Жду новый пост

Серия «Мастерская. Общие задачи.»

Сплав меди и цинка называется «латунью». Он может содержать и другие элементы, например, кремний, никель, марганец.  Наличие в составе цинка, это обязательное условие для того, чтобы сплав назывался латунью, хотя мы здесь, учитывая вопросы технологии, будем рассматривать и чистую медь, и другие медные сплавы. Латунь плавится при температуре больше девятисот градусов, в расплавленном состоянии, особенно в присутствии флюсов, смачивает многие металлы. Наличие цинка сильно улучшает смачивание расплавленной латунью железа. Цинка в ней обычно меньше сорока процентов. При большем содержании цинка температура плавления снижается мало, но сплав становится серебристого цвета и хрупким, что делает его непригодным для изготовления деталей и  малопригодным для применения в качестве припоя.

Паять латунные детали, ввиду их относительной легкоплавкости, можно «мягкими» оловянно-свинцовыми припоями, более тугоплавкими «твёрдыми» серебреными припоями а также, припоями, содержащими фосфор. Твёрдые припои хорошо смачивают обычную латунь при применении в качестве флюса буры, но их растекание резко возрастает при использовании  в качестве флюса борфтористого калия.

Для пайки мягкими припоями латуни и других медных сплавов пригодны обычные флюсы, но от хлорсодержащих лучше вообще отказываться  в пользу фосфорной кислоты, которая не дымит, не даёт едких паров и  слабо коррозирует сами детали.

Радио и электротехничекие пайки, если нет возможности гарантировано удалить флюс, следует паять исключительно с канифолью. Для пайки латуни паяльником или кислород-водородной горелкой сильно загрязнённых деталей (например, автомобильных радиаторов) можно применять едкий натр или калий, но этот флюс опасен для глаз, непригоден при наличии в пламени горелки углекислого газа, так как превращается в соду и требует тщательной отмывки деталей после пайки. Для радиодеталей он непригоден! Нужно учитывать и следующий факт. Мягкие припои системы олово-свинец хорошо паяют медь и латуни, но по  границе металла с припоем может образоваться прослойка соединения меди с оловом, которая снижает прочность и химическую стойкость спая и, при электротехнической пайке, даёт крайне нежелательные эффекты. Большие импульсные токи, например, при зарядке-разрядке конденсаторов, разрушают спай и контакт нарушается.  Этот эффект автор наблюдал и в компьютерных бесперебойниках, блоках питания компьютеров, в системах питания импульсных ламп малой мощности.  Эффект мною был замечен при пайке меди припоем ПОС-61, но его следует учитывать и в других случаях. Для борьбы с ним в мягкие припои рекомендуют добавлять серебро и кадмий, которые замедляют или блокируют образование этого вредного слоя. Можно использовать припои с меньшим содержанием олова (тот же «третник», две части свинца и одна часть олова), но он более тугоплавкий. Паять следует быстро.

Пайка твёрдыми припоями даёт более прочное, надёжное и относительно термостойкое соединение.

Твёрдые припои для латуни и меди могут представлять собой более легкоплавкий вариант латуни.  Тогда её пайка становится похожей на сварку.

Таким способом, с помощью горелки можно наращивать изношенные медные или латунные детали. Как флюс применяется та же бура, но в неё выгодно добавлять процентов десять пентабората калия. Это слегка снижает температуру плавления флюса, делает его чуть более жидким и сильно уменьшает видимое свечение факела горелки, так как калий «выедает» натриевый дублет, а сам светит уже на границе с ИК излучением, где чувствительность глаза невелика.

Здесь надо опять упомянуть необходимость стеклянных очков при пайке, так как они защищают глаза работающего от возможных брызг металла и от перегрева, вызывающего «катаракту стеклодува». Также пламя даёт и ультрафиолет, который для глаз вреден.

«Твёрдый» спай может работать при повышенной температуре, но в этом случае его нужно паять не фосфорсодержащим, а серебрянным припоем с цинком. Цинк даёт плотный и тугоплавкий окисел, который замедляет проникновение кислорода  к металлу, который, кстати, хорошо проходит сквозь нагретое серебро. Сплавы меди, содержащие алюминий, паять труднее, так как обычные флюсы окись алюминия растворяют плохо. Возможна добавка в них флюсов для пайки алюминия, фторидов. Рецепты флюсов для труднопаяемых медных сплавов можно найти в литературе.

