Литье стали в домашних условиях

Полезные советы

1. Расплав должен быть горячим, чтобы форма заполнялась равномерно. Его заливают, когда он приобретает консистенцию ртути.
2. Сложные по конфигурации отливки делают быстро, стараются сразу залить формы, чтобы металл не успел схватиться, не образовалось перегородок и пустот.
3. В гипс металл можно заливать по воску или пенопласту, от высокой температуры воск и пенопласт выгорают. Поверхность отливки будет ровной.
4. Для охлаждения отливку не опускают в воду, литье потрескается.
5. При расплавлении чистого алюминия применяется технология использования защитных флюсов, они предохраняют металл от окисления.

Необходимо соблюдать противопожарную безопасность, процесс литья связан с использованием открытого пламени

Важно использовать индивидуальные средства защиты: перчатки, очки

Есть несколько способов литья алюминия в промышленных условиях. Но если плавка планируется в бытовых условиях, то технология литья под давлением вряд ли подойдёт. Наиболее подходящий вариант-заливка расплавленного металла в самодельную форму. Об этой технологии и пойдёт речь. Однако перед тем как узнать нюансы литья, необходимо разобраться с некоторыми характеристиками алюминия.

О температуре плавления золота в градусах

По словам специалистов, золото наивысшей пробы оплавится при температуре 1064 градуса. Это касается золота 999 пробы. Если будет применен другой терморежим, то это приведет к полному выгоранию драгметалла. Часто новичков интересует, можно ли расплавить золото на газовой плите? Ввиду того что температура, образующаяся в результате горения природного газа, зависит от расстояния до конфорки, специалисты советуют не рисковать.

Возле самой конфорки температура колеблется в пределах от 300 до 400 градусов. Достигнув своего пика, она составит 1500 градусов. Прежде чем приступить, следует знать точную температуру плавления золота в градусах. Драгметалл 375 пробы оплавится в режиме, не превышающем 770 градусов. 585-й пробы – при температуре 840 градусов. Считается самой востребованной у профессиональных ювелиров. Часто эта проба подделывается мошенниками. Как утверждают специалисты, золото 999 пробы кустарным способом расплавить нельзя. Достичь температуру в 1064 градуса можно только в заводских условиях. Некоторые домашние умельцы по незнанию допускают ошибку – используют в качестве средства для нагрева обычные сварочные аппараты. Однако этими приспособлениями можно плавить только сталь. Если же сварочный аппарат применить для золота, то драгоценный металл полностью испарится.

Температура плавления металлов

Металлы и неметаллы

Любой кусок металла, например, алюминия, содержит миллионы отдельных кристаллов, которые называются зернами. Каждое зерно имеет свою уникальную ориентацию атомной решетки, но все вместе зерна ориентированы внутри этого куска случайным образом. Такая структура называется поликристаллической.

Аморфные материалы, например, стекло,  отличаются от кристаллических материалов, например, алюминия, по двум важным отличиям, которые связаны друг с другом:

• отсутствие дальнего порядка молекулярной структуры
• различия в характере плавления и термического расширения.

Различие молекулярной структуры можно видеть на рисунке 1. Слева показана плотно упакованная и упорядоченная кристаллическая структура. Аморфный материал показан справа: менее плотная структура со случайным расположением атомов.

Рисунок 1 – Структура кристаллических (а) и аморфных (б)  материалов.
Кристаллическая структура: упорядоченная, повторяющаяся и плотная,
аморфная структура – более свободно упакованная
с беспорядочным расположением атомов.

Плавление металлов

Это различие в структуре проявляется при плавлении металлов, в том числе, плавлении алюминия различной чистоты и его сплавов. Менее плотно упакованные атомы дают увеличение объема (снижение плотности) по сравнению с тем же металлом в твердом кристаллическом состоянии.

Металлы при плавлении испытывают увеличение объема. У чистых металлов это объемное изменение происходит весьма резко и при постоянной температуре – температуре плавления, как это показано на рисунке 2. Это изменение представляет собой разрыв между наклонными линиями по обе стороны от точки плавления. Обе эти наклонные линии характеризуют температурное расширение металла, которое обычно является различным в жидком и твердом состоянии.

Рисунок 2 – Характерное изменение объема чистого металла
по сравнению с изменением объема аморфного материала :
Tg – температура стеклования (перехода жидкого состояния в твердое);
Tm – температура плавления

Теплота плавления

С этим резким увеличением объема при переходе металла из твердого состояния в жидкое  связано определенное количество тепла, которое называется скрытой теплотой плавления. Это тепло заставляет атомы терять плотную и упорядоченное кристаллическую структуру. Этот процесс является обратимым, он работает в обоих направлениях – и при нагреве, и при охлаждении.

Равновесная температура плавления

Как было показано выше, чистые кристаллические вещества, например, чистые металлы, имеют характерную температуру плавления, которую часто называют «точкой плавления».  При этой температуре это чистое твердое кристаллическое вещество плавится и становится жидкостью. Переход между твердым и жидким состоянием для малых образцов чистых металлов настолько мал, что может измеряться с точностью 0,1 ºС.

Жидкости имеют характерную температуру, при которой они превращаются в твердое вещество. Эту температуру называют температурой затвердевания или точкой затвердевания. Теоретически – в равновесных условиях – равновесная температура плавления твердого вещества является той же самой, что и равновесная температура его затвердевания. На практике можно наблюдать небольшие различия между этими величинами (рисунок 3).

