1. Įvadas
The žalvario lydymosi taškas yra pagrindinė nuosavybė, kuri reglamentuoja jos elgesį liejant, suvirinimas, Brazavimas, ir terminis apdorojimas.
Skirtingai nuo grynųjų metalų, Žalvario eksponatai a lydymosi diapazonas o ne viena temperatūra, paprastai tarp 880 ° C. (1,616 ° F.) ir 1,095 ° C. (2,003 ° F.), Priklausomai nuo sudėties ir legiruotų elementų, tokių kaip cinkas, švinas, alavas, Nikelis, ir aliuminis.
Tikslus šio lydymosi diapazono valdymas yra labai svarbus pramoninėms reikmėms: Tai užtikrina tinkamą pelėsių užpildymą, Sumažina poringumą ir karštą įtrūkimą, išsaugo mechanines savybes, ir užkerta kelią cinko lakatavimui.
Net maži nukrypimai nuo optimalios temperatūros lango gali žymiai sumažinti derliaus ir produkto kokybę.
Suprasti veiksnius, darančius įtaką žalvario elgesio lydymosi taškui - kompozicija, Mikrostruktūra, Apdorojimo istorija, ir aplinkos sąlygos.
Leidžia gamintojams optimizuoti našumą, sumažinti defektus, ir pasiekite nuoseklius įvairių programų rezultatus, pradedant automobilių komponentais ir baigiant muzikos instrumentais ir jūrine technine įranga.
2. Kas yra žalvaris (Kompozicija ir klasifikacija)
Žalvaris žymi lydinius, kurių pagrindiniai elementai yra Vario (Cu) ir cinkas (Zn).
Keisdamas Cu: Zn santykis ir pridedant nedidelius kitų elementų kiekius, platus mechanikos asortimentas, korozija, ir gali būti sukurtos šiluminės charakteristikos.
Bendros klasifikacijos:
- Alfa (a) Žalvariai -Cu turtingas (Paprastai iki ~ 35 masės% Zn). Vienos fazės į veidą orientuota kubinė (FCC) Kietas sprendimas. Geras lankstumas ir formavimas.
- Alfa-beta (a+b) Žalvariai - Vidutinis Zn (~ 35–45 masės%), Duplex mikrostruktūra, padidinanti stiprumą ir kietumą, tačiau sumažina šalčio lankstumą.
- Aukšto cinko ir specialūs žalvariai - aukštesni Zn ar kiti pagrindiniai legiruoti elementai (Al, Į, Mn, Sn, Pb) Pakeiskite fazių pusiausvyrą ir lydymosi/kietėjimo elgseną.
Šie fazių skirtumai yra pagrindinė lydymosi-nuotolio elgesio priežastis: Skirtingai nuo grynųjų metalų, Lydiniai paprastai tirpsta ne vienoje temperatūroje, bet per intervalą tarp soliduso ir skysčio linijų, kurios atsiranda fazės diagramoje.
3. Žalvario lydinio sistemos ir tipiški lydymosi diapazonai
Žemiau yra reprezentacinės kelių bendrų žalvario kategorijų ir pažymių inžinerinės vertės.
Šios vertės yra tipiški darbo diapazonai, naudojami proceso projektavimui, ir jos turėtų būti patikrintos pagal medžiagų sertifikatus, Tiekėjų duomenų lapai, arba laboratorinė šiluminė analizė, skirta gamybos kritiniam darbui.
