Дәріс. Түсті металдарды пісіру технологиясы. Мыс және оның қорытпаларын пісіру ерекшеліктері

Түсті металдарды, әсіресе алюминийді өндіру, болат шығарудың өсуінен де асып, бірқалыпты көбейіп келеді. Жыл сайын пісіру бұйымдарын өндіру үшін, құрылғылық материалдар есебінде қолданылатын материалдар мен қорытпалар саны көбейіп келеді. Алюминий, мыс, никель, титаннан жасалатын құрылғылармен қатар, қазіргі кезде, цирконий, күміс, платина, бериллий және басқа сирек немесе қымбат бағалы болып саналатын металдардан пісірілген түрінде бұйымдар жасайды. Техникада пайдаланылатын барлық түсті металдарды, пісіру өндірісінде қолданатын уақыт, іс жүзінде, алыс емес. Өзінің физика-химиялық қасиеттерімен, көптеген түсті металдар болаттан күрт айырмашылығы бар, сондықтан осыны пісіру тәсілі мен технологиясын таңдағанда ескеру қажет. Металдардың пісіру икемділігін бағалау үшін, келесі қасиеттерінің көбірек мәні бар: ауа газдарына жақындығы, балқу және қайнау температурасы, жылу өткізгіштігі, тығыздығы, төмен және жоғары температурадағы механикалық сипаттамалары. Осы қасиеттерінің жиынтығымен металдарды мынадай шартты топтарға бөлуге болады: жеңіл (алюминий, магний, бериллий); белсенді және қиын балқитын (титан, цирконий, ванадий, вольфрам, молибден, ниобий); түсті ауыр және қымбат бағалы (мыс, күміс, платина т.б.) металдар. Үлкен жылу өткізгіштігімен немесе жоғары балқу температурасымен айырмашылығы бар бірінші және екінші топтағы металдарды пісіру үшін, қуаты жоғары шоғырланған қыздыру көзін пайдалану тиімдірек.

Бұл металдар ауадағы оттегі мен азотқа үлкен жақындығымен сипатталатындықтан, пісіру үрдісінде жоғары температураға дейін қыздырылған металл аумағы, оны инертті ортаға немесе вакуумға орналастырып, қоршаған ауадан қорғауды қажет етеді. Қайнау температурасы төмен элементтердің құрамы бар қорытпаларды пісіргенде, мысалы, цинкті, оның елеулі булануы салдарынан, балқитын электродтарды қолдану қиынырақ болады. Сұйық тамшылардың шашырауына байланысты, балқитын электродтарды қымбат бағалы металдардаң бұйымдар жасағанда да, мысалы, платинадан, балқитын электродтар қолданбайды. Бұл жағдайларда, әдетте балқымайтын вольфрам электродын қолданады. Үшінші топтағы металдарды пісіру үшін (қымбат бағалыдан басқаларын), мысалы мыс және оның қорытпаларын, қазіргі балқытып пісіру тәсілдерінің барлығы қолданылады.

Түсті металдардан жасалған бұйымдар үшін, болат бұйымдарынан да көбірек көлемде, пісірудің механикалық тәсілдері қолданылады, бұл, бұйымды дәл мөлшерімен алуды қамтамасыз етіп қана қоймай, сондай-ақ, әсіресе маңыздысы, жоғарырақ сапалы бұйымды алуды қамтамасыз етеді.

Мыс және оның негізіндегі қорытпаларды техникада, өздерінің арнайы физика-химиялық қасиеттеріне байланысты (жоғары жылу –және электр өткізгіштігі, химиялық беріктігі және салқынның көбірек температурасында, морт қалпына ауысуға қарсы орнықтылығы) арнайы аппаратуралар (жылу алмастыру аппаратура, электр тарату қандырғыларында т.б.) жасау үшін пайдаланады.

Соңғы жылдарда мыс қорытпаларын арнайы электр металлургияда – вакуум-доғалы, электр қожды, электронды сәулелі және плазмалы тәсілдермен металдар мен қорытпаларды балқытқанда, су салқындататын катализаторлар жасау үшін, кеңінен қолданылып жүр. Мысты пісіргенде металдың келесі ерекшеліктеріне байланысты қиындықтар кездеседі:

1. Балқыған күйінде мыстың женіл тоттануы. Осы үрдістің нәтижесінде қалыптасқан мыс тотығы сұйық және шектеулі қатты металдарда ериді. Ол мысты қосылып, кристаллитердің шекарасында шоғырланатын, жеңіл балқитын құрама (эвтектика) береді, жік металының кристаллизациялық сызат пайда болуына қарсы беріктігін төмендетеді. Пісіру құрылғыларын жасауға арналған мыста оттегі құрамы 0,03% -дан, ал жауапты бұйымдар үшін – 0,01% -да аспауы қажет. Пісіру жіктерінде кристаллизациялық сызат пайда болуына қарсы беріктігін төмендетін, мыстың қауіпті қосындылары висмут пен қорғасын. Сондықтан мыста висмуттың құрамын 0,003% -даң, ал, қорғасында – 0,03%-дан асырмайды.

