תהליך התכה טיפוסי של נחושת טהורה וסגסוגות נחושת ליציקה, כולל נחושת טהורה, פליז, ברונזה
הקדמה: נחושת טהורה וסגסוגות נחושת ליציקה הן קטגוריה חשובה של מתכות לא ברזליות ונמצאות בשימוש נרחב בייצור בפועל. ניתן לחלק את סגסוגות הנחושת הנפוצות בעיקר לשתי קטגוריות על פי ההרכבים השונים שלהן, כלומר פליז יצוק וברונזה יצוק. בין אם זה יציקת חול או יציקת השקעה, התכה היא חלק מכריע בייצור היציקה. להתכה של סגסוגות נחושת שונות יש קווי דמיון והבדלים. בשנים רבות של תרגול ייצור, סיכמנו את חוויית תהליך ההיתוך הטהור של נחושת וסגסוגות נחושת (בעיקר ברונזה ופליז) היא לעיונך.
ציוד התכה בשימוש: תנור אינדוקציה בתדר בינוני, צמד תרמי, מצקת, כור היתוך גרפיט וכו'.
1. התכה של נחושת טהורה
(1) ראשית לחמם את כור ההיתוך לאדום כהה, ולהוסיף שכבה של פחם יבש או חומר כיסוי (בורקס 63% + זכוכית שבורה 37%) בעובי של כ-30-50 ס"מ בתחתית הכור. לאחר מכן הוסיפו שאריות חומרים, בלוקי פסולת וסורגים ברצף, ולבסוף הוסיפו נחושת אלקטרוליטית.
(2) ניתן להניח את אלמנטי הסגסוג הנוספים על הכיריים לצורך חימום מוקדם. חל איסור מוחלט להוסיף חומרים קרים למתכת הנוזלית. יש להזיז את המטען בתדירות גבוהה במהלך כל תהליך ההיתוך כדי למנוע גישור.
(3) הרם את הטמפרטורה כדי להמיס לחלוטין את הסגסוגת. לאחר שהסגסוגת נמסה במלואה והטמפרטורה מגיעה ל-1200-1220 מעלות, 0.3%-0.4% ממשקל נוזל הסגסוגת מתווסף לנחושת זרחנית לצורך ניקוי חמצון. התגובות הבאות מתרחשות בין זרחן לתחמוצת קופרו: 5Cu2O+2P=P2O5+10Cu ו-Cu2O+P2O5= 2CuPO3, גז הזרחן פנטאוקסיד שנוצר בורח מהסגסוגת, פוספט הנחושת יכול לצוף על פני הנוזל, והסיגים מוסרים, ובכך משיגים את מטרת ההתחמצנות. נדרשת ערבוב מתמשך במהלך תהליך הסרת החמצון.
(4) לבסוף, הסיגים מוסרים מהכבשן, וטמפרטורת היציקה של נוזל הסגסוגת היא בדרך כלל 1100-1200 מעלות.
2. התכה של פליז
הסגסוגת על בסיס נחושת עם אבץ כיסוד הסגסוגת העיקרי היא פליז, המחולקת לשתי קטגוריות: פליז רגיל ופליז מיוחד. פליז רגיל הוא סגסוגת בינארית המורכבת מנחושת ואבץ, המשמשת בעיקר לעיבוד לחץ. פליז מיוחד נוצר על ידי הוספת יסודות סגסוגת אחרים (כגון סיליקון, אלומיניום, מנגן, עופרת, ברזל, ניקל וכו') לפליז רגיל. פליז יצוק הוא בעיקר פליז מיוחד.
(1) מרכיבי סגסוגת ודרישות טעינת מתכת. בהרכב הכימי של סגסוגות נחושת, בשל טווח השונות הגדול של המרכיבים העיקריים, בתהליך חישוב המרכיבים, יש לבחור מרכיבים מתאימים על סמך דרישות הביצועים שלהם. ההרכב הכימי של הסגסוגת צריך להתאים ל-GB1176-87. המרכיבים של מספר מרכיבים נפוצים להתכת פליז מפורטים בטבלה 1.
יש צורך שחומר התנור יהיה יבש ונקי, וכל לכלוך וחלודה יש לנקות על ידי ניפוח חול.