| Lydinys / šeima | Tipiškas solidus (° C. / ° F.) | Tipiškas skystis (° C. / ° F.) | Pastabos |
| Bendras geltonas žalvaris (Bendras komercinis mišinys) | ~ 900 ° C. / 1,652 ° F. | ~ 940 ° C. / 1,724 ° F. | Bendrosios paskirties žalvaris; Lengva mesti ir mašina. |
| C26000 (Kasetės žalvaris, 70Su -30zn) | ~ 910–920 ° C. / 1,670–1,688 ° F. | ~ 954–965 ° C. / 1,750–1,769 ° F. | Puikus lankstumas; plačiai naudojamas lape ir vamzdyje. |
| C36000 (Laisvai pjaustomas žalvaris, Pb-gearing) | ~ 885–890 ° C. / 1,625–1,634 ° F. | ~ 900 ° C. / 1,652 ° F. | Aukščiausias apdirbamumas; Siauresnis lydymosi langas. |
| C23000 (Raudonas žalvaris, ~ 85CO-15ZN) | ~ 990 ° C. / 1,814 ° F. | ~ 1,025 ° C. / 1,877 ° F. | Aukštesnis „raudonas“ žalvaris; ištirpsta arčiau gryno vario. |
| C46400 (Karinio jūrų laivyno žalvaris, Cu -zn -sn) | ~ 888 ° C. / 1,630 ° F. | ~ 899 ° C. / 1,650 ° F. | Atsparus jūros vandens korozijai; Siauras lydymosi intervalas. |
| C75200 (Nikelio sidabras 65-18-17) | ~ 1 070 ° C. / 1,958 ° F. | ~ 1 095 ° C. / 2,003 ° F. | Cu-Zn-ni lydinys; Didesnis lydymosi diapazonas dėl Ni turinio; vertinamas už jėgą ir išvaizdą. |
4. Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką žalvario lydymosi diapazonui
Kaip legiruoti elementai keičia žalvario lydymosi tašką
| Elementas | Lydymosi taškas (° C. / ° F.) | Poveikis žalvario lydymosi elgsenai | Praktinės pasekmės |
| Cinkas (Zn) | 419 ° C. / 786 ° F. | Mažina „Solidus“ ir „Liquidus“, palyginti su grynu vario,; Aukštesnis Zn praplečia užšalimo diapazoną (A → B fazės perėjimai). | Pagerina išmetamumą; Per didelis Zn padidina segregacijos ir cinko praradimo riziką tirpstant. |
| Švinas (Pb) | 327 ° C. / 621 ° F. | Cu - Zn matricoje neištirpsta; sudaro diskretus mažai tirpstančių intarpų, kurie vietoje skysčio. | Padidina apdirbamumą; tačiau sukelia karštą trumpumą suvirinant/trunkančias ir sveikatos problemas. |
| Alavas (Sn) | 232 ° C. / 450 ° F. | Šiek tiek padidina lydymosi diapazoną; pagerina α fazės ir atsparumo korozijai stabilumą. | Naudojamas kariniame jūrų ir raudonuose žalvariuose; slopina dezincificatifikaciją, tačiau reikalauja aukštesnės apdorojimo temperatūros. |
| Nikelis (Į) | 1,455 ° C. / 2,651 ° F. | Kyla kietas ir skystas; Stiprina Cu - Zn matricą; stabilizuoja aukštesnės temperatūros fazes. | Gamina nikelio sidabrinius (Pvz., C75200) su didesniais lydymosi diapazonais ir pagerinusiu stiprumą. |
Aliuminis (Al) |
660 ° C. / 1,220 ° F. | Linkęs kelti lydymosi diapazoną; skatina tarpmetalinį formavimąsi; pagerina atsparumą oksidacijai. | Naudojamas aliuminio žalvariuose, skirtoms jūros vandens aptarnavimui; Reikia didesnio perkaitimo liejimo metu. |
| Manganas (Mn) | 1,246 ° C. / 2,275 ° F. | Patobulinkite mikrostruktūrą; nedidelis lydymosi diapazono padidėjimas; gali sudaryti antros fazės daleles. | Pagerina jėgą ir tvirtumą; sustiprina atsparumą dėvėjimams. |
| Lygintuvas (Fe) | 1,538 ° C. / 2,800 ° F. | Formuoja tarpmetalinius; Šiek tiek padidina lydymosi diapazoną; gali veikti kaip branduolys kietėjimo metu. | Prideda jėgų, bet gali komplikuoti liejimą dėl intarpų. |
| Silicis (Ir) | 1,414 ° C. / 2,577 ° F. | Daugiausia veikia kaip deoksidatorius; Ribotas tiesioginis poveikis lydymosi diapazonui, tačiau keičia oksido elgesį. | Pagerina liejimo patikimumą ir sklandumą; padeda kontroliuoti atsargus. |
Mikrostruktūrinė būsena (Grūdų dydis, Fazių pasiskirstymas)
Žalvario lydymosi diapazonas yra šiek tiek jautrus jo apdorotai mikrostruktūrai, Nors šis poveikis yra mažesnis už kompoziciją:
- Grūdų dydis: Smulkiagrūdis žalvaris (grūdų skersmuo <10 μm) turi ~ 5–10 ° C mažesnį nei šiurkščiavilnių žalvariai (>50 μm).
