Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Известно большое количество рецептов флюсов для разных металлов и сплавов. В большинстве случаев в состав флюсов входят хлористые и фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов, а также алюминия и магния. В табл. 12 приведены некоторые физические свойства ряда солей, а в табл. 13 — несколько рецептов флюсов, применяемых при плавке алюминиевых, магниевых и других сплавов с целью флюсования.
Основные требования, предъявляемые к флюсам, следующие:
1) флюс не должен вступать во взаимодействие с металлом; иначе говоря, он не должен вступать с ним в химические реакции, не должен сам растворяться в металле и не должен растворять металл, для плавки которого он предназначается;
2) флюс должен растворять окислы и другие посторонние включения или хотя бы физически их удалять без растворения;
3) флюс должен иметь температуру плавления более низкую, чем температура плавления металла:
4) флюс при температурах плавки должен обладать удельным весом, значительно отличающимся от удельного веса металла при той же температуре, не только будучи чистым, но и после растворения окислов, для удаления которых он применяется;
5) флюс должен обладать малой вязкостью в условиях плавки.
Требованию не вступать в химические реакции с металлом (практически) удовлетворяют все соли, имеющие упругость диссоциации, значительно меньшую, чем упругость диссоциации соли данного металла и кислоты, одноименной с анионом взятой соли.
Хлористые соли, например, стоящие в ряду повышения упругости диссоциации или понижения теплот образования выше хлористого алюминия, не будут значительно реагировать с алюминием. Под влиянием изменения концентрации веществ, вступающих в реакцию и получающихся, а также при изменении температуры и давления может иметь место и в этом случае некоторое взаимодействие соли с металлом, но в практических условиях плавки реакции эти в сколько-нибудь значительных размерах не идут.
С солями, обладающими меньшей упругостью диссоциации по сравнению с упругостью диссоциации соли алюминия и кислоты, одноименной с анионом вводимой соли, алюминий иногда реагирует, чем и пользуются в практике модифицирования силумина, но в этом случае имеет значение еще и образование тронного химического соединения AlNaSi4 (или AlNaSi2), которое обладает низкой упругостью диссоциации и этим способствует продолжению течения указанной реакции.
Растворение окислов во флюсах зависит от физико-химических свойств как окислов, так и флюсов. В качестве грубого приближения можно указать, что вещества, близкие по составу, свойствам и строению, лучше растворяются друг в друге.
Так, например, в металлах легче и в большем количестве растворяются окислы того же металла и при том наинизшей степени окисления.
Точно так же легче и полнее растворяются друг в друге соли одного а того же металла и близких по свойствам анионов. Это, разумеется лишь грубое приближение к выявлению какой-либо закономерности. Более точные данные должны быть получены путем изучения физического строения веществ в расплавленном состоянии. По аналогии с образованием твердых растворов, по-видимому, и при образовании жидких растворов имеет значение тоже электронная концентрация, т. е. отношение числа валентных электронов к числу атомов. В этом случае только количество атомов должно браться в соответствии со статистическим распределением их в каждый данный момент времени, так как они в жидкости непрестанно перемещаются. Поэтому чем ближе число электронов, приходящихся на один атом растворимого вещества, к числу электронов, приходящихся на один атом растворителя, тем больше растворимость одного вещества в другом. В пределе этого будет растворимость веществ при любых концентрациях каждого из них.
Для правильного подбора флюса необходима знать диаграммы состояний сплавов окислов с флюсами, а также окислов с металлом флюса с металлом. Тогда легко подобрать флюс, который хорошо растворяет окислы, но по взаимодействует с металлом. К сожалению, таких диаграмм имеется слишком мало, чтобы можно было подбирать флюсы, отвечающие всем требованиям, к нам предъявляемым.
Путем изучения сплавов солей и окислов подобран хороший растворитель для глинозема. Им оказался криолит Na3AlF6. Диаграмма состояний (рис. 93) показывает, что глинозем растворяется в криолите в больших количествах, причем до содержания 18,5% Аl2О3 температура плавления даже снижается. Так как криолит сравнительно дорог, то в промышленных флюсах он применяется лишь в качестве небольшой добавки, которая способствует повышению свойства флюса растворять глинозем.
Требование к флюсам, чтобы их температура плавления была ниже, чем. температура металла при плавке необходимо для того, чтобы растворение окислов совершалось жидким флюсом, что весьма сильно ускоряет растворение. Процессы растворения в твердом состоянии идут весьма медленно.
В особенности желательным был бы флюс, температура плавленая которого была бы между температурой, которую имеет металл во время плавки сплава, и температурой литья. Такой флюс был бы удобен во избежание попадания его в изложницу при литье. К моменту литья он закристаллизовался бы и остался в плавильном сосуде. Это свойство флюса должно, однако, сохраняться и после того, как он растворит в себе окислы.
Требование разности в удельных весах ставится с целью облегчения отстаивания флюса от металла и, наоборот, металла от флюса. Запутывание металла во флюсе влечет за собой излишние потерн металла, запутывание флюса в металле снижает коррозионную стойкость изделия, которое из этого металла изготовлено. И то и другое — нежелательно. Чаще флюсы подбираются с удельным весом, меньшим удельного веса расплавленного металла, так как обычно пользуются верхним флюсованием. По мере развития нижнего флюсования и тяжелые флюсы начинают шире применяться в практике. В этом случае также необходимо, чтобы разность в плотности между флюсом и металлом была достаточно большой, по той же причине необходимо, чтобы флюс лучше отстаивался от металла и металл от флюса.
Последнее из основных требований — малая вязкость флюса — вызвано теми же соображениями — необходимостью лучшего удаления металла из расплавленного флюса.
Кроме того, малая вязкость флюса необходима для того, чтобы флюс не налипал на тигли и инструмент.