» » Влияние теплоты смешения составных частей на качества сплавов
02.02.2017

В тех случаях, когда термический эффект при введении составных частей шихты в сплав невелик, разогревания металла при введении их в твердом виде не наблюдается, так как для расплавления вводимой части и нагревания ее до температуры сплава теплоты требуется больше, чем ее выделяется в результате растворения компонентов. В этом случае ожидать осложнений при плавке или образования дефектов в слитках нет оснований.
Если же при введении составных частей шихты в сплав выделяется большое количество теплоты, как это имеет место при введении, алюминия в медь, никеля в алюминий и т. п., допускать перегрева сплава у поверхности соприкосновения с атмосферой не следует. Если при введении алюминия в расплавленную медь, даже хорошо предварительно раскисленную, куски его опустить на поверхность ванны, то алюминий, обладающий меньшим удельным весом по сравнению с медью, будет располагаться сверху. При реакции алюминия с медью выделяется большое количество теплоты, вследствие чего алюминий и образующийся при растворении сплав его с медью будут сильно окисляться. При введении алюминия в медь, имеющую температуру 1100°, местный перегрев может доходить до температур 1300—1400°. При такой температуре будет происходить энергичное взаимодействие алюминия с воздухом. При этом возможно образование большого количества окислов, а также нитрила алюминия. Металл в верхних слоях окажется перепутанным с твердыми включениями, которые придают ему кашеобразную консистенцию. Если этот металл, обладающий повышенной вязкостью, оставить для отливки, то слитки получатся низкого качества: если же его снять вместе сo шлаком и окислами, то сильно возрастут отходы при плавке. Если местное разогревание сплава в результате введения второго компонента (в данном случае алюминия) происходит в атмосфере, содержащей водород в свободном или связанном виде, то будет идти насыщение сплава газом, потому что водород при таких высоких температурах весьма быстро поглощается алюминием и сплавами, содержащими алюминии. Водород из его соединении, как известно, алюминием легко восстанавливается, а в момент выделения в атомном состоянии особенно быстро растворяется s металле. Качества сплава и в этом случае окажутся пониженными.
Чтобы избежать получения сплавов с пониженными свойствами, а также избежать и увеличенных потерь металла при введении составных частей шихты, реагирующих с выделением большого количества теплоты, следует пользоваться способами, при которых предотвращались бы перегревы сплава и локализации высоких температур вблизи поверхности ванны. Это может быть достигнуто двумя способами.
А. Вводимый в сплав алюминий следует при помощи клещей или колокола, или хотя бы простой графитовой мешалки быстро погружать на дно ванны. Тогда реакция пойдет в глубине под поверхностью ванны, и когда сплав, обогащенный алюминием, поднимется вследствие разности в удельных весах к поверхности, он уже в значительной мере успеет выравнять температуру с окружающим его сплавом. Местный перегрев в этом случае устранен не будет, но он перенесется в глубь ванны, почему вредное влиянии его в значительной степени уменьшится.
Б. В целях уменьшения общего перегрева сплава полезно алюминий вводить одновременно с оставленной от первоначальной садки медью. В этом случае теплота, выделяемая при реакции алюминия с медью, будет частично расходоваться на расплавление и доведение до температуры сплава вводимой вместе с алюминием меди. Медь при применении такого способа должна быть свободна от окислов, так как в противном случае температура при раскислении меди алюминием еще больше возрастет, а образующийся в результате раскисления глинозем может в виде твердых включений остаться во взвешенном состоянии в металле.
Вводимый в медь алюминий следует с обеих сторон окружать оставшейся от плавки медью. Погружать такой пучок кусков алюминия и меди лучше также под поверхность зеркала, чтобы даже малые количества алюминия не соприкасались с расплавленной медью у наружной поверхности ванны.
Таким же образом следует вводить в металл другие, компоненты, которые при сплавлении выделяют значительное количество теплоты.
Количество металла, которое нужно оставить в твердом виде для предотвращения перегрева в результате растворения одного компонента в расплавленном другом, может быть легко подсчитано по формуле:
Влияние теплоты смешения составных частей на качества сплавов

где M — масса твердого металла, который должен быть оставлен с целью предотвращения разогрева при растворении, например, меди в случае введения алюминия в расплавленную медь, г;
М1 — масса твердого компонента, при введении которого в расплавленный металл выделяется теплота (например, масса твердого алюминия), г;
Q1 — количество теплоты, которое выделяется при введении 1 г второго компонента в расплавленный первый (например, теплота растворения 1 г алюминия в меди), кал*г-1;
Q2 — теплота плавления второго компонента, вводимого в расплавленный первый (например, алюминия), кал*г-1;
Q3 — теплота плавления первого металла, в который вводился второй (например. меди) кал*г-1,
с1 — теплоемкость второго компонента в пределах от температуры, при которой он вводится в металл, до температуры его плавления (например, теплоемкость алюминия от 100 до 658°), кал*г-1;
с2 — теплоемкость того же металла в расплавленном состоянии в пределах от температуры плавления до температуры, при которой находится расплавленный первый компонент (например, теплоемкость алюминия при температурах от 658 до 1100°), кал*г-1;
с3 — теплоемкость первого компонента в пределах от температуры, при которой он вводится вместе со вторым компонентом, до температуры его плавления (например, теплоемкость меди от 100 до 1083'), кал*г-1*°C-1;
с4 — теплоемкость того же компонента в пределах от температуры плавления до температуры металла, в который он вводится например, теплоемкость меди от 1083 до 1100°) кал*г-1*°С-1;
t0 — температура вводимого твердого металла (например, 100°), °C;
t1 — температура плавления второго компонента (например, при введении алюминия 658°), °С;
t2 — температура первого компонента в расплавленном виде (например, температура меди, в которую вводится алюминий), °С:
t3 — температура плавления первого компонента (например, температура плавления меди 1083°), °C.