» » Зависимость порядка загрузки составных частей шихты oт свойств, определяемых диаграммой состояний сплавов
02.02.2017

Диаграмма состояний для большинства операций по производству и обработке сплавов является фактором первостепенной важности.
Когда старые литейщики не были знакомы с законами физической химии и металлографии, они считали, что приготовление любого сплава нужно начинать с расплавления тугоплавкого компонента, а затем в него вводить уже более легкоплавкие. Oни считали, что если даже плавку начать с расплавления легкоплавкого компонента, то для возможности приготовления сплава с более тугоплавким компонентом первый нужно нагреть до температуры плавления более тугоплавкого компонента. Так считали, когда не знали диаграмм состояний сплавов. Ещe сравнительно недавно старые литейщики-практики это правило применяли при приготовлении таких сплавов, как мельхиор, содержащий 80% Cu и 20% Ni. Одни из них начинали плавку с расплавления никеля, имеющего температуру плавления 1451°; другие начинали плавку с расплавления меди, по ее нагревали до температуры 1500°, вводили никель и отливали слитки.
Со времени развития учения о растворах, в частности, о сплавах, этот способ плавки неминуемо должны была оставить. В самом деле, температура полного расплавления мельхиора упомянутого состава всего лишь 1200°. При температуре немного выше температуры плавления сплава никель в меди, в указанном соотношении растворится полностью; для. этого не потребуется перегрев до температуры плавления никеля (1451°).
В настоящее время плавка мельхиора всюду ведется именно так: расплавляется медь, раскисляется, постепенно нагревается при постепенном же добавлении никеля. К моменту нагрева до температуры, при которой производится литье, например 1250—1270°, весь никель успевает раствориться.
Такой способ плавки мельхиора представляет значительные преимущества: во-первых, затрачивается меньше топлива, так как металл не нагревается до температуры плавления никеля: во-вторых, угар сплава значительно уменьшается также из за отсутствия излишнего перегрева; в-третьих, качество сплава получается более высоким, так как при низких температурах плавки он в меньшей степени поглощает газ.
Во всех случаях, где это возможно, следует пользоваться способом растворения тугоплавкого компонента в более легкоплавком.
Препятствием к применению этого способа часто служат рапсе рассмотренные факторы, Так, например, если бы попытались приготовить латунь таким способом, то убедились бы, что это почти невозможно и во всяком случае нерационально. Температура плавления латуни, например состава 70:30 — около 955° (точка ликвидуса). Если начать изготовление сплава с расплавления цинка, то перегреть его до температуры плавления сплава не удалось бы. Цинк, закипев при температуре 930°, до тех пор оставался бы при этой температуре, пока полностью не перешел бы в парообразное состояние. Правда, можно было бы воспользоваться способностью цинка повышать температуру кипения по мере растворения меди и начинать растворение последней при более низких температурах, но и это привело бы к очень большим потерям цинка от испарения, хотя сплав таким способом все же мог бы быть приготовлен. Однако рациональным такой метод в отношении приготовления латуни назвать нельзя.
Диаграмма состояний указывает, как будет изменяться температура плавления сплава при постепенном введении в расплавленный металл второй составной части сплава. При этом могут встретиться случаи, когда сплав в ванне затвердеет, образуется, как говорят практики, «козел», который при обычных условиях плавки бывает весьма трудно расплавить.
Зависимость порядка загрузки составных частей шихты oт свойств, определяемых диаграммой состояний сплавов

Примером могут служить сплавы алюминия с никелем. Если при приготовлении сплавов, содержащих от 25 до 40% Ni, начинать плавку с расплавления никеля и в него постепенно вводить алюминий, то весь сплав может затвердеть. По диаграмме состояний сплавов алюминий-никель (рис. 80) при содержании 68,5% Ni и 31,5% Al образуется химическое соединение AlNi, которое имеет температуру плавления около 1620°. Если вначале расплавить никель и к нему постепенно прибавлять алюминий, то HO мере приближения состава сплава к составу этого химического соединения температура плавления будет повышаться (после эвтектического состава). Температура в печах, обогреваемых путем сжигания топлива без применения регенераторов или рекуператоров, обычно не превышает 1500—1550°, а температура плавления химического соединения AlNi почти на 100° выше, следовательно, сплав закристаллизуется в печи. Дальнейшее прибавление алюминия к твердому сплаву, закристаллизовавшемуся в форме слитка, соответствующего форме тигля или ванны печи, позволит лишь весьма медленно растворить затвердевший сплав в избытке алюминия. Время плавки весьма значительно увеличится, так как растворение будет происходить по малой поверхности соприкосновения твердого сплава с расплавленным алюминием. Кроме того, алюминий, оказавшийся на поверхности, будет подвергаться воздействию очень высокой температуры, необходимой для растворения затвердевшего сплава, поэтому его угар будет исключительно велик. Таких сплавов, которые имеют температуру плавления выше температуры плавления компонентов, довольно большое число. При плавке многих из них могут встретиться серьезные затруднения, если порядок загрузки составных частей не согласовать с возможностью образования тугоплавких химических соединений, т. е. если не принять во внимание диаграмму состояний. Для практически применяемых сплавов можно считать рациональным следующий порядок загрузки шихты материалов при плавке.
Для мельхиора и других медноникелевых сплавов на медной основе: расплавляется медь, раскисляется, снимается шлак, и при постепенном повышении температуры до температуры литья, вводится никель (малыми порциями, при размешивании).
При изготовлении мельхиора, содержащего цинк, последний вводится в конце, перед самым литьем.
Латунь, алюминиевые, кремниевые и оловянные бронзы и т. п.: расплавляется медь, раскисляется, снимается шлак, вводится легирующий компонент в элементарном виде (цинк, алюминии, олово) или в виде лигатуры (кремний, марганец).
Для сплавов на алюминиевой основе — с медью, марганцем, никелем, кремнием, цинком, магнием и т. п.: расплавляется алюминий, вводятся лигатуры с медью, никелем, марганцем и кремнием; цинк вводится в элементарном виде; магний вводится последним, также в элементарном виде.