Puikūs grūdai turi daugiau grūdų ribų, kur atominė difuzija yra greitesnė - tai pagreitina tirpstant žemesnėje temperatūroje. - Fazės segregacija: A+B žalvariu (Pvz., C27200), Netolygus fazių pasiskirstymas (Pvz., β fazės klasteriai) sukuria lokalizuotus lydymosi taškus.
β fazės regionai pirmiausia tirpsta (esant ~ 980 ° C.), tuo tarpu α fazės regionai išlieka iki ~ 1050 ° C, Efektyvaus lydymosi diapazono išplėtimas 10–20 ° C.
Praktinis pavyzdys: Šaltai apdirbtas žalvaris (Pvz., nupiešti žalvario vamzdžiai) turi smulkesnę grūdų struktūrą nei liejamas žalvaris.
Kai atkaitinamas šaltai apdirbtas C26000 žalvaris, Lydymosi diapazonas prasideda 1040 ° C temperatūroje (vs. 1050C26000 ° C), reikalaujant žemesnės atkaitinimo temperatūros, kad būtų išvengta dalinio tirpimo.
Apdorojimo istorija (Liejimas, Suvirinimas, Terminis apdorojimas)
Šiluminis apdorojimas keičia žalvario lydymosi diapazoną, modifikuodamas jo cheminę ar mikrostruktūrinę būseną:
- Cinko lakavimas (Suvirinimas/liejimas): Cinkas turi žemą virimo tašką (907° C.), Taigi žalvario kaitinimas virš 950 ° C sukelia cinko garų nuostolius (1–3 masės% per valandą 1000 ° C temperatūroje).
Tai padidina vario turinį, Lydymosi diapazono pakėlimas - pvz., C36000 žalvaris su 3% Cinko nuostolių skystis yra 960 ° C (vs. 940° C neperdirbtam žalvariui). - Terminis apdorojimas (Sprendimo atkaitinimas): Atkaitinant žalvarius 600–700 ° C temperatūroje (Žemiau solidus) Homogenizuoja kietą Cu-Zn tirpalą, Siaurinant lydymosi diapazoną 5–15 ° C.
Pavyzdžiui, atkaitinto C28000 žalvario lydymosi diapazonas yra 880–900 ° C (vs. 880–920 ° C, kai C28000 yra C28000).
5. Matavimo metodai (kaip nustatomi tirpimo diapazonai)
Kiekybinis žalvario kompozicijos solidus ir skysčio kiekybinis įvertinimas yra standartinis metalurgijos darbas.
Paprastai naudojami metodai:
- Diferencinė skenavimo kalorimetrija (DSC) / Diferencinė šiluminė analizė (DTA) - Pateikite tikslią endoterminių lydymosi įvykių pradžios ir užbaigimo temperatūrą, Išmatuokite latentinę šilumą, ir idealiai tinka mažiems, gerai paruošti pavyzdžiai.
DSC pėdsakai rodo pradžią (Solidus) kaip nukrypimas ir pagrindinis endotermo smailė(s) kaip skysta ir latentinė šiluma. - Aušinimo kreivė (Šiluminis areštas) analizė - liejyklų laboratorijose, Šiluminės istorijos, užfiksuotos aušinimo metu (plokščiakalniai ar šlaito pokyčiai) atitinkantys fazių transformacijas; Tai yra naudinga praktiniam liejimo patikrinimui.
