Руководства, Инструкции, Бланки

Плавка Бронзы В Домашних Условиях Пошаговая Инструкция

Категория: Инструкции

Описание

Бронза - температура плавления

Бронза - температура плавления. Как делаются изделия из бронзы

Бронза представляет собой сплав из меди и другого дополнительного элемента, в качестве которого чаще всего выступает олово, свинец, алюминий или кремний. В зависимости от процентного показателя данных металлов, бронза может иметь разный цвет и дополнительные характеристики.

Немного истории

Бронза является фактически первым сплавом, который начало использовать человечество. В 3-м тысячелетии до н. э. мастера активно применяли медь для самых разных целей. Некоторые сорта руды содержали незначительный процент олова. При обработке данного материала люди заметили, что такая медь более плотная и твердая, чем обычная. Таким образом, это стало зарождением нового исторического и культурного периода, который известен сейчас как "эпоха бронзы". Дальнейшие исследования привели к тому, что было открыто олово, которое начали специально добавлять в медь для получения качественного сплава для изготовления инструментов и украшений.

Металлургия бронзы качественно повысила производительность самых разных отраслей, которыми было занято человечество на тот момент. Плавление постепенно совершенствовалось, и люди начали изготавливать специальные каменные формы, в которых различные изделия можно было отливать многократно. Постепенно были изобретены закрытые формы, которые позволяли делать оружие и украшения со сложной конструкцией и рисунком.

Основные характеристики

Широкое применение данного материала определяется его базовыми показателями. Для бронзы характерны такие отличительные черты, как:

  • высокая сопротивляемость коррозии;
  • прочность;
  • высокий уровень электро- и теплопроводности;
  • повышенные показатели сопротивления износу;
  • низкий коэффициент процесса трения;
  • отличные показатели стойкости в морской воде, на открытом воздухе и в различных органических растворах;
  • высокие показатели паростойкости;
  • легкость в обработке.

Бронза, температура плавления которой составляет около 930-1100 градусов, имеет отличные показатели прочности и стойкости. Особенно если сравнивать ее с другими подобными сплавами.

Классификация бронзы

Несмотря на то что "эпоха бронзы" давно прошла, на сегодняшний день используются несколько вариантов данного материала. По составу сплав распределяют на следующие типы:

  • безоловянный (не содержит олово);
  • оловянный.

В первую группу дополнительно включают бериллиевый, алюминиевый, свинцовый и кремниецинковый типы.

  1. Бериллиевая бронза – это самый стойкий и прочный сплав, который по своим базовым характеристикам превосходит даже сталь высокого уровня качества.
  2. Кремниецинковый вид в расплавленном состоянии отличается высокими показателями текучести.
  3. Свинцовая бронза – вид сплава, который обладает повышенной стойкостью и устойчивостью.
  4. Алюминиевая бронза отличается от других типов стойкостью перед химическими раздражителями и негативными влияниями окружающей среды.

Что касается второго подвида бронзы, то оловянный тип на сегодняшний день считается самым распространенным в промышленности, несмотря на тот факт, что другие виды сплавов превосходят его по отдельным характеристикам.

Сферы использования бронзы

Применение данного сплава определяется его базовыми характеристиками. Достаточно часто в бронзу добавляют различные дополнительные составляющие, которые характерным образом меняют и дополняют ее особенности.

Что касается оловянного подвида сплава, то он применяется еще с древних времен. Особенно популярны были различные изделия из бронзы – украшения, статуэтки, предметы быта и др.

Чтобы повысить стойкость сплава перед коррозией, в него добавляют никель, цинк, фосфор и другие подобные элементы. Чаще всего такой материал используется для изготовления всевозможных инструментов для мореплаванья.

Алюминиевый и кремниецинковый виды применяются, как правило, для создания предметов искусства.

Плавление бронзы в домашних условиях

В современном мире изготавливается множество изделий на основе данного сплава. Для того чтобы сделать какое-либо украшение или изделие в домашних условиях, следует учитывать такие факторы, как основные характеристики, которыми обладает бронза, - температура плавления материала и др. В качестве вспомогательных устройств потребуются следующие вещи:

Последовательность выполнения процесса
  1. В тигель закладываются отдельные куски металла, а он сам помещается в печь. Потом устанавливается регулятор нагрева, и бронза, температура плавления которой зависит от ее составляющих элементов, начинает менять форму.
  2. После этого тигель достается из печи при помощи крюка, а сам сплав заливается в подготовленную форму.
  3. Бронза, температура плавления которой относительно невысокая, позволяет заменять муфельную печь автогеном или паяльной лампой.

Подобная последовательность подойдет и для работы с другими сплавами меди. Поскольку, например, температура плавления бронзы и латуни находится приблизительно в одном и том же диапазоне - 930-1140 и 880-950 градусов соответственно.

Меры предосторожности

Плавление металлов в домашних условиях совсем не означает, что это можно делать просто в жилом помещении без каких-либо ограничений. Для литья бронзы понадобится отдельная комната, выполняющая функции мастерской, которая должна быть оснащена всем необходимым для этого процесса оборудованием и средствами личной защиты. Мастерская обязательно должна быть оборудована рабочим огнетушителем, а в самом помещении не могут храниться легковоспламеняющиеся материалы и вещества.

Кроме этого, плавление бронзы считается достаточно травмоопасным занятием, поэтому выполнение всех необходимых этапов данной процедуры должно осуществляться только подготовленным человеком.

