Технология плавки металла

Плавка металла инвертором: устройство и принцип работы инверторной печи

Инвертер для плавки металла представляет собой индукционную печь, нагрев в которой, происходит при помощи электрического тока. Инвертер для плавки металла применяют при производстве слитков и фасонного литья из высоколегированных сталей, для выплавки углеродистой стали с минимальным количеством углерода и различных сплавов. С целью получения сталей с минимальным содержанием газов и неметаллических включение применяют индукционные печи для плавки в вакууме.

Плавка металла инвертором ведется методом переплавки только чистых, тщательно подобранных шихтовых материалов. Состав шихты определяют в зависимости от необходимого химического состава выплавляемого металла, поскольку плавка происходит так быстро, что проверить состав после расплавления очень трудно, а скорректировать его добавками почти невозможно. Во время плавления шихты на поверхность металла периодически добавляют шлаковую смесь, а после расплавления шлак удаляют и вводят новый такого самого состава. Предварительно раскисляют сталь, вводя в ванну кусковые раскислители. Иногда для этого в шлаковую смесь вводят молотый кокс, ферросилиций и алюминий. Окончательно сталь раскисляют алюминием при выходе из печи.

В инверторах выплавляют наиболее качественные коррозионностойкие, жаропрочные и другие стали и сплавы.

Плавка металла сварочным инвертором наиболее рационально применима для плавки низколегированной стали.

Показатели работы инверторных печей — производительность, расход электроэнергии и себестоимость продукции. Они зависят от конструкции, мощности и срока службы печи, а также от ассортимента выплавляемых сталей, степени механизации и автоматизации процессов и других факторов. Производительность основных дуговых печей на 1000 кВт мощности трансформатора составляет около 13 т в сутки, расход электроэнергии — около 2500 МДж/т (700 квт-ч/т). Производительность и расход электроэнергии в кислых печах соответственно составляют до 20 т и 2000 -2200 МДж/т (500-600 квт-ч/т). Производительность индукционных печей на 1000 кВт установленной мощности составляет примерно 40 т, а расход электроэнергии в них на 10% выше, чем в дуговых печах.

Плазменно-индукционная технология плавки цветных металлов

В последнее время для плавки металлов и сплавов начинают широко использовать плазменно-индукционные печи. Сочетание низкотемпературной плазмы с индукционным нагревом позволяет сократить период расплавления шихты, снизить энергоемкость процесса, вести плавку в контролируемой атмосфере и значительно расширить металлургические возможности индукционных печей. Производительность плазменно-индукционных печей на 25-30% выше в сравнении с индукционной.

Существует ряд схем (рис. 2), позволяющие создать плавильный агрегат с комбинированным плазменно-дуговым нагревом. Наибольший интерес представляет плазменно-индукционная печь, оснащенная трехфазной группой плазмотронов переменного тока (рис. 2, д). Такая схема имеет ряд преимуществ по сравнению с другими схемами: позволяет отказаться от применения подового электрода, рассредоточить плазменный нагрев по зеркалу металлической ванны и в полной мере использовать преимущества индукционного и плазменного нагрева. При использовании трехфазной группы плазмотронов упрощается электрооборудования печи, так как отпадает необходимость применять выпрямитель для питания плазмотронов.

При переплаве латунной стружки с высоким содержанием цинка например, ЛЦ40С, безвозвратные потери вследствие угара металла могут достигать 12% и более, учитывая интенсивное испарение цинка.

Введение стружки в шихту в больших количествах приводит к чрезмерному окисления во время плавки и образование большого количества шлака, что влечет за собой зарастание горловины тигля и каналов. Кроме того, безвозвратно теряются легирующие элементы (Zn, Pb, Mn и другие). Поэтому общее количество стружки ограничена 15% от массы шихты.

Утилизация шлакометаллических отходов (шлаков) связана с большими техническими трудностями из-за того, что в процессе переплава их в индукционных печах также происходит зарастание тиглей и каналов тугоплавкими шлаками. При этом безвозвратно теряется 0,8-1,5% Cu, 15% Zn, 15-20% Pb.

Схема плазменно-индукционной печи показана на рис. 3.

1. — тигель,
2. — поворотная балка поднимающего механизма,
3. — плазмотроны,
4. — футерованная водоохлаждающая крышка,
5. — уплотняющий клапан.

