عملية صهر نموذجية للنحاس النقي وسبائك النحاس المستخدمة في الصب، بما في ذلك النحاس النقي والنحاس والبرونز
مقدمة: يعد النحاس النقي وسبائك النحاس المستخدمة في الصب فئة مهمة من المعادن غير الحديدية وتستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الفعلي. يمكن تقسيم سبائك النحاس شائعة الاستخدام بشكل أساسي إلى فئتين وفقًا لتركيباتها المختلفة، وهما النحاس المصبوب والبرونز المصبوب. سواء كان الأمر يتعلق بصب الرمل أو الصب الاستثماري، فإن الصهر يعد جزءًا مهمًا من إنتاج الصب. هناك أوجه تشابه واختلاف بين صهر سبائك النحاس المختلفة. في سنوات عديدة من ممارسة الإنتاج، قمنا بتلخيص تجربة عملية صهر النحاس وسبائك النحاس (البرونز والنحاس بشكل أساسي) لتكون مرجعًا لك.
معدات الصهر المستخدمة: فرن الحث بالتردد المتوسط، المزدوجة الحرارية، المغرفة، بوتقة الجرافيت، إلخ.
1. صهر النحاس النقي
(1) قم أولاً بتسخين البوتقة إلى اللون الأحمر الداكن، وإضافة طبقة من الفحم الجاف أو عامل التغطية (البوراكس 63% + الزجاج المكسور 37%) بسمك حوالي 30-50 سم في الجزء السفلي من البوتقة. ثم أضف المواد المتبقية، وكتل النفايات والقضبان بالتسلسل، وأخيرًا أضف النحاس المُحلل كهربائيًا.
(2) يمكن وضع عناصر السبائك الإضافية على الموقد للتسخين المسبق. يمنع منعا باتا إضافة مواد باردة إلى المعدن السائل. يجب تحريك الشحنة بشكل متكرر أثناء عملية الذوبان بأكملها لمنع التجسير.
(3) ارفع درجة الحرارة حتى تذوب السبيكة تمامًا. بعد أن تذوب السبيكة بالكامل وتصل درجة الحرارة إلى 1200-1220 درجة، 0.3%-0.4% من وزن سائل السبيكة يضاف إلى نحاس الفسفور لإزالة الأكسدة. تحدث التفاعلات التالية بين الفسفور وأكسيد النحاسوز: 5Cu2O+2P=P2O5+10Cu و Cu2O+P2O5= 2CuPO3، يتسرب غاز خامس أكسيد الفوسفور المتولد من السبيكة، يمكن أن يطفو فوسفات النحاس على سطح السائل، ويتم إزالة الخبث، وبالتالي تحقيق الغرض من إزالة الأكسدة. مطلوب التحريك المستمر أثناء عملية إزالة الأكسدة.
(4) أخيرًا، تتم إزالة الخبث من الفرن، وتكون درجة حرارة صب سائل السبائك بشكل عام 1100-1200 درجة.
2. صهر النحاس
السبائك النحاسية مع الزنك كعنصر السبائك الرئيسي هي النحاس، والتي تنقسم إلى فئتين: النحاس العادي والنحاس الخاص. النحاس العادي عبارة عن سبيكة ثنائية تتكون من النحاس والزنك، وتستخدم بشكل رئيسي في معالجة الضغط. يتم تصنيع النحاس الخاص عن طريق إضافة عناصر سبائك أخرى (مثل السيليكون والألومنيوم والمنغنيز والرصاص والحديد والنيكل وما إلى ذلك) إلى النحاس العادي. النحاس المصبوب هو في الغالب نحاس خاص.
(1) مكونات السبائك ومتطلبات الشحن المعدني. في التركيب الكيميائي لسبائك النحاس، نظرًا للتنوع الكبير للمكونات الرئيسية، في عملية حساب المكونات، يجب اختيار المكونات المناسبة بناءً على متطلبات أدائها. يجب أن يتوافق التركيب الكيميائي للسبيكة مع GB1176-87. يتم سرد مكونات العديد من مكونات صهر النحاس شائعة الاستخدام في الجدول 1.
يشترط أن تكون مادة الفرن جافة ونظيفة، ويجب تنظيف أي أوساخ أو صدأ عن طريق نفخ الرمال.
