Foto: Umicore
Silberreduzierte Lote

Silberreduktion bei Hartloten ohne Veränderung der physikalischen Eigenschaften – dieses Konzept von Umicore Brazetec hat sich bereits in der Kälte-Klima-Industrie bewährt.

Nun erweitert das Unternehmen seine Produktpalette um Lote, die den Anforderungen der Werkzeugindustrie gerecht werden. 


In der industriellen Produktion von hartmetallbestückten Werkzeugen wie Kreissägeblättern oder Fräsern stellt das Hartlöten die dominierende Fügetechnik zum Verbinden der Hartmetalle mit dem Stahlgrundkörper dar. Der Vorteil des Hartlötens im Vergleich zum Schweißen liegt in der niedrigeren Fügetemperatur, sodass die Mikrostruktur der verwendeten Grundmaterialien wesentlich weniger beeinflusst wird [1]. So ist es zum Beispiel möglich, mit einem geeigneten Hartlot unterhalb der Ferrit-Austenit- Umwandlungstemperatur von Stahl zu arbeiten, die bei 723 °C liegt.


Aktuell werden zum Löten hartmetallbewährter Werkzeuge im Allgemeinen Hartlote auf der Basis Ag-Cu-Zn-(Mn)-Ni mit einem Silbergehalt von etwa 50 Prozent eingesetzt. Die Verarbeitungstemperatur dieser Lote liegt bei circa 710 bis 720 °C. Beschrieben werden derartige Lotsysteme durch die Normen ISO 17672: 2010 beziehungsweise AWS 5.8. Das Hartlot Brazetec 4900 (Ag 449 nach DIN EN ISO 17672 beziehungsweise B-Ag 22 nach AWS 5.8) entspricht mit einem Silberanteil von 49 Prozent diesem industriellen Standard [2]. Bei einem Schmelzbereich von circa 680 bis 705 °C weist das Hartlot in der Verbindung Hartmetall/Stahl eine Scherfestigkeit von größer 250 MPa [3] auf. In der Praxis hat sich gezeigt, dass Hartmetalle mit kleinen Fügeflächen in bestimmten Fällen nur mit einem niedrig schmelzenden Silberhartlot gelötet werden können. Mit zunehmender Fügefläche kommt es zu steigenden Spannungsniveaus im Hartmetall, die sich durch den Einsatz sogenannter Schichtlote deutlich reduzieren lassen. Bei diesen Loten wird eine Kupfer-Zwischenschicht, die die thermisch induzierten Spannungen abfangen kann, beidseitig mit einem Silber-Hartlot mit 49 Prozent Silberanteil plattiert. Brazetec 49/Cu und Brazetec 49/Cuplus werden im großen Maßstab in der Werkzeugindustrie eingesetzt. Bedingt durch die Kupfer- Zwischenschicht liegen die Festigkeiten bei größer 150 MPa im Fügeverbund.

 

Gleiche Festigkeit trotz weniger Silber


In einem langjährigen Entwicklungsprozess ist es Brazetec nun gelungen, ein Werkzeuglot zu entwickeln, das 21 Prozent weniger Silber als das weitverbreitete Hartlot Ag 449 enthält und bei einer vergleichbaren Prozesstemperatur verlötet werden kann. Für die Verarbeitung des Hartlotes Brazetec Bluebraze 2810 sind keine Änderungen der Lötprozesse erforderlich. Das Lot lässt sich mit allen konventionellen Erwärmungsmethoden und mit den gleichen Parametern anwenden. Als Flussmittel werden die gewohnten Typen FH10 (zum Beispiel Brazetec h 280 Paste) oder FH 12 (zum Beispiel Brazetec h 285 Paste) nach DIN EN 1045 [3] mit Erfolg verarbeitet.