2. Жік металының кристалдануында, су буының, мүмкін сутегінің бөлінумен байланысты, жік металында кеуек пайда болуына қарсы беріктігінің төмендеуі. Мыстың азотқа жақындығы өте аз. Осымен байланысты азот кеуек қоздырушы болып табылмайды, оған қоса мысты пісіргенде қорғаушы атмосфера есебінде пайдаланылады. Кеуек пайда болуына қарсы беріктігі жөнінде, жиектерін өтпе балқытумен пісірілген бір жақты түйіс жіктер қолайлы. Таврлы және айқас жалғастардың бұрыштық жіктерін пісіру, жік металының кеуектігіне байланысты елеулі қиындықтар тудырады.

3. Мыстың жоғары жылу өткізгіштігі (темірмен салыстырғанда 6 есе жоғары), пісіргенде шоғырланған қыздыру көзін пайдалануды және негізгі металды қатар қыздыруды қажет етеді.

4. Мыс және оның қорытпаларының сызықты ұлғаю коэффициентінің жоғарылығы (мыс үшін сызықты ұлғаю коэффициенті болатпен салыстырғанда 1,5 есе көп), бұл құрылығының деформациясына қарсы қосымша шараларды қабылдауды қажет етеді.

5. Металдың жоғары сұйық аққыштығы мысты тік, әсіресе төбелік қалпында пісіруді қиындатады. Сондай-ақ, сақиналы жіктерді пісіргенде де қиындықтар кездеседі. Мыстан пісіру құрылғыларын жасағанда, электрлі балқытып пісірудің келесі тәсілдері кеңірек таралған: көмір электродымен электр доғалы пісіру, қаптамалы балқитын электродтармен пісіру, флюс астында және қорғаушы газдарда пісіру. Соңғы жылдары жұқа жаймалы мыстан және оның қорытпаларынан бұйымдар пісіру үшін, электрон сәулелі пісіру, ал қалыңдығы үлкен мысты пісіру үшін – қысылған доғамен пісіру қолданыс тауып келеді.

Көмір электродымен электр доғалы пісіру. Пісірудің бұл түрі көпшілігінде жауапкершілігі аз бұйымдар үшін шектеулі қолданылады. Пісіру қолменен көмір, жиірек графит электродымен тура полярлы тұрақты тоқпен жүргізіледі. Электродтағы тоқтың тығыздығы әдетте, 200-400 А/см² құрайды. Қалыңдығы 5 мм-ге дейінгі металдардың түйіс жалғасын жиектерін дайындамай пісіреді, ал қалыңдығы одан көп металдарды жиегін 70-90⁰ бұрышпен дайындап пісіреді. Пісіргеннен кейін, жіктерді соққылау ұсынылады. Қалыңдығы 5 мм-ге дейінгі металдан жасалған жалғастарды қыздырусыз соққылайды, ал металдың көбірек қалыңдығында 800⁰С –температурасына дейін қыздырып, соққылап, кейінен жылдам салқындатады.

Қаптамалы электродтармен қолмен пісіру. Пісіру үшін 3Т және «Комсомолец-100» электродтарын пайдаланады. «Комсомолец-100» электродында сырық ретінде М1 және М2 мыс сымы қолданылған, ал 3Т электродында Бр.КМц3-1 қоласынан жасалған сырық қолданылады.

Қамтамалы электродтармен мысты пісіруді кері полярлы тұрақты тоқпен жүргізеді. Қыздырмай және жиегін дайындамай қалыңдығы 4 мм-ге дейінгі мыстарды пісіреді. Металдың қалыптығы 5-10 мм –де, алдын ала 250-300⁰С температурасына дейін қыздырады және 60-70⁰бұрышпен жиегін біржақты өңдейді және жиектің үшкірлігін 1,5-3 мм болуын қарастырады. Үлкен қалыңдықтарда Х-тәріздес өңдеу ұсынылады. Қалыңдығы 20мм –ден астам мыстарда, жіктің жақсы сапасын, металды 700-750⁰С температурасына дейін қыздырғанда алуға болады. Пісіруді қысқа доғамен диаметрі 4-6 мм электродтармен, электрод ұшын тербелтпей орындайды. Пісіру тоғының күшін электрод диаметріне байланысты: Ісв= 50 dэ таңдайды.Түйіс жалғастарды графитті немесе металды төсемелердің үстінде пісіреді.

