Составы лигатур для плавки медных сплавов

Тип лигатуры	Содержание легирующего элемента, %	Температура плавления, ^ПЛ) С
Cu-Mn	Мп 27 •	860
Cu-Be	Be 5... 15	900
Cu-Si	Si 16	800
Cu-Sn	Sn 50	780
Cu-Ni	Ni 15...33	1050... 1080
Al-Cu-Ni	A1 50, Ni 10	670

шихтовых материалов должна обеспечить минимальный угар ле­гирующих элементов.

Как правило, в начале расплавляют основной металл, затем в расплавленную ванну вводят остальные компоненты. Лигатуры добавляют в порядке возрастания активности содержащихся в них элементов.

Защита от атмосферы эффективнее всего осуществляется дре­весным углем, который наносят на поверхность первой порции металла слоем толщиной 100... 105 мм. При окислении древесного угля образуется слой газа — восстановителя СО. Кроме того, угле­род является восстановителем для меди.

В состав покровных флюсов могут входить битое стекло, бура, сода и другие вещества. Расход флюса составляет около 2 % массы металла.

Для плавки сплавов высокой чистоты и бескислородной меди в качестве защитных средств применяют нейтральные газы (аргон и азот) или вакуумную плавку.

Рафинирование. Применение покровных флюсов не ис- ключаетаолностью взаимодействия металла с газовой фазой. По­этому в металле растворяется водород, происходит окисление меди и легирующих элементов, которые в большинстве своем имеют большее сродство к кислороду, чем медь. Для ошлакования обра­зующихся оксидов с флюсами вводят добавки, состав которых зависит от состава расплавляемой шихты и образующихся при этом оксидов. Так для ошлакования оксидов алюминия и кремния в рафинирующий (или покровно-рафинирующий) флюс вводят соду. Процессы протекают по реакциям:

Na₂C0₃ + Si0₂ = Na₂Si0₃ + С0₂, Na₂C0₃ + А1₂0₃ = Na₂Al₂0₄ + С0₂.

При многократном переплаве оловянистых бронз расплав за­грязняется оксидом олова. Для его удаления также используют соду или известняк, а для разжижения шлака добавляют борный ан­гидрид или буру:

Sn0₂ + 2Na₂C0₃ + В₂0₃ = Na₂B₂0₄- Na₂Sn0₃ + 2С0₂

или

Sn0₂ + 2СаС0₃ + Na₂B₄0₇ = Ca₂B₄0₈ Na₂Sn0₃ + 2С0₂.

Обработка расплава медной окалиной и кварцевым песком приводит к ошлакованию железа:

3FeO + Cu₂0 = Fe₃0₄ + 2Cu, 2Fe₃0₄ + 4Si0₂ + 4Cu = 3Fe₂Si0₄ + Cu₄Si0₄.

Дегазация расплава может проводиться продувкой азотом, хло­ром или аргоном. При этом происходит всплытие неметалличес­ких включений. Расход газа на 1 т металла составляет 0,05... 0,5 м³ при давлении около 0,02 МПа и продолжительности продувки 5... 10 мин.

Гексахлорэтан для дегазации медных сплавов используется так же эффективно, как и для алюминиевых сплавов.

Фильтрация через зернистые и сетчатые фильтры является эф­фективным способом рафинирования сплавов на основе меди. В качестве зернистых фильтрующих материалов применяют маг­незит, алунд, плавленые фториды кальция и магния. Фильтрация происходит через слой фильтрующего материала толщиной 100 мм после предварительного прогрева до 700...800°С. Размер зерен фильтра 5... 10 мм. Сетчатые фильтры изготовляют из кварцевых или графитовых нитей или из молибдена.

Вакуумирование при остаточном давлении 9,3 кПа (70 мм рт. ст.) обычно проводится в ковше. Вакуумирование не применяется для латуней и нейзильберов, так как это приводит к большим поте­рям цинка.

Перегрев может использоваться для дегазации латуней. Метод основан на том, что при повышении температуры интенсифици­руется процесс испарения цинка. Пары цинка, выходя из метал­ла, производят дегазирующее и флотирующее действие.

Раскисление. Наибольшее распространение в качестве рас­кислителя для бронз получила фосфористая медь, содержащая около 10 % фосфора. Ее вводят в расплав (расход фосфористой меди 0,3... 0,5 %). В результате реакции

5Cu₂0 + 2Р = Р₂0₅ + ЮСи

образуются пары фосфорного ангидрида, способствующие удале­нию неметаллических включений. Раскисление фосфористой ме­дью приводит к снижению электропроводности меди. В тех случа­ях, когда это нежелательно, раскисление проводят более дороги­ми раскислителями — литием, кальцием и калием.

Модифицирование. Медные сплавы модифицируют с це­лью измельчения зерна и нейтрализации вредных примесей. Для измельчения зерна вводят 0,002... 0,1 % тугоплавких элементов Ti, V, Zr, Mo, W, В в виде лигатур при температуре 1200... 1250°С. Для нейтрализации вредного действия Bi, Sb, As и Pb модифици­рование ведут кальцием, церием или цирконием.