(2) יחס מטען על פי נוהלי היציקה הכלליים, הרכב החומרים החדשים צריך להוות יותר מ- או שווה ל-30% ממשקל המטען הכולל, והחומרים הממוחזרים צריכים להיות פחות או שווה ל-70%. עם זאת, בייצור בפועל, אנו רואים שבסגסוגות נחושת יש הרבה חומרים ממוחזרים. כאשר אחוז המסה של חומרים ממוחזרים גדול או שווה ל-90% בשיעור חומרי התנור, איכות ההיתוך עדיין טובה מאוד. ניתוח ספקטרום כימי מוכיח שהרכב היציקות מתאים. כאשר יש הרבה חומר ממוחזר, יש לשקול האם הזיהומים בסגסוגת חורגים מהתקן.
(3) הכנה לפני ההתכה ① הכנת מטען מתכת: המטען הממוחזר הוא יציקות גרוטאות, יציקות מזיגה ומטילים מותכים מחדש מאותו מותג, שצריכים להיות בעלי הרכב כימי ברור. לפני הכניסה לכבשן, נושבת חול משמשת להסרת לכלוך פני השטח, והכבשן נטען לאחר חימום מוקדם (ניתן לחמם מראש את המנה הראשונה של התנור הקר נמס עם התנור); נחושת אלקטרוליטית מפוצצת בחול כדי להסיר לכלוך, ולאחר חימום מוקדם ב-500-550 מעלות כדי להסיר לחות, (ניתן לחמם מראש את המנה הראשונה של נמס תנור קר עם התנור; ניתן לחמם אלמנטים מתכתיים טהורים בכבשן לפני הכניסה לתנור. הגודל המרבי של מטען המתכת לא יעלה על 1/3 מקוטר כור ההיתוך, והאורך לא יעלה על 4/5 מעומק כור ההיתוך. ② הכנת כור ההיתוך וציוד וכלי התכה: כור ההיתוך צריך להיות נקי מסדקים ונזקים אחרים המשפיעים על הבטיחות לפני השימוש. הכור היתוך החדש חייב להתחמם באיטיות בטמפרטורה נמוכה כדי למנוע סדקים; לכור היתוך הישן יהיה המשטח הפנימי נקה את הסיגים; בעת שימוש בכור גרפיט חדש או החלפה סוג סגסוגת ההיתוך, יש להמיס את כור ההיתוך עם אותה סדרת סגסוגות לפני ההיתוך ולשטוף; יש לנקות ביסודיות את מוט הבחוש העשוי מחומרים עקשנים וגרפיט משאריות צבע וחלודה, ולצפות בשכבה של חומר עקשן. או לצבוע, ואז לייבש ולהניח בצד לשימוש; יש לנקות היטב את תבנית המטיל לפני השימוש ולחמם מראש לרמה של 100-150 לאחר מריחת צבע לשימוש.
(4) הכנת חומר כיסוי ושטף ① יש להכניס פחם לתנור אפייה אטום ולאפות בחום של לא פחות מ-800 מעלות למשך 4 שעות. יש למנוע ממנו לספוג לחות כאשר הוא מוכן לשימוש. ②חומר הכיסוי מורכב מ-63% בורקס ו-37% זכוכית שבורה. פחם יבש יכול לשמש גם כחומר הכיסוי. חומרי כיסוי דורשים ייבוש והסרה של פסולת.
(5) תהליך התכה של סגסוגת
① מחממים תחילה את כור ההיתוך לאדום כהה, ומוסיפים 20-40ס"מ פחם בעובי לתחתית.
②הוסיפו נחושת אלקטרוליטית, חיממו במהירות והמסו, לאחר מכן הוסיפו את סגסוגת הביניים בסדר של תחילה עם נקודת ההיתוך הגבוהה ביותר ולאחר מכן עם נקודת ההיתוך הנמוכה ביותר (אם הוספה כזו), ולבסוף הוסיפו חזרה למטען התנור, והוסיפו פחם בו זמנית כדי להבטיח שרמת נוזל הסגסוגת לא תיחשף באוויר.
③ התכת פליז דורשת בדרך כלל גם ניקוי חמצון. לאחר שכל הנחושת נמסה, נחושת זרחנית (מחושבת כ-P מהווה 0.04%-0.06% ממשקל הנחושת המותכת) מתווספת כאשר הטמפרטורה מגיעה ל-1150-1200 תואר עבור דה חמצון. לאחר השוואה מעשית בין דה-אוקסידציה ואי-דיאוקסידציה, איכות פני השטח של יציקות דה-חמצן טובה מזו ללא דה-חמצון.