Особые моменты

Для отливки различных тонких металлических изделий предпочтение следует отдать латуни, поскольку она плавится гораздо легче, чем бронза. Что касается оборудования, то выбор лучше сделать в сторону тиглей из керамики и глины, поскольку они более подходят для работы с данным сплавом.

Относительно переплава старинной бронзы следует сказать, что при данной процедуре надо быть особенно внимательным, поскольку в ее составе может быть мышьяк.

Следует также учитывать количество примесей, которые имеет бронза. Температура плавления материала в зависимости от этого может значительно отличаться. Для оловянистого сплава показатели находятся в пределах 900-950 градусов, тогда как для безоловянистых нужно около 950-1080.

Бронза представляет собой сплав меди с добавлением различных цветных металлов. Данный материал отличается стойкостью, твердостью и устойчивостью к процессу коррозии. В прошлом бронза использовалась для изготовления различных орудий, украшений, оружия и скульптур, а в настоящее время к данному сплаву добавляют другие металлы для получения особых характеристик. Благодаря этому алюминиевая бронза используется при изготовлении различных деталей трубопроводов и самолетов, кремниевая – в мореходстве, а фосфорная – для различных пружин и деталей электротехнического оборудования.

плавка бронзы в домашних условиях пошаговая инструкция:

  • скачать
  • скачать
  • Другие статьи

    Литье латуни

    posted 20-2-2007 23:28 убирать пенку из тигля перед литьем
    плавить в стойком к флюсу тигле и с флюсом
    Перегревать латунь-бронзу обязательно.
    Подогревать кокиль или форму докрасна
    Форма должна быть абсолютно сухая и газопроницаемая, то есть слегка пористая.
    Мелочь типа больстера или навершия без давления лить почти нереально. Только как болванки. Поверхностное натяжение у металла огромное, он в углы не заходит.
    Кран-буксы например льют либо центробежкой, либо давлением.
    Свинец - не показатель, у него как раз одно из самых низких значений поверхностного натяжения. Он растекается в блин. И тяжелый, сам себя давит в щели.

    В принципе, если перегревать на 100-200 градусов металл и сильно греть форму, то наверное можно и мелочь чисто отливать. Только отливки золотые по цене выйдут ИМХО.

    posted 21-2-2007 02:05 Дмитрий М. Очень четко и правильно изложил основные принципы получения нормальной отливки. Теперь немного подробнее.
    Литейные свойства металла определяются двумя основными противоположными свойствами - жидкотекучестью и густоплавкостью.
    С практической точки зрения жидкотекучесть показывает способность металла заполнять литейную форму. Оптимальных значений она достигает при нагреве в среднем на 150. 200 градусов выше температуры плавления.
    Противоположность жидкотекучести - густоплавкость. Густоплавкие металлы даже при перегреве остаются густыми, вязкими и будут плохо заполнять формы. К их числу относятся сталь, чистое серебро, медь и ее сплавы.
    Конкретно по латуни:
    Для плавки лучше брать металл от деталей, полученных отливкой. В основном это сантехника (литые латунные краны, втулки, тройники и т.д.). Этого добра полно на любом строительном рынке.
    Если на форме предусмотреть литниковую чашу достаточно больших размеров, то куски металла можно сложить непосредственно на нее, и разогрев металла и формы производить одновременно. Желательно в форме иметь шлакоулавливатель, который избавляет от геморроя в виде окислов и остатков флюса.
    Использование флюса обязательно т.к. цинк, входящий в состав латуни, имеет гораздо меньшую температуру плавления и активно выгорает при контакте с кислородом. Флюс должен работать как при температуре плавления латуни, так и при температуре на 200 градусов выше.
    Форму можно вылепить из шамотной глины (строительный рынок), мелкодробленого шамотного кирпича (там же) и мелких древесных опилок. Соотношение приблизительно 40% + 40% + 20% по объему. Готовую форму высушить и предварительно прокалить.
    Лить латунь только через центробежку. Простейшие центробежки легко сделать самому. Центробежкой можно по выплавляемым моделям лить сразу готовые больстеры и навершия.

    Вообще говоря, литье в домашних условиях - большой геморрой, но если отработать технологию, то дело того стоит.
    Подробнее о литье можно прочитать в книге Коваль Е. ' Работы по металлу. Пособие для начинающих'.

    posted 24-2-2007 00:20 По роду своей деятельности иногда занимаюсь литьём цветных сплавов- подскажу, что знаю.
    Латунь и бронза легко льются дома. Для формы
    я беру стоматологическую формовочную смесь
    Силикан-Спофа, Чехия. Плавлю в шамотном толстостенном тигле, латунь от краников лью
    при 900-950 град. также и легкоплавкую бронзу
    с %олова 10- 15. Форму прокаливаю по даташиту на состав, т.е. до 900 град. с последующим
    остыванием до 200 для латуни, до 500- 600 для
    бронзы. Обязательно несколько раз перемешивать расплав керамической или берёзовой палочкой, флюс можно уголь древесный. Перед разливкой надо снять шлак ложкой (столовой) Проливается без всякого вакуума в малейшие щели (до 0.1 мм.)Литник простейший- питатель и литниковая чаша.
    Со школьной муфелькой я дома лью до 4-х кг.
    бронзы. На ваших фотках видно, что шлак не снят, и выливали всё до конца, со всеми соплями.А по виду пузырей- как в сырую гипсовую форму лили! Если хорошо нанести формовочную смесь на восковую модель (а я
    пишу про этот способ литья) то не будет никаких корольков(шариков) на отливке,
    обработка минимальна.

    posted 24-2-2007 17:01 Вот в сети нарыл, сейчас не помню откуда.


