Liquidus vs. Solidus
Einfach ausgedrückt ist der Liquidus die niedrigste Temperatur, bei der eine Legierung vollständig flüssig ist; der Solidus ist die höchste Temperatur, bei der eine Legierung vollständig fest ist.
Reine Metalle sind flüssig, und sie schmelzen bei einer einzigen Temperatur. Zum Beispiel schmilzt Silber bei 961°C (1761°F) und Kupfer bei 1083°C (1981°F). Legierungen, die unterschiedliche Anteile von Silber und Kupfer enthalten, haben jedoch keine einheitliche Schmelztemperatur, sondern einen Schmelztemperaturbereich. Da es sich bei den meisten Hartloten um Legierungen handelt, haben Sie es bei der Auswahl der Werkstoffe mit Schmelztemperaturbereichen zu tun.
Die Ausnahme ist eine Klasse von Legierungen, die Eutektika genannt werden. Obwohl es sich hierbei nicht um reine Metalle handelt, haben sie einen einzigen Schmelzpunkt, da der Schmelzpunkt oder Solidus und der Fließpunkt oder Liquidus identisch sind. Lucas-Milhaupt Silvaloy 720/721 zum Beispiel schmilzt und fließt bei 780°C (1435°F).
Lötüberlegungen
Abbildung 1 ist ein Phasendiagramm für das binäre Silber-Kupfer-System. Man beachte, dass bei der Zusammensetzung 72 % Silber, 28 % Kupfer die Liquidus- und Solidustemperaturen gleich sind. Die Legierungen links und rechts von dieser eutektischen Zusammensetzung gehen nicht direkt vom festen in den flüssigen Zustand über, sondern durchlaufen einen „breiigen“ Bereich, in dem die Legierung eine Kombination aus fest und flüssig ist.
Abbildung 1: Silber-Kupfer-Equillibrium-Diagramm
Die Temperatur zwischen Solidus und Liquidus ist der Schmelzbereich. Wenn die Temperatur vom Solidus-Zustand in Richtung Liquidus-Zustand ansteigt, nehmen Schmelzen und Fließen zu. Das daraus resultierende träge Fließen kann bei Lötverbindungen zu Problemen mit der Kapillarität führen.
Bei Schweißzusatzwerkstoffen, die einen großen Schmelzbereich haben, kann es zu einer gewissen Trennung der festen und flüssigen Phase kommen. Dies wird als Verflüssigung bezeichnet: ein teilweises Aufschmelzen der niedrigeren Bestandteile des Schweißzusatzes, das wiederum eine Schale des höher schmelzenden Materials, den sogenannten Skull, zurücklässt. Siehe Abbildung 2.
Abbildung 2: Verflüssigung von AWS BAg-1 und AWS BAg-2 Schweißzusatzwerkstoffen. (A) Infolge der langsamen Erwärmung von AWS BAg-1 in einem Ofen kommt es bei Schweißzusatzwerkstoffen mit einem engen Schmelzbereich von 11°C (20°F) zu keiner Verflüssigung. (B) Beim langsamen Erwärmen von AWS BAg-2 in einem Ofen verbleibt aufgrund des weiten Schmelzbereichs von 39°C (70°F) ein großer Schädel, der sich verflüssigt. (C) Als Ergebnis einer schnellen Erwärmung von AWS BAg-2 bleibt ein kleiner Schädel zurück.
Liquation tritt normalerweise während einer langsamen Erwärmung durch den Schmelzbereich einer Legierung auf. Liquation kann die Integrität einer Lötverbindung beeinträchtigen, indem sie möglicherweise Hohlräume oder eine mangelnde Haftung an den Grundwerkstoffen verursacht. Siehe Abbildung 3.
Abbildung 3: AWS BCuP-5 wird zum Hartlöten von Teilen in einem zweistündigen Ofenerwärmungszyklus verwendet. Die Lötstelle zeigt oben links einen Cu-reichen Bereich (höher schmelzender Bestandteil) und unten rechts einen Hohlraum, der wahrscheinlich auf eine Verflüssigung zurückzuführen ist.
Beim Hartlöten sollte das Grundmetall eines Bauteils niemals geschmolzen werden. Daher ist es wichtig, einen Lotwerkstoff zu wählen, dessen Liquidustemperatur niedriger ist als die Solidustemperatur der beiden zu verbindenden Grundmetalle. Mehrere andere Faktoren sollten vor dem Hartlöten berücksichtigt werden – Beispiele sind im Folgenden aufgeführt.
Beispiele
1. Löten einer Baugruppe mit geringem Abstand: Lucas-Milhaupt Silvaloy 560 ist eine cadmiumfreie Legierung, die bei 620°C (1145°F) zu schmelzen beginnt und bei 650°C (1205°F) frei fließt. Sein Schmelzbereich liegt bei 15°C (60°F).
2. Löten einer Baugruppe mit einem großen Spiel (größer als 0,127mm): Lucas-Milhaupt Silvaloy 380 beginnt bei 648°C (1200°F) zu schmelzen und ist erst bei 720°C (1330°F) vollständig geschmolzen. Legierungen mit einem breiten Schmelz-/Fließbereich gelten als plastisch und sind für schlechte Passungen geeignet.
3. „Schrittweises Hartlöten“ einer Baugruppe: Wenn in der Nähe einer bereits gelöteten Verbindung gelötet wird, darf die zweite Lötung die erste Verbindung nicht stören. Die Lösung besteht darin, mehr als eine Art von Lot zu verwenden – ein Lot mit einer niedrigeren Liquidustemperatur für die zweite Verbindung als für die erste Verbindung. Bei einer stufenweise gelöteten Baugruppe aus rostfreiem Stahl könnte beispielsweise Silvaloy 630, das zwischen 690°C-801°C (1275°F-1475°F) schmilzt und fließt, für die erste Verbindung und dann Silvaloy 560 (1143°F-1205°F/618°C-651°C) für die zweite Verbindung verwendet werden.
4. Baugruppen, die wärmebehandelt werden müssen: (Option 1) Wärmebehandlung und anschließendes Hartlöten – Auswahl eines Schweißzusatzes, dessen Liquidustemperatur unter der Wärmebehandlungstemperatur liegt, so dass die Härte durch das Hartlöten nicht beeinträchtigt wird, oder (Option 2) gleichzeitige Wärmebehandlung und Hartlöten – Verwendung eines Schweißzusatzes mit einer Liquidustemperatur, die den Wärmebehandlungstemperaturen nahezu entspricht. Aufgrund der Komplexität der Wärmebehandlungsbedingungen verschiedener Grundwerkstoffe wenden Sie sich bitte an den technischen Kundendienst von Lucas Milhaupt, um detaillierte Informationen zu Ihrer spezifischen Anwendung zu erhalten.
ZUSAMMENFASSUNG:
Liquidus ist die niedrigste Temperatur, bei der eine Legierung vollständig flüssig ist; Solidus ist die höchste Temperatur, bei der eine Legierung vollständig fest ist. Bei der Auswahl eines Lotwerkstoffs für Lötanwendungen ist es wichtig, das Schmelzverhalten – insbesondere die Liquidustemperatur – zu berücksichtigen.