Zakaj je tališče rdečega bakra pomembno
Rdeči baker, trgovsko ime za baker visoke-čistosti, se uporablja za zbiralke, žice in kable, strešne kritine, kuhinjsko posodo in strojne komponente zaradi svoje izjemne električne in toplotne prevodnosti ter plastičnosti. Natančno poznavanje, kje se kovina spremeni iz trdne v tekoče, določa izbiro peči in lončka, temperaturo vlivanja in hitrost ohlajanja pri litju ter nastavi delovno okno za varjenje, spajkanje in toplotno obdelavo. Ta priročnik zbira podatke o taljenju rdečega bakra, pojasnjuje, kako čistost in zlitine spreminjajo območje taljenja, in primerja baker z drugimi običajnimi kovinami.
Tališče je temperatura, pri kateri se snov spremeni iz trdne v tekočo pri določenem tlaku. Za čisto kovino, kot je rdeči baker, se ta sprememba zgodi pri eni sami temperaturi, sprejeta vrednost za baker pa je 1084,6 stopinj pri standardnem atmosferskem tlaku, ki je običajno zaokrožena na 1084 stopinj ali navedena kot 1984 stopinj F. Komercialna literatura včasih navaja 1083 stopinj in mešanje 1083 stopinj in 1084 stopinj v enem nizu podatkov povzroči zmedo, ki se ji je mogoče izogniti; za nadzor procesa je bolje delati dosledno s približno 1084 stopinjami (1984 stopinjami F).
Zlitina se obnaša drugače. Taliti se začne pri solidusu in je popolnoma tekoč šele pri likvidusu, interval med obema pa je območje zmrzovanja. Zato je medenina ali baker-nikelj opisan s tališčem in ne z enim tališčem, medtem ko se rdeči baker, ki je v bistvu nelegiran, tali pri eni temperaturi.
Tališče navadnega rdečega bakra
Rdeči baker je rafiniran na več kot 99,9 % bakra, standardni razredi pa se razlikujejo predvsem po vsebnosti kisika in preostalih nečistoč, ne pa po obnašanju pri taljenju. Ker se vključeni dodatki merijo v delih na tisoč, je temperatura taljenja vseh teh razredov dejansko enaka.
| Ocena | Tipična sestava | Tališče | Tipična uporaba |
|---|---|---|---|
| T1 | Baker-brez kisika, najmanj približno 99,95 % Cu | 1084 stopinj (1984 stopinj F) | Visoko{0}}prevodne žice, kabli, prevodni vijaki in ohišja |
| T2 | Elektrolitski žilav smolni baker, najmanj približno 99,90 % Cu | 1084 stopinj (1984 stopinj F) | Električne, konstrukcijske in mehanske komponente, varjeni in spajkani sklopi |
| T3 | Baker z majhno količino ostankov nečistoč, najmanj približno 99,70 % Cu | 1084 stopinj (1984 stopinj F) | Splošni prevodni in korozijsko-odporni deli |
| TU1 | Baker-brez kisika, najmanj približno 99,97 % Cu | 1084 stopinj (1984 stopinj F) | Delovanje kablov in radiatorjev, kjer mora biti kisik minimalen |
| TU2 | Baker-brez kisika, najmanj približno 99,95 % Cu | 1084 stopinj (1984 stopinj F) | Komponente, ki zahtevajo visoko električno in toplotno prevodnost |
| TP1 | Fosfor-deoksidiran baker, P približno 0,005-0,012 % | 1084 stopinj (1984 stopinj F) | Varilna žica, kabli in spajkani sklopi |
| TP2 | Fosfor-deoksidiran baker, P približno 0,013-0,050 % | 1084 stopinj (1984 stopinj F) | Varjenje cevi in varjenje, kjer je dezoksidacija nujna |
Fosfor je edini dodatek z merljivim učinkom na strjevanje. Ker je močan deoksidizator, TP1 in TP2 med varjenjem in spajkanjem ostaneta zdrava, ozko talilno območje, ki ga uvaja fosfor, pa je prednost in ne pomanjkljivost teh postopkov. Oznake stopnje sledijo kitajskemu sistemu izdelkov za baker, v katerem črka T označuje čisti baker, U označuje baker-brez kisika in P označuje baker-deoksidiran s fosforjem.
Dejavniki, ki spreminjajo vedenje taljenja
Legirni elementi: nikelj, cink in kositer občutno znižajo solidus, že nekaj desetink odstotka pa razširi območje zmrzovanja.
Ostanki in nečistoče: žveplo, svinec in bizmut so praktično netopni v bakru in lahko znižajo območje taljenja in povzročijo vročino med vročo obdelavo.
Vsebnost kisika: žilav smolni baker prenaša 0,02-0,04 % kisika kot bakrov oksid, ki ne spremeni tališča, ampak reagira z vodikom v redukcijski atmosferi, da povzroči parno poroznost, zato so tipi, ki vsebujejo kisik, neprimerni za atmosfere peči, ki vsebujejo vodik, ali za sklope, ki bodo spajkani v redukcijskem plinu.
Tlak: tališče bakra narašča s tlakom, vendar premik postane pomemben le pri tlakih, ki so daleč nad tistimi, ki se uporabljajo v livarski praksi.
Pogoji merjenja: čistost vzorca, kalibracija termoelementa in atmosfera v peči lahko premaknejo izmerjeno vrednost za nekaj stopinj, zato je za komercialno delo naveden tolerančni pas in ne ena številka.
