Слитка представляет собой часть относительно чистого материала, обычно металла , который отбрасываемый в форму , пригодную для дальнейшей обработки. [1] В сталеплавильном производстве это первая ступень среди литейных полуфабрикатов . Слитки обычно требуют второй процедуры формования, такой как холодная / горячая обработка, резка или фрезерование, чтобы получить полезный конечный продукт. Неметаллические и полупроводниковые материалы, полученные в объемной форме, также могут называться слитками, особенно при отливке с помощью методов на основе форм. [2] Слитки драгоценных металлов можно использовать в качестве валюты (с переработкой или без обработки в другие формы) или в качестве валютного резерва, как золотые слитки .
Типы [ править ]
Слитки обычно изготавливают из металла, чистого или сплава, нагревают до температуры плавления и отливают в пруток или блок с использованием метода охлаждения в изложнице.
Особым случаем являются поликристаллические или монокристаллические слитки, полученные вытягиванием из расплава.
Монокристалл [ править ]
Монокристаллические слитки (так называемые були ) материалов выращивают (выращивание кристаллов) с использованием таких методов, как процесс Чохральского или метод Бриджмана .
Були могут быть либо полупроводниковыми (например , пластины электронного чипа , фотоэлектрические элементы ), либо непроводящими неорганическими соединениями для промышленного и ювелирного использования (например, синтетический рубин, сапфир).
Монокристаллические слитки металла производятся аналогично тому, как используется для производства слитков полупроводников высокой чистоты [3], то есть путем вакуумного индукционного рафинирования. Монокристаллические слитки конструкционных металлов интересны своей очень высокой прочностью из-за отсутствия границ зерен . Метод производства - монокристаллический дендрит, а не простое литье. Возможное использование включает лопатки турбины .
Медные сплавы [ править ]
В Соединенных Штатах производство слитков из латуни и бронзы началось в начале 19 века. К 1850-м годам латунная промышленность США стала производителем номер один. [4] В колониальные времена производство латуни и бронзы почти не существовало, потому что британцы требовали, чтобы вся медная руда отправлялась в Великобританию для обработки. [5] Слитки сплава на основе меди весили приблизительно 20 фунтов (9,1 кг). [6] [7]
Производство [ править ]
Слитки производятся путем охлаждения жидкого расплава (известного 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, образованная при охлаждении расплава, контролирует физические свойства материала.
Во-вторых, форма и размер кристаллизатора спроектированы таким образом, чтобы упростить обработку слитков и последующую обработку. Наконец, форма предназначена для минимизации потерь расплава и облегчения выталкивания слитка, поскольку потеря расплава или слитка увеличивает производственные затраты на готовую продукцию.
Существуют различные конструкции пресс-формы, которые можно выбрать в соответствии с физическими свойствами жидкого расплава и процессом затвердевания. Формы могут существовать в верхней, горизонтальной или восходящей разливке, а также могут иметь рифленые или плоские стенки. Рифленая конструкция увеличивает теплопередачу за счет большей площади контакта. Формы могут быть сплошной «массивной» конструкции, литьем в песчаные формы (например, для чугуна) или кожухами с водяным охлаждением, в зависимости от требований к теплопередаче. Формы для изготовления слитков имеют коническую форму, чтобы предотвратить образование трещин из-за неравномерного охлаждения. Образование трещин или пустот происходит, когда переход жидкости в твердое состояние имеет соответствующее изменение объема при постоянной массе материала. Образование этих дефектов слитка может сделать отлитый слиток бесполезным, и может потребоваться его переплавка, переработка или утилизация.
