Плавка. Общие положения
По характеру взаимодействия с кислородом цветные металлы и сплавы подразделяют на три группы. К первой относятся металлы, заметно не растворяющие кислород (алюминий, магний, цинк и их сплавы). Пленки оксидов этих металлов резко понижают пластические свойства отливок. Поэтому необходимо предотвращать попадание плен в металл при заливке и стремиться к минимальному перемещению поверхности зеркала металла.
Ко второй группе относятся металлы, образующие с кислородом область жидких растворов (медь, никель, титан, хром, серебро и сплавы на их основе). Плавка этих металлов и сплавов требует специальной защиты зеркала металла от кислорода и специальных технологических приемов для его удаления.
Третью группу составляют металлы, не взаимодействующие с кислородом и не требующие защиты от него (золото и платина).
При плавке металла большое значение имеет давление пара при температуре, превышающей температуру плавления, так как эта величина определяет потери металла в результате испарения.
Давление пара металлов описывается уравнением
Igp = - (А/T) + В — СIgT
где, А, В и С — постоянные; р — парциальное давление паров металла, Па (табл.1).
Таблица 1. Ориентировочное влияние элементов на структуру чугуна.
| Металл | Температура, оС | А | В | С | р пара, ПА |
|
| плавления | кипения | |||||
| Алюминий | 660 | 2500 | 16 450 | 14,48 | 1,02 | 10-6 |
| Магний | 650 | 1100 | 7550 | 14,91 | 1,41 | 520 |
| Медь | 1083 | 2500 | 17650 | 15,51 | 1,27 | 0,13 |
| Никель | 1455 | 2900 | 22400 | 18,07 | 2,01 | 1,3 |
| Цинк | 419 | 910 | 6670 | 14,12 | 1,13 | 13,3 |
| Кадмий | 321 | 770 | 5819 | 14,41 | 1,27 | 13,3 |
| Кальций | 840 | 1500 | 9600 | 14,67 | 1,21 | 270 |
| Кремний | 1420 | 3200 | 20900 | 12,84 | 0,57 | 0,13 |
| Марганец | 1240 | 2100 | 13900 | 19,39 | 2,52 | 133 |
| Олово | 232 | 2600 | 15500 | 10,35 | - | 10-21 |
| Свинец | 327 | 1000 | 10130 | 13,28 | 0,99 | 10-6 |
| Титан | 1670 | 3100 | 23200 | 13,86 | 0,66 | 1,3 |
| Цирконий | 1850 | 4300 | 30300 | 11,50 | - | 10-3 |
| Железо | 1539 | 2900 | 19710 | 15,39 | 1,27 | 1,3 |
| Хром | 1875 | 2500 | - | - | - | 1020 |
| Молибден | 2620 | 4600 | - | - | - | 1,3 |
| Вольфрам | 3400 | 5500 | - | - | - | 1,3 |
Компоненты с большим давлением пара испаряются интенсивно. Из-за этого расплав обедняется этими компонентами, и заданный состав сплава не выдерживается.
Легколетучие компоненты, как правило, вводят в сплав в последнюю очередь, а сплав готовят в закрытых печах или под слоем поверхностного флюса.
Не допускается также взаимодействие сплава с футеровкой плавильной печи. Цинковые сплавы инертны к любым огнеупорам. Магниевые сплавы способны восстановить кремний из оксидов; такой же процесс характерен для алюминиевых сплавов. Медь, цинк и олово не восстанавливают кремний из SiO2, однако при получении медных сплавов, содержащих хром, титан или цирконий, необходимо использовать магнезитовую футеровку из-за способности этих металлов восстанавливать кремний. Помимо химических реакций восстановления возможны и другие реакции, например, растворение графитовых тиглей, «металлизация» футеровки, образование легкоплавких соединений и т.д.