④הוסף אלמנטים סגסוגת בהתאם לדרישות ההרכב של כל דרגת סגסוגת: הוסף סגסוגת אב של אלומיניום-נחושת בדרגה 1100-1120, הוסף אבץ טהור ואלומיניום טהור בקבוצות בדרגה 1100-1150 במהלך הפסקת חשמל וערבב. בעת המסת פליז סיליקון, יש להוסיף תחילה סיליקון ולאחר מכן אבץ; בעת המסת פליז עופרת, יש להוסיף תחילה אבץ ולאחר מכן עופרת. יש לשלוט בטמפרטורת ההוספה של יסוד אבץ. אם הטמפרטורה יורדת לאחר הוספת אבץ, ניתן לשלוח חשמל ביניים. כאשר הטמפרטורה של נוזל הסגסוגת גבוהה מ-1200 מעלות, אסור להוסיף אבץ.
⑤ הסר את הסיגים מהכבשן, התאם את נוזל הסגסוגת לטמפרטורה הנדרשת על ידי כרטיס תהליך היציקה, ולאחר מכן שחרר אותו במהירות מהכבשן ליציקה. טמפרטורת היציקה של הסגסוגת היא אחד הגורמים המשפיעים על ביצועי היציקה. טמפרטורת התנור הכללית היא ZCuZn38: 1100-1130 מעלות; ZCuZn40Pb2: 1080-1100 תואר; ZCuZn31Al2: 1120-1140 תואר; ZCuZn16Si4: תואר 1100-1140 .
⑥ כאשר מותכים שתי דרגות שונות של סגסוגת וההרכב הכימי שלהן מושפע, יש לשטוף את התנור בין לבין. למשל, השתמשו בכור ההיתוך ובכלים ששימשו להיתוך ברונזה מאלומיניום להמסת ברונזה פח, והכור והכלים חייבים להכיל אלומיניום. למרות שאלומיניום הוא רכיב מוסמך בברונזה אלומיניום, זהו האלמנט המזיק ביותר בברונזה פח. .
ניתן להשיג יציקות מוסמכות לאחר שהסגסוגות הכלליות של נחושת מנוקות חמצון. עם זאת, ברונזה אלומיניום, פליז אלומיניום, ברונזה סיליקון וכו' מתחמצנים בקלות ליצירת תחמוצות Al2O3 ו- SiO2 בנקודת התכה גבוהה, מה שגורם ליציקות ליצור תכלילי סיגים, אותם יש להסיר על ידי זיקוק. חומרי הזיקוק הנפוצים כוללים: נתרן כלורי עם יחס מסה של 60% +40% קריוליט או 20% קריוליט +20% פלואוריט +60% נתרן פלואוריד וכו'.
3. התכה של ברונזה
ניתן לחלק ברונזה יצוקה לברונזה פח וברונזה ללא פח לפי הרכבה. ברונזה פח היא סגסוגת על בסיס נחושת עם פח כאלמנט הסגסוגת העיקרי. יש לו עמידות בפני שחיקה טובה, עמידות בפני קורוזיה, חוזק טוב ופלסטיות. ברונזה נטולת פח כוללת ברונזה אלומיניום, ברונזה עופרת, ברונזה סיליקון וכו' המכילים אלמנטים עיקריים שונים. לדוגמה, ברונזה אלומיניום היא סגסוגת על בסיס נחושת עם אלומיניום כאלמנט הסגסוג העיקרי.
(1) מרכיבי סגסוגת ודרישות טעינת מתכת. המרכיבים להתכה של מספר סגסוגות ברונזה נפוצות מופיעים בטבלה 2.
דרישות: מותר להוסיף {{0}}.7%~0.9%Ni ו-0.3%~0.4%Mn לתוך סגסוגת ZCuAl10Fe3 כדי לשפר את התכונות המכניות של הסגסוגת.
(2) יחס טעינת תנור: חלקם של חומרים חדשים במשקל הכולל של מטען התנור צריך להיות גדול או שווה ל-30%, והחומרים הממוחזרים צריכים להיות פחות או שווה ל-70%.
