Легкоплавкие эвтектики

Легкоплавкая эвтектика на основе кремния (Гпл = 577° С) приводит к появлению трещин, если содержание кремния невелико (до 0,5%); при содержании кремния свыше 4—5% образующаяся эвтектика «залечивает» трещины. При обычном содержании кремния (0,2—0,5%) в металл шва вводят железо (FeS^Si), что приводит к связыванию кремния в тройное соединение Fe—Si—Al входящей в состав тугоплавкой перитектики. Это препятствует растворению кремния в жидком лик вате.

Влияние серы. Сера является вредной примесью. Она образует легкоплавкую эвтектику FeS + Fe. При кристаллизации сплава легкоплавкая эвтектика располагается по границам зерен и при повторном нагреве расплавляется, в результате чего нарушается связь между зернами, что приводит к образованию трещин и надрывов. Это явление носит название красноломкости. Допускается содержание серы до 0,06 %.

При нагревании до температуры ковки или прокатки (800 -1200°С) легкоплавкая эвтектика расплавляется и при ударе молота в стали возникают надрывы и трещины. Это явление носит название красноломкости.

а - после прессования, х 50; б - после отжига. * 300; / - электрокорунд; 2 - связующая пластическая масса ППЭН; 3 - легкоплавкая эвтектика - связующая сетка; 4 -

Магний улучшает пластичность загрязненных серой никелевых сплавов, однако избыток его вреден, так как при превышении предела его растворимости может образоваться легкоплавкая эвтектика никеля с магнием [1].

никелевых сплавов этими элементами. В качестве жаростойкого материала широко применяются нихромы, а в качестве жаростойкого и жаропрочного материала сплавы типа нимоник, дополнительно легированные титаном и алюминием. Исключительно вредной примесью в никелевых сплавах является сера, в присутствии к-рой на границе зерен образуется легкоплавкая эвтектика Ni—Ni3S2 (*°пл. 625°), что при высоких темп-pax вызывает склонность сплавов к межкристаллитной коррозии. Для повышения коррозионной стойкости в окислит, и восстановит, атмосферах, содержащих сернистые газы, никель легируют марганцем (до 4,5%) или хромом.

При взаимодействии никеля с серой в процессе нагрева по границам зерен образуется легкоплавкая эвтектика, вызывающая охрупчивание металла. Поэтому содержание серы в защитных и восстановит, газах при пайке никеля и его сплавов не должно превышать 0,4 мг/л; остатки масел, краски, смазок и др. веществ, содержащих серу, предварительно тщательно удаляют с поверхности деталей. Подобное же действие на никель и его сплавы оказывают висмут, мышьяк и нек-рые др. легкоплавкие металлы. Для предотвращения хрупкого разрушения под напряжением пайку деталей из нихрома и моне-ля в контакте с жидкими припоями (особенно с припоями, содержащими серебро, кадмий, цинк) производят в отожженном состоянии, при отсутствии внешних- и внутренних растягивающих напряжений. Детали, подвергаемые последующему старению, паяют припоями, темп-ра плавления к-рых выше темп-ры старения паяемого материала.

При пайке никеля и его сплавов необходимо следить за тем, чтобы применяемые газовые среды не содержали соединений серы, так как при взаимодействии серы с никелем образуется легкоплавкая эвтектика, проникающая по границам зерен и вызывающая ох-рупчивание металла.

В качестве другого, весьма характерного примера, можно привести земляную глазурь, в основе которой лежит наиболее легкоплавкая эвтектика в системе SiO2—А12О3—СаО. Для сообщения этой глазури большей легкоплавкости рекомендуется значительную часть СаО замещать другими окислами одновалентных и двувалентных металлов К2О, Na2O, MgO, FeO и др. с тем, что-'бы общее содержание всех металлических окислов группы R2O и RO не превышало 23—24%. Указанные окислы рекомендуется вводить в виде полевых шпатов и их пород, нерастворимых в во .де природных боратов, доломита, окислов железа, железной руды, шлаков и прочих материалов. Примерный состав подобной глазури для канализационных труб был приведен выше.

честве флюса. Существенно облегчает восстановление марганца и кремния присутствие в шихте железа. Марганец начинает переходить в сплав, как и при выплавке углеро1 дистого ферромарганца, еще до образования силикатов марганца. Силициды марганца являются более стойкими соединениями, чем карбиды, поэтому чем выше содержание кремния в силикомарганце, тем ниже в нем содержание углерода. Диаграмма состояния системы MnO—SiO2 (см. рис. 32) показывает, что в расплаве имеется легкоплавкая эвтектика (при 58 % МпО) с температурой плавления •1240 °С, поэтому с учетом перегрева шлака на 100—150 °С температура в печи для выплавки силикомарганца не превышает 1400 °С.

честве флюса. Существенно облегчает восстановление марганца и кремния присутствие в шихте железа. Марганец начинает переходить в сплав, как и при выплавке углеро1 дистого ферромарганца, еще до образования силикатов марганца. Силициды марганца являются более стойкими соединениями, чем карбиды, поэтому чем выше содержание кремния в силикомарганце, тем ниже в нем содержание углерода. Диаграмма состояния системы MnO—SiO2 (см. рис. 32) показывает, что в расплаве имеется легкоплавкая эвтектика (при 58 % МпО) с температурой плавления •1240 °С, поэтому с учетом перегрева шлака на 100—150 °С температура в печи для выплавки силикомарганца не превышает 1400 °С.

