Обработка металла отливок (гомогенизация)

Схема устройства для зонной плавки в лодочке приведена на рис. 1.

Рис. 1 Схема устройства для зонной плавки германия: 1 -- индукционные катушки; 2 -- расплавленные зоны; 3 -- очищенный германий; 4 -- сверхчистый германий; 5 -- германий с повышенным содержанием примесей; 6 -- графитовая лодочка

Очищаемое вещество помещают в лодочку из тугоплавкого материала. Основные требования к материалу лодочки:

· высокая температура плавления;

· материал лодочки не должен растворяться в очищаемом веществе или реагировать с ним.

Лодочку помещают в горизонтальную трубу, у которой один конец может быть запаян или через него подают инертный газ. Если он запаян, то другой конец трубы соединен с вакуумной установкой.

Один конец образца расплавляется, затем расплавленная зона начинает двигаться вдоль слитка. Длина расплавленной зоны зависит от длины слитка и составляет несколько сантиметров. Вещество плавится либо индукционными токами, либо теплопередачей в печи сопротивления. Скорость движения составляет, как правило, от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в час. Движение может осуществляться либо за счет вытягивания лодочки через неподвижную печь, либо смещением зоны нагрева.

Метод обладает рядом недостатков. Основной недостаток -- невозможность масштабирования, так как скорость процесса определяется скоростью диффузии примеси. Поэтому метод применяется для конечной стадии очистки при получении особо чистых веществ. Максимальные габариты лодочки -- длина 50 см, толщина 2-3 см, длина расплавленной зоны 5 см.

Металл высокой чистоты (чистый металл)- металл с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы повышенной чистоты (99,90--99,99%), металлы высокой чистоты, или химически чистые (99,99--99,999%), металлы особой чистоты, или спектрально-чистые, ультрачистые металлы (свыше 99,999%).

Никельмедные сплавы- сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главного легирующего элемента. Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдых растворов (фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решётке). При добавлении никеля к меди возрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость против коррозии. Н. м. с. хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии -- из них получают листы, ленты, проволоку, прутки, трубы, штампуют различные изделия. Н. м. с. подразделяют на конструкционные и электротехнические. Конструкционные Н. м. с. отличаются высокой коррозионной стойкостью и красивым серебристым цветом; к ним относятся мельхиор ((МНЖМцЗО-0,8-1) -- для труб термостатов, а МН19 -- для столовой посуды. Жаропрочные сплавы меди содержат в небольших количествах кадмий - около 1 %, цирконий - до 0,5 %, хром 1,0 %) и нейзильбер («новое серебро» (МНЦ 15-20) - для деталей электромашин, медицинского инструмента, посуды). Электротехнические Н. м. с. имеют высокое электросопротивление и высокую термоэдс в паре с другими металлами. Их применяют для изготовления резисторов, реостатов, термопар. К электротехническим Н. м. с. относятся константан (МНМц 40-1,5) -- содержит марганец. Используется для реостатов, нагревательных приборов (до 500 °С), копель (Мнмц4ЗД5) - для термопар и другие сплавы. Благодаря разнообразным ценным свойствам Н. м. с., несмотря на дефицитность никеля, находят широкое применение в электротехнике, судостроении, для производства посуды, художественных изделий массового потребления, в медицинской промышленности, пирометрии.

Температура отжига. Отжиг. Отжиг первого рода -- процесс термической обработки, заключающийся в нагреве детали до температуры ниже фазовых превращений, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении с заданной скоростью.

Такой вид отжига применяется для снятия наклепа и внутренних напряжений у деталей, подвергнутых холодной деформации (холодная прокатка, холодная штамповка, волочение).

Температура рекристаллизационного отжига любого металла берется на 50--100° С выше температуры рекристаллизации данного металла. Температура рекристаллизации данного металла или сплава берется равной 0,4 температуры плавления (отсчитанной от абсолютного нуля).

Рекристаллизация заключается в том, что, начиная с некоторой температуры, при нагреве происходит интенсивное перемещение атомов в металле, что влечет за собой изменение формы и величины деформированных кристаллических зерен.

В процессе рекристаллизации происходят превращения, аналогичные тем, которые происходят при первичной кристаллизации и вторичной перекристаллизации, т. е. зарождаются новые центры кристаллов и происходит одновременно их рост. Взамен вытянутых, расплющенных зерен, образуются мелкие, сфероидальные зерна, повышаются пластические свойства, металлу возвращаются исходные свойства.

Температура рекристаллизационного отжига для разных металлов и сплавов различная: она зависит только от температуры рекристаллизации данного металла или сплава.

Отжиг второго рода является перекристаллизационным отжигом. Во время его проведения в материале происходит полиморфное или другое фазовое превращение, связанное с заменой данной фазы другой (фазовая перекристаллизация). Поэтому для изменения кристаллитов в поликристалле материал отжигают при температуре, превышающей температуру этого превращения. Так как фазовая перекристаллизация осуществляется путем зарождения и роста центров новой фазы, то меняя скорость нагрева и охлаждения, а также температуру перегрева (выше температуры полиморфного превращения), можно управлять величиной кристаллитов. Повышение скорости нагрева и охлаждения увеличивает число центров и измельчает зерно, перегрев укрупняет зерно.

При перекристаллизационном отжиге нагрев и последующее охлаждение может вызвать как частичную, так и полную замену исходной структуры. Полная перекристаллизация позволяет кардинально изменить строение сплава, уменьшить размер зерна, снять наклеп, устранить внутренние напряжения, т.е. полностью изменить структуру и свойства материала. При неполном отжиге структурные превращения происходят не полностью, с частичным сохранением исходной фазы. Неполный отжиг применяется в тех случаях, когда можно изменить строение второй фазы, исчезающей и вновь появляющейся при этом виде отжига.

Точка Кюри, или температура Кюри, -- температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества. Так, никельмедные сплавы с лик- вационной неоднородностью имеют не строго определенную точку Кюри, а температурный интервал, внутри которого намагниченность плавно уменьшается до нуля. Это свойство используют в приборостроении.

Микросегрегация- микронеоднородность химического состава материала, возникающая при кристаллизации или термообработки в твёрдом состоянии.

Однородность жидкой фазы. В жидком состоянии большинство металлов неограниченно растворяются один в другом образуя однофазный жидкий раствор.

Однофазный сплав имеет однородную гетерогенную систему с собственным химическим составом, строением, свойствами.

Равновесное состояние структуры-состояние которое соответствует минимальному значению свободной энергии.

Неравновесные условия-внешние факторы влияющие на состояние сплава (температура, давление).

Параметр остаточной микроликвации. Влияние гомогенизации на микросегрегацию характеризуется параметром остаточной микроликвации

дI = (Cmax - Cmin) / (C0max - C0min),

где Cmax - максимальная концентрация растворимых примесей в элементе i (обычно в междендритных пространствах) в момент времени t; Cmin-минимальная концентрация растворимых примесей в элементе i (обычно в центре дендритных ветвей) в момент времени t; C0max-максимальная первоначальная концентрация растворимых примесей в элементе i; C0min-минимальная первоначальная концентрация растворимых примесей в элементе i.

Процессы диффузии выравнивают состав жидкой фазы и этот состав соответствует равновесию на границе раздела твёрдый раствор-жидкость.

Распределение концентрации растворённых компонентов поперёк ветвей носит синусоидальный характер (с максимумом в междендритных областях и минимумом по центру дендритных ветвей).

Размещено на Allbest.ru