Отдельно упомянем припои, содержащие кадмий. Этот металл снижает температуру плавления оловянно-свинцоых, серебренных и медных припоев, но он ядовит, легко испаряется и при пайке возможно образование его окислов коричневого цвета. Дым от такой пайки крайне опасен для лёгких, поэтому таких припоев следует избегать, либо работать под надёжной вытяжкой.

Вот, пожалуй, и всё, что касается пайки медных сплавов и латуней.

Но латуни и сами могут использоваться как твёрдый припой для чистой меди и сталей, сплавов железа и никеля.

Обычно для пайки железа достаточно иметь сплав меди типа «золота алхимиков», состоящий из двух частей меди и одной части цинка.

Его можно получить прямым сплавлением компонентов подходящей горелкой в  выемке кирпича, добавляя к горячей меди цинк и буру, но при этом цинк часто вскипает и горит, поэтому, опять же, необходима вытяжка либо работать следует на открытом воздухе, обязательно в очках.

Пары окиси цинка также не являются полезными для органов дыхания и самого человека. Добавка в этот припой одного-двух процентов никеля (аноды радиоламп из него делали, он магнитный) делает цвет такой латуни слегка зеленоватым и повышает прочность спая.

Вредными в припое следует признать примеси свинца, висмута и других нерастворимых в твёрдой меди легкоплавких металлов, которые собираются на границах зёрен и делают металл хрупким  при повышенной температуре (красноломкость).

Поэтому медь для приготовления латунного припоя следует тщательно отбирать, лучше всего применять медную электротехническую проволоку без остатков мягких припоев. Это же касается и цинка. Также при пайке железа следует признать вредным примесь кремния, которая упрочняет сам припой, но охрупчивает границу его с железом за счёт образования силицида железа.

В сплавленную жидкую латунь нужно погрузить железную проволоку толщиной миллиметра четыре и постепенно оттягивая жидкий металл, подогревая сам слиток, вытянуть палочку припоя, которой затем можно пользоваться для пайки.

В качестве припоя можно использовать и случайные куски латуни, ненужные латунные детали, стружку. Поскольку  у нас нет заводской лаборатории для анализа их состава, то нужно проверить наличие кадмия по цвету осадка от дыма и проверить совместимость такого припоя  с железом.

Для этого спаивают два гвоздя, смотрят, как их смачивает припой, а после остывания слегка проковывают, чтобы проверить хрупкость самого спая и припоя.

Если  в припое содержится много фосфора, то он плохо растекается по железу и даёт крайне непрочное соединение. Однако, им можно паять чистый никель, который сам образует твёрдый раствор с фосфором, медно-никелевые сплавы и медь. Понятно, что судьёй и контролёром тут тоже может служить молоток.

Небольшая примесь фосфора, видимо, в доли процента, делает медь более легкоплавкой и способной хорошо смачивать железо. Но вредного действия на стык железа  с припоем ещё не оказывает. Автор однажды имел возможность работать с медной ленточкой почти красного цвета, не очень твёрдой, не содержащей цинк, но, по цвету пламени, содержащей немного фосфора.
Это был остаток от штамповки чего-то из ленты. Этот припой хорошо работал, не дымил, как латунь и давал прочные и пластичные спаи с железом.  Недостаточная предусмотрительность автора привела к тому, что он унес этого припоя только с килограмм, игнорируя тот факт, что остаток в ближайшее время неминуемо унесут бомжи, что и произошло на самом деле.

Поэтому, нужно учитывать в перспективных припоях и металлы легированные небольшим количеством фосфора. Но при нагреве готового спая медно-фосфорные припои быстро окисляются, даже быстрее, чем чистая медь. Поэтому наличие цинка важно для пайки тех же термопар, горелок паяльных ламп.

Термопары можно делать из нихромовой и константановой проволоки. Такие проволоки работают длительное время до шестисот градусов, если их спаять латунью. Будущий спай надо тщательно зачистить, обмотать тонким «плиточным нихромом», обмазать большим количеством мокрой буры и после смачивания латунью, сильно прогреть, чтобы часть нихрома могла раствориться, легируя латунь никелем и хромом. Такой спай обгорает медленно.

В целом, нужно считать твёрдую пайку латунью или серебром крайне удобным методом соединения железных деталей. Этот метод позволяет резко упростить изготовление различных изделий, от ключа для замка, до деталей вакуумной установки или телескопа. Напаивать токарные резцы. Однако, температуры паяльной лампы для плавления латуни недостаточно и нужно применять либо электролизёр либо пропан с кислородом.

