Brasage des métaux spéciaux, carbures et produits diamantés

Gamme brasures pour carbures et produits diamantés

Qu’est-ce qu’une brasure sandwich ?

Comme leur nom le suggère, les métaux d’apport de brasage sandwich se caractérisent par leur structure en couches superposées. Le noyau est une couche intermédiaire dont la température de fusion est plus élevée que celle de la brasure forte. Ce noyau est entouré de chaque côté d’un métal d’apport à base d’argent. Le rapport d’épaisseur standard est de 1 : 2 : 1 (brasure : couche intermédiaire : brasure). D’autres rapports sont disponibles selon les applications.

La vue microscopique d’une coupe de brasure BrazeTec 49/Cu à un grossissement de 250× permet de distinguer clairement la couche cuivre centrale encadrée par les deux couches d’alliage argent.

Qu’est-ce qu’un métal dur ?

Les métaux durs sont des matériaux frittés composés d’un ou plusieurs matériaux durs noyés dans une matrice-liant métallique. Les nombreuses compositions et microstructures disponibles offrent une large gamme de propriétés. La grande majorité des métaux durs à très haute résistance à l’usure et à la ténacité est composée de carbure de tungstène (WC) avec du cobalt comme liant, commercialisés sous forme de plaquettes carbure monobloc ou de composites cobalt/diamant (PCD). Le spectre de propriétés peut être élargi par l’ajout d’autres carbures comme le TiC.

Les paramètres déterminants pour les performances d’un métal dur sont : la dureté, la dureté à haute température, la résistance ultime à la flexion, la résistance à la diffusion et à l’oxydation, et la résistance aux chocs thermiques. Un métal dur idéal combine les propriétés opposées d’une dureté élevée et d’une haute résistance à la flexion. Les développements récents ont abouti à des métaux durs à grains fins alliant haute dureté et ténacité préservée.

Pourquoi utiliser une brasure sandwich multicouche ?

Le rôle de la couche intermédiaire, en cuivre ou en alliage spécial, est d’absorber les contraintes générées lors de la phase de refroidissement. Un treillis en nickel peut également être intégré comme espaceur pour garantir un jeu de brasure constant et reproductible sur toute la surface d’assemblage.

Lors de l’utilisation des outils, le joint brasé doit résister aux forces appliquées sans introduire de pics de contraintes dans le métal dur qui risqueraient de le fissurer. Ceci est obtenu grâce aux alliages tri-métalliques et à des espaces de brasage plus importants. Selon la qualité du joint et l’alliage utilisé, la zone de joint peut présenter une résistance mécanique au cisaillement de 150 à 300 MPa.

Règles à respecter pour un brasage de qualité sur carbures et PCD

En raison des coefficients de dilatation thermique très différents entre le métal dur et l’acier, des contraintes apparaissent lors du refroidissement. L’acier se contracte environ deux fois plus que le carbure, provoquant un gauchissement du composant et une contrainte de traction en surface du métal dur, pouvant engendrer des fissures et réduire la durée de vie de l’outil.

La quantité de contrainte dépend de plusieurs facteurs :

• La différence des coefficients de dilatation thermique des deux matériaux
• La température de solidus et le point de fusion de l’alliage de brasage
• La déformabilité plastique de la brasure
• L’épaisseur du cordon d’alliage de brasage
• La géométrie des pièces, notamment la taille du composant carbure
• Les propriétés mécaniques du support en acier ou acier inoxydable

Les solutions pour réduire les contraintes sont :

• Utiliser un alliage de brasage avec une température de solidus aussi basse que possible
• S’assurer que l’épaisseur de la couche de brasure est adéquate
• Utiliser des alliages sandwich tri-métalliques (couche Cu, maille nickel)

Brasures argent pour réduire la température de brasage

Les alliages à l’argent sans cadmium et sans plomb permettent des températures de brasage nettement plus basses que les alliages cuivre. Le brasage s’effectue principalement par induction ou à la flamme. La basse température réduit la contrainte maximale dans le métal dur. En augmentant le jeu de brasage, une partie de la contrainte peut être dissipée par déformation plastique.

Brasures sandwich pour réduire les contraintes mécaniques

Les alliages sandwich tri-métalliques combinent les bonnes propriétés de déformation plastique du cuivre avec la basse température de travail des alliages argent. Une couche intermédiaire de cuivre est plaquée des deux côtés avec un alliage argent (BrazeTec 49/Cu ou BrazeTec 64/Cu). Lors du refroidissement, la contrainte est absorbée par la déformation plastique de la couche de cuivre, relativement molle, laissant le carbure libre de tensions. Pour les surfaces de brasage supérieures à 100 mm², les alliages tri-métalliques sont indispensables.

Une variante spécifique utilise un treillis en nickel : lors du brasage, l’alliage fond et s’incorpore dans le maillage, tandis que la maille non fondue maintient les composants à une largeur de jeu constante et reproductible.

Quels flux utiliser pour le brasage de carbures et de pièces diamantées ?

Pour un mouillage optimal, les surfaces doivent être exemptes d’oxydes. Pour le brasage de métaux durs, il est recommandé d’utiliser des flux à haute résistance thermique et à durée d’activité longue, tels que le flux BrazeTec spezial h, BrazeTec s ou BrazeTec spezial s. Ces flux sont adaptés aux températures plus élevées impliquées dans le brasage de carbures et aux temps de chauffe plus longs. L’ensemble de la gamme de flux BrazeTec est conforme à la norme DIN EN 1045.

Quels secteurs utilisent les carbures, aciers durs et produits diamantés ?

L’utilisation de métaux durs est étroitement liée aux activités nécessitant une action d’érosion de la matière : découpe, forage, perçage, malaxage. Les brasures pour métaux durs et les brasures sandwich s’utilisent dans l’industrie de l’outillage, l’agriculture, le forage pétrolier et minier, l’industrie minière, et la fabrication d’outils à plaquettes.