    на сайте Web
    Выпуск 21 Ремесла Микролитье

    После того как человечество научилось выплавлять металл, стало развиваться литейное искусство. Вероятнее всего, первые отливки были сделаны в Древнем Египте. Но раскопки показали, что и на территории Кавказа уже в третьем тысячелетии до новой эры тоже применялись совершенные методы плавки и литья металла. Литье было наиболее легким видом обработки металла, и люди использовали это. Нужным в обиходе металлическим вещам они придавали художественную форму.

    Применяя способ литья по восковым моделям, античные художники добились виртуозной техники микролитья.

    На Руси художественным литьем занимались вначале исключительно женщины. Они сплетали из нитей, пропитанных воском, ажурные украшения, похожие на филигрань, и, обмазав глиной, давали просохнуть. Потом форму прокаливали и заливали металлом. Остывшую форму разрушали так, чтобы не портилась отливка. Были формы и постоянные-вырезали их из мягкого камня. В такие формы можно было отливать неоднократно.

    Как овладеть технологией микролитья? Главное - тщательно продуманная подготовка и подробные записи о выполняемой работе. Это поможет учесть первые ошибки, а в будущем даст возможность экспериментировать.

    Все оборудование для микролитья вы можете сделать сами. Опока - это отрезок трубы с толщиной стенки 2-3 мм. Заготовить нужно несколько опок различного диаметра для моделей разной величины. Но учтите, что самая большая опока должна свободно умещаться в подставке ручной центрифуги.

    Центрифуга изготовляется так. В деревянную ручку пропустите металлический стержень толщиной около 5 мм. К стержню неподвижно прикреплена серьга. Ручка должна свободно вращаться на стержне. Подставку для опоки изготовьте из железа. Диаметр ее 7-8 см, высота бортика 2,5-3 см. К бортику приклепайте скобу высотой II-12 см от основания подставки. Вверху скобы приварите или сделайте витое кольцо. Соедините его с серьгой проволочным коромыслом с согнутыми на концах кольцами. Места соединения должны быть прочными и подвижными. Длина коромысла 25-30 см, толщина 4 мм. Чтобы уверенно пользоваться центрифугой, потренируйтесь сначала: поставьте в нее сосуд с водой и вращайте, стараясь не пролить воду.

    Наиболее простой аппарат для плавки металла состоит из портативного баллончика с пропаном, бронированного шланга к нему и самодельной горелки.

    Отрежьте от железной трубы подходящих размеров втулку для сопла горелки. Затем, прорезав в нескольких местах ножовкой край трубки, ковкой сузьте на конус одну из сторон и опилите. После этого вдоль втулки просверлите и пропилите отверстия. Из латуни выточите пробку и плотно вгоните молотком в сопло. В центре пробки просверлите отверстие и нарежьте резьбу для трубки, которая будет подавать газ в горелку. Трубку подберите с таким расчетом, чтобы в ней можно было нарезать резьбу для капсюля. Капсюль вывинчивают из шланга. Трубку с капсюлем ввинтите в пробку, аккуратно изогните и насадите на другой конец ручку из дерева или эбонита. Бронированный шланг удлините прочным резиновым, способным выдержать давление газа.

    Регулируйте подачу газа краном, расположенным на шланге. Зажигайте горелку при минимальной подаче газа, а потом увеличивайте пламя. Горелка развивает температуру до 1000 градусов-ее вполне достаточно, чтобы заниматься художественным микролитьем.

    Во время работы с горелкой баллон не должен находиться пядом с пламенем.

    Различных сплавов для мелких отливок существует множество. Можно взять, например, такой: 63,7 процента меди, 33,5 процента цинка, 2,55 процента олова, 0,25 процента свинца. Пусть вас испугают десятые и сотые доли процента - не обязательно слишком точно придерживаться этой пропорции.

    Материал для модели-воск, для формы-гипс, тальк. Тальк можно заменить порошком пемзы.

    Хорошо продумайте, что вы будете отливать, потом приступайте к изготовлению восковой модели. Учтите, что расплавленный металл повторит все огрехи модели, поэтому тщательно отделывайте ее.

    К модели прикрепите расплавленным воском металлические литниковые штифты толщиной 1-2 мм. Хороший штифт получается из швейной иглы, если отломать острие. Чаще всего для равномерного и быстрого заполнения формы требуется несколько штифтов-в этом случае они обязательно должны пересекаться в одной точке, где также скрепляются воском.

    Впоследствии точка пересечения окажется вне формовочной массы - это видно на рисунке.

    Учитывая габариты модели, подберите опоку. Высота опоки определяется с таким расчетом, чтобы расстояние между ее воображаемым дном и моделью составляло 1-1,5 см, а вверху можно было вырезать в формовочной массе литниковую чашу для плавки металла.

    Формовочную массу приготовьте из двух частей гипса и одной части талька или пемзового порошка. Хорошо перемешайте состав и засыпайте в воду. Масса должна приобрести консистенцию негустой сметаны.