Оба эти варианта, при наличии подходящих горелок малой мощности, пригодны и для ремонта медных радиаторов автомобилей. Понятно, что перегрев припоя оловянно-свинцового припоя таким пламенем нежелателен, приходиться добавлять в гремучий газ пары бензина, и «растушёвывать» зону нагрева. Испарение свинца опасно для работающего и нужно паять на открытом воздухе или под тягой.

Для пайки железа латунью с бурой чистое водородно-кислородное пламя слишком окислительное и горячее. Гремучий газ  нужно обогащать парами бензина, либо добавлять тот же пропан. Горелка должна иметь достаточную мощность для быстрого нагрева деталей, что резко уменьшает их окисление.

Флюсы для пайки.

В  различных книгах приведено большое количество рецептов паяльных флюсов. Однако для большинства работ достаточно всего несколько рецептов.

Канифоль. Хорошо флюсует до 200 градусов медь и медные сплавы. Не коррозионно-активна, но лучше её ударять  с готового спая. Растворяется спиртом, но не бензином.

Ортофосфорная кислота. Не образует, в отличие от соляной, легкорастворимых солей  с железом и медью. Коррозионная активность низкая, но при пайке радиодеталей и облуживании плат проникает в зазоры, откуда её удалить очень трудно, пропитывает даже стеклотекстолит. Для радиомонтажа непригодна. Не сильно дымит в пламени горелки, пары не коррозируют и она очень подходит для пайки оловянно-свинцовыми припоями автомобильных радиаторов. При многократном флюсовании убирает даже грязь из зазоров.  Если не допускать перегревов, позволяет паять оловянно-свинцовыми припоями нержавеющую сталь. Паяльником можно работать по железу. После работы надо смывать водой. Слегка пассивирует железо.

Флюсы на основе хлористого цинка и хлористого аммония. Более активны, чем фосфорная кислота, сильно испаряются и дымят при нагреве. От их паров ржавеет железо. После пайки нужно тщательно удалять промывкой  в воде. Для ответственных деталей желательно спаи пассивировать слабым раствором фосфорной кислоты либо содовым раствором  с добавкой какого-либо бихромата.

Расплавленные щёлочи типа едкого натра, калия, их сплавы пригодны для лужения железа, нержавейки и меди паяльником. Позволяют работать водородным и водородно-кислородным пламенем. Добавка в пламя углеводородов дезактивирует флюс, хотя листы можно нагревать с обратной стороны. При пайке радиаторов позволяет хорошо пролудить даже корродированные бачки, сильно загрязнённые органикой. Отмывать следует водой. Флюс сильно разрушает кожу рук. После отмывки флюса можно паять лужённые поверхности с фосфорной кислотой. Пары и брызги вредны для глаз, кожи, лёгких, для рук. Сильной коррозии железа не вызывают.

Бура. Применяется для обычных паек железа латунью или серебрянными припоями, для пайки меди и латуни медно-фосфорными припоями или серебром. Расплав вязкий, хромсодержащие стали и сплавы флюсует только после хорошей зачистки и быстрого нагрева. Добавка борфтористых и фтористых солей повышает активность, но при этом выделяются и более вредные для здоровья человека пары. Пайка твёрдосплавных пластин возможна при быстром нагреве. Особенно плохо флюсует хороший сплав Т15К6, для которого рекомендуют флюс Ф-100. Свойства буры несколько улучшаются добавкой десяти-двадцати процентов пентабората калия, который можно получить, сливая горячий насыщенный раствор 30-ти граммов борной кислоты и десятипроцентный раствор 5,6 или шести граммов едкого калия. (Едкие щёлочи часто содержат избыток воды, что затрудняет дозировку.) Пентаборат при охлаждении раствора выпадает в осадок. (Едкий калий растворять можно только в холодной воде! Работать в очках!)