В сталях с большим запасом аустенитности получение швов с аустепитно-ферритной структурой затруднено необходимостью легирования их повышенным количеством ферритизаторои. Возможность предотвращения в швах на них, а также на аустенитно-ферритных сталях горячих трещин достигается ограничением содержания в швах вредных (фосфора, серы) и ликвирующих примесей, образующих легкоплавкие эвтектики, располагающиеся на завершающейся стадии кристаллизации по границам столбчатых кристаллов. Это достигается применением сварочных материалов, минимально засоренных вредными и ликвиругощими элементами, например электродных проволок, изготовленных из сталей вакуумной выплавки, электрошлакового переплава и т. д. Ограничивается также проплавление основного металла.

В зоне термического влияния некоторых жаропрочных аусто-шгпшх сталей под действием термического цикла сварки снижаются пластические и прочностные свойства, что может повести к образованию в этой зоне трещин. Подобные изменения свойств основного металла вызываются развитием диффузионных процессов, приводящих к повышенной концентрации в металле около-шовной зоны элементов (углерода, кислорода и др.), которые совместно с вредными примесями могут образовывать легкоплавкие эвтектики. При длительной эксплуатации в :пч и зоне могут выделяться мелкодисперсные карбиды п имтерметаллиды, коагуляция которых приводит также к о.чрупчпваниго металла. При сварке этих сталей для предупреждения образования горячих трещин в шве часто получают металл шва, по составу отличающийся от основного и имеющий двухфазную структуру.

Однако применение фосфора для целей раскисления следует ограничивать, так как он также дает легкоплавкие эвтектики. Раскислитель, участвуя в металлургическом процессе сварки, не только раскисляет металл, но одновременно и легирует его, что может снизить его коррозионную стойкость и электропроводность.

Поэтому очистка сплава (соответствующими металлургическими приемами, а также использованием чистой шихты) от вредных примесей, образующих легкоплавкие фазы и эвтектики, — важное средство повышения жаропрочности сплава. Такими вредными примесями являются примеси легкоплавких металлов, например олово, свинец, сурьма, а также сера и примеси других элементов, образующих легкоплавкие эвтектики или соединения, которые располагаются по границам зерен и резко снижают жаропрочность. Некоторые элементы устраняют влияние вредных примесей, вступая с ними в химическое соединение и образуя более тугоплавкие соединения. Таково, например, действие церия в никелевых сплавах.

Кристаллизация сварного шва начинается от границ оплавленного основного металла и протекает путем роста столбчатых кристаллитов к центру шва. При этом оси кристаллита, как правило, остаются перпендикулярными к поверхности движущейся сварочной ванны, в результате чего кристаллиты изгибаются и вытягиваются в направлении сварки (рис. 5.8). Вследствие дендритной ликвации примеси располагаются по границам кристаллитов, где они могут образовать легкоплавкие эвтектики и неметаллические включения. Это снижает механические свойства шва и в отдельных случаях может быть причиной образования горячих трещин.

2) примеси свинца, висмута и др., практически нерастворимые в меди, образуют в ней легкоплавкие эвтектики, которые, выделяясь по границам зерен, затрудняют горячую обработку давлением (рис. 167).

Bi, Pb, S и др. незначительно влияют на электропроводность Си, но резко ухудшают механические свойства и являются вредными примесями. Bi и Pb почти нерастворимы в Си и образуют легкоплавкие эвтектики (рис. 16.3).

Флюорит СаР2:ДЯ° = — 1214,6 кДж/моль; 7ПЛ=1673 К; 7>кип=2773 К. В воде почти не растворим, не гидратируется. Флюорит образует легкоплавкие эвтектики со многими веществами, за что и получил русское название «плавиковый шпат». В сварочной металлургии он применяется очень широко и позволяет регулировать не только температуру, но и вязкость и поверхностное натяжение шлаков, что очень важно для металлургической обработки сварочной ванны.

Сера — всегда вредная примесь при сварке металлов, так как она образует относительно легкоплавкие эвтектики Me — — MeS, что создает возможность образования «горячих» или кристаллизационных трещин в металле шва. Ее содержание в металле и в сварочных материалах всегда следует жестко лимитировать.

Также необходимо отметить, что жаропрочность стали и сплава может снижаться в присутствии других элементов. К элементам, отрицательно действующим на жаропрочность сплава, относятся легкоплавкие и нерастворимые в железе металлы (свинец, висмут и др.), а также элементы, образующие с железом легкоплавкие эвтектики (сера, селен и др.).

Углерод, связывая молибден и вольфрам в карбиды, уменьшает количество этих элементов в твердом растворе и тем самым отрицательно влияет на жаропрочность. Поэтому легирование такими элементами, как титан, ниобий, тантал, связывающими углерод, приводит к увеличению жаропрочности Обычно в жаропрочных сталях аустенитного класса углерода содержится около 0,1%. Жаростойкость снижается при введении в сталь легкоплавких и на растворимых в железе металлов (свинец, висмут, и др.), а также образующих с железом легкоплавкие эвтектики (сера, селен).