Лигатуры. Применяемые для цветных металлов. Назначение. Способы получения.

В большинстве случаев отливки или литые заготовки получают не из чистых металлов, а из сплавов. Металлический сплав в твердом состоянии представляет собой металлоподобные макроскопические однородные вещества, обладающие металлическими свойствами и состоящие из двух и более химических элементов. Кроме основы сплава в его состав обычно входят легирующие элементы, специально вводимые для придания требуемых свойств. Известные в настоящее время цветные металлы и сплавы на их основе принято делить по физико-химическим свойствам, технологическому назначению и способу производства литых изделий.Составы сплавов определяются государственными стандартами или техническими условиями. В современной промышленности применяют более 400 стандартных сплавов. Государственные стандарты не только регламентируют химический состав, но и позволяют варьировать состав для получения оптимальных свойств сплава. Согласно общепринятым теоретическим представлениям, хорошее сочетание прочности и пластичности характерно для сплавов на основе однородных твердых растворов. Однако сплавы с твердым раствором обладают низкими литейными свойствами. Поэтому сплавы такого типа преимущественно используются как деформируемые. В качестве литейных сплавов используют многофазные сплавы преимущественно эвтектического типа с узким интервалом кристаллизации. Эти сплавы обладают меньшей пластичностью, но имеют хорошие литейные свойства. В зависимости от назначения требуемой чистоты, вида шихтовых материалов и их свойств, с экономических соображений сплавы получают следующим способами: сплавлением шихтовых компонентов, смешиванием жидких компонентов шихты друг с другом, совместным восстановлением элементов сплава из руды электролизом расплавленных сред и водных растворов, замещением одного элемента другим в каком-либо соединении, диффузионным методом порошковой металлургии и комбинированным. Непосредственно сплавлением изготавливают большинство рабочих, вторичных сплавов и лигатур. По этому способу основные шихтовые компоненты расплавляют в печи и затем вводят легирующие элементы в твердом или жидком виде. Получение сплавов смешиванием жидких компонентов производится в тех случаях, когда в литейный цех шихтовые материалы поставляются в жидком виде. Этот способ высокопроизводительный, им можно получать сплавы с небольшой загрязнённостью металлическими примесями и неметалическими включениями с заданным химическим составом и необходимым механическим и физико-химическими свойствами. Совместное восстановление металла из руд применяют в основном для получения сплавов железа с углеродом и кремнием (чугунов), ферросплавов и силикоаллюминия. Для этого руду вместе с восстановителем и флюсом нагревают до температуры, превышающей температуру плавления основного элемента. Между рудой и восстановителем проходят реакции с выделением металла в твердом или жидком виде, который взаимодействуя с другими продуктами восстановительной реакции, образует сплав. Этим способом трудно получать сплавы заданного химического состава. Поэтому его целесоообразно применять для производства только лигатур. Способ получения сплавов электролизом расплавленных сред и водных растворов основан на выделение металлов на катоде под действием постоянного электрического тока. Этим способом получают сплавы натрия и калия из расплава щелочей, меди с литием. Электролизом предварительно обезвоженного каолинита в расплавленном криолите можно получать сплавы алюминия с кремнием. В настоящее время этим способом получают лигатуры медь-берилий, магний-неодим, сплавы железа с церием и другими редкоземельными металлами. Получение сплавов электролизом целесообразно в тех случаях, когда непосредственное сплавление либо затруднено (легирующий элемент сильно окисляется), либо невозможно из-за отсутствия легирующего элемента в чистом виде. Процесс изготовления сплавов электролизом водных растворов широко применяют при нанесении защитных и декоративных покрытий. Металлотермический способ получения сплавов основан на различии в сродстве металлов к таким химическим элементам,как кислород, фтор и хлор. Металлы образующие более прочные химические соединения с этими элементами, восстанавливают другие металлы из менее прочных химических соединений. Для получения сплавов металл-восстановитель берут с некоторым избытком. Процесс восстановления идет обычно при высоких температурах.Восстановленный металл, растворяясь в избытке металла-востоновителя, образует сплав. В качестве металла-восстановителя широко используют алюминий,кальций,магний, натрий и другие. Этот способ применяют для изготовления лигатур: алюминий-титан, алюминий-ванадий, медь-бор и других. Иногда его используют для прямого введения легирующего элемента в сплав, например циркония в магниевые сплавы. Рассмотренный способ имеет существенные недостатки: трудность получения сплавов заданного состава,малую производительность и загрязнение сплава продуктами восстановления. Диффузионный способ изготовления сплавов широко применяется при получении сплавов металл о керамическим методом и методами химико-термической обработки(азотирование цементация и алитирование).В настоящее время диффузионный способ применяют для производства сплавов медь-фосфор, медь-кадмий, серебро-сера, некоторых полупроводниковых сплавов и других. Получение сплавов методом порошковой металлургии состоит в прессовании измельченных порошковых компонентов,входящих в состав сплава, для создания необходимого контакта между зернами и спекании прессованных изделий при температурах ниже температуры плавления основного компонента сплава. В процессе спекания происходит взаимное проникновение элементов и диффузионное выравнивание состава. Такие сплавы отличаются пониженной плотностью и повышенным содержанием газов. Данным способом готовят сплавы, которые невозможно получить другими методами.

