Медные сплавы плавление

Когда говорят про плавление медных сплавов, многие сразу представляют себе стандартную индукционную печь и табличные параметры — а на деле даже латунь ЛС59-1 и фосфористая бронза БрОФ6.5-0.15 ведут себя в расплаве совершенно по-разному. За годы работы с материалами вроде титано-меди и хром-циркониевой меди я не раз сталкивался, что технологи упрощают процесс до 'нагрел до 1100°C и выдержал', а потом удивляются, почему в отливках появляются газовые раковины или неравномерность структуры.

Особенности подготовки шихты

Начну с того, что даже казалось бы простой сплав медь-никель-кремний требует особого подхода к шихтовке. Если брать чистые металлы, надо учитывать не только химический состав, но и геометрию загрузки — мелкая стружка и крупные слитки плавятся с разной скоростью, что приводит к ликвации. Мы в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' как-то пробовали ускорить плавку за счёт дроблёного лома, но получили неравномерное распределение кремния по высоте слитка.

С бериллиевой бронзой вообще отдельная история — тут нельзя допускать контакта шихты с атмосферой печи до образования защитного слоя. Я всегда настаиваю на предварительном прогреве шихты до 200-250°C, хотя многие считают это излишним. Заметил, что если пренебречь этой операцией, в расплаве остаются микропузыри влаги, которые потом 'выстреливают' при разливке.

Интересный момент с марганцово-медными сплавами — их вообще лучше плавить под слоем флюса на основе буры, иначе теряется до 15-20% марганца. Проверяли на спектрографе — без защиты улетучивается не только марганцевая составляющая, но и часть цинка, если он есть в составе.

Температурные режимы и контроль

В учебниках обычно пишут 'температура плавления медных сплавов — 900-1100°C', но это слишком обобщённо. Например, для бескислородной меди М0б критичен не столько сам нагрев, сколько скорость подъёма температуры в зоне 600-800°C — при резком скаке активно идёт поглощение водорода.

На практике мы часто используем ступенчатый нагрев — особенно для сплавов типа медь-железо, где есть риск образования тугоплавких интерметаллидов. Выдерживаем 15-20 минут при 950°C, потом поднимаем до рабочей температуры °C. Кстати, перегрев выше 1250°C для большинства медных сплавов уже опасен — начинается активное окисление и газонасыщение.

Контроль температуры — отдельная головная боль. Термопара в индукционной печи часто показывает температуру ванны с погрешностью до 30-40 градусов. Пришлось разработать свою методику — ставим две термопары в разных точках и дополнительно контролируем по цвету поверхности расплава. Для сплавов типа хром-циркониевой меди это особенно важно — перегрев всего на 20 градусов резко снижает пластичность готового проката.

Проблемы с газопоглощением

Самое неприятное в плавке медных сплавов — их склонность к поглощению водорода и кислорода. С оловянной латунью, например, если плавить в окислительной атмосфере, получаем до 0,05% кислорода в расплаве — а это уже риск образования паровых раковин при кристаллизации.

Пробовали разные способы дегазации — и продувку азотом, и вакуумирование. Для ответственных отливок из алюминиевых бронз лучше работает вакуумирование, хотя это и удорожает процесс. А вот для фосфористой бронзы достаточно фосфористой меди ввести в конце плавки — фосфор сам связывает кислород.

Запомнился случай с плавкой титано-меди для электротехнических изделий — казалось бы, всё по технологии, а в готовых прутках ультразвук показал расслоения. Оказалось, проблема в том, что титан вводили в виде лигатуры, но не учли его высокое сродство к кислороду — часть титана перешла в оксиды, которые создали внутренние напряжения.

Нюансы легирования

Когда работаешь с многокомпонентными сплавами типа медь-никель-кремний или медно-железными сплавами, важно понимать последовательность введения легирующих. Железо, например, вводим в самом начале — оно тугоплавкое, нужно время на растворение. А вот кремний или марганец — в конце, чтобы минимизировать угар.

С бериллиевой бронзой особая технология — бериллий вводим в виде лигатуры Cu-Be, причём строго при определённой температуре 1150±10°C. Если температура ниже — не растворяется полностью, если выше — начинается активное испарение бериллия, что и опасно для персонала, и ухудшает свойства сплава.

Для сплавов типа хром-циркониевой меди используем промежуточные лигатуры — хром плохо растворяется в чистой меди, а в виде Cu-Cr лигатуры идёт гораздо лучше. Но тут важно не передержать — хром склонен к окислению, даже под защитной атмосферой.

Практические наблюдения по конкретным маркам

Заметил интересную особенность у оловянной латуни — если её перегреть всего на 30-40 градусов выше оптимальной температуры плавления, резко возрастает жидкотекучесть, но одновременно и газопоглощение. Поэтому для тонкостенных отливок иногда сознательно идём на небольшой перегрев, но только с последующей дегазацией.

С бескислородной медью работаем только в вакуумных печах или под защитой генераторного газа. Малейшее присутствие кислорода — и электропроводность падает на 10-15%. Проверяли многократно — даже визуально чистая медь может иметь повышенное содержание кислорода, если плавка велась без должной защиты.

Для алюминиевых бронз типа БрА5 характерна склонность к ликвации алюминия — поэтому перемешивание расплава обязательно, причём механическое, а не электромагнитным полем печи. ЭМП создаёт поверхностное движение, а у дна расплав может оставаться практически неподвижным.

Оборудование и его влияние

Индукционные печи — это конечно хорошо для большинства медных сплавов, но есть нюансы. Например, для плавки марганцово-медных сплавов индукция не очень подходит — слишком сильная циркуляция расплава приводит к окислению марганца. Тут лучше тигельные печи сопротивления.

Работая с титановыми сплавами и медными, мы в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' часто сталкиваемся с необходимостью плавки в вакуумных дуговых печах — особенно когда речь идёт о создании биметаллических заготовок. Но это уже совсем другая история, хотя некоторые принципы сохраняются.

Важный момент — материал футеровки. Для большинства медных сплавов используем графитовые тигли, но для алюминиевых бронз это недопустимо — алюминий активно взаимодействует с углеродом. Тут только оксидные или карбидкремниевые тигли.

Заключительные замечания

Если обобщить многолетний опыт, то главное в плавке медных сплавов — понимать не только химизм процессов, но и 'характер' каждого сплава. Табличные параметры — это лишь ориентир, а реальные режимы приходится подбирать экспериментально, учитывая и исходное сырьё, и оборудование, и требования к готовой продукции.

Сейчас много говорят о цифровизации процессов плавки, но на практике даже самые продвинутые системы управления не заменят оператора, который по цвету пламени или состоянию шлака может определить, что с расплавом что-то не так. Это тот случай, где опыт и наблюдательность важнее формальных параметров.

Для тех, кто только начинает работать с медными сплавами, советую вести подробные журналы плавок — фиксировать не только температуры и составы, но и такие 'мелочи' как влажность в цехе, время года, марку электродов. Со временем эти данные помогают выстроить оптимальную технологию для конкретных условий производства.