Praktična praksa taljenja in vlivanja
Rdeči baker je treba segreti nad tališče, preden postane popolnoma tekoč, pri proizvodnji pa se ohrani rezerva, tako da talina doseže zahtevano temperaturo vlivanja, medtem ko ohrani fluidnost. Uporabljajo se uporovne peči, indukcijske peči in plinske peči; indukcijsko taljenje je prednostno, kjer sta pomembna natančen nadzor temperature in nizek prevzem plina, medtem ko plinske peči ostajajo običajne za večje taline.
O kakovosti taline bakra odločajo tri kontrole. Najprej je treba regulirati temperaturo peči in hitrost segrevanja, da se prepreči pregrevanje, ki poveča absorpcijo plina in izgube zaradi oksidacije. Drugič, talino je treba zaščititi z ustreznim pokrovom ali z nadzorovano atmosfero, ker baker zlahka oksidira pri temperaturi vlivanja. Tretjič, opremo za taljenje in vlivanje je treba obložiti in očistiti tako, da kontaminacija z železom, žveplom ali svincem iz prejšnjih segrevanj ne pride v talino, saj ti elementi poslabšajo tako prevodnost kot vročo duktilnost.
Primerjava z drugimi kovinami in navodila za uporabo
| Kovina | Tališče |
|---|---|
| pločevina | 232 stopinj |
| Svinec | 327 stopinj |
| Cink | 419 stopinj |
| Aluminij | 660 stopinj |
| Srebrna | 962 stopinj |
| zlato | 1064 stopinj |
| Rdeči baker | 1084 stopinj |
| Nikelj | 1455 stopinj |
| Železo | 1538 stopinj |
Baker se topi nad srebrom in zlatom, vendar precej pod nikljem in železom, kar je osnova za njegovo uporabo v spajkanih in spajkanih sklopih: polnilo s srebrom-ali spajka-na osnovi kositra se lahko tali na spoju, medtem ko sam baker ostane trden. Bakrove zlitine, kot sta medenina in baker-nikelj, se talijo pod tališčem rdečega bakra, njihovo območje zmrzovanja pa določajo dodatki zlitin.
Kako taljenje podatkov vodi aplikacijo
Pri strojni obdelavi določa tališče temperaturno zgornjo mejo za suho rezanje in izbiro strategije hlajenja ter pojasnjuje, zakaj baker zahteva večjo hitrost rezanja in ostrejši rob kot jeklo. Pri varjenju in spajkanju definira temperaturo vmesnega prehoda, ki ohranja nizko popačenje med oblikovanjem spoja. Pri taljenju in neprekinjenem litju določa razpoložljivo pregrevanje in je razlog, zakaj se baker uliva skozi vodno{2}}hlajene kalupe in z grafitnimi ali ognjevzdržnimi oblogami, ki prenašajo visoke toplotne gradiente. Uporabniki pri visokih-temperaturah se morajo tudi zavedati, da čeprav baker izjemno dobro prevaja toploto in se razmeroma dobro upira oksidaciji, njegova trdnost in trdota enakomerno padata z naraščanjem temperature, zato komponente, zasnovane za vročo uporabo, običajno potrebujejo disperzijsko-okrepljen razred ali spremembo preseka.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Kakšno je tališče rdečega bakra?
Čisti rdeči baker se tali pri približno 1084 stopinjah (1984 stopinj F) pri standardnem atmosferskem tlaku. Vrednost 1084,6 stopinje je sprejeta referenčna številka, starejša številka 1083 stopinj, ki se še vedno pojavlja v nekaterih katalogih, pa odraža zaokroževanje in zgodnje meritve in ne drugega materiala.
V: Ali imajo razredi T1, T2, TU2 in TP2 različna tališča?
Ne. Njihovi dodatki se merijo v delih na tisoč, tako da je temperatura taljenja dejansko enaka, približno 1084 stopinj. Izbira stopnje temelji na vsebnosti kisika, prevodnosti in zahtevah glede izdelave, ne pa na vedenju pri taljenju.
V: Ali se bakrove zlitine talijo pri nižji temperaturi kot rdeči baker?
Na splošno da. Dodajanje cinka, kositra ali niklja zniža solidus in ustvari tališče namesto enega samega tališča, zato se medenina in baker-nikelj začneta topiti pod tališčem čistega bakra.
V: Zakaj je tališče pomembno za ulivanje in varjenje?
Določa nastavljeno točko peči, pregrevanje izliva, temperaturo predgretja in vmesnih prehodov ter hitrost hlajenja. Z dosledno vrednostjo taljenja se izognemo pregrevanju, prekomerni oksidaciji in napakam pri krčenju.
V: Ali tlak spremeni tališče bakra?
Tališče narašča s tlakom, vendar je učinek zanemarljiv pri tlakih, ki se uporabljajo v praksi livarstva in toplotne obdelave, in postane merljiv le v ekstremnih pogojih.
V: Kakšna je razlika med-brez kisika in trdnim smolnim bakrom?
Razredi-brez kisika, kot sta T1 in TU2, vsebujejo zelo malo kisika, medtem ko trden smolni baker, kot je T2, prenaša 0,02-0,04 % kisika kot bakrov oksid. Tališče je nespremenjeno, vendar lahko žilav smolni baker razvije parno poroznost v reducirajoči atmosferi, zato so za spajkane in varjene sklope določene stopnje brez-kisika ali deoksidiranega fosforja.
