Слиток
Слиток — это кусок относительно чистого материала, обычно металла , отлитый в форму, пригодную для дальнейшей обработки. [1] В производстве стали это первый шаг среди литейных полуфабрикатов . Для получения полезного конечного продукта слитки обычно требуют второй процедуры формования, такой как холодная/горячая обработка, резка или фрезерование. Неметаллические и полупроводниковые материалы, полученные в объемной форме, также могут называться слитками, особенно при литье методами, основанными на использовании форм. [2] Слитки драгоценных металлов можно использовать в качестве валюты (с переработкой в другие формы или без нее) или в качестве валютного резерва, как в случае с золотыми слитками .
Типы
[ редактировать ]Слитки обычно изготавливаются из металла, чистого или сплава, нагреваются выше точки плавления и отливаются в стержень или блок с использованием метода охлаждения в форме.
Особым случаем являются поликристаллические или монокристаллические слитки, изготовленные методом вытягивания из расплавленного расплава.
Монокристалл
[ редактировать ]Монокристаллические слитки (так называемые були ) материалов выращиваются (рост кристаллов) с использованием таких методов, как процесс Чохральского или метод Бриджмена .
Були могут быть либо полупроводниковыми (например, пластины электронных чипов , фотоэлектрические элементы ), либо непроводящими неорганическими соединениями для промышленного и ювелирного использования (например, синтетический рубин, сапфир).
Монокристаллические слитки металла производятся аналогично тому, как производятся полупроводниковые слитки высокой чистоты. [3] т.е. путем вакуумно-индукционного рафинирования. Монокристаллические слитки конструкционных металлов представляют интерес из-за их очень высокой прочности из-за отсутствия границ зерен . Метод производства заключается в использовании монокристаллического дендрита , а не в виде простого литья. Возможные варианты использования включают лопатки турбин .
Медные сплавы
[ редактировать ]В Соединенных Штатах промышленность по производству латунных и бронзовых слитков возникла в начале 19 века. К 1850-м годам латунная промышленность США стала производителем номер один. [4] В колониальные времена производство латуни и бронзы практически не существовало, поскольку британцы требовали, чтобы вся медная руда отправлялась в Великобританию для переработки. [5] Слитки сплава на основе меди весили примерно 20 фунтов (9,1 кг). [6] [7]
Производство
[ редактировать ]
Слитки изготавливаются путем охлаждения расплавленной жидкости (известной как расплав) в форме. Производство слитков преследует несколько целей.
Во-первых, форма предназначена для полного затвердевания и формирования соответствующей зернистой структуры, необходимой для последующей обработки, поскольку структура, образующаяся при охлаждении расплава, контролирует физические свойства материала.
Во-вторых, форма и размер формы разработаны таким образом, чтобы облегчить манипулирование слитками и их последующую обработку. Наконец, конструкция формы позволяет минимизировать потери расплава и облегчить выброс слитка, поскольку потеря расплава или слитка увеличивает производственные затраты на готовую продукцию.
Существуют различные конструкции пресс-форм, которые можно выбрать с учетом физических свойств жидкого расплава и процесса затвердевания. Формы могут существовать с верхней, горизонтальной или восходящей заливкой и могут иметь рифленые или плоские стенки. Рифленая конструкция увеличивает теплопередачу за счет большей площади контакта. В зависимости от требований к теплопередаче формы могут иметь цельную «массивную» конструкцию, отливку в песчаную форму (например, для чугуна) или корпуса с водяным охлаждением. Формы для слитков имеют коническую форму, чтобы предотвратить образование трещин из-за неравномерного охлаждения. Образование трещин или пустот происходит, когда переход от жидкости к твердому телу сопровождается соответствующим изменением объема при постоянной массе материала. Образование этих дефектов слитка может сделать отлитый слиток бесполезным, и его, возможно, придется переплавить, переработать или выбросить.