- Areštuotas aušinimo metalografija - Mėginiai kaitinami iki tikslinės temperatūros Solidus - Liquidus intervale ir greitai užgesinti;
Gautų mikrostruktūrų patikrinimas nustato, kurios fazės buvo tokioje temperatūroje, Šilumos analizės patvirtinimas. - Termodinaminis modeliavimas (Calphad) - Skaičiavimo įrankiai gali numatyti daugiakomponenčių lydinių „Solidus/Liquidus“ ir yra plačiai naudojami kompozicijoms patikrinti ir planuoti eksperimentus.
- Praktiniai liejyklų bandymai - liejant bandomuosius liejinius ir tikrinant defektus, Mechaninės savybės ir mikrozegregacija padeda patvirtinti laboratorinius skaičius gamybos sąlygomis.
6. Pramoninės žalvario lydymosi diapazono valdymo programos
Tikslios žinios apie žalvario lydymosi diapazoną yra labai svarbios norint optimizuoti apdorojimą.
Daugeliu atvejų, net a 10 ° C nuokrypis nuo tikslinės temperatūros gali sumažinti derlių iki 20% Dėl tokių trūkumų kaip klaidos, poringumas, arba cinko lakavimas.
Ši pramoninė praktika pabrėžia, kaip lydymosi kontrolė tiesiogiai paverčia gamybos našumą.
Liejimas (Smėlio liejimas, Mirti liejimas, Investicijų liejimas)
Paprastai liejimui reikia šildyti žalvarius iki liejimo temperatūros Skystis + 50–100 ° C., užtikrinant sklandumą, pakankamą pelėsių ertmėms užpildyti, tuo pačiu sumažinant cinko garinimą.
| Procesas | Žalvario klasė | Lydymosi diapazonas (° C. / ° F.) | Pilimo temperatūra (° C. / ° F.) | Sklandumo reikalavimas | Pagrindinis rezultatas |
| Smėlio liejimas (Automobilių laikikliai) | C28000 (Muntz metalas) | 880–900 / 1,616–1,652 | 950–980 / 1,742–1,796 | Žemas (storos sekcijos) | Susitraukimo defektai sumažėjo ~ 40% |
| Aukšto slėgio Mirti liejimas (Elektros jungtys) | C36000 (Laisvai pjaustomas žalvaris) | 870–940 / 1,598–1,724 | 980–1,020 / 1,796–1,868 | Aukštas (Plonos sienos <2 mm) | Derlius >95%, Visas pelėsių įdaras |
| Investicijų liejimas (Muzikos instrumentų vožtuvai) | C75200 (Nikelio sidabras) | 1,020–1,070 / 1,868–1,958 | 1,100–1,150 / 2,012–2,102 | Vidutinis (Sudėtinga geometrija) | Žemas poringumas, Patobulinta akustinė kokybė |
Suvirinimas (Tig, Brazavimas)
Žalvario suvirinimui reikia išvengti temperatūros aukščiau skysčio (Norėdami išvengti tirpimo) tuo tarpu užtikrinant pakankamai šilumos, kad būtų galima sulieti sąnarius.
- TIG suvirinimas (Ploni žalvario lakštai): Naudokite 200–300 ° C temperatūrą (Gerokai žemiau „C26000“ žalvario solidų: 1050° C.) ir suvirinimo baseino temperatūra 950–1000 ° C (tarp kieto ir skysčio).
Tai sukuria „dalinės suliejimo“ sąnarį, neišlydant netauriojo metalo. - Brazavimas (Žalvario vamzdžiai): Naudokite litavimo užpildo metalą (Pvz., BCUP-2, Lydymas 645–790 ° C.) su lydymosi tašku po žalvario solidu.
Kaitinimas iki 700–750 ° C užtikrina užpildą tirpstant, o žalvario pagrindas išlieka kietas, Vengiant sąnario iškraipymų.
Gedimo režimas: Perkaitimas per TIG suvirinimą (temperatūra >1080° C C26000 žalvariui) Sukelia „degimo per“ (Tirpo metalo tirpimas), reikalauti pertvarkyti ir didinti išlaidas 50%.
