Liquidus vs. Solidus
Egyszerűen fogalmazva, a liquidus a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen egy ötvözet teljesen folyékony; a solidus a legmagasabb hőmérséklet, amelyen egy ötvözet teljesen szilárd.
A tiszta fémek folyékonyak, és egyetlen hőmérsékleten olvadnak. Az ezüst például 961 °C-on (1761 °F), a réz pedig 1083 °C-on (1981 °F) olvad meg. A különböző százalékos ezüst- és réztartalmú ötvözeteknek azonban nem egyetlen olvadási hőmérsékletük van, hanem inkább olvadási hőmérséklettartományuk. Mivel a legtöbb forrasztási töltőanyag ötvözet, az anyagok kiválasztásakor olvadáshőmérséklet-tartományokkal kell foglalkoznia.
A kivétel az ötvözetek egy osztálya, az úgynevezett eutektikumok. Bár ezek nem tiszta fémek, mégis egyetlen olvadáspontjuk van, mivel az olvadáspont vagy solidus és a folyáspont vagy liquidus azonos. Például a Lucas-Milhaupt Silvaloy 720/721 1435°F (780°C) hőmérsékleten olvad és folyik.
Brozási megfontolások
Az 1. ábra az ezüst-réz bináris rendszer fázisdiagramja. Vegyük észre, hogy a 72% ezüst, 28% réz összetétel esetén a liquidus és a solidus hőmérsékletek megegyeznek. Az ettől az eutektikus összetételtől balra vagy jobbra lévő ötvözetek nem mennek át közvetlenül szilárdból folyékonyba, hanem egy “pépes” tartományon haladnak át, ahol az ötvözet a szilárd és a folyékony kombinációja.
1. ábra: Ezüst-réz ekvillibriumdiagram
A solidus és a liquidus közötti hőmérséklet az olvadási tartomány. Ahogy a hőmérséklet a solidus állapotból a liquidus állapot felé haladva növekszik, az olvadás és az áramlás fokozódik. Az ebből eredő lassú áramlás kihívást jelenthet a kapillaritás szempontjából a forrasztási kötéseknél.
A széles olvadási tartományú töltőfémeknél előfordulhat a szilárd és a folyékony fázis bizonyos mértékű szétválása. Ezt nevezzük likvidációnak: a töltőfém alacsonyabb összetevőinek részleges megolvadása, ami viszont a magasabb olvadású anyagból egy héjat, úgynevezett koponyát hagy maga után. Lásd a 2. ábrát.
2. ábra: AWS BAg-1 és AWS BAg-2 töltőfémek likvidációja. (A) Az AWS BAg-1 kemencében történő lassú melegítésének eredményeként a szűk, 11 °C (20 °F) olvadási tartományú töltőfémeknél nem következik be liquorizáció. (B) Az AWS BAg-2 kemencében történő lassú melegítésének eredményeképpen a széles, 39 °C (70 °F) olvadási tartomány okozta likvidáció miatt nagy koponya marad. (C) Az AWS BAg-2 gyors hevítésének eredményeként egy kis koponya marad.
A lúgosodás általában az ötvözet olvadási tartományán keresztül történő lassú hevítés során következik be. A likvidáció befolyásolhatja a keményforrasztott kötés integritását azáltal, hogy potenciálisan üregeket vagy az alapanyagokhoz való tapadás hiányát okozhatja. Lásd a 3. ábrát.
3. ábra: AWS BCuP-5, amelyet alkatrészek forrasztására használnak kétórás kemencefűtési ciklusban. A forrasztókötés balra fent Cu-ban gazdag (magasabb olvadású alkotóelem) területet, valamint jobbra lent egy üreget mutat – valószínűleg a folyósodás következménye.
A forrasztás során az alkatrészen lévő alapfémet soha nem szabad megolvasztani. Ezért fontos, hogy olyan töltőanyagot válasszunk, amelynek liquidus hőmérséklete alacsonyabb, mint az egyesítendő két alapfém solidus hőmérséklete. A forrasztás előtt számos egyéb tényezőt is figyelembe kell venni – az alábbiakban példákat soroljuk fel.
Példák
1. Szűk hézaggal rendelkező szerelvény forrasztása: A Lucas-Milhaupt Silvaloy 560 egy kadmiummentes ötvözet, amely 1145°F (620°C) hőmérsékleten kezd olvadni, és 1205°F (650°C) hőmérsékleten szabadon folyik. Olvadási tartománya 60°F (15°C).
2. Széles (0,005″/0,127 mm-nél nagyobb) hézaggal rendelkező szerelvény forrasztása: A Lucas-Milhaupt Silvaloy 380 1200°F (648°C) hőmérsékleten kezd el olvadni, és csak 1330°F (720°C) hőmérsékleten olvad meg teljesen. A széles olvadási/folyási tartományú ötvözetek képlékenynek minősülnek, és rossz illeszkedési körülmények között hasznosak.
3. “Lépéses forrasztás” egy szerelvényt: Ha egy korábban forrasztott kötés közelében forrasztunk, a második forrasztás nem zavarhatja az első kötést. A megoldás az, hogy többféle töltőanyagot használunk – egy olyan töltőanyagot, amelynek liquidus hőmérséklete a második kötéshez alacsonyabb, mint az első kötéshez használté. Például egy rozsdamentes acélból készült, lépcsőzetesen forrasztott szerelvényben az első kötéshez Silvaloy 630, amely 1275°F-1475°F (690°C-801°C) között olvad és folyik, majd Silvaloy 560 (1143°F-1205°F/618°C-651°C) a második kötéshez.
4. Olyan szerelvények, amelyeket hőkezelni kell: (1. lehetőség) hőkezelés, majd forrasztás – olyan töltőanyag kiválasztása, amelynek liquidus hőmérséklete alacsonyabb, mint a hőkezelési hőmérséklet, így a keménységet nem befolyásolja hátrányosan a forrasztás, vagy (2. lehetőség) hőkezelés és forrasztás egyszerre – olyan töltőanyag használata, amelynek liquidus hőmérséklete közel azonos a hőkezelési hőmérsékletekkel. A különböző alapanyagok hőkezelési körülményeinek összetett jellege miatt forduljon a Lucas Milhaupt műszaki szolgálatához az Ön konkrét alkalmazásával kapcsolatos részletes információkért.
Összefoglalás:
A liquidus az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen egy ötvözet teljesen folyékony; a solidus az a legmagasabb hőmérséklet, amelyen egy ötvözet teljesen szilárd. Amikor forrasztási alkalmazásokhoz töltőanyagot választunk, fontos figyelembe venni az olvadási viselkedést – különösen a liquidus hőmérsékletet.