Слиток - Ingot

Алюминиевый слиток после выброса из формы
Заливка расплавленного золота в слиток на Золотой рудник Ла Луз в Siuna, Никарагуа около 1959 г.

An слиток кусок относительно чистого материала, обычно металл, то есть В ролях в форму, подходящую для дальнейшей обработки.[1] В сталеплавильное производство, это первый шаг среди полуфабрикаты отливок. 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] Драгоценный металл слитки могут использоваться в качестве валюты (с или без обработки в другие формы) или в качестве валютного резерва, как с золотые слитки.

Типы

Слитки обычно делают из металла, чистого или сплава, нагретого до температура плавления и отливают в пруток или блок методом охлаждения в форме.

Особым случаем являются поликристаллические или монокристаллические слитки, полученные вытягиванием из расплава.

Монокристалл

Смотрите также: Буль (кристалл)

Монокристалл слитки (называемые буль ) материалов выращиваются (рост кристаллов) с использованием таких методов, как Процесс Чохральского или же Техника Бриджмена.

Були могут быть полупроводниковыми (например, электронными чип-вафли, фотоэлектрические элементы ) или непроводящие неорганические соединения для промышленного и ювелирного использования (например, синтетический рубин, сапфир).

Монокристаллические слитки металла производятся аналогично тому, как это используется для производства слитков полупроводников высокой чистоты.[3] т.е. путем вакуумно-индукционного рафинирования. Монокристаллические слитки технических металлов представляют интерес из-за их очень высокой прочности из-за отсутствия границы зерен. Метод производства через монокристалл дендрит а не с помощью простого литья. Возможные варианты использования включают лопатки турбины.

Медные сплавы

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 практически не существовало, потому что Британский потребовал, чтобы всю медную руду отправляли в Великобританию для переработки.[5] Слитки сплава на основе меди весили приблизительно 20 фунтов (9,1 кг).[6][7]

Производство

Смотрите также: Раскисленная сталь
Кристаллическая структура литого слитка

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 соответствующего структура зерна требуется для последующей обработки, поскольку структура, образованная при охлаждении расплава, контролирует физические свойства материала. Во-вторых, форма и размер кристаллизатора спроектированы таким образом, чтобы упростить обращение с слитками 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 иметь разливку сверху, горизонтально или снизу вверх, а также могут иметь желобчатые или плоские стенки. Рифленая конструкция увеличивает теплопередачу за счет большей площади контакта. Формы могут быть твердой «массивной» конструкции, отливки в песчаные формы (например, для чугуна) или водоохлаждаемых кожухов, 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 связан с изменением объема при постоянной массе материала. Образование этих дефектов слитка может сделать отлитый слиток бесполезным, и может потребоваться его переплавка, переработка или утилизация.

Разливка слитков на сталелитейном заводе

Физическая структура кристаллического материала в значительной степени определяется методом охлаждения и осаждения расплавленного металла. В процессе разливки металл, соприкасающийся со стенками слитка, быстро охлаждается и образует либо столбчатую структуру, либо, возможно, «зону охлаждения» с равноосными дендриты в зависимости от охлаждаемой жидкости и скорости охлаждения формы.[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 в сплаве фазовая диаграмма, 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 сплава жидкого расплава.

Существуют также способы непрерывной разливки 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 прямое кокильное литье процесс, уменьшающий растрескивание. В общей сложности 5 процентов слитков подлежат утилизации из-за трещины, вызванные напряжением и деформация стыка.[10]

Исторические слитки

Плоско-выпуклые слитки широко распространенные археологические артефакты, которые изучаются для получения информации об истории металлургия.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Чалмерс, стр. 254.
  2. ^ Wu, B .; Scott, S .; Stoddard, N .; Clark, R .; Шолапурвалла, А. «Моделирование процесса литья кремния для фотоэлектрических приложений» (PDF).
  3. ^ Слитки индия В архиве 2009-01-06 на Wayback Machine, lesscommonmetals.com.
  4. ^ Инновации: история изготовления латуни в долине Наугатук. Copper.org (25 августа 2010 г.). Проверено 24 февраля 2012.
  5. ^ Инновации: обзор переработанной меди. Copper.org (25 августа 2010 г.). Проверено 24 февраля 2012.
  6. ^ Гид платеров: с чем сочетается латунный мир. Brass World Publishing Co., Inc. 1905. С. 82–.. Получено 24 февраля 2012.
  7. ^ Артур Амос Нойес; Массачусетский технологический институт (1900). Обзор американских химических исследований. стр. 44–. Получено 24 февраля 2012.
  8. ^ Тейлор, Ховард Ф; Флемингс, Мертон. C; Вульф, Джон (1959). Литейное производство. Джон Вили и сыновья, Нью-Йорк; Чепмен и Холл, Лондон. LCCN  59011811.
  9. ^ Мюллер, Х. Р. (ред.) (2006). Непрерывное литье. Джон Уайли и сыновья.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  10. ^ "Модель прямого кокильного литья" (PDF). Декабрь 2000. Архивировано с оригинал (PDF) на 2011-07-24. Получено 2010-03-25.

дальнейшее чтение

  • Чалмерс, Брюс (1977). Принципы затвердевания. Хантингтон, Нью-Йорк: издательство Роберта Кригера. ISBN  0-88275-446-7.
  • Шленкер, Б. (1974). Введение в материалы. Jacaranda Press.

внешняя ссылка

  • СМИ, связанные с Слитки в Wikimedia Commons