Бура не корродирует железо и её часто не удаляют после пайки. От влаги она постепенно вспучивается и превращается в противный белый порошок. Удалить буру со спая можно лёгкой проковкой молотком. Лучше действует пятипроцентный раствор серной или фосфорной кислоты. Чтобы он не растворял железо,  в травильный раствор можно добавлять муку, «сухой спирт», формалин, хлебные корки, даже пиво!  После стравливания буры и окислов, детали нужно промыть в воде щёткой и пассивировать в щелочном растворе бихромата, промыть в воде и высушить гигроскопичной бумагой или чистой х-б тряпкой. Для здоровья человека бура, как и борная кислота, вредны и опасны. Ими травят тараканов. С большими количествами растворов буры работать надо в перчатках. Нужно избегать их попадания  в организм, хранить в отдельной таре и не с пищевыми продуктами.

Борфтористый калий KBF4. Относительно легкоплавкая и трудно растворимая  в воде соль. Расплав чистого борфторида быстро растекается по меди и латуни, обеспечивает отличное растекание серебренных припоев. Его можно применять самостоятельно, либо добавлять в буру. При нагреве выделяет вредный для здоровья трехфотристый бор, поэтому работать нужно под тягой. Остатки флюса легко смываются водой.

Ю. Н. Бондаренко.

Некто жалуется на растрескивание трубки из нержавейки в не очень грязной воде. Трубку меняют, она опять растрескивается! Что ему делать? Нержавеющая сталь, это сталь с неким «сверхпороговым» количеством содержащегося в сплаве хрома. Добавка хрома к железу вначале ничего существенного для коррозионной стойкости не даёт, не если его больше примерно 12 процентов, то металл перестаёт ржаветь в обычных условиях. Понятно, что стали это многокомпонентные сплавы и кроме хрома в них есть другие химические элементы, например, никель и  углерод.

Эти химические элементы играют важную роль в свойствах таких сталей, поэтому мы на них и остановимся!

Углерод, понятно, увеличивает твёрдость и прочность сталей. Поэтому нержавеющие ножи и ножницы делают из сплава, где есть и хром и углерод. Поскольку хром может с углеродом образовать карбиды, то его вводят несколько больше, чтобы не снизить концентрацию растворённого в железе хрома ниже предельной, делающей его нержавеющим. Роли разделены, растворённый  в железе хром делает сплав нержавеющим, а связанный в мелкодисперсные карбиды, упрочняет его. И всё получается отлично! На кухне  у нас появляются долговечные ножи ясно-белого цвета, острота их не такая, как у ножей из углеродистой стали, но приемлемая! Эти ножи притягиваются магнитом. Это свойство присуще сплавам железа с низкотемпературной модификацией кристаллической структуры, мартенситом.

А вот для технических целей и для нержавеющих кастрюль часто нужен прочный, но пластичный нержавеющий металл, да ещё чтобы глубокий холод его не охрупчивал, и в сплав приходится добавлять довольно дорогой никель! Тогда сплав, после закалки, не переходит в низкотемпературную, и магнитную мартенситную структуру, оставаясь пластичным аустенитом. А вот углероду это не нравится! Он плохо растворяется в железо-никелевом сплаве и куда ему деваться? Да переходить в карбид хрома! Но раз так, то сплав хромом обедняется, это может иметь плохие последствия. Углерод при охлаждении быстренько диффундирует к границам зёрен металла, забирает на себя часть хрома, а хром так быстро диффундировать не может, и границы зёрен металла, обеднённые хромом, становятся «ржавеющими». Это имеет катастрофические последствия! Сплошная пространственная сетка ржавеющего металла во влажной среде, да на контакте с нержавейкой быстро разрушается, металл становится хрупким, трубки ломаются, как спички, лист металла можно пальцами пробить!

А ведь кроме «межкристаллитного», есть ещё и «транскристаллитное растрескивание под нагрузкой», поэтому «нержавейка», при неправильной термообработке может очень даже стать «ржавейкой» и привести к авариям.

Поэтому нержавейку аустенитного класса тщательно чистят от углерода, добавляют титан и ниобий, которые связывают остаточный углерод в свои прочные карбиды, нагревают до тысячи градусов и закаливают в воде, чтобы карбиды хрома просто не успели выделиться! Но все эти меры могут оказаться напрасными, если нержавейку подвергнуть электросварке или подобным воздействиям.

Была у меня канистра самодельная, для вина делали, я её месяц с водой продержал, и она стала течь, как решето. Но сухую кукурузу она ещё держит!

Купил нержавеющий ТЭН, проработал он недолго, перегорел и я его руками поломал, как сухую ветку. Купил из чёрного металла, работал долго, вывел из эксплуатации совсем по другим причинам! Вот так простое железо работает иногда лучше нержавеющей стали!

