Плавка медно-никелевых сплавов

Медные сплавы плавят в пламенных, дуговых и индукционных печах. Плавка большинства медных сплавов на воздухе сопровождается окислением элементов шихты и растворением водорода. Окисление сплавов, содержащих алюминий, кремний, бериллий, происходит с образованием плотной оксидной пленки на поверхности расплава, которая оказывает влияние на механические свойства отливок. Медные сплавы при затвердевании склонны к образованию газовой пористости (за исключением латуни), особенно характерной для сплавов с широким температурным интервалом кристаллизации, в частности для оловянных бронз.Для раскисления никеля используют также силикокальций

Для защиты от окисления плавку медных сплавов ведут под слоем древесного угля или флюса. Шихту следует загружать в печь, нагретую до 600-700^оC. Сначала загружают медь по частям или полностью. Если в состав входит никель, его загружают вместе с медью. Расплав перегревают до 1'200^оC и раскисляют фосфористой медью (0,3-1% массы меди). После перемешивания сплава считают шлаки, в несколько приемов загружают отходы и чушки переплава из стружки, подогретые до 1'000-1'500^о. При температуре расплава 1'160-1'200^оC вводят цинк, олово и свинец.

В нагретую до 700^оC печь загружают медь и железо. Поверхность расплава должна быть покрыта древесным углем или флюсом, содержащим, % (мас. доля): битого стекла 90; полевого шпата 10.

После расплавления шихты при температуре 1200^оC расплав раскисляют фосфористой медью (0,1-0,2%). Затем вводят лигатуры: медь-марганец, медно-алюминиево-железную и т.д. Последней добавляют медно-алюминиевую лигатуру. Если в состав шихты входят чистый никель, марганец и железо, то сначала вводят железо и марганец, а затем никель.

При плавке латуней в качестве шихтовых материалов применяют чушки, возврат, переплав стружки и лигатуры. После подогрева печи в нее загружают чушки и расплавляют их. Сгущают шлак и загружают возврат и переплав; по необходимости подшихтовывают сплав лигатурами.

Особенностью никеля и никелевых сплавов являются их повышенная склонность взаимодействовать с газами печной атмосферы. Растворимость газов в жидком никеле при температуре 1'600^оC составляет: кислорода до 0,5% и водорода до 43 см³/100 г металла. Основная причина газовой пористости при кристаллизации отливок — выделение водорода.

Плавку никеля ведут в индукционных канальных и тигельных печах, реже дуговых, для вакуумной техники — в вакуумных индукционных тигельных печах. Футеровка печей основная или нейтральная. При плавке в индукционных канальных печах с железным сердечком промышленной частоты под набивают огнеупорной массой следующего состава, % (мас. доля): плавленого магнезита 98, буры или борной кислоты 2. Высокочастотные печи футеруют массой состава, % (мас. доля): магнезита 90, жидкого стекла 8 и воды 12.

Плавку ведут под слоем флюса, состоящего из стекла (бутылочный бой), плавикового шпата, извести, молотого магнезита со стеклом и других компонентов; расход флюса составляет 5-10% от массы шихты, толщина слоя флюса, покрывающего зеркало ванны 10-15 мм.

Не допускается использовать в качестве флюса древесный уголь и гипс. Шихтовыми материалами для плавки чистого никеля являются катодный никель Н0 и Н1, гранулы никеля и крупные никелевые отходы собственного производства в количестве, не превышающем 50% от массы шихты.

Очистку никеля от кислорода и серы проводят при температуре расплава 1'500-1'600^оC с применением комплексного раскислителя, содержащего углерод, кремний, марганец и магний. Основным раскислителем является углерод, который загружают в печь вместе с шихтой в виде графитового боя или лигатуры. Ni -C [содержание углерода 1,5-2% (мас. доля)]. Расход комплексного раскилителя составляет 0,18-0,22% от массы расплава (углерода 0,05-0,5%, кремния 0,07-0,15%, марганца 0,5-0,2%, магния 0,05-0,1%). Избыточное количество углерода придает никелю хрупкость. Для раскисления никеля используют также силикокальций, содержащий 23 % Са; силикокальций вводят в таком количестве, чтоб в никеле содержалось 0,05-0,1% (мас. доля) Са.

Перед разливкой расплава по формам (1'600^оC) флюс сгущают, засыпая на поверхность расплава молотый магнезит в количестве 0,2% от массы шахты во избежание попадания флюса в полость формы.

Очистку никелевых сплавов от растворенных газов проводят наведением окислительного шлака (MnO + CuO + Na₂CO₃ + SiO₂) или продувкой расплава интерными газами (аргоном или гелием).

Для повышения уровня эксплуатационных свойств никелевых жаропрочных сплавов их модифицируют присадками бора (0,01-0,03%) и циркония (0,03-0,1%).

При плавке никелевых жаропрочных сплавов в дуговых электропечах после загрузки никеля и кусковых отходов под электроды вводят шлакующуюся смесь (известь с плавиковым шпатом 1:1) в количестве 3-5% от массы шихты. После расплавления добавляют лигатуры в чистые металлы (Мо, Nb, W и др.). После отбора проб на химический анализ расплав рафинируют и раскисляют. Для раскисления используют: смесь извести с алюминиевым порошком (1:1) в количестве 3-4 кг на тонну расплава, марганец (0,25%), алюминий (0,3-0,5%) и титан (0,01-0,15%). Модификацию проводят цирконием и бором.

При плавке никелевых сплавов в индукционных тигельных печах используют шлакообразующую смесь, содержащую, % (мас. доля): извести 70; плавикового шпата 30; расход смеси 3—4% (маc. доля). Раскисление проводят порошком алюминия (2кг/т) или марганцем и титаном.

Плавку моделей осуществляют в индукционных печах. Первым загружают никель, медь, железо, а затем — отходы; последним загружают марганец (при 1'450-1'500^oС). Раскисление сплава проводят лигатурой Ni — C. Перед началом разливки вводят магний [0,3% (мас. доля):].

При плавке хромелей соблюдают следующий порядок загрузки шихты и расплавления. В жидкую выну вводят хром, недогружая 1-2 кг для корректировки химического состава по результатам определения термо-ЭДС, а затем загружают никель, отходы и флюс в количестве 5% от массы металла. Раскисление проводят марганцем (0,12-0,15%) и магнием (0,06%).

При производстве фасонных отливок из никелевых и медно-никелевых сплавов применяют вакуумные индукционные тигельные печи непрерывного и периодического действия.