위해 지나치게 매끄럽지 않아도 됩니다. 초경합금 표면은 브레이징 전에 샌드 블라스팅하거나 탄화규소 또는 다이아몬드 연삭 휠로 연마하여 표면의 과도한 탄소를 제거해야 브레이징 시 브레이징 필러 금속이 잘 젖도록 할 수 있습니다. 탄화티타늄을 함유한 초경합금은 젖음성이 떨어집니다. 이러한 경우, 새로운 방식으로 산화구리 또는 산화니켈 페이스트를 표면에 도포하고 환원 분위기에서 소성하여 구리 또는 니켈이 표면으로 전이되도록 함으로써 강력 납땜의 젖음성을 향상시킵니다.

탄소 공구강의 브레이징은 담금질 공정 전 또는 동시에 수행하는 것이 바람직합니다. 브레이징을 담금질 공정 전에 수행하는 경우, 사용되는 용가재의 고상 온도는 담금질 온도 범위보다 높아야 합니다. 그래야 용접부가 담금질 온도로 재가열될 때에도 파손 없이 충분한 강도를 유지할 수 있습니다. 브레이징과 담금질을 동시에 수행하는 경우에는 고상 온도가 담금질 온도에 가까운 용가재를 선택해야 합니다.

합금 공구강은 구성 요소가 매우 다양합니다. 우수한 접합 성능을 얻기 위해서는 특정 강종에 따라 적절한 브레이징 충전재, 열처리 공정 및 브레이징과 열처리 공정의 결합 기술을 결정해야 합니다.

고속도강의 담금질 온도는 일반적으로 은동 및 구리아연 땜납의 용융 온도보다 높으므로, 브레이징 전에 담금질하고 2차 템퍼링 중 또는 후에 브레이징해야 합니다. 브레이징 후 담금질이 필요한 경우에는 앞서 언급한 특수 브레이징 용가재만 사용해야 합니다. 고속도강 절삭 공구를 브레이징할 때는 코크스로를 사용하는 것이 적합합니다. 브레이징 용가재가 녹으면 절삭 공구를 꺼내 즉시 가압하여 과량의 브레이징 용가재를 압출한 후 오일 담금질을 하고 550~570℃에서 템퍼링합니다.

초경합금 날과 강철 공구봉을 브레이징할 때, 브레이징 간격을 넓히고 브레이징 간격에 플라스틱 보상 가스켓을 적용하는 방법을 사용해야 하며, 용접 후 서서히 냉각하여 브레이징 응력을 줄이고 균열을 방지하며 초경합금 공구 조립체의 수명을 연장해야 합니다.

섬유 용접 후 용접부에 남은 플럭스 잔류물은 뜨거운 물이나 일반 슬래그 제거액으로 세척하고, 모재 공구봉의 산화막을 제거하기 위해 적절한 산세액으로 세척해야 합니다. 단, 브레이징 접합 금속의 부식을 방지하기 위해 질산 용액은 사용하지 않도록 주의해야 합니다.