Պղնձի հալման կետը & Պղնձի խառնուրդներ

1. Ներածություն

Պղինձը մարդկության ամենաբազմակողմանի մետաղների շարքում է, իր բացառիկ էլեկտրական հաղորդունակության շնորհիվ, Կոռոզիոն դիմադրություն, եւ զբաղվածություն.

Որեվէ ավելին, գիտնականներն ու ինժեներները հենվում են պղնձի ջերմային վարքագծի վրա՝ բաղադրիչները նախագծելու համար՝ սկսած էլեկտրական լարերից մինչև ջերմափոխանակիչներ.

Հետեւաբար, Պղնձի հալման կետը հասկանալը դառնում է անփոխարինելի ինչպես մետալուրգիայում, այնպես էլ արդյունաբերական կիրառություններում.

2. Հալման կետի սահմանումը և նշանակությունը

Է հալման կետ ներկայացնում է ջերմաստիճանը, որի դեպքում պինդ մարմինը հավասարակշռության պայմաններում անցնում է հեղուկի.

Գործնականում, այն նշում է հավասարակշռությունը պինդ փուլային կապի ուժերի և ջերմային գրգռման միջև.

Հետեւաբար, մետալուրգները օգտագործում են հալման կետը որպես հենանիշ նյութեր ընտրելու համար, վառարանների նախագծում, և ձուլման գործընթացների վերահսկում.

3. Պղնձի հալման կետը

Մաքուր պղինձը հալվում է մոտավորապես 1,085° C (1,984° f).

Այս ջերմաստիճանում, պղինձը պինդից անցնում է հեղուկի, թույլ տալով այն ձուլել, միացել է, կամ համաձուլված. Իր ամուր տեսքով, պղինձն ունի ա դեմքի կենտրոնացված խորանարդ (FCC) կառուցվածքը

4. Ջերմոդինամիկ և ատոմային մակարդակի հեռանկարներ

Ատոմային մասշտաբով, պղնձի զգալի հալման կետը բխում է նրանից մետաղական կապ— ապատեղայնացված էլեկտրոնների ծով, որոնք սոսնձում են դրական լիցքավորված իոններ.

Դրա էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան, [Ար] 3d¹04s¹, յուրաքանչյուր ատոմի համար մատակարարում է մեկ հաղորդունակ էլեկտրոն, որը ոչ միայն հիմնում է էլեկտրական հաղորդունակությունը, այլև ամրապնդում է միջատոմային համախմբվածությունը.

• Միաձուլման էնթալպիա: ~13 կՋ/մոլ
• Հալման թաքնված ջերմություն: ~205 կՋ/կգ

Այս արժեքները քանակականացնում են հալման ժամանակ մետաղական կապերը կոտրելու համար անհրաժեշտ էներգիան.

Բացի այդ, պղնձի համեմատաբար բարձր ատոմային զանգվածը (63.55 ամու) եւ խիտ FCC վանդակավոր (12 մոտակա հարևանները) բարձրացնել դրա կապի էներգիան և ջերմային կայունությունը.

5. Պղնձի հալման կետի վրա ազդող գործոններ

Մի քանի հիմնական պարամետրեր փոխում են պղնձի հալման վարքը, հաճախ պինդից հեղուկ անցումային ջերմաստիճանը տասնյակ աստիճաններով փոխելով.

Այս փոփոխականների ըմբռնումը հնարավորություն է տալիս ճշգրիտ ջերմային կառավարում ինչպես մաքուր պղնձի գործընթացներում, այնպես էլ համաձուլվածքների արտադրության մեջ.

Լեգիրման տարրեր և կեղտեր

• Ցինկ և անագ: Ներկայացնում ենք 10–40 վտ % Zn-ն իջեցնում է արույրի հալման միջակայքը մինչև մոտավորապես 900–940 °C. Նմանապես, 5-15 wt % Sn-ը տալիս է բրոնզ 950–1000 °C հալման միջակայքով.
• Արծաթ և ֆոսֆոր: Նույնիսկ հետք արծաթ (≤1 wt %) կարող է բարձրացնել պղնձի հեղուկը 5–10 °C-ով, մինչդեռ ֆոսֆորը ժամը 0.1 wt % մի փոքր նվազեցնում է հալման կետը և բարելավում հեղուկությունը.
• Թթվածին և ծծումբ: Լուծված թթվածինը ձևավորում է վերևում գտնվող Cu2O ներդիրներ 1,000 ° C, առաջացնելով տեղայնացված հալման կետի դեպրեսիա.
  Մինչդեռ, ծծմբի աղտոտվածությունը այնքան ցածր է, որքան 0.02 wt % հանգեցնում է փխրունության և հացահատիկի սահմաններում ստեղծում է ցածր հալման էվեկտիկա.