Флюс астында пісіру. Мысты флюс атында автоматты пісіру қамтамалы электродтармен қолмен доғалы пісірумен салыстырғанда бірқатар маңызды артықшылары бар. Олардың ең бастысы – доға флюс көбігінде жанғандықтан және жылудың шашырау шығынының ең төмендігінен, пісіру жиектерін алдын ала қыздырмай орындау мүмкіншілігі. Жиектерін тек қана пісіру алдында қыздырады. Мысты флюс астында пісіруді кері полярлы тұрақты тоқпен балқытылған флюстер АН-20, АН-28 және АН-348А, ОСЦ-45 (қалыңдығы 20мм-ге дейін металдар үшін), сондай-ақ керамикалық флюс ЖМ-1 және М1, М2 пісіру сымдарын пайдаланып орындайды. Жеке жағдайларда Бр.КМц3-1 таңбалы қоладан жасалған пісіру сымын қолданады. Бұл сыммен пісірілген жіктердің беріктігі жоғары, бірақ жылу өткізгіштігі мен электр өткізгіштігі төмен.

Түйіс жалғастардың пісіруін жиектерін өңдемей және саңылаусыз, бір өтумен толық балқытып орындайды. Металдың қалыңдығы 15 мм жоғары болғанда, қосарланған (бөлектеліп) электродты пайдалану ұсынылады. Электродтардың бұндай орналасуы түйісетін жиектердің толық балқуын қамтамасыз етеді, жік қалыптасуын жақсартады және пісіру жігінде балқытылған металдың ортақ ваннасында кеуек, қож қосындылары мен кристаллизациялық сызаттардың қалыптасуына мүмкіншілік бермейді.

Қорғаушы газдарда пісіру. Мысты пісіруді балқытып және балқымайтын электродпен орындайды. Мысты пісіру, үшін қорғаушы газдар есебінде аргон, гелий, азот немесе олардың қоспаларын пайдаланады. Сондай-ақ, мысты сутегі ортасында пісіруге болады. Балқымайтын вольфрам электродымен МЕСТ 10157 -62 бойынша А және Б таңбалы тазалығы жоғары аргонда мысты пісіру кеңірек таралды. Қалыңдығы 4мм-ден жоғары металды 800⁰С температурасына дейін, алдын ала қыздырумен пісіреді. Металл қалыңдығы көп болған сайын, оны алдын ала қыздыру температурасы солғұрлым жоғары болуы керек. Қосынды металл есебінде Бр.Х07 немесе Бр.КМц3-1 хромды қоласынан жасалған пісіру сымын пайдаланады. Балқитын электродпен пісіруді кері полярлы тұрақты тоқпен орындайды. Қалыңдығы 4-5 мм-ден аспайтын мыс үшін, диаметрі кіші (1,2-2,4 мм) пісіру сымымен жартылай автоматты көп қабатты пісіру кеңінен таралды. Пісіру тоғының күші 400А-ге жетеді. Қалыңдығы 10мм-ге дейінгі металдарды жіктің басында ғана қыздырумен (кейде 200-300⁰С температурасына дейін жеткілікті) пісіреді. Қалыңдығы үлкен бөлшектерді алғашқы және пісіру кезіндегі қыздырумен пісіреді. Пісіргенде Бр.КМц3-1 қола сымын пайдаланады.

Мыс негізіндегі қорытпаларды пісіру. Жезді пісірудің негізгі қиындығы – пісіру үрдісінде жез құрамындағы мырыш елеулі бұланады және жанады, бұл жік металында мырыштың құрамын азайтады және оның сапасын нашарлатады (кеуек пайда болады, беріктігі төмендейді). Әсіресе электрод металындағы мырыш қарқынды жанады. Мұнда қоршаған кеңістік, адам денсаулығына зиянды мырыштың буы және оның тотықтарымен, ластанады.

