Liquidus vs. Solidus
Po prostu, liquidus jest najniższą temperaturą, w której stop jest całkowicie ciekły; solidus jest najwyższą temperaturą, w której stop jest całkowicie stały.
Czyste metale są płynne i topią się w jednej temperaturze. Na przykład, srebro topi się w temperaturze 1761°F (961°C), a miedź topi się w temperaturze 1981°F (1083°C). Jednakże, stopy zawierające różne procenty srebra i miedzi nie będą miały jednej temperatury topnienia, ale raczej zakres temperatur topnienia. Ponieważ większość metali lutowniczych to stopy, będziesz miał do czynienia z zakresami temperatur topnienia przy wyborze materiałów.
Wyjątkiem jest klasa stopów zwanych eutektykami. Chociaż nie są to czyste metale, mają one jedną temperaturę topnienia, ponieważ temperatura topnienia, lub solidus, i temperatura płynięcia, lub liquidus, są identyczne. Na przykład, Lucas-Milhaupt Silvaloy 720/721 topi się i płynie w temperaturze 1435°F (780°C).
Rozważania dotyczące lutowania
Rysunek 1 to diagram fazowy dla układu dwuskładnikowego srebro-miedź. Zauważ, że przy składzie 72% srebra, 28% miedzi, temperatury liquidus i solidus są takie same. Stopy znajdujące się na lewo lub prawo od tego składu eutektycznego nie przechodzą bezpośrednio ze stanu stałego w ciekły, ale przechodzą przez zakres „mushy”, w którym stop jest połączeniem ciała stałego i cieczy.
Rysunek 1: Diagram równowagi srebro-miedź
Temperatura pomiędzy stanem stałym a ciekłym to zakres topnienia. Wraz ze wzrostem temperatury od stanu solidus w kierunku stanu liquidus, topnienie i przepływ wzrastają. Wynikający z tego powolny przepływ może stanowić wyzwanie dla kapilarności podczas lutowania połączeń.
W przypadku metali wypełniaczy, które mają szeroki zakres topnienia, może wystąpić pewne rozdzielenie fazy stałej i ciekłej. Jest to określane mianem upłynnienia: częściowe stopienie niższych składników metalu wypełniacza, które z kolei pozostawiają skorupę materiału o wyższej temperaturze topnienia, zwaną czaszką. Patrz rysunek 2.
Rysunek 2: Upłynnianie metali wypełniaczy AWS BAg-1 i AWS BAg-2. (A) W wyniku powolnego ogrzewania AWS BAg-1 w piecu, nie występuje upłynnianie w przypadku metali wypełniaczy o wąskim zakresie topnienia 20°F (11°C). (B) W wyniku powolnego nagrzewania AWS BAg-2 w piecu, pozostaje duża czaszka z powodu upłynnienia spowodowanego szerokim zakresem topnienia 70°F (39°C). (C) W wyniku szybkiego ogrzewania AWS BAg-2, pozostaje mała czaszka.
Likwidacja zwykle występuje podczas powolnego ogrzewania przez zakres topnienia stopu. Upłynnienie może wpłynąć na integralność połączenia lutowanego, potencjalnie powodując puste przestrzenie lub brak przylegania do materiałów podstawowych. Patrz rysunek 3.
Rysunek 3: AWS BCuP-5 użyty do lutowania części w dwugodzinnym cyklu ogrzewania pieca. Spoina lutowana wykazuje obecność obszaru bogatego w Cu (składnik o wyższej temperaturze topnienia) w lewym górnym rogu, a także pustkę w prawym dolnym rogu – prawdopodobnie skutek upłynnienia.
Podczas lutowania twardego metal podstawowy na elemencie nigdy nie powinien być stopiony. Dlatego ważne jest, aby wybrać metal wypełniacza, którego temperatura ciekłości jest niższa niż temperatura krzepnięcia obu łączonych metali podstawowych. Przed rozpoczęciem lutowania twardego należy rozważyć kilka innych czynników – przykłady podano poniżej.
Przykłady
1. Lutowanie zespołu o wąskim prześwicie: Lucas-Milhaupt Silvaloy 560 jest stopem bezkadmowym, który zaczyna się topić w temperaturze 1145°F (620°C) i swobodnie płynie w temperaturze 1205°F (650°C). Jego zakres topnienia wynosi 15°C (60°F).
2. Lutowanie twarde elementów o dużym prześwicie (większym niż 0,127 mm): Lucas-Milhaupt Silvaloy 380 zaczyna się topić w temperaturze 1200°F (648°C) i nie jest całkowicie stopiony aż do 1330°F (720°C). Stopy o szerokim zakresie topnienia/płynności są uważane za plastyczne i są przydatne w warunkach słabego dopasowania.
3. „Lutowanie stopniowe” zespołu: W przypadku lutowania w pobliżu wcześniej zlutowanego złącza, drugie lutowanie nie może naruszać pierwszego złącza. Rozwiązaniem jest użycie więcej niż jednego rodzaju metalu wypełniacza – metalu wypełniacza o niższej temperaturze topnienia dla drugiego złącza niż ten użyty dla pierwszego złącza. Na przykład w zespole ze stali nierdzewnej, który jest krok lutowania może mieć Silvaloy 630, który topi się i płynie między 1275°F-1475°F (690°C-801°C), dla pierwszego złącza, a następnie Silvaloy 560 (1143°F-1205°F/618°C-651°C) dla drugiego złącza.
4. Zespoły, które muszą być poddane obróbce cieplnej: (Opcja 1) obróbka cieplna, a następnie lutowanie – wybierając metal wypełniacza, którego temperatura ciekłości jest niższa niż temperatura obróbki cieplnej, więc twardość nie będzie miała negatywnego wpływu na lutowanie, lub (Opcja 2) obróbka cieplna i lutowanie jednocześnie – używając metalu wypełniacza o temperaturze ciekłości ściśle odpowiadającej temperaturom obróbki cieplnej. Ze względu na złożoną naturę warunków obróbki cieplnej różnych materiałów bazowych, prosimy o kontakt z działem technicznym Lucas Milhaupt w celu uzyskania szczegółowych informacji dotyczących konkretnego zastosowania.
PODSUMOWANIE:
Temperatura liquidus to najniższa temperatura, w której stop jest całkowicie ciekły; solidus to najwyższa temperatura, w której stop jest całkowicie stały. Przy wyborze metalu wypełniacza do lutowania twardego, ważne jest, aby rozważyć zachowanie topnienia, a konkretnie temperaturę liquidus.
.