Հացահատիկի չափը և միկրոկառուցվածքը

• Fine vs. Կոպիտ ձավարեղեն: Մանրահատիկ պղինձը ցուցադրում է հալման մի փոքր ավելի բարձր սկիզբ՝ սովորաբար 2–5 °C բարձր կոպիտ նյութից, քանի որ հացահատիկի սահմանային տարածքի ավելացումը ամրացնում է ցանցը։.
• Տեղումների կարծրացում: Cu–Be-ի նման համաձուլվածքներում, նստվածքները ներդնում են տեղական լարված դաշտեր, որոնք կարող են բարձրացնել հալեցումը մինչև 8 ° C, կախված նստվածքի ծավալային մասից.

Բյուրեղյա ցանցի թերությունները

• Թափուր աշխատատեղեր և տեղահանումներ: Թափուր աշխատատեղերի բարձր կոնցենտրացիաներ (>10⁻4 ատոմային բաժին) ներմուծել վանդակավոր աղավաղում, նվազեցնելով հալման ջերմաստիճանը 3-7 °C-ով.
• Աշխատանքի կարծրացում: Սառը եղանակով մշակված պղինձը պարունակում է խճճված տեղահանումներ, որոնք նվազեցնում են համակցված էներգիան, հետևաբար ճնշող հալվելը մոտ 4 °C՝ եփած պղնձի համեմատ.

Ճնշման ազդեցությունները

• Կլաուզիուս-Կլապեյրոն հարաբերություն: Ճնշման բարձրացումը մեծացնում է հալման ջերմաստիճանը մոտավորապես արագությամբ +3 Կ պեր 100 MPA.
  Չնայած արդյունաբերական հալոցները հազվադեպ են գերազանցում շրջակա միջավայրի ճնշումը, բարձր ճնշման փորձերը հաստատում են այս կանխատեսելի թեքությունը.

Ջերմային պատմություն և մակերեսային պայմաններ

• Նախնական տաքացում: Դանդաղ նախնական տաքացումը մինչև 400–600 °C կարող է մակերևույթի օքսիդները և խոնավությունը դուրս բերել, կանխելով հալման կետի վաղ դեպրեսիան.
• Մակերեւութային ծածկույթներ: Պաշտպանիչ հոսքեր (Է.Գ., բորակի վրա հիմնված) ձևավորել պատնեշ, որը կայունացնում է մակերեսը և պահպանում է իրական հալման կետը բացօթյա մշակման ժամանակ.

6. Պղնձի համաձուլվածքների հալման կետը

Ստորև բերված է մի շարք սովորական պղնձի համաձուլվածքների հալման կետերի համապարփակ ցանկ.

Այս արժեքները վերաբերում են հեղուկի բնորոշ ջերմաստիճաններին; համաձուլվածքները հաճախ ամրանում են որոշակի տիրույթում (պինդ → հեղուկ) որը մենք այստեղ մեջբերում ենք որպես հալման մոտավոր միջակայք.