    Поставьте опоку на лист асбеста и заполните формовочной массой. Пока масса не затвердела, возьмите модель за штифт и погрузите в нее, слегка вибрируя, чтобы удалить пузырьки воздуха. Не раньше чем через полчаса скальпелем вырежьте литниковую чашу и плоскогубцами осторожно удалите штифты. Литниковые каналы, оставшиеся после удаления штифтов, должны располагаться в центре литниковой чаши, имея каждый самостоятельный выход.

    Поместите опоку в духовку литниковыми каналами вниз и в продолжение двух часов постепенно (иначе пар разорвет форму) повышайте температуру до 350 градусов. После этого положите опоку боковой стороной на газовую плиту, подстелив лист асбеста, и, увеличивая огонь, выжгите оставшийся воск, время от времени поворачивая опоку для равномерного прогрева. Продолжайте нагрев и после того, как выгорит весь воск: отжиг необходим для повышения газопроницаемости формы. Как только стенки опоки станут красными, перенесите ее в ручную центрифугу. В литниковую чашу аккуратно заложите нужное количество металла и начните плавку, подсыпав немного буры. Плавящийся металл не пойдет без давления в узкие литниковые каналы. Но вот металл расплавлен весь, вы начинаете быстро вращать центрифугу, и металл устремляется в форму. Двадцати оборотов центрифуги достаточно, чтобы не только заполнение формы, но и кристаллизация металла произошли под давлением.

    Чтобы извлечь отливку из формы, надо горячую опоку подставить под струю воды, направленную в литниковую чашу. Форма разрушится.

    Отливку отбелите в пятнадцатипроцентном растворе серной кислоты.

    Из мелких фрагментов можно с помощью пайки монтировать более крупные художественные произведения.

    Занимаясь микролитьем, не забывайте ни на минуту о технике безопасности. Внимательно прочтите и запомните инструкцию, как обращаться с газовыми баллонами,-такая инструкция есть в каждом обменном пункте баллонов. Приготовляя раствор серной кислоты, помните, что нужно кислоту лить в воду и ни в коем случае не наоборот. Раствор нужно готовить осторожно, не проливая кислоту. Прорезиненный фартук, резиновые перчатки, очки необходимы.


    по книге "Прекрасное - своими руками"
    составитель С. Газарян

    Разработано в студии "Family Group". Дизайн - Резников Артем

    Особенности плавки медных сплавов - Все о металлургии


    Плавку меди ведут на воздухе, в среде защитных газов и в вакууме. При плавке на воздухе медь окисляется. Образующаяся закись (Cu2O) растворяется в жидкой меди Содержание кислорода в расплаве определяет выбор состава футеровки плавильных печей. Для плавки меди с повышенным содержанием кислорода используют футеровку из магнезита Применение футеровки из кремнезема SiO2 в этом случае недопустимо из-за возможного оплавления ее при взаимодействии с закисью меди с образованием легкоплавких силикатов: mCu2O+nSi02 → mCu2O*nSiO2.
    Расплавленная медь взаимодействует с сернистым газом с образованием сульфида Cu2S и интенсивно растворяет водород (до 24 см3 на 100 г). Между содержанием кислорода и водорода в расплавленной меди устанавливается динамическое равновесие, характеризуемое диаграммой Аллена (рис. 118).