(2) نسبة الشحن وفقًا لممارسات الصب العامة، يجب أن يمثل تكوين المواد الجديدة أكبر من أو يساوي 30% من إجمالي وزن الشحنة، ويجب أن تكون المواد المعاد تدويرها أقل من أو تساوي 70%. ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي، فإننا نعتبر أن سبائك النحاس تحتوي على الكثير من المواد المعاد تدويرها. عندما تكون نسبة كتلة المواد المعاد تدويرها أكبر من أو تساوي 90% في نسبة مواد الفرن، فإن جودة الذوبان لا تزال جيدة جدًا. يثبت تحليل الطيف الكيميائي أن تركيبة المسبوكات مؤهلة. عندما يكون هناك الكثير من المواد المعاد تدويرها، فمن الضروري النظر فيما إذا كانت الشوائب الموجودة في السبائك تتجاوز المعيار.
(3) التحضير قبل الصهر ① تحضير الشحنة المعدنية: الشحنة المعاد تدويرها هي مصبوبات الخردة، وصب المواد الصاعدة والسبائك المعاد صهرها من نفس العلامة التجارية، والتي تحتاج إلى تركيبة كيميائية واضحة. قبل الدخول إلى الفرن، يتم استخدام نفخ الرمل لإزالة الأوساخ السطحية، ويتم تحميل الفرن بعد التسخين المسبق (يمكن تسخين الدفعة الأولى من ذوبان الفرن البارد بالفرن)؛ النحاس الإلكتروليتي عبارة عن نفخ بالرمل لإزالة الأوساخ، وبعد التسخين المسبق عند درجة 500-550 لإزالة الرطوبة، (يمكن تسخين الدفعة الأولى من ذوبان الفرن البارد بالفرن؛ ويمكن تسخين العناصر المعدنية النقية في الفرن قبل دخولها إلى الفرن الفرن ويجب ألا يتجاوز الحد الأقصى لحجم الشحنة المعدنية 1/3 قطر البوتقة، ويجب ألا يتجاوز الطول 4/5 من عمق البوتقة ② إعداد البوتقة ومعدات وأدوات الصهر: يجب أن تكون البوتقة خالية من الشقوق والأضرار الأخرى التي تؤثر على السلامة قبل الاستخدام، ويجب تسخين البوتقة الجديدة ببطء عند درجة حرارة منخفضة لمنع الشقوق، وسيكون للبوتقة القديمة سطح داخلي نظيف الخبث، عند استخدام بوتقة جرافيت جديدة أو تغييرها. نوع سبيكة الصهر، يجب صهر البوتقة بنفس سلسلة السبائك قبل الصهر وغسلها؛ يجب تنظيف قضيب التحريك المصنوع من المواد المقاومة للحرارة والجرافيت جيدًا من الطلاء المتبقي والصدأ، ومطلي بطبقة من المواد المقاومة للحرارة أو طلاءها، ثم تجفيفها وتوضع جانباً للاستخدام؛ يجب تنظيف قالب السبيكة جيدًا قبل الاستخدام، وتسخينه مسبقًا إلى درجة 100-150 بعد وضع الطلاء للاستخدام.
(4) تحضير عامل التغطية والتدفق ①يجب وضع الفحم في فرن خبز مغلق وخبزه على درجة حرارة لا تقل عن 800 درجة لمدة 4 ساعات. ويجب منعه من امتصاص الرطوبة عندما يكون جاهزًا للاستخدام. ②يتكون عامل التغطية من 63% بوراكس و37% زجاج مكسور. يمكن أيضًا استخدام الفحم الجاف كعامل تغطية. تتطلب عوامل التغطية التجفيف وإزالة الحطام.
(5) عملية صهر السبائك
① قم بتسخين البوتقة إلى اللون الأحمر الداكن أولاً، وأضف الفحم بسمك 20-40 سم إلى الأسفل.
②أضف النحاس الإلكتروليتي، وقم بالتسخين والذوبان بسرعة، ثم أضف السبيكة الوسيطة بالترتيب أولاً بأعلى نقطة انصهار ثم بأدنى نقطة انصهار (إن وجدت)، وأخيرًا أضف مرة أخرى إلى شحن الفرن، وأضف الفحم في نفس الوقت لضمان عدم تعرض مستوى سائل السبائك في الهواء.
③ يتطلب صهر النحاس بشكل عام أيضًا إزالة الأكسدة. بعد صهر كل النحاس، يضاف نحاس الفوسفور (محسوبًا على أنه P يمثل 0.04%-0.06% من وزن النحاس المنصهر) عندما تصل درجة الحرارة إلى 1150-1200 درجة لإزالة الأكسدة. بعد المقارنة العملية بين إزالة الأكسدة وعدم الأكسدة، فإن جودة سطح المسبوكات المؤكسدة أفضل من تلك دون إزالة الأكسدة.