Цветные металлы и сплавы из вторичного сырья играют важную роль в общем балансе производства и потребления цветных металлов. Их доля в общем объеме производства цветных металлов составляет около 30%.

Лом и отходы медных сплавов является ценным сырьем, в котором, кроме меди, содержатся такие металлы, как цинк, олово, свинец и др.

При открытой индукционной плавке сплавов на основе меди содержание кусковых отходов в шихте ограничивается и в практике составляет 40…50% от массы шихты. Дальнейшее увеличение количества отходов повышает содержание вредных примесей в отливках.

Плазменно-индукционная плавка позволяет получать качественное литье с 100% отходов. Дополнительный плазменный нагрев не только ускоряет процесс плавления шихты, но и позволяет эффективно очищать металл от неметаллических и газовых включений.

Плазменно-индукционная плавка медных сплавов имеет свои особенности, что обусловлено высокой теплопроводностью и сравнительно невысокой температурой плавления бронз и латуней. Так, диаметры колодцев, проплавляющихся дугами в шихте, в 2-2,5 раза больше, чем при плавке сталей, поэтому с самого начала в шихте формируется один общий для трех плазмотронов колодец, диаметр которого около зеркала металлической ванны близок к диаметру плавильного тигля.

Материаловед

2.6. Технология плавки

Процесс приготовления жидкого металла является одной из самых ответственных операций литейного производства. Он оказывает большое влияние на качество литья.

Перед плавкой производят расчет шихты – количества материалов, необходимого для получения сплава заданного состава с учетом потери при плавке.

В первую очередь в печь загружают наиболее тугоплавкие материалы. Легколетучие, сильноокисляющиеся и малые добавки желательно вводить с помощью лигатур (вспомогательных сплавов). Специальные шлаки и флюс засыпают на первую порцию шихты.

Слой шлаков или флюсов защищает расплав от взаимодействия с воздухом. Покровный шлак должен быть более легкоплавким и легким, чем расплав, не взаимодействовать с расплавом.

Для стали и чугуна используют шлаки на основе системы СаО – SiО₂. Для медных сплавов используют систему SiО₂ – Na₂Ос добавками хлоридов натрия, кальция, буры. Основой флюсов для магниевых сплавов служит карналит КСl • МgСl₂. Алюминиевые сплавы в случае использования грязной и легкой шихты (например, в виде стружки) плавят также под защитой флюса из карналита с добавками хлоридов и фторидов натрия и кальция.

В процессе плавки металл может взаимодействовать с воздухом, влагой, футеровкой, в результате чего расплав загрязняется нерастворимыми оксидами, частицами разрушенной футеровки, а также каплями шлаков, флюсов. Для очищения металла от неметаллических включений его рафинируют. Удаляются только докристаллизационные неметаллические включения, т. е. те, которые были в расплаве до начала кристаллизации.

Рафинирование цветных металлов осуществляют различными способами. Простейший из них – отстаивание. Поскольку частицы неметаллических включений легче расплава, они всплывают к поверхности и переходят в шлак. Правда, при этом удаляются лишь сравнительно крупные частицы, движение которых описывается формулой Стокса

где W – скорость всплывания частиц; g – ускорение силы тяжести; ρ_м – плотность металла; ρ_в – плотность металлической взвеси( частиц); η –динамическая вязкость металла; r – радиус частиц.

Частицы, размер которых измеряется микрометрами, всплывают настолько медленно, что очистить от них металл до истечения времени затвердевания методом отстаивания (даже крупных слитков) практически невозможно.

Более действенный способ удаления неметаллических включений – обработка расплава рафинирующими шлаками или флюсами. Расплав перемешивают со шлаком или флюсом. Частицы неметаллических включений либо прилипают к каплям шлака или флюса за счет смачивания, либо просто растворяются в них. После обработки расплав необходимо отстаивать. Рафинирующие шлаки и флюсы для цветного литья отличаются от покровных тем, что они более легкоплавки и содержат оксид натрия Na₂О, фторид кальция CaF₂ криолит Na₃AlF₆. которые хорошо растворяют оксидные включения.

Неметаллические включения хорошо отделяются при продувке расплавов газами. Мелкие пузырьки газа, проходя через толщу расплава, встречаются с инородными частицами, которые прилипают к ним и выносятся на поверхность.

Универсальным и наиболее действенным способом удаления неметаллических включений является фильтрование расплава через зернистые или спеченные пористые фильтры.