(3) הכנה לפני ההתכה ההכנה לפני ההתכה של ברונזה זהה לזה של התכת פליז. יש להכניס פחמים לתנור אפייה אטום ולאפות בחום של לא פחות מ-800 מעלות למשך 4 שעות. יש למנוע ממנו לספוג לחות כאשר הוא מוכן לשימוש. יש לטחון אפר קש לאבקה, להסיר לחות ולייבש היטב. שימו לב לאיגון לחות לפני השימוש. חומרי כיסוי דורשים ייבוש והסרה של פסולת.
(4) תהליך התכת סגסוגת ישנם סוגים רבים של ברונזה יצוקה. רק כמה סגסוגות טיפוסיות נדונות כאן. סגסוגות נחושת אחרות מאותו סוג יכולות לשמש כאסמכתא.
התכה של ZCuSn10Pb1 ו-ZCuPb10Sn10: ① מחממים תחילה את כור ההיתוך לאדום כהה, ומוסיפים פחם בעובי 20 ס"מ-40ס"מ לתחתית. ②הוסף נחושת אלקטרוליטית, חימם במהירות והמס אותה, ולאחר מכן הוסף את החומרים הממוחזרים, והוסף פחם בו-זמנית כדי להבטיח שמפלס נוזל הסגסוגת לא ייחשף לאוויר. ③ לאחר המסת המטען המוחזר, הוסף נחושת זרחתית (בדרך כלל 0.5% ממשקל המטען, וניתן להוסיף את כל הנחושת הזרחתית המשמשת בהמסת ברונזה זרחנית-פח). ④ הוסף אבץ, פח ועופרת ברצף (בהתאם למרכיבים). לאחר שהטעינה הקודמת נמסה לחלוטין, מוסיפים את הבאה ומערבבים את נוזל הסגסוגת ברציפות. ⑤כוונן את הטמפרטורה של נוזל הסגסוגת בין 1100-1150 מעלות. ⑥לשבור סיגים מהכבשן, להוסיף נחושת זרחתית (בדרך כלל 0.1% ממשקל המטען), לשחרר חמצון, לערבב באופן שווה, ולפזר שכבה של אפר קש על פני נוזל הסגסוגת, להתאים את נוזל הסגסוגת לטמפרטורה הנדרשת על ידי כרטיס תהליך היציקה (בדרך כלל 1130 -1180 מעלות), ואז שפכו במהירות מהכבשן.
התכה של ZCuAl10Fe3 ו-ZCuAl10Fe3Mn2: ① אין להשתמש בכור היתוך שהמיסו סגסוגות אחרות כדי להמיס את שתי הסגסוגות הללו. ② מחממים את כור ההיתוך לאדום כהה ומוסיפים את השטף המוכן. (הרכב שטף: קריוליט 20% (אחוז מסה), נתרן פלואוריד 60%, סידן פלואוריד 20%). ③ הוסף יריעות פלדה דקיקות דל פחמן שחוממו מראש לכ-200 מעלות וחומרים ממוחזרים בו-זמנית, ערבבו את הסגסוגת לאחר ההמסה והעלו את הטמפרטורה ל-1150-1180 מעלות. ④ הוסף 0.3% ממשקל הסגסוגת של נחושת זרחתית לניקוי חמצון, והוסף שטף. ⑤ הוסף אלומיניום טהור ומנגן טהור (בהתאם למרכיבים) שחומם מראש ל-200 מעלות בקבוצות. לאחר הוספת כל אצווה, לחץ אותה פנימה בעזרת מוט ערבוב כדי להמיס אותה במהירות, וערבבו ללא הרף כדי שהמרכיבים יהיו אחידים, ** לבסוף, כוונו את הטמפרטורה של נוזל הסגסוגת ל-1120-1220 מעלות. ⑥כסו את הסיגים באפר קש, התאם את טמפרטורת הסגסוגת בהתאם לכרטיס תהליך היציקה (בדרך כלל 1160-1200 מעלות), ולאחר מכן התאם במהירות את תהליך היציקה.
4． אמצעי בטיחות
ייצור בטיחותי הוא דרישה בסיסית בתעשיית היציקה. ההתכה של נחושת טהורה וסגסוגות נחושת חייבת:
(1) על המפעילים ללבוש ציוד מגן, לשמור על מקום העבודה נקי, ולא לאפשר הצטברות של מים או פסולת.
