Производство металла на заводе - теория и практика
Заполнение формы сплавом металла
Способность различных сплавов к заполнению формы: Для какого-либо данного сплава существенным недостатком является, если он должен отливаться при более высокой температуре, чем сплав, конкурирующий с ним. Чем выше температура литья, тем хуже оказываются механические свойства и тем сильнее вредное для сплава поглощение газов и образование шлаков.
Мерилом этого литейного свойства могла бы быть, следовательно, та температура литья, которая необходима для получения определенной длины спирали. Наоборот, опыты литья при постоянной температуре не дают по сравнимых данных. В основном они показывают лишь, что способность заполнять форму тем больше, чем ниже температура затвердевания данного сплава. Однако уже по данным Курти видно, что характер сплава также оказывает свое влияние. Сравнимый материал получают лишь при условии, если температуру литья поддерживают одинаково высокой по отношению к температуре начала затвердевания.
Под этим следует понимать, конечно, начало затвердевания основной массы материала, оставляя без внимания влияние небольших примесей. При одинаковом перегреве, как мы условились выше, сплавы обнаруживают по Портевену в зависимости от их характера совершенно различные коэффициенты, характеризующие способность заполнять форму. Чистые металлы и эвтектические сплавы, затвердевающие температуре, текут в форме значительно лучше, чем сплавы промежуточных составов.
Особенно хороша способность заполнять промежуточных кристаллических фаз (интерметаллические фазы), которые, однако, не имеют практического значения. По достижении предельной растворимости сплавы в довольно концентраций ведут себя практически одинаково от эвтектического состава сказываются так же сильно, как чистым металлам. Эта своеобразная зависимость от характера сплава находит себе объяснение в различных типах затвердевания.
Металлы и сплавы с постоянной температурой затвердевания образуют затвердевающую корку, равномерно утолщающуюся с течением времени , и преграждают приток жидкого металла, лишь когда металл оказывается затвердевшим по всему сечению. При большем интервале затвердевания, напротив, образуются явно выраженные дендриты , которые заполняют сечение, когда металл затвердел в большей своей части. Какое влияние оказывают на способность сплава к заполнению формы другие факторы: теплопроводность, теплоемкость и плотность, пока еще неизвестно.
Способность сплава к заполнению формы и ее определение: Особенно важным, очевидно, является свойство расплава легко заполнять тонкие каналы. Мы можем назвать это свойство сплава способностью заполнять форму. Это свойство уже давно считается важным для всякого литейного сплава. Делались попытки выразить его количественно путем отливки узких клиньев пли специальной решетки.
Однако исследования Бонера, проведенные им над сплавом алюминия с 4% Си, показали, во всяком случае, что в одном и том же сплаве могут появляться обе формы в зависимости от условий охлаждения. Оказалось прежде всего, что с повышением скорости охлаждения вначале происходит нормальная ликвация, эффект которой в возрастающей степени увеличивается. Затем она внезапно сменяется сильно выраженной обратной ликвацией, которая в свою очередь постепенно исчезает при дальнейшем повышении скорости охлаждения.
Обратная ликвация поэтому значительно преобладает над нормальной. Она может быть обнаружена как в производственных отливках, так в лабораторных образцах большинства медных сплавов. Очень незначительна, однако, склонность к разделению у цинка, нормально, а также у алюминия и никеля в медных сплавах. Точка плавления цинка, наоборот, повышается уже от присадки незначительных количеств меди.
В соответствии с этим в подобных сплавах цинк благодаря обратной ликвации обогащает внешние слои. Висмутовые сплавы, расширяющиеся при затвердевании в противоположность большинству других сплавов, дают нормальную ликвацию. В стальных слитках встречается главным образом обычная ликвация. Средняя часть слитка оказывается обогащенной серой и фосфором до 4-кратного размера против среднего состава, углеродом - до 2%-кратного и в небольшое количестве - марганцем.
При изолированном рассмотрении система трех компонента однофазна -и имеет четыре степени свободы: для однозначного определения равновесного состава газа необходимо знать температуру, давление (влиянием которого можно пренебречь ) и две концентрационные характеристики. В качестве таковых примем отношение атомных концентраций Л=Н/С и 5 = О/С.
В доменной печи отношение А, характеризующее долю водорода в газе, уменьшается в области прямого и смешанного восстановления по ходу газового потока и после завершения газификации углерода остается примерно постоянным. Отношение В в области прямого восстановления постоянно и равно единице; по мере развития непрямого восстановления и накопления в газе С02 и Н20 величина В становится больше единицы и непрерывно увеличивается.
Таким образом, для каждой температуры с учетом степени развития указанных .превращений необходимо задаваться своими значениями Л, а в особенности В. Для оценки восстановительных процессов важны именно величины Я со и Ян2. Их отношение удовлетворяет условие равновесия реакции, но каждая из них может быть неравновесной по отношению к реакциям восстановления окислов.
Отсюда следует: При постоянных В и температуре (Кг) с увеличением А отношение Ясо уменьшается, т. е. по мере добавления к газу водорода равновесие реакции водяного газа СО + Н20=С02 + Н2 смещается влево. Одновременно по уравнению уменьшается и отношение Ян2. При постоянных А и Кг с увеличением 5 = О/С, т. е. по мере развития реакций непрямого восстановления, отношение Ясо увеличивается.
Прямо пропорционально растет и Ян2 с коэффициентом пропорциональности, равным 1Сз и определяемым температурой. При постоянных А и В (т. е. при отсутствии газификации углерода и восстановления окислов и неизменном количестве водорода) с понижением температуры (с увеличением Кг) отношение Ясо возрастает, что объясняется смещением вправо равновесия экзотермической реакции. Величина отношения при этом уменьшается.
В доменной печи все параметры, входящие в уравнение, изменяются одновременно. Например, одновременно с понижением температуры (увеличением Кг) увеличивается отношение, что ведет к более сложным зависимостям между величинами степеней использования окиси углерода и водорода.