Удаление из расплава растворенных газов, кроме кислорода, осуществляется вакуумированием, продувкой расплава другими не растворимыми в них газами, вымораживанием.

При продувке нерастворимыми газами пузырьки этих газов поглощают растворенные газы за счет того, что парциальное давление растворенного газа равно нулю и он переходит из растворов в пузырек продуваемого газа. Все сплавы можно продувать аргоном и гелием, медные и алюминиевые – азотом. Для алюминиевых сплавов применяют, кроме того, летучие хлориды алюминия, цинка, марганца, а также – гексахлорэтан.

Вымораживание заключается в медленном охлаждения расплава до затвердевания с последующим быстрым нагреванием. При медленном охлаждении водород и азот постепенно выделяются из расплава.

Удалить из расплава растворенный кислород позволяет раскисление. Его проводят различными способами. Наиболее универсальным является внутреннее (осадочное) раскисление. Оно заключается во введении в расплав специальных добавок, которые связывают кислород в нерастворимые в расплаве соединения. Осадочное раскисление приводит к появлению большого количества неметаллических включений, которые обычно удаляются из расплава отстаиванием.

Проще всего удаляются включения, которые имеют компактную форму (например, сферическую) и возможно меньшую плотность. Поэтому для раскисления меди используют фосфор (жидкие фосфаты меди), для сталей – сложные раскислители, которые содержат кремний, марганец, кальций, образующие легкоплавкие силикаты. Лишь для завершения раскисления стали вводят более сильный раскислитель – алюминий, дающий в расплаве практически неотделимую взвесь твердых частиц.

Некоторые сплавы перед заливкой в литейную форму подвергают модифицированию: в жидкий металл вводят специальные добавки, которые становятся дополнительными центрами кристаллизации, или изменяют поверхностное натяжение расплава на границе с зародышем кристаллизации. Тем самым достигают измельчения структуры литого металла и повышения физико-механических свойств. Так, путем модифицирования магнием серого чугуна получают высокопрочный чугун со сферической формой графитовых включений. Широко применяется модифицирование алюминиевых сплавов.

Выплавка стали. Цикл плавки в электрической дуговой печи можно разделить на три этапа.

Первый – период расплавления шихты. Его продолжительность зависит от состава шихты и интенсивности подвода теплоты.

Второй – период окисления, в течение которого из расплава удаляются основная часть сопутствующих элементов и газы.

Третий – период доводки плавки, во время которого из стали удаляется сера, производится раскисление и легирование.

В течение всего процесса плавки печная атмосфера, шлак и расплав взаимодействуют между собой. В печи создаются условия для снижения содержания нежелательных элементов.

Подавляющую часть вредных примесей можно удалить из стали окислением. Кислород в металл поступает из руды или из воздушной атмосферы. Образующиеся при этом оксиды переходят в шлак.

При плавке в индукционных печах химические реакции между металлической ванной и шлаком протекают вяло, так как печь открыта и шлак постоянно охлаждается атмосферным воздухом. Поэтому индукционные печи применяют, как правило, для переплава металлической шихты.

Выплавка чугуна. Металлическая шихта при плавке чугуна в вагранке состоит из следующих компонентов: литейного чугуна, чугунного лома, стального лома для регулирования химического состава, ферросплавов.

Топливом служит литейный кокс, а флюсом – известь.

Плавка протекает следующим образом. Вначале в горне вагранки разжигают порцию кокса, которая называется холостой колошей. Когда она разгорится, в вагранку попеременно загружают слой металлической шихты, слой кокса с флюсом. Одновременно в вагранку подается воздух от вентилятора. Металлическая шихта начинает плавиться. Капли расплавленного металла протекают через зазоры между кусками кокса и собираются вместе со шлаком в горне печи. Когда накопится большое количество чугуна, его через летку выпускают в разливочный ковш. Так же периодически выпускают шлак.

Плавка чугуна в электрических печах имеет ряд преимуществ по сравнению с плавкой в вагранке. Прежде всего, она позволяет более точно выдержать химический состав сплава.

В индукционных печах можно выплавлять синтетический чугун путем науглероживания расплавленного стального лома соответствующими карбюризаторами – боем графитовых электродов или коксом.

При повышении температуры расплава у чугуна появляется склонность к отбелу. При затвердевании углерод выделяется не в виде графита, а в виде цементита Fe₃С. Для предотвращения отбела чугун модифицируют на желобе или в ковше графизирующими модификаторами (FeSi, SiCa).