(2) לפני הפעלת התנור, בדוק אם הציוד בו נעשה שימוש תקין. אם יש גורמים לא בטוחים, יש לבטל אותם בזמן.
(3) חימום מוקדם יכול להתבצע רק לאחר בדיקה מדוקדקת ואישור כי אין חומרים נפיצים או מסוכנים במטען.
(4) אין לבוא במגע עם נוזל הסגסוגת בכלי התכה ויציקה, כגון מוטות ערבוב, כפיות ברזל, כלי להסרת סיגים וכדומה, ללא חימום מוקדם.
(5) את נוזל הסגסוגת שנותר במהלך היציקה יש לשפוך לתוך תבנית המטיל שחומם מראש ואסור לשפוך ישירות על הקרקע או לשפוך חזרה לכבשן.
5. מספר נושאים שכדאי לשים אליהם לב במהלך ההתכה
(1) יש לשלוט על זמן ההיתוך. הזמן מתחילת ההיתוך ועד סוף ההיתוך (הסגסוגת יוצאת מהכבשן) נקרא זמן התכה. משך זמן ההיתוך לא רק ישפיע על הפרודוקטיביות, אלא גם ישפיע באופן משמעותי על איכות החלקים היצוקים. מכיוון שזמן ההיתוך גדל, קצב שריפת היסודות של הסגסוגת עולה והסיכוי לספיגת גז עולה. לכן, עבודת ההיתוך צריכה להסתיים בזמן הקצר ביותר האפשרי. במידת האפשר, יש להגביר את טמפרטורת החימום מראש של המטען ככל האפשר, והפעולה צריכה להיות קומפקטית ומהירה.
(2) מוט הבחישה המשמש להתכה צריך להיות מוט פחמן. יסודות מסוימים בסגסוגות נחושת, כגון ברזל ועופרת, קיימים בצורה של תערובות מכניות כאשר הם נמסים. ישנם גם אלמנטים הנוטים לייצר הפרדה וריבוד של משקל סגולי עקב צפיפויות שונות. הפרקטיקה הוכיחה שאלמנטים אלה יכולים לגרום בקלות להרכב כימי לא מוסמך ולתכונות מכניות בלתי מסויגות במהלך תהליך ההיתוך והיציקה. כדי להתגבר על תופעה זו, עלינו להשתמש בערבוב, שהוא חלק בלתי נפרד מההתכה והמזיגה. עם זאת, ערבוב בדרך כלל אינו נדרש במהלך מדידת טמפרטורה וקירור. הרכב החומר של הבוחש המשמש הוא בדרך כלל גרפיט. הסיבה לכך היא שאם נעשה שימוש בחומרי ערבוב אחרים כגון מוט ברזל, מוט הברזל יימס במהלך תהליך הערבול, וישפיע על ההרכב הכימי של הסגסוגת. יחד עם זאת, אם מוט הברזל מחומם מראש בטמפרטורה גבוהה יותר בכבשן או זמן הערבול ארוך יותר, התחמוצות על מוט הברזל ייכנסו לנוזל הסגסוגת ויהפכו לזיהומים; אם מוט הברזל מחומם מראש בטמפרטורה נמוכה יותר, הסגסוגת תערבל במהלך הערבול. כדי להיצמד למוט הברזל, ניתן לראות זאת בייצור.
(3) בעיות בשימוש בחומר כיסוי במהלך ההתכה. בהתכת סגסוגות נחושת, כמות חומר הכיסוי היא בדרך כלל: 0.8%-1.2% ממשקל המטען בעת שימוש בזכוכית ובבורקס, מכיוון שעובי שכבת הכיסוי חייב להיות נשמר ב-10- 15ס"מ; בעת שימוש בפחם, המינון הוא בערך 0.5%-0.7% ממשקל המטען, ויש לשמור על עובי שכבת הכיסוי ב-25-35ס"מ. זמן ההסרה של חומר הכיסוי מתבצע בדרך כלל לפני המזיגה. אם נעשה מוקדם מדי, זה יגביר את החמצון וספיגת האוויר של סגסוגת הנחושת. אם משתמשים בפחם כחומר הכיסוי והאפקט של חוסם הסיגים טוב, אין צורך להסיר את חומר הכיסוי, כדי שיוכל למלא תפקיד חוסם סיגים גם בתהליך היציקה, והאפקט אידיאלי יותר.