Terminis apdorojimas (Atkaitinimas, Stresas palengvina)
Šilumos apdorojimo temperatūra yra griežtai ribojama Žemiau solidus Norėdami išvengti dalinio tirpimo:
- Atkaitinimas (Šaltai dirbę žalvario vamzdžiai): C26000 žalvaris atkaitinamas esant 600–650 ° C (vs. Solidus 1050 ° C.) atkurti lankstumą (Pailgėjimas padidėja nuo 10% į 45%) nepakeisdamas lydymosi diapazono.
- Stresas palengvina (Žalvario jungiamosios detalės): Kaitinkite iki 250–350 ° C, kad sumažintumėte liekamuosius įtempius nuo apdirbimo - ši temperatūra yra daug žemesnė už Solidus, Vengiant mikrostruktūrinių pažeidimų.
7. Apdorojimas & Žalvario saugos aspektai
Cinko garinimas ir metalo degimo pavojai
- Cinko virimo taškas yra apie 907 ° C. (≈1,665 ° F.). Nes daugelyje įprastų žalvarių yra skysčio vertės, esančios šalia šios temperatūros ar aukštesnės nei šios temperatūros, cinko garinimas ir cinko oksido dūmų susidarymas gali atsirasti tirpstant, suvirinimas ar vietinis perkaitimas.
Zno dūmų įkvėpimas gali sukelti metalo dūmų karščiavimas, į gripą panaši profesinė liga. - Valdikliai: Vietinė išmetimo ventiliacija, dūmų gaudymas, Tinkama kvėpavimo apsauga, ir temperatūros kontrolė lydymosi/suvirinimo operacijose yra privaloma apsaugoti darbuotojus.
Oksidacija, Nereikia ir įtraukimo kontrolė
- Išlydytas žalvaris formuoja oksidus (Vario ir cinko oksidai) ir niūrus.
Srauto ir kontroliuojamos atmosferos praktika, Deoksidacijos chemija ir kruopštus nugriebimas mažina oksido įtraukimo įtraukimą.
Per didelis oksidacija sumažina derlių, padidina trūkumus ir keičia chemiją.
Vadovaujančių ir reguliavimo klausimų
- Švinas (Pb) yra naudojamas kai kuriuose laisvai pjaustytų žalvariuose; Net mažas PB lygis turi reguliavimo įtaką geriamojo vandens ir vartojimo produktams.
Švino laužą reikia valdyti atskirai nuo srautų be švino, O gatavos produktai turi atitikti vietinio poilsio turinio taisykles.
Desinsifikacija ir ilgalaikė paslauga
- Kai kurie žalvariai yra jautrūs dezinfekavimas (selektyvus cinko išplovimas) tam tikruose koroziniuose vandenyse ir aplinkoje.
Dezinfifikacijai atsparių lydinių ar apsauginių priemonių pasirinkimas yra svarbus santechnikai, Jūrų ir geriamojo vandens pritaikymai.
8. Įprastos klaidingos nuomonės apie žalvario lydymosi tašką
Nepaisant pramonės svarbos, Žalvario tirpimo elgesys dažnai yra neteisingai suprantamas. Žemiau yra pagrindiniai paaiškinimai:
„Žalvaris turi fiksuotą lydymosi tašką, pavyzdžiui, gryną vario.“
Melaginga: Grynas vario tirpsta 1083 ° C temperatūroje (fiksuota), Bet žalvaris - lydinys - turi lydymosi diapazoną (kietas iki skysčio).
Pavyzdžiui, C36000 žalvaris tirpsta nuo 870 ° C iki 940 ° C, Ne vienoje temperatūroje.
„Pridėjus daugiau cinko, visada mažina žalvario lydymosi diapazoną“.
Iš dalies tiesa: Cinko turinys iki 45% mažina lydymosi diapazoną, Bet anapus 45%, Cinkas sudaro trapią γ fazę (Cu₅zn₈, Lydymas 860 ° C.), ir lydymosi diapazonas stabilizuojasi arba šiek tiek padidėja.
Aukštos cinko žalvaris (>50% Zn) retai naudojamas dėl kraštutinio trapumo.
„Priemaišos tik sumažina žalvario lydymosi diapazoną“.