④ أضف عناصر صناعة السبائك وفقًا لمتطلبات التركيب لكل درجة من السبائك: أضف سبيكة الألومنيوم والنحاس الرئيسية عند درجة 1100-1120، وأضف الزنك النقي والألومنيوم النقي على دفعات عند درجة 1100-1150 أثناء انقطاع التيار الكهربائي وحرك. عند صهر نحاس السيليكون، يجب إضافة السيليكون أولاً ثم الزنك؛ عند صهر النحاس الرصاصي يجب إضافة الزنك أولاً ثم الرصاص. يجب التحكم في درجة حرارة إضافة عنصر الزنك. إذا انخفضت درجة الحرارة بعد إضافة الزنك، يمكن إرسال الطاقة بشكل وسيط. عندما تكون درجة حرارة سائل السبائك أعلى من 1200 درجة، لا يسمح بإضافة الزنك.
⑤ قم بإزالة الخبث من الفرن، واضبط سائل السبائك إلى درجة الحرارة المطلوبة بواسطة بطاقة عملية الصب، ثم قم بتفريغه بسرعة من الفرن للصب. تعد درجة حرارة صب السبيكة أحد العوامل التي تؤثر على أداء الصب. درجة حرارة الفرن العامة هي ZCuZn38: 1100-1130 درجة؛ ZCuZn40Pb2: 1080-1100 درجة؛ ZCuZn31Al2: 1120-1140 درجة؛ ZCuZn16Si4: 1100-1140 درجة .
⑥ عندما يتم صهر درجتين مختلفتين من السبائك ويتأثر تركيبهما الكيميائي، يجب غسل الفرن بينهما. على سبيل المثال، استخدم البوتقة والأدوات التي تم استخدامها لصهر برونز الألومنيوم لصهر برونز القصدير، ويجب أن تحتوي البوتقة والأدوات على الألومنيوم. على الرغم من أن الألومنيوم مكون مؤهل في برونز الألومنيوم، إلا أنه العنصر الأكثر ضررًا في برونز القصدير. .
يمكن الحصول على المسبوكات المؤهلة بعد إزالة الأكسدة من سبائك النحاس العامة. ومع ذلك، فإن برونز الألومنيوم، ونحاس الألومنيوم، وبرونز السيليكون، وما إلى ذلك يتأكسد بسهولة لتكوين أكاسيد ذات درجة انصهار عالية Al2O3 وSiO2، مما يتسبب في تكوين المسبوكات لشوائب الخبث، والتي تحتاج إلى إزالتها عن طريق التكرير. تشتمل عوامل التكرير شائعة الاستخدام على: كلوريد الصوديوم بنسبة كتلة 60% +40% كريوليت أو 20% كريوليت +20% فلوريت +60% فلوريد الصوديوم، إلخ.
3. صهر البرونز
يمكن تقسيم البرونز المصبوب إلى برونز القصدير وبرونز خالي من القصدير حسب تركيبه. برونز القصدير عبارة عن سبيكة ذات أساس نحاسي مع القصدير كعنصر السبيكة الرئيسي. لديها مقاومة جيدة للتآكل، ومقاومة للتآكل، وقوة جيدة ولدونة. يشمل البرونز الخالي من القصدير برونز الألومنيوم، وبرونز الرصاص، وبرونز السيليكون، وما إلى ذلك، والتي تحتوي على عناصر رئيسية مختلفة. على سبيل المثال، برونز الألومنيوم عبارة عن سبيكة قائمة على النحاس مع الألومنيوم كعنصر صناعة السبائك الرئيسي.
(1) مكونات السبائك ومتطلبات الشحن المعدني. يتم سرد المكونات اللازمة لصهر العديد من سبائك البرونز شائعة الاستخدام في الجدول 2.
المتطلبات: يُسمح بإضافة {{0}}.7%~0.9%Ni و0.3%~0.4%Mn إلى سبيكة ZCuAl10Fe3 لتحسين الخواص الميكانيكية. من السبائك.
(2) نسبة شحن الفرن: يجب أن تكون نسبة المواد الجديدة في الوزن الإجمالي لشحن الفرن أكبر من أو تساوي 30%، ويجب أن تكون المواد المعاد تدويرها أقل من أو تساوي 70%.