Шихтовые материалы катодная медь, возврат, лигатуры и флюс. Древесный уголь или бой стекла с плавиковым шпатом. В печь загружают медь и отходы собственного производства не содержащие Zn засыпают древесным углем и расплавляют. Под слой флюса вводят Zn содержащие отходы небольшими порциями в последний) очередь вводят недостающее количество Zn. Zn для латуни является раскислителем, и рафинирующим веществом. Поэтому простые латуни не рафинируют и не раскисляют. Сложнолегированные латуни раскисляют фосфористой медью, затем рафинируют хлористым марганцем или фильтруют через сетчатые фильтры.

В печь загружают катодную медь и отходы собственного производства, засыпают флюсом расплавляют до 1100-1150 раскисляют фосфористой медью после раскисления вводят легирующие элементы олово свинец и другие нагревают до 1150-1200, рафинируют хлористым марганцем, снижают до 1100-1150 и разливают по формам.

При кристаллизации слитка следует создавать охлаждение таким образом, чтобы слиток затвердевал постепенно снизу вверх. При таком направлении охлаждення над кристаллизующимся металлом все время остается расплавленный. Если металл содержит в растворе газ. то во время его выделения при охлаждении пузырьки легко выйдут вверх через расплавленный металл и не останутся в слитке. Направление затвердевания слитка снизу вверх позволяет легче освобождаться и от нерастворимых в металле твердых окислов, обладающих меньшим удельным весом по сравнению с удельным весом расплавленного металла, а также от удельно более легких шлаков и других неметаллических включений. Наконец, при затвердевании слитка снизу вверх расположенный над кристаллизующимся металлом расплавленный металл служит для питания, когда при переходе в твердое состояние уменьшается объем. Для осуществления направленной кристаллнзации применяют следующие приемы: расположение массивных частей изложницы в нижней части; устройство тепловых насадок для замедления охлаждения верхней части слитка; непрерывное или полунепрерывное литье с непосредственным охлаждением слитка водой;

В большинстве случаев внутренняя поверхность изложницы перед литьем металла покрывается слоем смазки. Основное назначение смазок — обеспечить получение гладкой и ровной поверхности слитка, без посторонних включений. Кроме того, смазка служит для предохранения изложниц от быстрого изнашивания и для некоторого замедления охлаждения в поверхностном слое слитка..

При выборе и оценке качества смазок приходится обращать внимание на следующие их свойства: 1) количество летучих продуктов; 2) скорость перегонки летучих веществ из смазки; 3) температуру перегонки; 4) качество кокса, остающегося после перегонки смазки; 5) кроющую способность.

Технический анализ дает возможность классифицировать применяемые для изложниц смазки по количеству летучих на три группы:

1) жирные, к которым можно отнести смазки с содержанием летучих от 20 до 100% (наиболее распространенные от 30 до 90%);

2) полусухие, содержащие летучих от 5 до 20% (употребительные— около 10%);

3) сухие, показывающие при техническом анализе приведенным способом содержание летучих от 0 до 5»/о (практически сухие смазки летучих не содержат, но в условиях испытания некоторая часть смазки может сгореть за счет воздуха, который остается в тигле, поэтому получаются потери в указанных пределах).

В заводской практике применяются смазки, весьма разнообразные как по техническим характеристикам, так и по составу.

Все жирные и полусухие смазки при перегонке выделяют восстановительные газы: углеводороды, водород, окись углерода. Последняя,

повидимому, образуется уже в результате взаимодействия углери_Аа «. водяного пара или водорода и углекислого газа, который образуется за счет воздуха, имеющегося вначале в полости изложницы. Кроме того, смазки иногда содержат некоторое количество воды, хотя обычно •стремятся к тому, чтобы избыток воды из смазок удалить. Водород и в свободном виде и в соединениях с углеродом, а также и с кислородом (вода) во время литья металла может поглощаться последним и способствовать понижению качества слитка. Представляют большой интерес исследуемые в настоящее время безводородные смазки, от которых можно ожидать особо благоприятных результатов в смысле возможности повышения качества слитков, однако, пока приводить их составы и давать характеристики преждевременно.

Жирные смазки или целиком состоят из органических веществ, при перегонке которых остается только сажистый углерод вследствие разложения смазки, или, кроме жирной составной части, вводится в смазку •наполнитель — твердый порошок, способствующий увеличению кроющей способности смазки.