Подобное коррозионное растрескивание, «коррозия под нагрузкой» характерна и для некоторых составов латуни. Отштампованные из листа детали, долго находившиеся в сырости, тоже трескались и видел это я неоднократно!

Это касается конструкционных металлов. Но некоторые сплавы редкоземельных металлов самостоятельно на воздухе превращаются в порошок. Эта экзотика, конечно, простым пользователям не вредит, но в электровакуумном или в других высокотехнологических производствах может быть существенной.

Интересующиеся могут скачать по поисковику книгу Гуляева «Металловедение» и прочитать об этом самостоятельно!

Бондаренко Ю. Н. пос. Маяки, сентябрь, 2023 г.

Дело в том, что сейчас в массовой абразивной промышленности есть:

-карбид кремния (карборунд») SIC.

- окись алюминия плавленая  AL-2,O-3 или «корунд».

-алмаз различного происхождения и на различной связке.

- «Эльбор» BN, кубический нитрид бора, который имеет много торговых названий.

Каждый из этих абразивов имеет свои механические, и что тоже крайне  важно, химические свойства.

Самый мягкий из них, это корунд, плавленая окись алюминия. Самая чистая, прозрачная, это «лейкосапфир». Абразивные круги из неё, понятно, белого цвета. С добавкой окиси хрома это будет уже рубин розового цвета. С добавкой чёрт знает чего в бОльших количествах - называется «наждак», качеством похуже! Он тёмного цвета с различными оттенками.

Из этого абразива делают круги для обработки железа и сталей. Дело в том, что в зоне контакта абразивного зерна с металлом при работе развиваются экстремальные температуры и давления, а химически стойкая окись алюминия с железом при этом практически не взаимодействует, абразивные зёрна остаются острыми, круг не «засаливается» и работает быстро. Его стойкость для такой работы высокая. Твёрдые сплавы типа «Победит» корунд просто «не берёт», так как его твёрдость сравнима с твёрдостью этих металлокерамических сплавов.

Карбид кремния твёрже корунда, но и кремний, и углерод в железе растворяются, вот поэтому зерна SIC не столько режут железо и его сплавы, сколько сами обрабатываются, полируются этим железом. Круг «засаливается» и перестаёт нормально работать. Керамические твёрдые сплавы железа, как правило, не содержат, они хотя и твёрдые, но более твёрдый карборунд их стачивает.

Алмаз, будучи формой углерода, понятно, тоже железом растворяется, поэтому им точить можно только самую мелкую железную мелочёвку, типа мелких свёрл. Зато он обрабатывает твёрдые сплавы, а с водой и фарфор, стекло, кварц, стеклотекстолит, тот же рубин или лейкосапфир.

«Эльбор» может обрабатывать железо, азот или бор с ним взаимодействуют слабее, чем углерод алмаза.

Поэтому знающие люди ставят на «наждаке» два круга: Один белый или розовый на керамической связке для «железа», а второй, зелёный или чёрный из карбида кремния, для грубой заточки твердосплавных резцов, если нужно, то и с водичкой стекла, керамики, стараясь пылью не дышать!

Ну и рядышком, если есть возможность, для доводки кромки ставят пару «Эльбор» - алмаз!

Понятно, что это только общая картина и работа того же карборунда по стали не всегда плохая! На малых скоростях резания, да ещё с водой, да если связка не очень прочная и поверхность круга быстро разрушается, железо и сталь им можно точить.

У меня есть брусок для затачивания кос, явно из карборунда «КЗ», так он и косу точит неплохо и ножи на нём точить тоже одно удовольствие! Раньше точил на наждачном полотне, но теперь на нём только направляю, а точу именно этим бруском.

Кроме этих абразивов иногда применяются (применялись) и другие! Тот же камень из песка с цементом, и природный песчаник. Они  мягче даже корунда, но пригодны для железа. Есть и очень твёрдый, но хрупкий карбид бора, который может шлифовать даже карборунд! Но карбид бора дорогой и его иногда, наравне с карборундом и корундом применяют в виде свободного абразива, замешанного на воде, для точной шлифовки стекла в производстве оптики. Обработка стекла свободным абразивом с водой более медленная, чем алмазным кругом, но более универсальна и не требует сложных станков и инструментов. А для финишной обработки крупных и точных деталей перед полировкой она и наиболее выгодна.

Бондаренко Ю. Н. пос. Маяки, сентябрь, 2023 г.