(3) التحضير قبل الصهر التحضير قبل صهر البرونز هو نفس التحضير لصهر النحاس. يجب وضع الفحم في فرن خبز محكم الغلق وخبزه على درجة حرارة لا تقل عن 800 درجة لمدة 4 ساعات. ويجب منعه من امتصاص الرطوبة عندما يكون جاهزًا للاستخدام. يجب طحن رماد القش إلى مسحوق وإزالة الرطوبة وتجفيفه جيدًا. انتبه إلى عزل الرطوبة قبل الاستخدام. تتطلب عوامل التغطية التجفيف وإزالة الحطام.
(4) عملية صهر السبائك هناك أنواع عديدة من البرونز المصبوب. تمت مناقشة عدد قليل فقط من السبائك النموذجية هنا. يمكن استخدام سبائك النحاس الأخرى من نفس النوع كمرجع.
صهر ZCuSn10Pb1 وZCuPb10Sn10: ① قم بتسخين البوتقة مسبقًا إلى اللون الأحمر الداكن أولاً، ثم أضف فحمًا بسمك 20 سم-40 سم إلى القاع. ②أضف النحاس الإلكتروليتي، وقم بتسخينه وإذابته بسرعة، ثم أضف المواد المعاد تدويرها، وأضف الفحم في نفس الوقت لضمان عدم تعرض مستوى سائل السبائك للهواء. ③بعد ذوبان الشحنة المرتجعة، أضف نحاس الفوسفور (عموما 0.5% من وزن الشحنة، ويمكن إضافة كل نحاس الفوسفور المستخدم عند ذوبان برونز الفوسفور والقصدير). ④أضف الزنك والقصدير والرصاص بالتسلسل (حسب المكونات). بعد ذوبان الشحنة السابقة تمامًا، أضف الشحنة التالية وحرك سائل السبيكة بشكل مستمر. ⑤ضبط درجة حرارة سائل السبيكة إلى ما بين 1100-1150 درجة. ⑥كسر الخبث من الفرن، وإضافة النحاس الفوسفوري (عموما 0.1٪ من وزن الشحنة)، وإزالة الأكسدة، والتحريك بالتساوي، ورش طبقة من رماد القش على سطح سائل السبائك، وضبط سائل السبائك إلى درجة الحرارة المطلوبة بواسطة بطاقة عملية الصب (عادة 1130 -1180 درجة)، ثم تصب بسرعة خارج الفرن.
ذوبان ZCuAl10Fe3 وZCuAl10Fe3Mn2: ① لا تستخدم البوتقات التي أذابت سبائك أخرى لإذابة هاتين السبائك. ② قم بتسخين البوتقة إلى اللون الأحمر الداكن وأضف التدفق المجهز. (تركيبة التدفق: كريوليت 20% (نسبة الكتلة)، فلوريد الصوديوم 60%، فلوريد الكالسيوم 20%). ③أضف صفائح فولاذية رفيعة منخفضة الكربون مسخنة مسبقًا إلى حوالي 200 درجة ومواد معاد تدويرها في نفس الوقت، وحرك السبائك بعد الذوبان، وارفع درجة الحرارة إلى 1150-1180 درجة. ④أضف 0.3% من وزن سبيكة النحاس الفوسفوري لإزالة الأكسدة، وأضف التدفق. ⑤أضف الألومنيوم النقي والمنغنيز النقي (حسب المكونات) المسخن مسبقًا إلى 200 درجة على دفعات. بعد إضافة كل دفعة، اضغط عليها بقضيب التحريك لإذابتها بسرعة، وحركها باستمرار حتى تصبح المكونات موحدة، ** أخيرًا، اضبط درجة حرارة سائل السبيكة إلى ما بين 1120-1220 درجة. ⑥ قم بتغطية الخبث برماد القش، واضبط درجة حرارة السبائك وفقًا لبطاقة عملية الصب (عادة 1160-1200 درجة)، ثم اضبط عملية الصب بسرعة.
4. احتياطات السلامة
يعد إنتاج السلامة مطلبًا أساسيًا في صناعة المسابك. يجب عند صهر النحاس النقي وسبائك النحاس أن:
(1) يجب على المشغلين ارتداء معدات الحماية، والحفاظ على نظافة موقع العمل، وعدم السماح بتراكم الماء أو الحطام.