    Взаимодействие с газами идет тем интенсивнее, чем выше температура перегрева расплава. Для предохранения от окисления и поглощения водорода плавку меди ведут под покровом древесного угля, в восстановительной или защитной атмосфере. Необходимым условием применения древесного угля является тщательная сушка, а в ряде случаев прокалка его для удаления адсорбированной влаги и продуктов сухой перегонки. Однако и при соблюдении всех мер предосторожности окисление все же происходит; некоторое количество кислорода обнаруживается в меди после расплавления.
    Содержание кислорода в расплавленной меди может быть определено по его активности. Этот метод основан на измерении электродвижущей силы высокотемпературного концентрационного (по кислороду) гальванического элемента, одним из электродов которого служит исследуемый расплав. Вторым электродом является электрод с известным постоянным окислительным потенциалом. Содержание кислорода в твердой меди определяют металлографическим путем по площади, занимаемой эвтектикой (Cu + Cu2O) или методом вакуум-плавления.
    Для удаления кислорода медь раскисляют. Используют несколько способов очистки расплавленной меди от кислорода: «дразнение», вакуумную переплавку, раскисление нерастворимыми поверхностными и растворимыми раскислителями, фильтрование через слой раскаленного древесного угля
    Удаление кислорода дразнением является обязательной операцией в процессе огневого рафинирования меди от металлических примесей как на заводах первичной металлургии, так и при переплавке скрапа и отходов. Дразнению подвергают медные расплавы, прошедшие огневое (окислительное) рафинирование и содержащие 3—7 % закиси меди. Для этого с поверхности расплава снимают шлак, засыпают На нее слой древесного угля и создают в печи восстановительную атмосферу. Дразнение осуществляют погружением в расплав сырой древесины. Водяной пар и продукты сухой перегонки, выделяющиеся при этом, интенсивно перемешивают и разбрызгивают расплавленную медь, выбрасывая капли расплава в восстановительную атмосферу.
    Во время дразнения происходит восстановление окисленной меди по реакциям: 4Cu2О + CH4 → CO2 + 2Н2О + 8Cu; Cu2O + CO → CO2 + 2Cu; 2Cu2О + С → CO2 + 4Cu; Cu2O + H2 → H2O + 2Cu, в результате чего содержание кислорода в меди постепенно снижается. Ход процесса раскисления контролируют по показаниям концентрационного элемента, установленного в печи, либо отбором технологических проб на излом или усадку.
    Окисленная медь имеет в изломе грубую структуру темнокрасного (кирпичного) цвета и кристаллизуется с образованием сосредоточенных (концентрированных) раковин; светло-розовый мелкокристаллический излом с большим количеством газовых раковин и выпучиванием металла при кристаллизации — показатели того, что металл «передразнен» (содержит много водорода). Оптимальному раскислению соответствует мелкокристаллический светло-розовый излом с ровной без вспучивания и раковин поверхностью пробы.
    Плавка в вакууме, используемая для получения бескислородной меди, позволяет в результате диссоциации закиси меди снизить содержание кислорода до 0,001 %.
    Удаление кислорода с помощью раскислителей широко применяется при плавке меди на воздухе Для этого в расплав вводят вещества, имеющие большее сродство к кислороду, чем медь. В качестве поверхностных раскислителей используют карбид кальция CaC2, борид магния Mg3B2, углерод и борный шлак (B2O3* MgO). Восстановление меди может идти по реакциям: 5Cu2O + CaC2 → CаО + 2С02 + 10Cu, 6Cu2O + Mg3B2 → 3MgO + B2O3 + 12Сu и т. д. Расход поверхностных раскислителей составляет I—3 % от массы расплава.
    Из растворимых раскислителей чаще всего применяют фосфор, который вводят в виде лигатуры медь — фосфор (9—13 % Р). В зависимости от содержания кислорода в меди количество фосфора принимают в пределах 0,1—0,15 % от массы расплава. Восстановление меди может сопровождаться образованием пара P2O5 и одновременно CuPO3, находящейся при температурах рафинирования в жидком состоянии, т. е. образующиеся окисел и соль легко удаляются из расплава. Медь, используемую для электротехнических целей, раскисляют литием (0,1 %), так как избыток фосфора резко снижает ее электропроводность. Использование для раскисления меди угольных фильтров основано на взаимодействии Cu2O с углеродом по реакции, рассмотренной выше.
    Плавку бескислородной меди ведут в индукционных печах с железным сердечником в среде сухого, обеспыленного генераторного газа под слоем древесного угля (100—150 мм) или в вакуумных высокочастотных печах. Генераторный газ должен содержать более 25 % CO, менее 5 % CO2, не более сотых долей процента водорода и кислорода, остальное азот. Обеспыливание газа производят в циклоне, а сушку — в колонке, наполненной хлористым кальцием.
    Шихтой для выплавки бескислородной меди служат катодные листы марки MO (99,95 %) и отходы бескислородной меди (не более 15 % от массы шихты). Перед загрузкой в печь катодные листы разрезают, промывают от остатков электролита и просушивают. Разливку бескислородной меди ведут в атмосфере защитного газа пли в вакууме. Температура металла при литье 1170—1180 °С.
    Плавку меди, содержащей металлические примеси, ведут в отражательных печах емкостью 20—50 т. Футеровку печей выше уровня металла выполняют из магнезита. Подина печи — кварцевая, набивная. Набивку подины производят сухим песком с добавкой небольшого количества меди или медной окалины. Шихтой для плавки служат всевозможные отходы (обрезь, отходы производства, промышленный и бытовой лом). Особенность плавки — окислительно-восстановительное рафинирование с целью удаления вредных примесей. Окисление примесей достигается созданием в печи окислительной атмосферы и продувкой расплава воздухом. Давление воздуха (98—490 кПа) и длительность продувки (30—60 мин) определяются объемом расплава и глубиной плавильной ванны. Для ускорения окисления в расплав вводят окислители (оксиды, нитраты) или продувают его кислородом. Образующаяся при этом закись меди растворяется в расплаве и тем самым доставляет кислород к примесям. Поскольку примеси обладают более высоким сродством к кислороду, окисляясь, они восстанавливают медь. Оксиды примесей переходят в шлак. Энергичное перемешивание ускоряет ошлакование.
    Шлаки медной плавки богаты закисью меди. Для уменьшения содержания меди в состав шлака вводят оксиды, у которых основность выше, чем у Cu2O, и которые могли бы вытеснять Cu2O из шлака в металл по реакции (Cu2O*SiO2) + (Ме'О) → (Мe'O*SiO2) + [Cu2O]. Такими оксидами являются CaO, MnO, FeO и др. В практике производства медных сплавов для этой цели чаще всего используют основной мартеновский шлак, содержащий 25— 40 % CaO, 10—15 % FeO, 10—15 % Al2O3, 8—12 % MnO и 25—30 % SiO2 в количестве 1,5—2 % от массы шихты. Для разжижения шлака в него вводят присадки плавикового шпата (CaF2), соды или криолита. Окисление ведут до тех пор, пока содержание Cu2O в меди не достигает 6—8 %. Об окончании окислительного периода судят по изломам проб. Плотный, крупнокристаллический излом кирпично-красного цвета свидетельствует о том, что окисление прошло достаточно полно.
    После удаления шлака медь раскисляют дразнением. Длительность операции (1—1,5 ч) определяется объемом металла. Поверхность расплава в этот период покрывают древесным углем, а в печи создают восстановительную атмосферу (коптящее пламя). Контроль процесса раскисления в производственных условиях осуществляют отбором проб на излом. Ввиду того что дразнением невозможно удалить кислород полностью, во время заливки производят дораскисление фосфористой медью (0,1—0,15 % от массы металла).
    В ряде случаев для нейтрализации вредного влияния примесей висмута и свинца медь подвергают модифицированию. С этой целью в медные расплавы вводят 0,2—0,3 % (по массе) кальция, церия или циркония. Образуя тугоплавкие интерметаллиды со свинцом и висмутом (Ca2Pb 1100 °C; CePb3 1130 °С; ZrPb 2000 °С; Ce3Bi 1400 °C; Ce4Bi3 1630 °С), эти присадки предотвращают выделение легкоплавких элементов по границам зерен.
    Плавка большинства медных сплавов на воздухе также сопровождается окислением и насыщением водородом. Окисляются преимущественно легирующие компоненты, поскольку в большинстве своем они имеют более высокий изобарный потенциал образования оксида, чем медь. По этой причине легирующие элементы (Al, Be, Sn и др.) раскисляют медь, образуя твердые, жидкие или газообразные оксиды. Окисление сплавов, содержащих алюминий, бериллий или титан, происходит с образованием тонкой, плотной окисной пленки на поверхности расплава. Наличие такой пленки тормозит окисление. Поскольку окисная пленка в процессе плавки неоднократно разрушается (перемешивание, рафинирование, модифицирование), обрывки ее могут замешиваться в расплав и попадать в отливку.
    За исключением латуней и нейзильберов, растворению водорода в которых препятствует высокое давление паров цинка, все другие медные сплавы интенсивно поглощают водород и при кристаллизации склонны к газовой пористости. В большей степени этому подвержены сплавы с широким интервалом кристаллизации. В зависимости от состава сплава и условий плавки содержание водорода может составлять от 1,5 до 20 см3 на 100 г металла.
    Для защиты от окисления плавку сплавов ведут под покровом древесного угля или флюсов на основе фторидов, стекла, соды и других солей (табл. 35). Наиболее часто применяют древесный уголь. Степень загрязнения сплавов оксидами и водородом зависит от состава атмосферы печи. Восстановительная атмосфера способствует получению более газонасыщенных расплавов, чем окислительная.