Получение сплавов на основе алюминия. Выплавка алюминиевых сплавов, как правило, сводится к переплавке чушек. Поскольку алюминий и его сплавы склонны к окислению и поглощению газов, их плавят обычно быстро и без избыточного перегрева. На поверхности расплава образуется тонкая пленка Аl₂О₃, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. Поэтому на поверхность расплава не наносят защитные покрытия.

Алюминиевые сплавы обычно рафинируют продувкой газом с применением хлоридов в виде флюсов, вакуумной или автоклавной обработкой. Силумины эвтектического состава модифицируют солями натрия.

Получение сплавов на основе меди. Сплавы меди легко насыщают водородом, особенно если эти сплавы содержат кислород. Водород при затвердевании сплава выделяется в виде пузырьков. Чтобы избежать подобных пороков на отливках, плавку производят под слоем предохраняющего флюса из сухого древесного угля и различных солей (буры, поваренной соли, безводной соды и др.)

Обязательной стадией плавки меди является раскисление, для которого чаще всего применяют фосфористую медь.

Какие есть технологии плавления металлов в домашних условиях?

при работе с куклами все чаще сталкиваюсь с потребностью в необычных металлических деталях.поэтому возник вопрос есть ли технологии какие то позволяющие делать какие-то сплавы в домашних условиях?и какие есть варианты изготовления молдов?силиконовые я так понимаю до 250 температуру выдерживают

ой, бросьте на это заморачиваться, на это жизнь надо положить

а так -ну, моделирование из воска, перевод в выплавляемые модели, формомасса(какие такие молды), прокалка в печке, металл поплавили и лить. всё понятно? ну потом там подработаете немножко, плёвое дело, я тут писала про шлифовки-полировки, ерунда

плавка -это самое простое, приличная горелка нужна, в готовые опоки вы спокойно отольете гидроударом дома на столе. только где их взять готовые как хочется.

ну а если серьёзно, мне кажется, для декоративных целей гальваника очень хорошо смотрится, но я не спец в этой теме

SilverClay? Бывает и медная, кажется. Или слепить из пластики и покрасить «металлической» краской?

я металлклэй пробовала во многих вариантах и мое мнение как керамиста и ювелира -неудачный материал , да и на коленке особо не сляпать, нужна как минимум горелка, а лучше печка. а при таком оборудовнии уже лучше делать как положено из нормального из металла, так думаю

Из простого сплав розе(вуда) температура плавления около 100 градусов — купить можно в магазине радиодеталей.

дальше уже идет олово температура 240. все что с температурой выше лучше дома не заниматься.

да мало ли что есть низкоплавкое по сплавам. но там задача -сделать украшение. уж как там делать -непонятно, толи лить, толи так руками кромсать. лучше вообще не делать из непоняток, там никто не подскажет, не поможет.

вы что, прольёте вышеупомянутые сплавы? вы знаете, как их паять?

и про температуру дома не заниматься -да ладно, приходится заниматься.

что -то вы в заблуждение вводите девочек

А что в них непроливаемого ? сплав розе отлично проливается, не прольется можно еще добавить литье на «хлопок» описанный выше — там уж точно все прольется.

Да в чем заблуждение то — солдатиков в силикон давно уже льют.

если далеко не ходить — в гугле достотчно много примеров по тем же солдатикам (ссылки не могу публиковать).

Понятно что приходится, только если серьезные сплавы ( >1000C) лить там ведь и готовиться приходиться по другому.

А если человеку попробовать хочется, процесс литья же интересный — так что думаю для начала оптимально.

я просто не знаю про такие сплавы, прольется-ну и славно. обычно металл так сам по себе не проливается, его приходится подпихивать в дыру

ну и моделирование под металл тоже довольно специфично, скорее всего готовые молды не прокатят

Чтоб розе хорошо пролился, достаточно массивного литника, который и создаст нужное давление. Лила фигурки в силикон, с графитной смазкой. Проблем не было ни разу.

Другое дело, что бижу я бы из него делать не стала — все равно окисляется и пачкается. Как вариант — последующая гальваника. Но не знаю ляжет ли та же медь на олово.

Представление о технологии можно получить, а так самое простое помоему — если в литье не втягиваться, сделать восковки и отдать лить на сторону из нормальных металлов.