К категории смазок без наполнителя могут быть отнесены: канифоль (гарпиус), в чистом виде или в скипидарном, а также ацетоновом растворе, масла — льняное, машинное и др., нефть, мазут, керосин.

Лигатуры. Применяемые для цветных металлов. Назначение. Способы получения.

Легирование - это процесс введения в расплавленные или твердые металлы легирующих элементов с целью получения сплава заданного хим. состава и придания ему требуемых мех., технолог, или иных спец. св-ств. К легирующим элементам относят технически чистые элементы, вводимые в состав сплава в чистом виде или в составе лигатур. Необходимо отметить. что легирующие добавки, вводимые для повышения мех. и др. служебных свойств, чаще всего ухудшают литейные св-ва сплавов. Принято делить процессы введения добавок в сплав на монолегирование и комплексное легирование. Монолегированные - т. е. которые содержат кроме основы только один легирующий элемент. Это. как правило, самый эффективный элемент из ряда легирующих добавок. Такие сплавы - силумины, двойные латуни, некоторые алюминиево-магневые сплавы и др.

Лигатуру алюминий— кремний (10-12% Si) готовят в тигельных печаx с температурой нагрева 1000 — 1100 0С. В расплавленный и перегретый до 800—850 °С алюминий вводится небольшими порциями кремний в виде кусков размером 15—20 мм, нагретых до 200—300 °С. Для ускорения растворения кремния его все время погружают в жидкий алюминий с помощью графитовой мешалки. После полного растворения кремния расплав перемешивают и при 700—720 °С разливают в изложницы.

1. В тигельной печи любой конструкции расплавляют алюминий и перегревают до 750 °С. Медь в виде кусков размером 100Х 100 мм, предварительно нагретую до температуры 400—600 °С, вводят в алюминий по частям. После растворения всей навески меди сплав перемешивают, рафинируют и разливают.

2. В индукционной печи с графитовым тиглем расплавляют медь, после чего добавляют чушковый алюминий, погружая его в глубь ванны и перемешивая при этом расплав, что обеспечивает нужное растворение алюминия и ускоряет процесс плавки. После охлаждения сплава до 720 °С его рафинируют и производят разливку. Лигатуру Аl-Мn готовят в печи с графитовым тиглем. В тигель загружают 1/8 алюминия. После расплавления этой части добавляют остальной алюминий, причем одна чушка остается для введения в готовую лигатуру с целью понизить температуру перед разливкой. При температуре алюминия 850-900 °С в него вводят небольшими порциями марганец с размерами кусков 15-20 мм. Перемешивание сплава необходимо проводить графитовыми мешалками. После ввода каждой части марганца сплав выдерживают при 850-900 °С в течении 10-12 мин. После растворения всей навески марганца в расплав вводят оставшуюся чушку алюминия. Сплав рафинируют разливают в подогретые до 100 -150 °С изложницы.

Лигатуру Л1-Ве (2—4% Be) приготовляют в высокочастотных печах с тиглем вместимость 30—60 кг. Алюминий загружают в тигель и перегревают до 800- 850 °С. Затем с помощью графитового «колокольчика» вводят отдельными порциями бериллий (кусочками размером не более 10—20 мм, завернутыми в алюминиевую фольгу). Сплав перемешивают графитовой мешалкой, и после полного растворения бериллия температуру снижают до 800—830 °С. Плавку ведут под флюсом состава, % (мас.доля): ВаС1 65, ВаР„ 35 или ВаС1_я 90 и КС1 10.

Пары бериллия и его соединений токсичны. При приготовлении лигатур необходимо соблюдать правила техники безопасности.

Лигатуру Аl—Ti готовят в высокочастотной индукционной печи с графитовым тиглем. Для приготовления лигатуры используют губчатый титан или сплав марки ВТ1Л. В расплав алюминия, перегретый до 1200-1300°С, вводят всю навеску титана (температура навески до 200—250 °С). Расплав перемешивают титановой или графитовой мешалкой, и после полного растворения титана разливают в изложницы. После кристаллизации чушки снова загружают в графитовый тигель и проводят их повторный переплав для получения лигатуры более однородного состава. При 900-950 °С удаляют шлак, сплав рафинируют и разливают в изложницы.

Лигатуру Al- Zr приготовляют двойным переплавом в индукционной высокочастотной печи с графитовым тиглем. В расплавленный и перегретый до 1200 — 1300°С алюминий вводятся прутки йодидного циркония. После полного растворения расплав разливается. После кристаллизации чушки снова загружают в тигель, расплавляют, рафинируют при 900—950 °С и разливают в изложни.

Лигатуру А1—Ni плавят в высокочастотных индукционных печах с графитовым тиглем. После расплавления и перегрева до 850—900 °С четвертой части всей навески алюминия в расплав порциями вводят никель в виде катодных плиток размером 50X50X5 мм. После полного растворения никеля добавляют оставшуюся часть алюминия, сплав перемешивают, рафинируют и разливают в изложницы.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: