02.02.2017

Для введения некоторых составных частей в сплав, подлежащий изготовлению, часто применяются промежуточные сплавы, которые носят название лигатур.
Основной причиной необходимости применения лигатур является требование получать сплав возможно более точного состава.
Для некоторых сплавов допуск в содержании компонентов имеет очень узкие пределы. Примером может служить бериллиевая бронза Б-2,15, пределы содержания бериллия в которой установлены от 2,0 до 2,3%. При превышении этого предела непроизводительно расходуется дорогостоящий металл. Наоборот, при содержании бериллия меньше нижнего предела свойства сплава, обработанного обычным способом, будут ниже нормы.
При введении малых количеств составных частей непосредственно в сплав, в особенности, если эти части обладают свойством легко окисляться или испаряться, будут происходить значительные (каждый раз неодинаковые) потери металла. Применением в этом случае лигатуры, в которой содержание вводимого компонента больше, чем его должно быть в изготовляемом сплаве, можно со значительной точностью обеспечить содержание заданного компонента. Потери легко выгорающего компонента и неточность изготовления лигатуры рассчитывают по составу лигатуры, установленному химическим анализом.
Элементы, плохо сплавляющиеся с основным компонентом сплава, иногда вводят в виде солей, которые при реакции отдают сплаву содержащийся в них элемент.
Непосредственным сплавлением трудно получить лигатуру магния с марганцем. Высокая температура плавления марганца ведет при сплавлении к необходимости значительного перегрева, что обусловливает большие потери магния вследствие испарения, окисления и образования нитрида. Если вводить хлористый марганец в расплавленный магний, идет реакция замещения:
Лигатуры

Эта реакция — экзотермическая и идет легко. Погруженный в расплавленный металл хлористый марганец постепенно реагирует с магнием с выделением марганца, переходящего в сплав. Образующийся хлористый магний проходит в виде капель через металл и присоединяется к флюсу, который обычно применяется при плавке магниевых сплавов. Таким образом, удается без особых затруднений получить магниевую лигатуру с содержанием 3—4% Mn. Так как некоторая часть хлористого марганца может при введении в сплав уйти во флюс или в виде пара — в атмосферу, то нельзя пользоваться хлористым марганцем для приготовления сплавов магния с марганцем точного состава.
По этой причине путем введения хлористого марганца получают лигатуру, которой и пользуются при приготовлении сплавов.
Второй причиной необходимости применения лигатур являются значительные затруднения при сплавлении с компонентом, обладающим высокой температурой плавления при умеренной температуре плавления основного металла. Во избежание перегрева сплава при плавке в случае применения тугоплавких компонентов приготовляются лигатуры, обладающие более низкими температурами плавления.
Так, например, при введении никеля в алюминиевые сплавы приготовляют лигатуру алюминия с никелем при содержании его 25—28%. Эта лигатура полностью расплавляется при температуре 830—835°, тогда как никель имеет температуру плавления 1451°.
Третьей причиной необходимости применения лигатур является иногда наблюдаемое повышение температуры при растворении одного компонента в другом при приготовлении сплавов. Чтобы избежать излишнего перегрева сплава, второй компонент в этом случае вводят в виде лигатуры. Примером в этом случае может служить приготовление кремниевой и алюминиевой бронз; при их изготовлении иногда применяют лигатуры меди с содержанием 20—25% Si и меди с содержанием 15—20 или 50% Al.
В соответствии с рассмотренным к лигатурам предъявляются следующие требования;
а) наличие достаточно низкой температуры плавления;
б) достаточная быстрота растворения в сплаве;
в) образование однородных слитков при отливке, иначе говоря, лигатура не должна проявлять значительной ликвации при затвердевании слитков;
г) возможно малое испарение и окисление при введении в сплав (во избежание изменения его состава);
д) удобство дробления лигатуры: желательно, чтобы лигатура легко дробилась на части или куски, что облегчает навешивание шихты;
е) неизменность состава с течением времени и стойкость против коррозионного воздействия атмосферных газов и паров; лигатура не должна под влиянием атмосферного воздействия рассыпаться в порошок при хранении.
При отливке сложных сплавов не всегда удается подобрать такой состав двойной лигатуры, который бы удовлетворял основным требованиям, к ней предъявляемым. Если изготовляемый сплав содержит несколько компонентов, то может быть приготовлена лигатура тройная или даже четверная. Состав ее должен быть подобран так, чтобы он обеспечил получение требуемого сплава в заданных пределах содержания компонентов.
Примером, когда применение тройной лигатуры представляется рациональным, может служить плавка дуралюмина в печах малой емкости или в тиглях.
Состав дуралюмина Д1 следующий; 3,8—4,8% Cu; 0,4—0,8% Мg; 0,4—0,8% Mn; <0,7% Si; <0,7% Fe, остальное алюминий.
Кремний содержится в алюминии и специально в сплав Д1 не вводится. Железо является неизбежной примесью в алюминии обычных сортов. Магний легко сплавляется с алюминием, обладает низкой температурой плавления (651°) и, благодаря наличию окисной пленки на поверхности расплавленного алюминия, погруженный под нее, не выгорает в значительных количествах. Медь и марганец имеют высокие температуры плавления, поэтому при непосредственном введении их в сплав потребуется или допустить значительный перегрев сплава, или продлить время плавки, так как растворение этих компонентов в сплаве при умеренной температуре идет весьма медленно. Следовательно, правильным будет в таких случаях вводить эти металлы в виде лигатур.
Сплав медь-алюминий при соотношении компонентов 50:50 удовлетворяет всем требованиям, которые предъявляются к лигатуре, и в качестве лигатуры применяется.
Лигатура марганец-алюминий получается при сплавлении исходных металлов с некоторым трудом и при отливке слитков дает значительную обратную ликвацию, обусловливающую неравномерность состава слитка в различных его частях.
Так как медь и марганец входят в сплав в соотношении 8:1, то вместо двойной лигатуры алюминий-марганец может быть применена тройная лигатура алюминий-медь-марганец, в которой отношение содержания меди к содержанию марганца должно быть меньше 8. Это необходимо для того, чтобы не получить избыточной меди в сплаве при расчете количества лигатуры, необходимого для введения марганца. Недостающая медь вводится в сплав в виде двойной лигатуры алюминий-медь.