Liquidus vs. Solidus
Vereenvoudig gezegd is liquidus de laagste temperatuur waarbij een legering volledig vloeibaar is; solidus is de hoogste temperatuur waarbij een legering volledig vast is.
Pure metalen zijn vloeibaar, en zij smelten bij één enkele temperatuur. Zilver smelt bijvoorbeeld bij 961°C en koper bij 1083°C. Echter, legeringen die variërende percentages zilver en koper bevatten, hebben niet één smelttemperatuur, maar eerder een smelttemperatuurbereik. Aangezien de meeste hardsoldeervulmetalen legeringen zijn, zult u te maken krijgen met smelttemperatuurbereiken wanneer u materialen selecteert.
De uitzondering is een klasse legeringen die eutectische legeringen worden genoemd. Hoewel dit geen zuivere metalen zijn, hebben zij toch één smeltpunt, omdat het smeltpunt, of solidus, en het vloeipunt, of liquidus, identiek zijn. Bijvoorbeeld, Lucas-Milhaupt Silvaloy 720/721 smelt en vloeit bij 780°C (1435°F).
Brazing Overwegingen
Figuur 1 is een fasediagram voor het zilver-koper binaire systeem. Merk op dat, bij de samenstelling 72% zilver, 28% koper, de liquidus en solidus temperaturen gelijk zijn. De legeringen links of rechts van deze eutectische samenstelling gaan niet direct over van vast naar vloeibaar, maar passeren een “papperig” gebied waar de legering een combinatie is van vast en vloeibaar.
Figuur 1: Zilver-koper equillibrium diagram
De temperatuur tussen solidus en liquidus is het smelttraject. Naarmate de temperatuur stijgt van de solidustoestand naar de liquidustoestand, nemen smelten en vloeien toe. De resulterende trage stroming kan problemen opleveren voor capillariteit bij hardsoldeerverbindingen.
Vulmetalen die een breed smelttraject hebben, kunnen enige scheiding van de vaste en vloeibare fase vertonen. Dit wordt liquatie genoemd: een gedeeltelijke smelt van de lagere bestanddelen in het toevoegmetaal, die op zijn beurt een omhulsel van het hoger-smeltende materiaal achterlaat, een schedel genoemd. Zie figuur 2.
Figuur 2: Liquatie van AWS BAg-1 en AWS BAg-2 vulmetalen. (A) Als gevolg van langzame verhitting van AWS BAg-1 in een oven treedt geen vloeibaar worden op bij vulmetalen met een smelttraject van 20°F (11°C). (B) Als gevolg van langzame verwarming van AWS BAg-2 in een oven, blijft er een grote scheur over als gevolg van vloeibaar worden door het brede smelttraject van 70°F (39°C). (C) Als gevolg van snelle verwarming van AWS BAg-2, blijft een kleine schedel over.
Liquatie treedt gewoonlijk op tijdens langzame verwarming door het smelttraject van een legering. Liquatie kan de integriteit van een soldeerverbinding aantasten door mogelijk holten te veroorzaken of een gebrek aan hechting aan basismaterialen. Zie figuur 3.
Figuur 3: AWS BCuP-5 gebruikt om onderdelen te solderen tijdens een twee uur durende verwarmingscyclus in een oven. De soldeerverbinding toont bewijsmateriaal van Cu-rijk (hoger-smeltend bestanddeel) gebied linksboven, evenals een leegte rechtsonder-waarschijnlijk een gevolg van liquation.
In solderen, zou het basismetaal op een component nooit moeten worden gesmolten. Daarom is het belangrijk om een toevoegmetaal te kiezen waarvan de liquidustemperatuur lager is dan de solidustemperatuur van beide basismetalen die worden samengevoegd. Verscheidene andere factoren zouden moeten worden overwogen alvorens te hardsolderen – voorbeelden worden als volgt opgesomd.
Voorbeelden
1. Hardsolderen van een samenstelling met een smalle speling: Lucas-Milhaupt Silvaloy 560 is een cadmiumvrije legering die begint te smelten bij 1145°F (620°C) en vrij vloeit bij 1205°F (650°C). Het smelttraject is 60°F (15°C).
2. Solderen van een samenstelling met een grote speling (groter dan .005″/0.127mm): Lucas-Milhaupt Silvaloy 380 begint te smelten bij 1200°F (648°C) en is pas volledig gesmolten bij 1330°F (720°C). Legeringen met een groot smelt/vloeibaarheidsbereik worden als plastisch beschouwd en zijn nuttig voor slecht passende omstandigheden.
3. “Stap hardsolderen” van een assemblage: Bij hardsolderen in de nabijheid van een eerder gesoldeerde verbinding, mag de tweede hardsoldering de eerste verbinding niet verstoren. De oplossing is het gebruik van meer dan één soort hardsoldeer – een hardsoldeer met een lagere liquidustemperatuur voor de tweede verbinding dan dat gebruikt voor de eerste verbinding. Bijvoorbeeld in een roestvrij stalen assemblage die in stappen wordt gesoldeerd zou Silvaloy 630, dat smelt en vloeit tussen 1275°F-1475°F (690°C-801°C), kunnen worden gebruikt voor de eerste verbinding en vervolgens Silvaloy 560 (1143°F-1205°F/618°C-651°C) voor de tweede verbinding.
4. Assemblages die een warmtebehandeling moeten ondergaan: (Optie 1) warmtebehandelen en dan hardsolderen – waarbij een toevoegmetaal wordt gekozen waarvan de liquidustemperatuur lager is dan de warmtebehandelingstemperatuur, zodat de hardheid niet nadelig wordt beïnvloed door het hardsolderen, of (Optie 2) gelijktijdig warmtebehandelen en hardsolderen – waarbij een toevoegmetaal wordt gebruikt met een liquidustemperatuur die nauw overeenkomt met de warmtebehandelingstemperaturen. Wegens de complexiteit van de warmtebehandelingscondities van verschillende basismaterialen kunt u voor gedetailleerde informatie over uw specifieke toepassing contact opnemen met de technische dienst van Lucas Milhaupt.
CONCLUSIE:
Liquidus is de laagste temperatuur waarbij een legering volledig vloeibaar is; solidus is de hoogste temperatuur waarbij een legering volledig vast is. Bij het kiezen van een toevoegmetaal voor hardsoldeertoepassingen, is het belangrijk om het smeltgedrag in overweging te nemen-specifiek de liquidustemperatuur.