Die Festigkeiten (Bild 2), die mit Brazetec Bluebraze 2810 erreicht werden, liegen wie beim Standardlot Ag 449 bei größer 250 MPa, gemessen an Hartmetall (K10)- Stahl (1.2210)-Vierkantproben. Zu bemerken ist an dieser Stelle, dass die Streuung der Scherfestigkeit des neu entwickelten Hartlotes Brazetec Bluebraze 2810 deutlich geringer als die von Ag 449 mit 49 Prozent Silber ist. Statistisch gesehen (95-Prozent-Quantil) ist bei dem Standardlot mit einer reduzierten Festigkeit einzelner Zähne von circa 50 MPa zu rechnen, während Brazetec Bluebraze 2810 hier einen Wert von etwa 35 MPa aufweist. Parallel zu dieser statistischen Analyse wurden Sägeblätter unter gleichen Bedingungen mit Hartmetallzähnen bestückt: gelötet einmal mit Brazetec Bluebraze 2810 und einmal mit Ag 449. Auch hier ließ sich eine deutlich geringere Streuung der Festigkeitswerte für BrazeTec BlueBraze 2810 nachweisen, was eine Reduktion der Ausfallwahrscheinlichkeit bedeutet.


Die Schichtlote Brazetec Bluebraze 28/Cu und Brazetec Bluebraze 2810/Cuplus sind in ihrer Festigkeit (größer 150 MPa) mit dem industriellen Standard vergleichbar. Zu beachten ist, dass die Kupfer-Zwischenschicht der limitierende Faktor für die Scherfestigkeit des Fügeverbunds ist. Dies drückt sich darin aus, dass Abrisse von Zähnen stets durch die Kupferschicht im Lot erfolgen.

 

Löten bei gleicher Temperatur wie zuvor


Wie erwähnt, liegt der Schmelzbereich des Lotes Ag 449 bei 680 bis 705 °C. Verarbeitet wird es bei mindestens 690 °C. Das neue Werkzeuglot Brazetec Bluebraze 2810 besitzt mit circa 710 °C eine Löttemperatur auf gleichem Niveau und kann daher wie das Standardlot unterhalb der Ferrit-Austenit-Umwandlungstemperatur des Stahls von 720 °C verarbeitet werden. Das Schmelzintervall von 680 bis 760 °C ist für Brazetec Bluebraze 2810 ein wenig breiter als dies bei Ag 449 der Fall ist. Durch gezielte Legierungsentwicklung seitens Umicore konnte das Schmelzintervall des neuen Produktes so angepasst werden, dass der Hauptanteil der Lotschmelze bereits nahe der Solidustemperatur freigesetzt wird, was das Löten bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht, aber eine hohe Festigkeit der Lötverbindung gewährleistet. Durch das gezielte Legieren von Brazetec Bluebraze 2810 wurde zudem eine Dichtereduktion um 5 Prozent erreicht (Bild 4). Die Reduktion liegt unter anderem in der Zugabe von Mangan (7,4 g/ cm3) begründet, das leichter als Silber ist. Bei gleichem Gewicht steht folglich mehr Lotmaterial zur Verfügung. Bei einem Kilogramm Brazetec Bluebraze 2810 mit Lotabschnitten von 2,5 x 10 x 0,2 mm (Breite x Länge x Dicke) zum Beispiel hat der Anwender gegenüber dem industriellen Standard über 1 000 Lotplättchen mehr. Verwendet er das Schichtlot Brazetec Bluebraze 28/Cu sind es immerhin über 750 Lotplättchen.

www.bluebraze.de  

 

Literatur

[1] Schimpfermann, M.; Bronny, M.: Hartlöten von HW-Schneidewerkzeugen, HOB Die Holzbearbeitung 5(2011)
[2] DIN EN ISO 17672: 2010-11: Hartlöten – Lote. Beuth Verlag, Berlin 2010
[3] BrazeTec Lieferprogramm, Umicore AG & Co. KG, Hanau 2013
[4] DIN EN 1045: 1997-08: Hartlöten – Flußmittel zum Hartlöten – Einteilung und technische Lieferbedingungen. Beuth Verlag Berlin 1997

 

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