вот да. ну не прольете вы дома на коленке нормальный металл. я пролью, но не надо так надрываться, лучше отдать литейку на сторону

в крайне случае наберите в поиске литье по вашим моделям

подпихивать литейку в дыру -это гидроудар, центробег или вакуум. оптимально конечно вакуум

гидроудар спокойно на коленке можно сделать, картошку режете и ей затыкаете опоку. можно глиной заткнуть, но у вас глины нет, а у меня её навалом любая

Можно еще методом обратной заливки )

тут хотят попростому металл отлить, а это на мой взгляд нереально

если что -я свой ювелирный диплом в пту делалала дома на столе литьем гидроударом в готовую китайскую опоку в серебре . надо будет -и проплавишся и прольешся

Современные методы плавки и литья драгоценных металлов

В связи с бурным развитием электротехники, электроники, радиотехники, химии резко возросло потребление драгоценных металлов для промышленных изделий.

Актуальными стали вопросы разработки новых технологических процессов, новых материалов с использованием драгоценных металлов, экономии и рационального их использования, повышения качества изделий из них.

Плавильным и литейным агрегатам по производству драгоценных металлов и сплавов присущи, с одной стороны, практически все основные черты и закономерности, характерные для пирометаллургического производства других металлов и сплавов, а с другой – особые черты и закономерности, характерные лишь для пирометаллургии драгоценных металлов и сплавов, а именно:

• значимость и незаменимость драгоценных металлов в ряде сфер общего и специального назначения для удовлетворения непрерывного возрастающих нужд технического прогресса;
• повышенная и высокая термохимическая стойкость к воздействию многих элементов и их соединений, входящих в состав огнеупоров и флюсов;
• малотоннажность, доходящая до миниатюризации пирометаллургических и других производств.

Драгоценные металлы обладают довольно широким диапазоном относительно высоких температур плавления от 960,5 до 3050 °С, плотностей от 10500 до 22650 кг/м 3 , большой растворимостью в них водорода, кислорода и другими специфическими свойствами, от которых зависит выбор тех или иных способов плавки и литья. Вследствие небольших масс получаемых слитков (от нескольких грамм до нескольких десятков килограмм) технологию плавки и литья драгоценных металлов можно отнести к области микрометаллургии.

Современные требования, предъявляемые к качеству деформированных профилей из драгоценных металлов и их сплавов, определяют необходимость качественного заготовительного литья. Одними из наиболее эффективных, в условиях мелкосерийного производства профилей из ДМ, являются метод вертикального непрерывного литья заготовок. Многофункциональные установки вертикального непрерывного литья (УВНЛ) хорошо зарекомендовали себя на отечественных предприятиях, выпускающих продукцию из ДМ. Использование такого оборудования существенно повышает выход годного готовой продукции, снижает потери ДМ и себестоимость изделий.

Металлографическими исследованиями серебряных сплавов установлено, что металл профилей, отлитых на установке вертикального непрерывного литья, является плотным, без пор и инородных включений. Диоксида меди в медьсодержащих сплавах не обнаружено. Морфология структурных составляющих сплавов в непрерывнолитых заготовках отличается от заготовок, разлитых в металлические кокили наполнением, дисперсностью выделений и их ориентацией в соответствии с направленным фронтом кристаллизации при непрерывном литье (рис. 1). Различий в фазовом составе изучаемых сплавов, отлитых в металлические кокили или на УВНЛ, не обнаружено. Макро- и микроструктура сплавов в непрерывнолитых

заготовках характеризуются технологически благоприятной морфологией структурных составляющих для дальнейшей обработки давлением. Результаты металлографических исследований подтверждаются результатами испытаний механических свойств серебряных сплавов.

а) – литье в металлический кокиль, б) – непрерывное литье

Рисунок 1 – Микроструктура сплава ПСр-45.

Холодная и горячая обработки давлением непрерывнолитых заготовок из серебра и его сплавов имеют значительные преимущества перед заготовками, отлитыми наполнительным литьем в металлические кокили. В результате использования заготовок, полученных методом непрерывного литья, улучшается качество готовой продукции, существенно увеличивается выход годного, снижаются потери драгоценных металлов. Кроме того, использование метода непрерывного литья заготовок из драгоценных металлов и их сплавов позволяет сократить маршруты по переделу обработки давлением, уменьшить количество промежуточных операций термических обработок. Все это в целом положительно влияет на технологические и экономические показатели производства.