(2) قبل بدء تشغيل الفرن، تحقق مما إذا كانت المعدات المستخدمة في حالة جيدة. إذا كانت هناك أي عوامل غير آمنة، فيجب إزالتها في الوقت المناسب.
(3) لا يمكن إجراء التسخين المسبق إلا بعد الفحص الدقيق والتأكد من عدم وجود مواد متفجرة أو خطيرة في الشحنة.
(4) يجب ألا تتلامس أدوات الصهر والصب، مثل قضبان التحريك والملاعق الحديدية وأدوات إزالة الخبث، مع سائل السبائك دون التسخين المسبق.
(5) يجب سكب سائل السبائك المتبقي أثناء الصب في قالب السبيكة المسخن مسبقًا ولا يُسمح بسكبه مباشرة على الأرض أو سكبه مرة أخرى في الفرن.
5. عدة أمور يجب الاهتمام بها أثناء الصهر
(1) ينبغي التحكم في وقت الذوبان. يُطلق على الوقت من بداية الذوبان إلى نهاية الذوبان (خروج السبيكة من الفرن) وقت الذوبان. لن يؤثر طول وقت الذوبان على الإنتاجية فحسب، بل سيؤثر أيضًا بشكل كبير على جودة الأجزاء المصبوبة. ومع زيادة زمن الذوبان، يزداد معدل احتراق العناصر في السبيكة وتزداد فرصة امتصاص الغازات. ولذلك، ينبغي الانتهاء من أعمال الصهر في أقصر وقت ممكن. حيثما أمكن، يجب زيادة درجة حرارة التسخين المسبق للشحنة قدر الإمكان، ويجب أن تكون العملية مدمجة وسريعة.
(2) يجب أن يكون قضيب التحريك المستخدم في الصهر من قضبان الكربون. توجد عناصر معينة في سبائك النحاس، مثل الحديد والرصاص، على شكل مخاليط ميكانيكية عند صهرها. هناك أيضًا بعض العناصر التي تميل إلى إنتاج فصل الجاذبية النوعية والتقسيم الطبقي بسبب كثافات مختلفة. لقد أثبتت الممارسة أن هذه العناصر يمكن أن تسبب بسهولة تركيبًا كيميائيًا غير مؤهل وخصائص ميكانيكية غير مؤهلة أثناء عملية الصهر والصب. وللتغلب على هذه الظاهرة يجب استخدام التحريك وهو جزء لا غنى عنه في عملية الذوبان والصب. ومع ذلك، لا يلزم التحريك بشكل عام أثناء قياس درجة الحرارة والتبريد. تكوين المواد للنمام المستخدم هو بشكل عام الجرافيت. وذلك لأنه إذا تم استخدام مواد التحريك الأخرى مثل قضيب الحديد، فسوف يذوب قضيب الحديد أثناء عملية التحريك، مما يؤثر على التركيب الكيميائي للسبائك. في الوقت نفسه، إذا تم تسخين قضيب الحديد عند درجة حرارة أعلى في الفرن أو كان وقت التحريك أطول، فإن الأكاسيد الموجودة على قضيب الحديد ستدخل إلى سائل السبائك وتصبح شوائب؛ إذا تم تسخين قضيب الحديد عند درجة حرارة أقل، فسيتم تحريك السبيكة أثناء التحريك. يمكن ملاحظة ذلك في الإنتاج للالتصاق بقضيب الحديد.
(3) مشاكل في استخدام عامل التغطية أثناء الصهر. بالنسبة لصهر سبائك النحاس تكون كمية عامل التغطية بشكل عام: 0.8%-1.2% من وزن الشحنة عند استخدام الزجاج والبوراكس، لأن سمك طبقة التغطية يجب أن يكون تم الحفاظ عليه عند 10- 15 سم؛ عند استخدام الفحم تكون الجرعة حوالي 0.5%-0.7% من وزن الشحنة، ويجب الحفاظ على سمك طبقة التغطية عند 25-35سم. يتم تنفيذ وقت إزالة عامل التغطية بشكل عام قبل الصب. إذا تم ذلك في وقت مبكر جدًا، فسيؤدي ذلك إلى زيادة الأكسدة وامتصاص الهواء لسبائك النحاس. إذا تم استخدام الفحم كعامل تغطية وكان تأثير منع الخبث جيدًا، فليس من الضروري إزالة عامل التغطية، بحيث يمكنه أيضًا لعب دور منع الخبث أثناء عملية الصب، ويكون التأثير أكثر مثالية.