    Для предотвращения загрязнения расплавов твердыми, нерастворимыми оксидами легирующие компоненты вводят в медь после предварительного раскисления ее фосфором. Свое назначение фосфор выполняет лишь в том случае, когда его вводят в расплавленную медь в количестве 0,1—0,15 % перед введением других шихтовых материалов. Если же фосфор вводят перед разливкой, раскисляющего действия он не оказывает, так как оксиды цинка, алюминия, марганца и др. имеют более низкую упругость диссоциации, чем P2O5, и по этой причине не восстанавливаются им. Однако введение фосфора перед заливкой оказывает благоприятное влияние на отделение неметаллических включений, так как он способствует снижению поверхностного натяжения и повышению жидкотекучести расплава. Для раскисления используют также кальций, натрий и магний в количестве 0,02—0,04 °6 (по массе).
    Многие сплавы чрезвычайно чувствительны к воздействию примесей. Так, например, тысячные доли процента алюминия резко снижают механические свойства и герметичность отливок из оловянных бронз и кремнистых латуней. На алюминиевые бронзы аналогичным образом влияет примесь олова. Поэтому при плавке медных сплавов особое внимание уделяют сортировке и подготовке отходов, используемых в шихту.


    Рафинирование инертными газами ведут при температурах расплава 1150—1200 °C. Расход газа 0,25—0,5 м3 на 1 т металла; длительность продувки при давлении газа 19,6—29,4 кПа составляет 5—10 мин. Хлористый марганец вводят в количестве 0,1— 0,2 % от массы расплава при 1150—1200 °С с помощью колокольчика. Перед разливкой рафинированный сплав выдерживают в течение 10—15 мин для отделения пузырьков рафинирующего газа .
    Вакуумирование применяют в тех случаях, когда сплав не содержит компонентов с высоким давлением пара. Применительно к медным сплавам этот процесс ведут при 1150—1300 °C и остаточном давлении 0,6—1,3 кПа. Длительность вакуумирования определяется массой металла, подвергающегося обработке; в большинстве случаев продолжительность обработки не превышает 20—25 мин.
    Очистку оловянных бронз и латуней от примесей алюминия и кремния ведут в ряде случаев путем введения в расплав окислителей (MnO, медной окалины) или продувкой воздухом. Окислительное рафинирование проводят при 1180—1200 °С. Расход окислителей составляет 0,5—1,0 % от массы расплава. Для ускорения процесса очистки окислители замешивают в расплав.
    Обработку расплавов флюсами применяют в основном для очистки от взвешенных неметаллических включений. Наиболее высокими рафинирующими свойствами обладают фторидные флюсы, в частности смесь фторидов кальция и магния. Перед рафинированием расплав нагревают до 1150—1250 °С, снимают шлак и на зеркало металла засыпают порошок переплавленного и измельченного флюса в количестве 1,5—2,0 % от массы металла. В течение 8—15 мин флюс перемешивают с металлом, что обеспечивает лучшее отделение взвесей. Перед заливкой для более полного всплывания капель флюса расплав выдерживают в течение 10—15 мин при температуре заливки. Обработку флюсами применяют также для удаления вредных примесей из оловянных и алюминиевых бронз. Например, флюс, состоящий из 33 % Cu2O, 34 % SiO2 и 33 % Na2B4O7, используют для очистки оловянных бронз от алюминия и кремния.
    Оптимальным методом очистки от неметаллических включений сплавов, содержащих в своем составе такие легкоокисляющиеся элементы, как алюминий, титан, цирконий и бериллий, является фильтрование. Для этой цели используют зернистые фильтры. Для зернистых фильтров можно рекомендовать такие материалы, как магнезит, алунд, плавленые фториды кальция и магния. Из солевых расплавов для целей рафинирования наиболее пригодны чистые фториды или их смеси. Толщину фильтрующего слоя принимают равной 60—150 мм, а размер зерна фильтра 5—10 мм в поперечнике. Зернистые фильтры перед фильтрованием нагревают до 700—800 °C. Установлено, что фильтр из фторида кальция с размером зерен 5—10 мм в поперечнике и толщиной 70—100 мм позволяет в 1,5—3 раза снизить содержание неметаллических включений в расплаве БрБНТ2 по сравнению с плавкой без фильтрации. Так же как и в случае алюминиевых сплавов, фильтрование расплава бронзы через зернистые фильтры сопровождается укрупнением макрозерна, повышением пластических и усталостных характеристик, некоторым снижением газосодержания.