Физическая структура кристаллического материала во многом определяется способом охлаждения и осаждения расплавленного металла. В процессе разливки металл, контактирующий со стенками слитка, быстро охлаждается и образует либо столбчатую структуру, либо, возможно, «зону охлаждения» равноосных дендритов , в зависимости от охлаждаемой жидкости и скорости охлаждения формы. [8]
Для слитка, заливаемого сверху, по мере того, как жидкость охлаждается внутри формы, эффекты дифференциального объема приводят к тому, что верхняя часть жидкости отступает, оставляя изогнутую поверхность на вершине формы, которую в конечном итоге может потребоваться обработать из слитка. Эффект охлаждения формы создает опережающий фронт затвердевания, который имеет несколько сопутствующих зон, ближе к стенке находится твердая зона, отбирающая тепло от затвердевающего расплава, для сплавов может существовать «кашеобразная» зона, являющаяся результатом твердого сплава -области равновесия жидкости на фазовой диаграмме и область жидкости. Скорость продвижения фронта определяет время, в течение которого дендриты или зародыши должны сформироваться в области затвердевания. Ширину мягкой зоны в сплаве можно контролировать путем настройки свойств теплопередачи формы или регулирования состава жидкого расплава сплава.
Также существуют методы непрерывного литья для обработки слитков, при которых стационарный фронт затвердевания формируется за счет непрерывного отбора охлажденного твердого материала и добавления расплавленной жидкости в процесс литья. [9]
Примерно 70 процентов алюминиевых слитков в США отливаются методом прямого кокильного литья , что снижает вероятность растрескивания. В общей сложности 5 процентов слитков должны быть списаны из-за трещин, вызванных напряжением, и стыковой деформации. [10]
Исторические слитки
[ редактировать ]
Древний слиток из бычьей меди из Закроса, Крит . Слиток имеет форму шкуры животного, типичную форму медных слитков того времени.
Формы для китайского сицея , формы серебряных и золотых слитков, использовавшихся в качестве валюты во времена империи .
Свинцовые слитки из Римской Британии на выставке в музее Уэллса и Мендипа .
Плоско-выпуклые слитки — широко распространенные археологические артефакты, которые изучаются с целью получения информации по истории металлургии .
См. также
[ редактировать ]- слиток
- Золотой слиток
- Слиток бычьей кожи
- Sycee , традиционные китайские слитки.
- Оловянный слиток
- Барный инвентарь
- Травление пластин
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чалмерс, с. 254.
- ^ Ву, Б.; Скотт, С.; Стоддард, Н.; Кларк, Р.; Шолапурвалла, А. «Моделирование процесса литья кремния для фотоэлектрических (PV) приложений» (PDF) .
- ^ Слитки индия . Архивировано 6 января 2009 г. на Wayback Machine , lesscommonmetals.com.
- ^ Инновации: история изготовления латуни в долине Наугатук. Архивировано 5 июня 2009 г. в Wayback Machine . Copper.org (25 августа 2010 г.). Проверено 24 февраля 2012 г.
- ^ Инновации: Обзор переработанной меди. Архивировано 30 апреля 2017 г. в Wayback Machine . Copper.org (25 августа 2010 г.). Проверено 24 февраля 2012 г.
- ^ Путеводитель платеров: с чем сочетается Brass world . Издательская компания Brass World, Inc. 1905. С. 82– . Проверено 24 февраля 2012 г.
- ^ Артур Амос Нойес; Массачусетский технологический институт (1900). Обзор американских химических исследований . стр. 44– . Проверено 24 февраля 2012 г.
- ^ Тейлор, Ховард Ф; Флемингс, Мертон. С; Вульф, Джон (1959). Литейное машиностроение . Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк; Чепмен и Холл, Лондон. LCCN 59011811 .
- ^ Мюллер, HR (ред.) (2006). Непрерывное литье . Джон Уайли и сыновья.
- ^ «Модель для литья в кокиль» (PDF) . Декабрь 2000 г. Архивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2011 г. Проверено 25 марта 2010 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Чалмерс, Брюс (1977). Принципы затвердевания . Хантингтон, Нью-Йорк: Издательство Роберта Э. Кригера. ISBN 0-88275-446-7 .
- Шленкер, БР (1974). Введение в материалы . Джакаранда Пресс.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные со слитками , на Викискладе?
| Национальный | |
|---|---|
| Другой | |