Ալյումինե անուն / Ամերիկա	Կազմ (wt%)	Հալման միջակայք (° C)
C10200 (ECD)	≥99,90 Cu	1 083–1085 թթ
C11000 (Էլեկտրոլիտիկ Cu)	≥99,90 Cu	1 083–1085 թթ
C23000 (Դեղին փողային)	~67Cu–33Zn	900 – 920
C26000 (Քարթրիջ փողային)	~70Cu–30Zn	920 – 940
C36000 (Ազատ հաստոցներ փողային)	~61Cu‑38Zn‑1Pb	920 – 940
C46400 (Ծովային Բրասս)	~60Cu‑39Zn‑1Sn	910 – 960
C51000 (Ֆոսֆորի բրոնզ)	~95Cu‑5Sn	1 000–1050 թթ
C52100 (Բարձր ամրության ֆոս. Բրոնզ)	~94Cu‑6Sn	1 000–1050 թթ
C61400 (Ալյումինե բրոնզ)	~82Cu‑10Al‑8Fe	1 015–1035 թթ
C95400 (Ալյումինե բրոնզ)	~ 79cu-10al-6ni-3O	1 020–1045 թթ
C83600 (Առաջատար կարմիր փողային)	~84Cu‑6Sn‑5Pb‑5Zn	890 – 940
C90500 (Gun Metal)	~88Cu‑10Sn‑2Zn	900 – 950
C93200 (Սիլիկոնային բրոնզ)	~ 95S.	1 000–1050 թթ
C70600 (90-10 Գուպրոնիկել)	90 10Ni-ով	1 050–1150 թթ
C71500 (70-30 Գուպրոնիկել)	70 30 Նի-ով	1 200–1300 թթ
C17200 (Բերիլիի պղինձ)	~97Cu‑2Be‑1Co	865 -1000

7. Պղնձի համաձուլվածքների հալման կետի տատանումները

Պղնձի հալման վարքագիծը կտրուկ փոխվում է, երբ համաձուլվածքային տարրերը մտնում են ցանցը.

Գործնականում, մետալուրգներն օգտագործում են այս տատանումները ձուլման ջերմաստիճանը հարմարեցնելու համար, հեղուկություն, և մեխանիկական կատարում.

Լեգիրման տարրերի ազդեցությունը

• Ցինկ (Zn):
  Ավելացնելով 10–40 վտ % Zn-ը արույր ձևավորելու համար նվազեցնում է հալման միջակայքը մոտավորապես 900-940 °C, շնորհիվ Cu–Zn էվեկտիկայի ~39 wt-ի % Zn (հալվում է ~900 °C ջերմաստիճանում).
  Բարձր ցինկի պարունակությամբ արույրներ (վերեւում 35 % Zn) սկսում են մոտենալ այդ էվեկտիկական կազմին, ցուցադրելով հալման ավելի նեղ միջակայք և բարձր հեղուկություն.
• Անագ (Սննոց):
  Ներկայացնում ենք 5–15 wt % Sn-ը բրոնզ է տալիս հալման միջակայքով 950-1000 °C.
  Այստեղ, Cu–Sn փուլային դիագրամը ցույց է տալիս էվեկտիկա ~ 8 վտ % Սննոց (~875 °C), բայց դրանից վեր են գործնական բրոնզե կոմպոզիցիաները, մոտեցնելով հեղուկը 1,000 °C՝ համապատասխան ամրություն ապահովելու համար.
• Նիկել (Մեջ):
  Գուպրոնիկելներում (10-30 wt % Մեջ), հեղուկը բարձրանում է այնտեղից 1,050 ° C (համար 10 % Մեջ) մինչեւ 1,200 ° C (համար 30 % Մեջ).
  Նիկելի ուժեղ կապը պղնձի նկատմամբ բարձրացնում է կապի էներգիան և տեղափոխում ինչպես պինդուսը, այնպես էլ հեղուկը դեպի վեր.
• Ալյումին (Ալ):
  Ալյումինե բրոնզներ (5- 11 վտ % Ալ) հալվել միջեւ 1,020–1050 °C.
  Նրանց փուլային դիագրամը բացահայտում է բարդ միջմետաղական փուլերը; առաջնային էվեկտիկա շուրջ 10 % Al տեղի է ունենում ~1010 °C ջերմաստիճանում, բայց ավելի բարձր ալյումինե համաձուլվածքները պահանջում են ավելի բարձր ջերմաստիճան 1,040 °C՝ ամբողջությամբ հեղուկացնելու համար.
• Բերիլիում (Եղիր):
  Նույնիսկ փոքր հավելումներ (~ 2 wt %) Բե կրճատել հալման միջակայքը մինչև 865-1000 °C խթանելով ցածր ջերմաստիճանի էվեկտիկա մոտ 2 % Եղիր (~780 °C).
  Սա հեշտացնում է ճշգրիտ աշխատանքը, սակայն պահանջում է զգույշ առողջության և անվտանգության վերահսկում հալման ժամանակ.