    Измельчение первичного зерна в медных сплавах, содержащих алюминий (типа БрАЖМц, БрАЖ, ЛАЖ, ЛАЖМц и др.), достигается добавками тугоплавких элементов — Ti, V, Zr, В, W, Mo. Однако следует заметить, что модифицирующее действие присадок тугоплавких элементов во многом определяется наличием в сплаве железа. В сплавах, не содержащих железа, модифицирующее действие титана, бора и вольфрама не проявляется.
    Измельчение зерна отливок из сплавов, не содержащих алюминия и железа (БрС30; БрОЗЦ6СЗ; латунь Л68), может быть достигнуто лишь при совместном введении 0,05 % указанных модификаторов с 0,02 % бора.
    Введение тугоплавких модификаторов влечет за собой изменения и в микроструктуре сплавов. В некоторых случаях эти изменения особенно отчетливо выявляются после термической обработки.
    Тугоплавкие модификаторы вводят в расплав с помощью лигатур алюминий — ванадий (до 50 %), медь — бор (3—4 % В), алюминий — титан, медь титан и др. в количестве 0,1—0,002 % от массы расплава при 1200—1250 °С. Перегрев модифицированного расплава перед заливкой выше 1180—1200 °С сопровождается огрублением зерна. Оптимальные концентрации модификаторов для некоторых медных сплавов приведены в табл. 36.


    Для нейтрализации вредного влияния примесей висмута, свинца или мышьяка в расплавы вводят присадки кальция (0,2 %), церия (0,3 %), циркония (0,4 %) или лития (0,2 %).


    Приготовление двойных латуней (Л68, Л62) ведут главным образом в индукционных печах, футерованных кварцем. Особенность плавки — высокая летучесть цинка, обусловленная низкой температурой его кипения (907 °С). По этой причине из-за сильного перегрева верхних слоев расплава нерациональна плавка в дуговых печах. В качестве защитного покрова используют древесный уголь, который загружают в печь вместе с первой порцией шихты. Добавка небольшого количества криолита — 0,1 % (по массе) делает шлак «сухим» и сыпучим, что способствует лучшему отделению корольков металла. Иногда вместо древесного угля применяют флюс, состоящий из 50 % стекла и 50 % плавикового шпата.
    При выплавке латуней сначала расплавляют медь; в расплав вводят цинксодержащие отходы и вторичную латунь. Сплав нагревают до 1000—1050 °С и перед заливкой в него вводят цинк. Медь перед введением цинка или цинксодержащих отходов не раскисляют, так как цинк сам является хорошим раскислителем, а оксиды его не растворяются в расплаве и легко всплывают. Сложные латуни (ЛМц, ЛН, ЛАЖМц) плавят так же, как двойные. Различие состоит лишь в том, что перед введением отходов и легирующих компонентов, особенно алюминия, медь раскисляют фосфором. Для удаления неметаллических включений сложные латуни подвергают рафинированию хлористым марганцем или фильтрацией через зернистые фильтры.
    Кремнистые латуни отличаются большой склонностью к поглощению водорода, особенно в присутствии примесей алюминия. Они очень чувствительны к перегреву газонасыщенность расплава резко увеличивается при нагреве выше 1100 °С. В процессе кристаллизации растворенный газ выделяется, что приводит к «росту» отливки и появлению ликвационных выпотов на их поверхности. Плавку кремнистых латуней ведут в окислительной атмосфере под слоем флюса (30 % Na2CO3; 40 % CaF2; 30 % SiO2), не допуская перегрева расплава выше 1100 С. В целях предупреждения загрязнения расплава оксидами кремния медь перед введением отходов или кремния раскисляют фосфором. Кремний вводят лигатурой медь — кремний (15—20 % Si). После введения лигатуры расплав перемешивают графитовой мешалкой для полного растворения присадки, затем вводят цинк и последним — свинец. Готовность сплава оценивают пробами на излом и газонасыщенность. Если излом мелкозернистый, а на поверхности пробы отсутствуют ликвационные наплывы, сплав разливают в формы. В том случае, когда на поверхности пробы образуются выпоты, расплав дегазируют перегревом или продувкой азотом. Разливку ведут при 950—980 °С.