Melaginga: Lygintuvas (Fe) ir nikelis (Į) Padidinkite lydymosi diapazoną, sudarydami aukštai tirpstančius intermetalinius įrenginius. Tik „minkštos“ priemaišos (Pb, S) Nuosekliai sumažinkite lydymosi diapazoną.
„Laidos temperatūra gali būti savavališka tol, kol ji yra virš skysčio“.
Melaginga: Per didelis šildymas (Skystis + >100° C.) sukelia stiprų cinko lakumą (praradimas >5%) ir niūrus formavimas, mažinantis mechaninį stiprumą.
Nedrąsa (Skystis + <30° C.) sukelia blogą sklandumą ir pelėsių užpildymo defektus.
9. Išvada
The žalvario lydymosi taškas nėra viena fiksuota vertė, o a diapazonas apibrėžta jos kompozicija, Mikrostruktūra, ir apdorojimo istorija.
Skirtingai nuo grynų metalų su aštriais lydymosi perėjimais, Žalvaris - būdamas vario - zinco lydinys su papildomais elementais, tokiais kaip švinas, alavas, Nikelis, arba aliuminis - eksploatuoja ir tvirtos skysčio ribos Tai labai skiriasi.
Šios ribos daro tiesioginę įtaką žalvario metu liejimas, suvirinimas, Brazavimas, ir terminis apdorojimas, Tikslus lydymosi diapazono kontrolė yra kertinis pramoninės metalurgijos akmuo.
DUK
Koks yra įprasto žalvario lydymosi diapazonas, naudojamas vandentiekio šviestuvuose (C26000)?
C26000 (kasetės žalvaris) Solidus temperatūra yra ~ 1050 ° C, o skysčio temperatūra - ~ 1085 ° C, todėl lydymosi diapazonas yra 35 ° C (1050–1085 ° C.).
Šis siauras asortimentas tampa tinkamas piešti į plonas sienas.
Kaip švino turinys veikia „C36000“ žalvario lydymosi diapazoną?
C36000 (Laisvai pjaustomas žalvaris) yra 2,5–3,7 masės% švino.
Kiekvienas 1 Wt% padidėjęs švino kiekis sumažina skystį ~ 10–15 ° C: a 2.5% PB mėginio skystis yra ~ 940 ° C, o a 3.7% PB mėginio skystis yra ~ 925 ° C.
Švinas taip pat praplečia lydymosi diapazoną (nuo 50 ° C iki 70 ° C) formuojant mažai tirpstančias PB turtingas fazes.
Ar galiu suvirinti žalvaris, naudodamas tą pačią temperatūrą kaip plienas?
Nr. Plienas (Pvz., A36) Lydymosi diapazonas yra 1425–1538 ° C, kur kas aukštesnis nei žalvaris.
Suvirinimo žalvaris (Pvz., C26000) Reikia maksimali ~ 1000 ° C temperatūros (tarp kieto ir skysčio) Norint išvengti storo metalo - naudojant plieninę suvirinimo temperatūrą, žalvaris visiškai ištirptų.
Kaip išmatuoti žalvario lydymosi diapazoną pramoninėje aplinkoje?
Naudokite aukštos temperatūros lydymosi taško aparatą (Tikslumas ± 5–10 ° C.) su 1–5 g žalvario pavyzdžiu.
Įkaitinkite mėginį grafito tiglyje, Stebėkite temperatūrą su termoelementu, ir įrašykite „Solidus“ (Pirmasis skysčio susidarymas) ir skystis (Visiškas tirpimas) temperatūra.
Šis metodas yra greitas ir tinkamas partijos kokybės kontrolei.
Kodėl cinko lakavimas daro įtaką žalvario lydymosi diapazonui?
Cinko lakavimas (Virš 907 ° C.) sumažina žalvario cinko kiekį, Kompozicijos perkėlimas į vario link.
Kadangi vario lydymosi taškas yra didesnis nei žalvario, lydymosi diapazonas (kietas / skystis) padidėja.
Pavyzdžiui, C36000 žalvaris su 3% Cinko nuostolių skystis yra 960 ° C (vs. 940° C šviežiam žalvariui), reikalaujant aukštesnės liejimo temperatūros, kad būtų išlaikytas sklandumas.