Էվեկտիկական և պինդ լուծույթի էֆեկտներ

• Էվեկտիկական համակարգեր: Համաձուլվածքները էվեկտիկական կոմպոզիցիաներում կամ մոտակայքում ամրանում են մեկում, կտրուկ ջերմաստիճան՝ իդեալական ձուլման կամ բարակ պատերով ձուլման համար.
  Օրինակ, Cu–Zn համաձուլվածք 39 % Zn-ն ամրանում է ժամը 900 ° C, առավելագույնի հասցնելով հեղուկությունը.
• Կոշտ լուծումներ: Ենթաէվեկտիկական կամ հիպոէվեկտիկական համաձուլվածքներն ունեն հալման տիրույթ (պինդից հեղուկ).
  Ավելի լայն տիրույթները կարող են պնդացման ժամանակ առաջացնել «մշուշոտ» գոտիներ, վտանգելով տարանջատումը և ծակոտկենությունը. Ի հակադրություն, Հիպերէվեկտիկական համաձուլվածքները սառչելիս կարող են փխրուն միջմետաղներ առաջացնել.

8. Պղնձի հալման կետի արդյունաբերական նշանակությունը

Պղնձի հալման կետը 1 085 ° C (1 984 ° f) առանցքային դեր է խաղում գրեթե յուրաքանչյուր լայնածավալ շահագործման մեջ, որը հանքաքարը վերածում է պատրաստի բաղադրիչների.

Գործնականում, արտադրողները օգտագործում են այս հատկությունը էներգիայի օգտագործումը օպտիմալացնելու համար, վերահսկել արտադրանքի որակը, և նվազագույնի հասցնել թափոնները.

Ձուլում և զտում

Ձուլարաններն ու ձուլարանները պարբերաբար տաքացնում են պղնձի խտանյութերը 1 200-1 300 ° C, գերազանցելով մետաղի հալման կետը՝ խարամի ամբողջական տարանջատումն ապահովելու համար.

Պահպանելով վառարանը մոտավորապես 1 100 ° C, օպերատորները նվազեցնում են օքսիդացման կորուստները: լավ վերահսկվող գործընթացները կարող են կրճատել կեղտի ձևավորումը 4 % ներքեւից ներքեւ 1 %.

Բացի այդ, Էլեկտրամշակման կայանները շրջանցում են վերահալումը` թթվային լուծույթներում անմաքուր անոդները լուծելով, Այնուամենայնիվ, դրանք դեռևս կախված են նախնական հալվածքներից՝ բարձր մաքրության թիթեղներ ձուլելու համար.

Ձուլման և համաձուլվածքների արտադրություն

Արույր արտադրելիս, բրոնզ, կամ ալյումինե բրոնզ, Տեխնիկները սահմանում են հալման ջերմաստիճանը յուրաքանչյուր համաձուլվածքից մի փոքր բարձր հեղուկ.

Օրինակ, 70/30 արույրը հալվում է մոտ 920 ° C, մինչդեռ 6 % ալյումինե բրոնզը պահանջում է 1 040 ° C.

Լոգանքը նեղի մեջ պահելով ±5 °C պատուհան, նրանք հասնում են կաղապարի ամբողջական ներթափանցմանը, նվազեցնել ծակոտկենությունը մինչև 30 %, և ապահովել խառնուրդի կայուն քիմիա.

Մթնոլորտի վերահսկում և օքսիդացման կառավարում

Քանի որ հալած պղինձը ակտիվորեն արձագանքում է թթվածնի հետ, շատ հարմարություններ վերազինում են ինդուկցիոն կամ ռեվերբերացիոն վառարանները արգոն կամ ազոտային ծածկոցներ.

Այս իներտ միջավայրերը նվազեցնում են օքսիդացման կորուստները 2 % (բաց երկնքի տակ) դեպի ներքև 0.5 %, դրանով իսկ բարելավելով մակերևույթի հարդարումը և էլեկտրական հաղորդունակությունը կարևոր բաղադրիչների համար, ինչպիսիք են ավտոբուսային ձողերը և միակցիչները.

Վերամշակում և էներգաարդյունավետություն

Պղնձի ջարդոնի վերամշակումը սպառում է մինչեւ 85 % ավելի քիչ էներգիա քան առաջնային արտադրությունը.

