Liquidus vs. Solidus
Simpelt uttryckt är liquidus den lägsta temperatur vid vilken en legering är helt flytande; solidus är den högsta temperatur vid vilken en legering är helt fast.
Rena metaller är flytande och smälter vid en enda temperatur. Till exempel smälter silver vid 961 °C (1761 °F) och koppar vid 1083 °C (1981 °F). Legeringar som innehåller varierande procentandelar silver och koppar har dock inte en enda smälttemperatur, utan snarare ett smälttemperaturintervall. Eftersom de flesta lödningsmetaller är legeringar kommer du att ha att göra med smälttemperaturintervall när du väljer material.
Utantaget är en klass av legeringar som kallas eutektiska legeringar. Även om dessa inte är rena metaller har de en enda smältpunkt, eftersom smältpunkten, eller solidus, och flödespunkten, eller liquidus, är identiska. Lucas-Milhaupt Silvaloy 720/721 smälter och flyter till exempel vid 780°C (1435°F).
Brazing Considerations
Figur 1 är ett fasdiagram för det binära systemet silver-koppar. Observera att vid sammansättningen 72 % silver, 28 % koppar är liquidus- och solidustemperaturerna desamma. Legeringar till vänster eller höger om denna eutektiska sammansättning övergår inte direkt från fast till flytande, utan passerar genom ett ”mustigt” område där legeringen är en kombination av fast och flytande.
Figur 1: Silver-koppar Ekvillibriumdiagram
Temperaturen mellan solidus och liquidus är smältområdet. När temperaturen ökar från solidustillståndet och rör sig mot liquidustillståndet ökar smältningen och flödet. Det resulterande tröga flödet kan innebära utmaningar för kapillariteten vid lödningar.
Fyllnadsmetaller som har breda smältintervall kan en viss separation av den fasta och flytande fasen förekomma. Detta kallas liquation: en partiell smältning av de lägre beståndsdelarna i tillsatsmetallen, som i sin tur lämnar ett skal av det högre smältande materialet, som kallas en skalle. Se figur 2.
Figur 2: Flytning av AWS BAg-1 och AWS BAg-2 fyllnadsmetaller. (A) Som ett resultat av långsam uppvärmning av AWS BAg-1 i en ugn uppstår ingen vätskning med fyllningsmetaller som har ett smalt smältintervall på 11 °C (20 °F). (B) Till följd av långsam uppvärmning av AWS BAg-2 i en ugn kvarstår en stor skalle på grund av vätskning som orsakas av det breda smältområdet på 39 °C (70 °F). (C) Som ett resultat av snabb uppvärmning av AWS BAg-2 återstår en liten skalle.
Liquation uppstår normalt vid långsam uppvärmning genom en legerings smältområde. Flytning kan påverka integriteten hos en lödning genom att potentiellt orsaka håligheter eller bristande vidhäftning till basmaterial. Se figur 3.
Figur 3: AWS BCuP-5 används för att löda delar i en två timmars uppvärmningscykel i ugnen. Lödningsfogen visar tecken på ett Cu-rikt område (beståndsdel med högre smältpunkt) uppe till vänster, samt ett tomrum nere till höger – troligen en följd av vätskning.
Vid lödning ska basmetallen på en komponent aldrig smältas. Därför är det viktigt att välja en fyllnadsmetall vars liquidustemperatur är lägre än solidustemperaturen för båda de basmetaller som sammanfogas. Flera andra faktorer bör beaktas före hårdlödning – exempel finns listade nedan.
Exempel
1. Lödning av en sammansättning med ett trångt utrymme: Lucas-Milhaupt Silvaloy 560 är en kadmiumfri legering som börjar smälta vid 620°C (1145°F) och flyter fritt vid 650°C (1205°F). Dess smältintervall är 15°C (60°F).
2. Lödning av en montering med ett stort spelrum (större än 0,127 mm): Lucas-Milhaupt Silvaloy 380 börjar smälta vid 648°C (1200°F) och är inte helt smält förrän vid 720°C (1330°F). Legeringar med ett brett smält-/flödesområde betraktas som plast och är användbara för förhållanden med dålig passform.
3. ”Steglödning” av en sammansättning: Vid lödning i närheten av en tidigare lödd skarv får den andra lödningen inte störa den första skarven. Lösningen är att använda mer än en typ av tillsatsmetall – en tillsatsmetall med lägre liquidustemperatur för den andra skarven än den som används för den första skarven. Till exempel kan man i en sammansättning av rostfritt stål som löds i flera steg använda Silvaloy 630, som smälter och flyter mellan 690°C-801°C (1275°F-1475°F), för den första skarven och sedan Silvaloy 560 (1143°F-1205°F/618°C-651°C) för den andra skarven.
4. Sammansättningar som måste värmebehandlas: (Alternativ 1) Värmebehandling och sedan lödning – välj en tillsatsmetall vars likvidustemperatur är lägre än värmebehandlingstemperaturen så att hårdheten inte påverkas negativt av lödningen, eller (Alternativ 2) värmebehandling och lödning samtidigt – använd en tillsatsmetall med en likvidustemperatur som är nära likvärdig med värmebehandlingstemperaturerna. På grund av den komplexa karaktären hos värmebehandlingsförhållandena för olika grundmaterial kontakta Lucas Milhaupt Technical Services för detaljerad information om din specifika tillämpning.
KONKLUSION:
Liquidus är den lägsta temperatur vid vilken en legering är helt flytande; solidus är den högsta temperatur vid vilken en legering är helt fast. När man väljer en tillsatsmetall för lödningsapplikationer är det viktigt att ta hänsyn till smältningsbeteendet – särskilt liquidustemperaturen.