Кроме того, использование малогабаритных и много функциональных установок непрерывного литья позволяет сделать технологический процесс производства заготовок из драгоценных металлов и их сплавов более простым и экологически благоприятным.

В настоящее время широкое применение во многих областях промышленности нашли серебряные припои. Они выпускаются в виде проволоки, гранул и полосы, используются для пайки драгоценных металлов (сплавов), меди, сплавов меди (латуни и бронзы), никеля (ковар, нейзильбер) и др.

Если плавка и литье золота и серебра известны с древнейших времен и, в основном, не представляют трудностей, то плавка и литье платиновых металлов и сплавов, имеют много особенностей. В первой половине прошлого века изделия из платины изготавливали методом порошковой металлургии, разработанным впервые в России. Следующим этапом в металлургии платины явилась плавка платины водородно-кислородным пламенем в печи, сделанной из блоков обожженного известняка. С изобретением высокочастотной индукционной печи типа «Аякс» фирма «Джонсон Матей и К°» (Англия, 1920 г.) впервые использовала ее для плавки платины. Тигель для печи изготовляли из очищенного оксида циркона (песок); компания тигля составляла до 50 плавок платины с единичной массой плавки порядка 3 кг. В настоящее время (2009 г.) масса плавки платины достигла 25…30 кг и более, стойкость отдельных тиглей доходит до 150…200 плавок, при плавке в вакууме стойкость тиглей резко снижается до 40…50 плавок, рис. 2.

В настоящее время в промышленности используется более десяти различных способов плавки и литья драгоценных металлов и их сплавов. наиболее распространенным печными агрегатами являются индукционные тигельные печи, которые питаются от высокочастотных источников тока.

Рисунок 2 – Разливка платины в слитки на медеплавильном заводе (г. Кыштым, Россия).

На рис. 3 представлена тигельная индукционная печь объемом 50 кг по серебру. Питание печи производится от преобразователя с частотой 3000 Гц.

Рисунок 3 – Тигельная индукционная печь, объемом 50 кг по серебру.

Тигельная индукционная печь, допускает вести циклический режим работы (с прерыванием процесса), что весьма важно при мелкосерийном производстве и литья по выплавляемым моделям.

Дальнейшее распространение литья ДМ получили установки непрерывного литья: горизонтальные, вертикальные вниз или вверх. На таких установках льют полосу, прутки (проволоку) и полые заготовки.

1 – блок индукционной тигельной печи с возможностью литья в защитной атмосфере, вместимостью 20 кг по Ag; 2 – тянущая клеть; 3 – отлитая полоса серебра 99,99 %, размер по сечению 5×120 мм

Рисунок 4 – Установка вертикального непрерывного литья СС-3000 (ФРГ).

Вместе с тем перспективными для плавки платиновых металлов и сплавов являются современные высокоэффективные новые методы плавки: плазменно-дуговая, электроннолучевая, левитационная. В этих плавильных агрегатах отсутствует огнеупорный плавильный тигель и связанные с ним проблемы неметаллических засоров, включений, загрязнения расплава платины металлами, которые восстанавливаются из оксидов находящихся в составе огнеупоров. Как отмечалось выше, плавка платиновых металлов и сплавов на их основе производится, в основном, в индукционных высокочастотных печах, обеспечивающих высокую производительность, стабильный химический состав, возможность создания простой системы защитной среды или вакуумирования. Для плавки платиновых металлов вакуум 13,3…106,4 Па является оптимальным и достаточным для получения плотных слитков. Более глубокий вакуум 1,3(10 -1 …10 -3 ) Па необходим для плавки сплавов, в состав которых входят легко окисляющиеся элементы: вольфрам, рений, молибден, хром, цирконий и др.

Существенное влияние на качество выплавляемого металла наряду с защитной средой в т.ч. вакуумом оказывает материал огнеупорных тиглей; для их изготовления используют оксиды магния, алюминия, бериллия, кремния, иттрия, циркония, кальция, тория и др. Наиболее подходящим материалом, удовлетворяющим большинству требований, является оксид магния (электроплавленый периклаз) максимальной чистоты с добавками оксидов иттрия или кальция. На рис. 5 представлен внешний вид индукционной печи с тиглем из плавленого периклаза.