Սակայն, խառը համաձուլվածքի ջարդոն հաճախ պարունակում է արույր և բրոնզ, հեղուկի կետերից սկսած 900 ° C- ից 1 050 ° C.

Ժամանակակից ջարդոնի հալման համակարգերն օգտագործում են վերականգնող այրիչներ և թափոնների ջերմության վերականգնում, կրճատելով էներգիայի ընդհանուր օգտագործումը 15-20 %.

Արդյունքում, երկրորդական պղինձն այժմ ավելանում է 30 % համաշխարհային մատակարարման մասին, պայմանավորված ծախսերի խնայողությամբ և բնապահպանական առավելություններով.

9. Ծրագրեր, որոնք պահանջում են հալման ճշգրիտ հսկողություն

Որոշ արտադրական գործընթացներ պահանջում են չափազանց խիստ ջերմաստիճանի կարգավորում պղնձի հալման կետի շուրջ՝ որակը երաշխավորելու համար, կատարումը, և կրկնելիություն.

Ներքեվ, մենք ուսումնասիրում ենք երեք հիմնական ծրագրեր, որոնք կախված են հալման ճշգրիտ վերահսկումից.

Ներդրումների ձուլում

Մեջ Ներդրումների ձուլում, Ձուլարանները պահպանում են հալման ջերմաստիճանը ներսում ±5 °C համաձուլվածքի հեղուկից՝ կաղապարի հարթ լցումն ապահովելու և ծակոտկենությունը նվազագույնի հասցնելու համար.

Օրինակ, ֆոսֆոր-բրոնզե շարժիչը ձուլելիս (հեղուկ ~1000 °C), օպերատորները սովորաբար անցկացնում են լոգանքը 1,005 ° C.

Դրանով, նրանք հասնում են կաղապարի ամբողջական ներթափանցմանը առանց գերտաքացման, ինչը հակառակ դեպքում կնվազեցնի չափերի ճշգրտությունը և կբարձրացնի կեղտի ձևավորումը.

Բարձր մաքրության պղնձի արտադրություն էլեկտրական օգտագործման համար

Էլեկտրական կարգի պղնձի արտադրողներ (≥ 99.99 % Մգոհել) կատարել հալեցում վակուումի կամ իներտ գազի տակ, վերահսկել ջերմաստիճանը ներսում ±2 °C է 1,083 ° C.

Այս խիստ հսկողությունը կանխում է գազի ծուղակը և աղտոտումը, երկուսն էլ վտանգում են հաղորդունակությունը.

Որեվէ ավելին, Շարունակական ձուլման գծերում ջերմային կոշտ կառավարումը տալիս է նուրբ հատիկավոր կառուցվածքներ, որոնք էլ ավելի բարձրացնում են էլեկտրական աշխատանքը և նվազեցնում դիմադրողականությունը ստորև 1.67 μΩ· սմ.

Հավելանյութերի արտադրություն և բարակ թաղանթի նստեցում

Լազերային փոշի-մահճակալ միաձուլման մեջ (Lpbf) պղնձի համաձուլվածքներից, Ինժեներները կարգավորում են լազերային հզորությունը և սկանավորման արագությունը՝ շրջակայքում տեղայնացված հալեցման լողավազաններ արտադրելու համար 1,100 Մի քիչ 1,150 ° C.

Ճշգրիտ ջերմային պրոֆիլավորումը, որը հաճախ վերահսկվում է իրական ժամանակում պիրոմետրերով, կանխում է գնդիկավորությունը, ծակոտկենություն, և բանալու անցքի թերությունները.

Նմանապես, ֆիզիկական գոլորշիների նստվածքում (PVD) պղնձե ֆիլմերից, խառնարանի ջերմաստիճանը պետք է մնա ներսում ±1 °C գոլորշիացման սահմանված կետի (սովորաբար 1,300 ° C) վերահսկելու նստվածքի արագությունը և թաղանթի միատեսակությունը մինչև նանոմետրի ճշգրտությունը.

10. Համեմատություններ այլ մետաղների հետ

Պղնձի հալման կետը համեմատելով մետաղների ավելի լայն սպեկտրի հետ, ավելի պարզ է դառնում, թե ինչպես են ատոմային կառուցվածքը և կապող էներգիան թելադրում ջերմային վարքագիծը, և օգնում է ինժեներներին ընտրել համապատասխան նյութեր:.