15.5. Плавка сплавов на основе никеля

Никель относится к тяжелым цветным металлам с плотностью 8,9 кг/дм³ и температурой плавления ^ = 1453 °С. Энтальпия рас­плава никеля (1100 кДж/кг) несколько больше, чем чугуна, а удельное электрическое сопротивление (около 1,1 Омм) немного ниже. При нагреве свыше 500 °С в открытых печах чистый никель покрывается плотной защитной пленкой NiO. Сплавы никеля со­держат элементы, имеющие большее сродство к кислороду, кото­рые вступают во взаимодействие с моноксидом никеля по реакци­ям типа:

NiO + Me = MeO + Ni.

Образующиеся при этом оксиды нарушают целостность защит­ной пленки NiO, что приводит к дальнейшему окислению никеля и легирующих элементов, а также к растворению в расплаве водо­рода и азота. Поэтому плавку жаропрочных и жаростойких спла­вов никеля, содержащих наиболее активные элементы (алюми­ний, титан и ванадий), ведут в индукционных вакуумных печах. Остальные сплавы плавят под покровными флюсами.

Наибольшее распространение получили тигельные индукци­онные печи с шамотно-графитовым тиглем. В качестве флюса ис­пользуют смеси, содержащие СаО, Si0₂, CaF₂, MgF₂ и другие соединения, а также древесный уголь и битое стекло. Толщина покровного флюса в течение плавки должна поддерживаться на уровне 100... 150 мм.

Компоненты шихты — никель, медь, возврат и лом — загру­жают под флюс одновременно. При плавке нейзильбера цинк вво­дят после расплавления всей шихты.

Раскисление безуглеродистых сплавов никеля производят крем­нием, марганцем и магнием. Для остальных сплавов используется углерод в виде электродного боя или лигатуры Ni—С, содержа­щей 1,5...2% С.

15.6. Плавка титановых сплавов

Рис. 15.3. Схема вакуумной дуговой печи с расходуемым электродом для

плавки титановых сплавов: 1 — электрододержатель; 2 — расходуемый электрод; 3 — вакуумная камера; 4 — смотровое окошко; 5 — литейные формы; 6 — токоподвод к тиглю; 7 — шланг подачи воды; 8 — медный водоохлаждаемый тигель; 9 — гарнисаж

Титан относится к легким (р = 4,5 кг/дм³) тугоплавким (^ = = 1668 °С) металлам. Теплопроводность расплава титана в 20 раз меньше, чем меди. Удельное электрическое сопротивление тита­на 0,61-10"⁶ Ом-м. По сравнению со сталью удельная теплота кристаллизации титана (419 кДж/кг) в 1,6 раза больше. Титан и его сплавы в жидком состоянии имеют чрезвычайно высокую химическую активность. Титан реагирует с кислородом, азотом, водородом,

вступает во взаимодействие с различными оксида­ми, образующими огнеупорные материалы, и восстанавливает их. Кроме того, расплав титана растворяет углерод графитового тигля, что приводит к резкому снижению пластичности сплавов. Поэтому титан нельзя плавить в печах, футерованных обычны­ми огнеупорами. Для выплавки качественных титановых сплавов необходимо исключить взаимодействие металла с футеровкой и газовой фазой. Поэтому плавку ведут в вакуумных гарнисажных дуговых печах с расходуемым (рис. 15.3) или нерасходуемым электродом.

В первом случае в вакуумную камеру 3 помещают медный водо­охлаждаемый тигель <?, расходуемый электрод 2 и литейные фор­мы 5. Расходуемый электрод представляет собой шихтовой слиток титана или пруток, спрессованный из титанового порошка. После вакуумирования печи зажигают электрическую дугу между элект­родом и дном тигля и прогревают тигель и электрод на малой мощности. При повышении мощности до рабочих ее значений происходит плавление расходуемого электрода, расплавленный металл постепенно заполняет тигель. По мере оплавления расхо­дуемого электрода он автоматически опускается вниз электродо- держателем 1. В связи с высокой теплопроводностью медного во- доохлаждаемого тигля на его стенках образуется слой затвердев­шего расплава толщиной 10... 15 мм, который является своего рода футеровкой и называется гарнисажем 9.

Толщина слоя гарнисажа зависит от соотношения мощности, выделяемой дугой, и количества теплоты, отводимого от распла­ва через гарнисаж и тигель охлаждающей водой. При недостаточ­ной мощности увеличивается толщина гарнисажа, и объем рас­плавленного металла уменьшается. Чрезмерная мощность дуги может привести к локальному расплавлению гарнисажа и медно­го тигля.

В современных плавильных установках изменение мощности дуги в процессе плавки происходит по заранее разработанной програм­ме, реализуемой с помощью компьютера.

Для низколегированного титана марок BT5JI, BT6JI и др. поло­жительные результаты дает модифицирование бором или карби­дом бора в количестве 0,007...0,01 %.

Если для плавки используют слиток заданного состава, то в слитке высверливают отверстие и в него закладывают модифика­тор.

Отверстие затем заделывают титановой пробкой, чтобы моди­фикатор не выпал раньше времени. Место расположения моди­фикатора выбирают таким образом, чтобы модификатор попал в ванну жидкого металла за 40...60 с до окончания плавки. Общее время от введения модификатора до начала затвердевания отлив­ки не должно превышать 150... 180 с.

Для наблюдения за ходом плавки предусмотрено окошко 8. Готовый металл заливают в формы при повороте печи.