Физическая структура кристаллического материала в значительной степени определяется методом охлаждения и осаждения расплавленного металла. В процессе разливки металл, контактирующий со стенками слитка, быстро охлаждается и образует либо столбчатую структуру, либо, возможно, «зону охлаждения» из равноосных дендритов , в зависимости от охлаждаемой жидкости и скорости охлаждения кристаллизатора. [8]
Для слитка с заливкой сверху, когда жидкость охлаждается внутри кристаллизатора, эффекты разности объема заставляют верхнюю часть жидкости отступать, оставляя криволинейную поверхность в верхней части кристаллизатора, которую в конечном итоге может потребоваться механическая обработка слитка. Эффект охлаждения пресс-формы создает продвигающийся фронт затвердевания, который имеет несколько связанных зон, ближе к стенке находится твердая зона, которая отбирает тепло от затвердевающего расплава, для сплавов может существовать "мягкая" зона, которая является результатом твердого тела. -жидкие области равновесия на фазовой диаграмме сплава, и жидкая область. Скорость продвижения фронта определяет время, в течение которого дендриты или ядра должны образоваться в области затвердевания. Шириной мягкой зоны в сплаве можно управлять, регулируя свойства теплопередачи формы или регулируя состав жидкого расплава сплава.
Существуют также способы непрерывного литья для обработки слитков, при которых стационарный фронт затвердевания образуется за счет непрерывного отбора охлажденного твердого материала и добавления жидкого расплава в процесс литья. [9]
Примерно 70 процентов алюминиевых слитков в США отливают с использованием процесса прямого кокильного литья , который снижает образование трещин. В общей сложности 5% слитков подлежат утилизации из-за трещин, вызванных напряжением, и деформации стыка. [10]
Исторические слитки [ править ]
Слиток древней медной бычьей кожи из Закроса , Крит . Слиток имеет форму шкуры животного - типичную форму медных слитков того времени.
Формы для китайской sycee , формы серебряных и золотых слитков, используемых в качестве валюты при империи .
Свинцовые слитки из римской Британии выставлены в Музее Уэллса и Мендипа .
Слиток чугуна из Норриттана, Даларна , Швеция .
Плоско-выпуклые слитки - это широко распространенные археологические артефакты, которые изучаются для получения информации об истории металлургии .
См. Также [ править ]
- Слиток
- Слиток золота
- Оксидный слиток
- Sycee , традиционные китайские слитки
- Оловянный слиток
- Травление пластин
Ссылки [ править ]
- ^ Чалмерс, стр. 254.
- ^ Wu, B .; Scott, S .; Stoddard, N .; Clark, R .; Шолапурвалла, А. "Моделирование процесса литья кремния для фотоэлектрических (PV) приложений" (PDF) .
- ^ Индий Заготовки в архив 2009-01-06 в Wayback Machine , lesscommonmetals.com.
- ^ Инновации: История изготовления латуни в долине Наугатук . Copper.org (25 августа 2010 г.). Проверено 24 февраля 2012.
- ^ Инновации: Обзор переработанной меди . Copper.org (25 августа 2010 г.). Проверено 24 февраля 2012.
- ^ Гид платеров: с чем сочетается латунный мир . Brass World Publishing Co., Inc. 1905. С. 82– . Проверено 24 февраля 2012 года .
- ^ Артур Амос Нойес; Массачусетский технологический институт (1900). Обзор американских химических исследований . С. 44– . Проверено 24 февраля 2012 года .
- ^ Тейлор, Ховард Ф; Флемингс, Мертон. C; Вульф, Джон (1959). Литейное производство . Джон Вили и сыновья, Нью-Йорк; Чепмен и Холл, Лондон. LCCN 59011811 .
- Перейти ↑ Müller, HR (Ed.) (2006). Непрерывное литье . Джон Уайли и сыновья.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
- ^ "Модель прямого кокильного литья" (PDF) . Декабрь 2000. Архивировано из оригинального (PDF) 24.07.2011 . Проверено 25 марта 2010 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Чалмерс, Брюс (1977). Принципы затвердевания . Хантингтон, Нью-Йорк: издательство Роберта Кригера. ISBN 0-88275-446-7.
- Шленкер Б.Р. (1974). Введение в материалы . Jacaranda Press.
Внешние ссылки [ править ]
- СМИ, связанные со слитками, на Викискладе?