Հալման կետերը և կապի էներգիաները

Մետաղ	Հալման կետ (° C)	Պարտատոմսերի էներգիա (կՋ/մոլ)	Բյուրեղյա կառուցվածքը
Մագնեզիում	650	75	HCP
Ցինկ	420	115	HCP
Տաքարյուն	327	94	FCC
Ալյումին	660	106	FCC
Արծաթ	961	216	FCC
Ոսկի	1 064	226	FCC
Պղնձ	1 085	201	FCC
Կոբալտ	1 495 թ	243	HCP (α-Co)
Նիկել	1 455	273	FCC
Տիտղոս	1 668 թ	243	HCP (α-Ti)
Երկաթ	1 538 թ	272	Բեկոր (δ-Fe), FCC (γ-Fe)
Պլատին	1 768 թ	315	FCC
Վոլֆրամ	3 422	820	Բեկոր

Հետևանքները համաձուլվածքների դիզայնի համար

• Էներգիա և ծախսեր: Պղնձի նման մետաղները հավասարակշռում են հալման ողջամիտ ջերմաստիճանները (շուրջը 1 085 ° C) և ուժեղ մեխանիկական հատկություններ.
  Ի հակադրություն, վոլֆրամի կամ պլատինի մշակումը պահանջում է բարձր ջերմաստիճանի մասնագիտացված սարքավորում և ավելի մեծ էներգիայի ներդրում.
• Միացում և ձուլում: Աննման մետաղներ միացնելիս, ինչպես, օրինակ, պղնձի թրծումը տիտանի հետ,
  ինժեներները ընտրում են հալման կետերով լցոնիչներ, որոնց հալման կետերը ցածր ջերմաստիճանի մետաղից ցածր են, որպեսզի խուսափեն հիմքային մետաղներից վնասից.
• Performance Tuning: Ալյումինե դիզայներները օգտագործում են այս հալման և միացման միտումները ինժեներական նյութերի համար, որոնք գործում են հատուկ ջերմային պայմաններում,
  արդյոք նրանց անհրաժեշտ է ցածր ջերմաստիճանի դյուրահալ համաձուլվածք, թե բարձր ջերմաստիճանի գերհամաձուլվածք.

11. Եզրափակում

Պղնձի և պղնձի համաձուլվածքների հալման կետը մարմնավորում է ամուր մետաղական կապի և աշխատունակ ջերմային պահանջների միջև հավասարակշռությունը.

Ինժեներները ձեռք են բերում օպտիմալ կատարողականություն ձուլման մեջ, ձուլման, և զարգացած արտադրություն՝ վերահսկելով կեղտերը, Ալյումինե տարրեր, և գործընթացի պարամետրերը.

Քանի որ արդյունաբերությունները ձգտում են ավելի մեծ էներգաարդյունավետության և նյութական կայունության, Պղնձի հալման վարքագծի մանրակրկիտ ընկալումը մնում է նորարարության կարևոր հիմք.

 

ՀՏՀ

Ինչպես է չափվում պղնձի հալման կետը?

Լաբորատորիաները որոշում են պղնձի հալման կետը՝ օգտագործելով դիֆերենցիալ սկանավորման կալորիմետրիա (Բխում) կամ բարձր ջերմաստիճանի վառարան, որը կահավորված է տրամաչափված ջերմազույգերով.

Այս մեթոդները տաքացնում են նմուշները վերահսկվող արագությամբ (սովորաբար 5–10 °C/րոպե) և գրանցել պինդ-հեղուկ անցման սկիզբը.

Ո՞ր կեղտերն են առավել ուժեղ ազդում պղնձի հալման կետի վրա?

Ցինկն ու անագը զգալիորեն նվազեցնում են պղնձի հեղուկությունը (մինչև 900–940 °C արույրներում և 950–1000 °C բրոնզերում). Ընդհակառակ, Արծաթի հետքը կարող է այն բարձրացնել 5–10 °C-ով.

Թթվածինը և ծծումբը հաճախ ձևավորում են ցածր հալեցման օքսիդներ կամ սուլֆիդներ, առաջացնելով հալման կետի տեղայնացված դեպրեսիաներ.