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.