Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Большинство других сплавов на медной основе отличается от меди и рассмотренных выше медных сплавов тем, что эти сплавы при взаимодействии с кислородом образуют окислы, которые заметно не растворяются в расплавленном металле. Псевдобинарная диаграмма состояний таких сплавов с окислами имеет вид двух или трех горизонтальных прямых линий. Для латуни 70-30, например, и окиси цинка такая диаграмма будет выглядеть так, как представлено на рис. 57.
К таким сплавам, кроме сплавов меди с цинком — латуней, относятся также сплавы меди с оловом — оловянные бронзы, сплавы меди с кремнием — кремниевые бронзы, сплавы меди с алюминием — алюминиевые бронзы, а также сплавы меди с хромом, бериллием, кадмием, магнием и т. д. В перечисленных сплавах образующиеся окислы при температурах обычной плавки будут оставаться в твердом состоянии.
Вторая группа из числа нерассмотренных сплавов на медной основе образуется сплавами, дающими при окислении кислородные соединения в расплавленном состоянии. К этой категории принадлежат сплавы, содержащие фосфор, свинец, а также некоторые сплавы меди с марганцем и кремнием.
При окислении сплавов, содержащих фосфор, мышьяк и иногда сурьму, образуются окислы этих веществ, обладающие значительной упругостью пара.
Сплавы в твердом состоянии образуют окислы, в состав которых входят кислородные соединения почти всех компонентов сплава. В этих окислах не могут находиться только такие кислородные соединения, которые при взятой температуре и давлении имеют упругость диссоциации, равную или выше давления, при котором они находятся.
Окисление расплавленных сплавов происходит избирательно. В зависимости от упругости диссоциации окислов при данных температуре и давлении преимущественно будут присутствовать те, которые обладают меньшей упругостью диссоциации.
Если при непосредственном соприкосновении частичек металла у поверхности ванны произойдет окисление компонентов, окислы которых имеют большую упругость диссоциации, например меди, то в следующий момент образовавшиеся окислы (в нашем случае закись меди) восстановятся находящимися в сплаве элементами, окислы которых обладают меньшей упругостью диссоциации, например цинком, оловом, алюминием, кремнием, бериллием и т. п.
В сплавах меди с компонентами, окислы которых близки по упругости диссоциации, могут одновременно присутствовать различные окислы. В этом случае имеют значение концентрации присутствующих в сплаве компонентов.
В соответствии с законом действующих масс соотношение количеств окислов их может меняться. В сплавах же таких, которые содержат алюминий, магний, кремний, цинк, фосфор, олово, сколько-нибудь значительных количеств закиси меди не может быть.
Большинство окислов, образующихся на поверхности ванны, там же и останется, так как обладает меньшим удельным весом по сравнению с удельным весом расплавленного металла. Исключение составляют окислы свинца; окись свинца PbO имеет удельный вес 9,53, правда, при комнатной температуре.
Кроме того, и удельно более легкие окислы в случае энергичного перемешивания металла и мелкого раздробления окислов могут запутаться в металле и не смогут всплыть на поверхность. Необходимо особо подчеркнуть, что это касается только случаев окисления ванны в расплавленном состоянии и притом при непосредственном взаимодействии металла с атмосферой. В других случаях образование твердых окислов, остающихся в расплавленном металле во взвешенном состоянии, возможно и часто вызывает весьма характерные дефекты сплавов и слитков.
Для рассматриваемых сплавов водяной пар и углекислый газ являются окислителями. Они вступают в реакции с легирующими элементами сплавов и освобождают из водяного пара водород, который может растворяться в сплаве, а из углекислого газа — окись углерода, например:
Водород освобождается при реакциях в атомном виде, поэтому он весьма активен и легко поглощается сплавом. Растворение водорода облегчается также отсутствием растворенных в сплаве окислов, как это могло иметь место в случаях меди, медноникелевых или медносеребряных сплавов. Легирующими элементами рассматриваемых сплавов закись меди раскисляется практически полностью. Твердые же окислы, будучи вне раствора, реагировать с водородом в заметной степени не будут. Таким образом, как только сплав войдет в соприкосновение с водяным паром или углекислым газом и по реакциям (51), (52) выделится водород, последний тотчас же растворится в расплавленном сплаве, так как этому ничто не будет препятствовать.
Окись углерода, а также азот для большинства рассматриваемых сплавов, невидимому, не являются вредными газами, хотя в некоторые из сплавов и входят компоненты, на которые окись углерода действует отрицательно. Так как содержание легирующих элементов в сплавах обычно невелико, то их влияние в данном случае ослабляется наличием большой массы меди.
Во всех рассматриваемых сплавах водород растворяется, причем растворимость его в расплавленных сплавах больше, чем в твердых; поэтому растворенный водород выделяется при кристаллизации сплава и образует пузыри в слитках.
На растворимость водорода в меди различные компоненты, вводимые для получения сплавов, влияют неодинаково; одни из них растворимость водорода увеличивают, другие — снижают. К первым принадлежат никель, платина, палладий и некоторые другие; ко вторым — алюминий, цинк, олово, свинец, фосфор, мышьяк и некоторые другие.
Однако снижение растворимости водорода в сплавах с перечисленными компонентами не настолько велико, чтобы добавку этих компонентов, можно было использовать в практических целях для дегазации меди или ее сплавов. Практически установлено, что пузыристые слитки получаются из многих сплавов, подвергавшихся в расплавленном состоянии действию водорода, например, из алюминиевой бронзы, оловянной бронзы, кремниевой бронзы, бериллиевой бронзы, меднохромовых, медносеребряных, медноникелевых сплавов, латуней и большинства других сплавов на медной основе. Это указывает на значительную растворимость водорода в расплавленных сплавах, а также на резкое понижение растворимости при переходе из жидкого состояния в твердое.
Аналогично водороду влияют на рассматриваемые сплавы углеводороды. Активным веществом и в этом случае является водород, который растворяется в сплавах вследствие сравнительно невысокой упругости диссоциации углеводородов при температурах нагрева сплавов во время плавки в производственных условиях.
Как уже указывалось, при взаимодействии рассматриваемых сплавов с водяным паром образуются окислы наиболее активных компонентов сплавов и выделяется водород в атомном состоянии. Этот водород в момент выделения весьма активен и потому легко переходит в раствор в сплав.
Окись углерода в небольших количествах растворяется в рассматриваемых сплавах, но во время охлаждения выделяется из них сравнительно легко, когда сплавы находятся еще в расплавленном состоянии, вследствие чего слитки из сплавов, подвергнутых действию окиси углерода, получаются беспузыристыми.
Азот на рассматриваемые сплавы и отливаемые из них слитки вредного влияния не оказывает.
- Взаимодействие серебра и серебряномедных сплавов с атмосферой печи
- Взаимодействие никеля и медноникелевых сплавов с газообразными продуктами в рабочем пространстве печи
- Взаимодействие расплавленной меди с газообразными продуктами в рабочем пространстве печи
- Закономерности растворимости газов в расплавленных металлах и методы их изучения
- Взаимодействие расплавленного металла с расплавленными солями