Рисунок 5 – Тигельная индукционная печь (тигель из плавленого периклаза) для плавки драгоценных сплавов

Качество тиглей из высокоогнеупорных материалов оксидозависят от чистоты применяемых оксидов, качества их предварительной обработки (грануляция, фракционный состав и т.п.). В состав огнеупорной массы вводят добавки для улучшения спекания, получения более плотного изделия, повышения термостойкости, для уменьшения смачиваемости расплавами, предупреждения разложения в вакууме, уменьшения скорости испарения, устранения значительных усадочных явлений в процессе обжига тиглей.

Электронно-лучевая плавка (ЭЛП) является единственным высокоэффективным методом получения тугоплавких платиновых металлов высокой чистоты. Она сопровождается снижением содержания газов, неметаллических включений и примесей с высокой упругостью пара; после этой плавки наиболее высоки пластические свойства металлов.

К настоящему времени разработаны методы выращивания монокристаллов всех металлов платиновой группы вплоть до осмия, а также некоторых двойных сплавов. Чистота монокристаллов в значительной мере зависит от чистоты исходного материала. Оценку чистоты монокристаллов, кроме масс-спектрального анализа, косвенно проводят по изменению величины остаточного сопротивления. Многократным зонным рафинированием получены монокристаллы с величиной остаточного сопротивления, Ом: Ru – 2500, Оs – 2400, Rh – 2400.

Монокристаллы ЭЛП более пластичны по сравнению с поликристаллами; так, пластичность иридия возрастает от нескольких процентов до 70…100 %. На установках электронно-лучевой зонной плавки возможно выращивание монокристаллов платиновых металлов диаметром до 40 мм. Такие монокристаллы могут быть использованы для дальнейшей обработки давлением (получения листа, проволоки).

Обработка давлением. Из восьми драгоценных металлов золото, серебро, платина и палладий являются наиболее пластичными металлами, обработка которых в холодном или горячем состоянии не вызывает особых затруднений. Из остальных платиновых металлов осмий и рутений наименее пластичны. Пластичность платиновых металлов в большой степени зависит от концентрации в них примесей, особенно это относится к рутению, иридию, родию.

Рутений. Поликристаллический рутений – практически недеформируемый металл, с трудом поддающийся пластическому деформированию при температуре выше 1500 °С. При холодной обработке спеченного рутения допустимая величина обжатия за проход между отжигами не превышает 10%, а максимальное суммарное обжатие – 50%. Зоннорафинированный монокристаллический рутений пластичен уже при комнатной температуре (выдерживает изгибы более чем на 90 °).

Родий. В холодном состоянии родий с трудом поддается пластическому деформированию, его можно ковать при температуре 1200…1500 °С и протягивать в проволоку диаметром до 0,5мм при температуре 800…1000 °С, родий в виде листа толщиной 0,7…1,0 мм прокатывают в горячем состоянии при температуре 1000…1200 °С. После горячей обработки родий становится достаточно пластичным для холодной прокатки или волочения с промежуточными отжигами.

Монокристаллы родия, полученные электронно-лучевой зонной плавкой, можно деформировать в холодном состоянии с общим обжатием на 90 % без промежуточных отжигов.

Палладий. Палладий легко поддается ковке, штамповке, прокатке в тончайшие листы, волочению в тонкую проволоку, он отлично полируется и сваривается. При холодной деформации палладий значительно упрочняется; так, при деформации на 50 % временное сопротивление разрыву и твердость возрастают в 2…2,5 раза.

Осмий. Осмий практически не деформируется; имеются сведения, что горячая обработка давлением осмия при использовании оболочки из молибдена не дала положительных результатов.

Иридий. При комнатной температуре иридий с трудом поддастся пластической обработке, при температуре 1500…2000 °С его можно ковать, прокатывать в лист, при температуре около 1000 °С из иридия можно изготовить проволоку диаметром до 0,5 мм. Дальнейшая прокатка и волочение выполняются при комнатной температуре с многократными промежуточными отжигами. Зоннорафинированные монокристаллы иридия пластичны при комнатной температуре, выдерживают обжатия до 25 % и более.

Платина. Платина – самый пластичный металл платиновой группы, легко поддается всем видам обработки металлов давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Платина может быть прокатана в фольгу толщиной от 2 до 1 мкм, протянута в проволоку диаметром 1…2 мкм. Платина с трудом поддается полировке обычными механическими методами, при обработке резанием наблюдается значительный износ режущего инструмента.