Қалыңдығы үлкен емес жездерді графит электродымен кері полярлы тұрақты тоқпен; қысқа доғамен, қосынды металсыз, электрод ұшын балқыған металға енгізіп пісіреді. Мұнда доға, электрод айналасында мырыш буынан пайда болған көбік ішінде жанады. Пісірудің бұл тәсілі мырыш жануын азайтады. Қалыңдығы 10 мм –ден жоғары жездерді пісіргенде 300-350⁰С температурасына дейін алдын ала қыздыру қажет. Күйдірмелерді болдырмау үшін төсемелер пайдаланады.

Жезді графит электродымен пісіргенде флюстерді қолданады. Кең тарағаны келесі құрамды флюс: 35 % криолит, 12% хлорлы натрий, 50% хлорлы калий, 2,5 ағаш көмірі. Флюсті диаметрі 6-8 мм ЛК80-3 таңбалы қосынды металдан жасалған сырыққа жағады. Осындай қосындымен орындалған пісіру жалғастары жоғары механикалық қасиеттерімен ерекшеленеді.

Қаптамалы электродтармен пісіру негізінен, құймалардың ақауларын жөндеу үшін пайдаланады. Бұндай пісіруде басқа тәсілдермен салыстырғанда, мырыштың булануы мен жануы қарқындырақтығы байқалады. Қамтамалы электродтармен пісіруді, басқа тәсілдерді – көмір электродымен, флюс астында, қорғаушы газ ортасында, пайдалану мүмкін болмаған жағдайда, қолдану қажет. Жезді пісірү үшін 3Т қамтамасымен электродтар қолданады. Металдың қалыңдығы 4 мм-ге дейін болғанда жиектерін өңдемей пісіреді. Металдың қалыңдығы 4-10 мм болғанда У –тәріздес, ал 10 мм-ден жоғары болғанда Х-тәріздес, ашылу бұрышы 60-70⁰ –пен жиектерін дайындайды. Жезді автоматты пісіру үшін Бр.ОЦ 4-3 қоласынан жасалған пісіру сымын және АН-20 флюсті пайдаланады. Жезді пісіруді қорғаушы газ ортасында вольфрам және балқитын электродтарымен орындауға болады. Қосынды материал есебінде Бр.ОЦ4-3 және Бр.КМц3-1 қоласынын жасалған шыбықтарды, сондай-ақ ЛК62-0,5 (38 % Zn, 0,5%Si) жез сымын пайдаланады. Алдын ала қыздыру, тек қана қалыңдығы 10 мм-ден астам жезді пісіргенде және жиектерінің қалыңдығының күрт айырмашылығы бар бөлшектерді пісіргенде ғана қажет. Бұл жағдайда қалыңдығы үлкен бөлшекті қыздырады. Қолаларды илемденетін және құймалы деп бөледі. Біріншіге құрамында 6-7 % Zn (қалайлы илемденетін қола) немесе 6-8 % Al (қалайысыз илемденетін қола) бар қорытпалар жатады. Екіншіге, құрамында көп легірлеуші элементтері бар қорытпалар жатады.

Қолалардың пісіру икемділігі олардың құрамына байланысты.

Қалыңдығы 4мм-ге дейін илемденетін қоладан жасалған бұйымдарды доғалы пісіру тәсілдерінің бәрімен, алдын ала қыздырмай-ақ, пісіреді.

Құймалы қолаларды қыздырумен пісіреді. Өте қатты қыздырү, әсіресе қалайылы қолаларды пісіргенде, зиянды. Ол дәндердің шекараларында орналасқан артық қалайыны балқытады, соның нәтижесінде пісірілетін бұйымның қирауы мүмкін. Көпшілік жағдайда қоланы комір немесе қамтамалы электродтармен пісіреді. Қосынды металл немесе электрод сырығы есебінде, пісірілетін металл құрамындай қоланы пайдаланады. Қалайылы қоланы пісіруге арналған флюс пен қаптаманы борлы негізде дайындайды.

Қалайысыз қолаларды пісіру үшін, алюминий тотығын кетіретін немесе оның қалыптасуына кедергі жасайтын, құрамында хлорлы және фторлы сілті мен сілті –жер металдарымен криолит тұздары бар, флюстер пайдаланады.

Әдебиеттер: 1 негізгі [665-672], 2 негізгі [339-348].

Бақылау сұрақтары:

1. Барлық түсті металдар қандай шартты топтарға бөлінген?

2. Мысты пісіргенде қандай қиындықтар пайда болады?

3. Мыс және оның қорытпаларын пісіру тәсілдерін атаңыз?

4. Қолалардың топтарға бөлінуі.

5. Қолаларды пісіру тәсілдері?