    Особенность оловянных бронз — образование SnO2 при взаимодействии олова с Cu2O Наличие включений SnO2 заметно снижает механические и эксплуатационные свойства оловянных бронз. Поэтому перед введением олова или оловосодержащих отходов медь раскисляют фосфором. Плавку ведут в окислительной атмосфере под слоем древесного угля или флюса (сода + древесный уголь). Вначале под слоем угля расплавляют медь и нагревают ее до 1100—1150 °С. Введением фосфористой меди (9— 13 % Р) производят раскисление. Затем вводят цинк, олово или отходы сплава и в последнюю очередь свинец. Сплавы нагревают до 1100—1200 С, рафинируют хлористым марганцем или азотом, модифицируют и разливают в формы при 1150—1300 С.
    Плавка сложных оловянных бронз мало чем отличается от приведенной технологии. Плавку вторичных оловянных бронз ведут под слоем флюса в окислительной атмосфере.
    Алюминиевые бронзы чувствительны к перегреву и больше оловянных склонны к поглощению газов, поэтому плавку их ведут в окислительной атмосфере под слоем флюса (см. табл. 35), не допуская перегрева расплава выше 1200 °С. Для предотвращения загрязнения расплава окисными пленками медь перед введением алюминия и других легирующих компонентов раскисляют фосфором. Большая разница в плотности меди и алюминия способствует расслоению их в процессе плавки. Поэтому необходимо очень тщательно перемешивать расплав перед заливкой.
    Плавку алюминиевых бронз проводят в такой последовательности. Сначала под слоем флюса расплавляют медь и раскисляют ее фосфором (0,05—0,1 %). Если сплав содержит никель, то его загружают вместе с медью. После этого в расплав вводят железо и марганец в виде соответствующих лигатур с медью. После растворения лигатур расплав вторично раскисляют фосфором (0,05 %) и вводят алюминий или лигатуру медь — алюминий. По окончании растворения алюминия поверхность расплава засыпают флюсом. Недопустимо вводить алюминий перед марганцем и железом. Образующиеся при этом пленки делают расплав непригодным к заливке. Перед заливкой при 1100—1200 °С расплав рафинируют хлористым марганцем или криолитом, количество которых берут в пределах 0,1—0,3 от массы расплава. Алюминиевые бронзы очень часто модифицируют ванадием, вольфрамом, бором, цирконием или титаном. Эти присадки в виде лигатур с алюминием и медью вводят в расплав в количестве 0,05—0,15 % при 1200—1250 °С.
    Плавка бериллиевой бронзы (БрБ2, БрБНТ) мало чем отличается от плавки оловянных бронз. Для этого используют индукционные печи с графитовыми тиглями. Плавку ведут под покровом древесного угля. Медь перед введением бериллия и титана раскисляют фосфором. Угар бериллия составляет 5—10%- Ввиду токсичности паров и пыли бериллия плавку бериллиевых бронз ведут в изолированных помещениях, оборудованных хорошей приточно-вытяжной вентиляцией. Для отделения неметаллических включений при разливке бериллиевых бронз используют различные фильтры.
    Кремнистые бронзы плавят в электрических индукционных печах под покровом древесного угля. Медь перед введением кремния или отходов раскисляют фосфором. Для получения расплавов с малым содержанием водорода недопустим перегрев выше 1250—1300 °С.
    Особенность плавки свинцовых бронз (БрСЗО) — сильная ликвация по плотности. Наиболее однородные расплавы удается получать при плавке в индукционных печах, обеспечивающих интенсивное перемешивание. Для предупреждения ликвации в высокосвинцовистые бронзы рекомендуется вводить 2—2,5 % никеля, а охлаждение отливок вести с большими скоростями.

    Плавка медноникелевых сплавов


    Приготовление мельхиора, нейзильбера, куниалей, константана и манганина не представляет особых затруднений. Эти сплавы плавят в индукционных печах с кварцевой футеровкой под слоем прокаленного древесного угля. В шихту допускается вводить до 80 % отходов.
    Приготовление этой группы сплавов, кроме куниалей, начинают с загрузки меди и никеля; по мере их расплавления загружают крупнокусковые отходы, а затем под зеркало металла — мелкие отходы. Цинк вводят в последнюю очередь. После полного расплавления шихты сплавы раскисляют марганцем и кремнием (для нейзильбера) или марганцем и магнием (для мельхиора и константана). Количество раскислителя определяется содержанием кислорода в расплаве. Обычно при сравнительно чистой шихте в расплав вводят 0,1—0,15 % Mn и до 0,1 % Mg. Магний вводят в виде лигатуры Ni—Mg (50 % Mg). После этого с поверхности расплава удаляют шлак и засыпают древесный уголь. Температуру расплава доводят до 1250—1300 °C и, если необходимо, рафинируют его хлористым марганцем.
    В связи с тем что в состав куниалей входит алюминий, плавка их по описанной технологии связана с опасностью загрязнения расплава пленками Al2O3. Поэтому перед введением алюминия или отходов куниали медноникелевый расплав раскисляют 0,1—0,15 % марганца. В остальном технология плавки куниалей аналогична плавке алюминиевых бронз.