Рисунок 3 –  Кривые охлаждения и нагрева чистого металла.
Видны явления переохлаждения при охлаждении и перегрева при нагреве.
В начале затвердевания наблюдается впадина на кривой охлаждения,
что объясняется замедленным началом кристаллизации

Температуры ликвидус и солидус

• Температура начала плавления называется температурой солидус (или точкой солидус)
• Температура окончания плавления – температурой ликвидус (или точкой ликвидус).

«Солидус» означает, понятно, твердый, а «ликвидус» – жидкий: при температуре солидуса весь сплав еще твердый, а при температуре ликвидуса – весь уже жидкий.

При затвердевании этого сплава из жидкого состояния температура начала кристаллизации (затвердевания) будет та же температурой ликвидус, а окончания кристаллизации – та же температура солидус. При температуре сплава между его температурами солидуса и ликвидуса он находится в полужидком-полутвердом, кашеобразном состоянии.

Двухступенчатая технология получения стали

Однако с течением времени его начали применять для производства отливок, а несколько позже негодный для литья чугун пускали вместе с рудой во вторичную переплавку. При этом обнаруживалось, что передел чугуна в мягкое (сварное) железо во второй плавке требует меньшего расхода топлива и руды, а железо получается лучшего качества.

Поэтому впоследствии сыродутный процесс стал постепенно вытесняться двухступенчатым способом получения стали: сначала получали чугун, а потом, при вторичной переплавке в горне, — сталь.

• Первая стадия называется доменным процессом, а печь, где производится этот чугун,— доменной печью.
• Вторая стадия получила название кричного передела.

Плавка меди

В домашних условиях для плавки меди можно использовать материал пенобетон. Вырезается из такого материала 2 цилиндра, диаметром 100 мм. Высота одного 100 мм, а второго 15. Накладывая один на другой, сверлится посередине отверстие диаметром 15 мм. В большем цилиндре, посередине, изготавливается отверстие в виде воронки на глубину 85 мм. В середине цилиндра, с наружной стороны, прорезается канавка и ведется стяжка проволокой. Она нужна для того, чтобы деталь не развалилась от температуры.

На газовую плиту, ставится переходник. Сверху располагается больший цилиндр так, чтобы конусная воронка была направлена вверх. Сверху накрывается маленьким цилиндром с отверстием. Зажигая горелку, опускают кусочек медного стержня в маленькое отверстие до упора в стенку воронки. Через минуту стержень расплавится.

Как происходит переработка золотого сырья

Перед тем как превратиться в слиток, монету или украшение, драгметалл проходит многоэтапную обработку. Шихта — материал, подлежащий отправке в плавильную печь — может состоять как из крупиц золота, добытого в природе, так и из лома (часового, ювелирного, технического, стоматологического). Предварительные манипуляции направлены на то, чтобы сделать эту смесь максимально однородной перед плавлением. Для этого заводы по переработке подвергают сырье таким процедурам:

1. Механическая очистка: дробление крупных кусков, измельчение и просеивание под струей воды или раствора с добавлением абразива, который дополнительно отмывает шихту от грязи.
2. Химическая очистка от примесей — аффинаж. Вариатны: амальгамирование, растворение в царской водке или выщелачивание — цианированием или при помощи теокарбамидных растворов.
3. Осаждение металла из полученных растворов.

В результате очистки в распоряжении рабочего завода (или частного ювелира) оказывается золото — в количестве намного меньшем, чем исходная шихта, зато практически чистое.

Можно приступать к плавке.

При какой температуре плавится

Говоря о температуре 1064,4 °C, я имел в виду чистое золото 999 пробы. Мы с вами можем встретить его только в виде банковских слитков (или если сами займемся аффинажем). В ювелирном деле, промышленности и медицине используется разбавленный — легированный металл.

В украшения лигатура вводится для прочности, в припои — для повышения текучести и достижения нужных параметров сплава для пайки изделий каждой пробы (цвета, плавкости). Вот сравнительная таблица температур, при которых плавятся пробы с разным процентным и качественным содержанием лигатуры:

Какие металлы используются в золотых сплавах, как они меняют температуру плавления

Необходимость изменить температуру плавления сплава особенно часто возникает при изготовлении припоев. Понижают температуру плавления золота более легкоплавкие добавки:

• цинк,
• олово,
• магний,
• алюминий,
• серебро (незначительно).

Повышают температуру плавления более тугоплавкие металлы и их сплавы — в ювелирном деле и промышленности это в основном платиновая группа:

• платина,
• палладий,
• осмий.

Большинство интерметаллических сплавов хрупкие, поэтому для создания украшений они почти не применяются, а к промышленному использованию годны ограниченно.

Способы плавления

Народные умельцы изобрели множество приспособлений для кустарного плавления драгоценных металлов. Современные Кулибины могут в домашних условиях сделать электрическую печь, расплавить золото в микроволновке, мангале, газосваркой, осадить золото путем электролиза, изготовить для плавления бензиновую, пропановую или кислородно-ацетиленовую горелку или даже решиться использовать для плавления газовую плиту.

Последний вариант я настоятельно не рекомендую, если только вы не хотите устроить пожар в собственном доме. К тому же золото, расплавленное на газовой плите, нагревается долго, неравномерно и смешивается с атмосферным воздухом. Такой сплав будет очень хрупким.

Среди нескольких популярных способов плавления в домашних условиях я выбрала для вас три, самых, на мой взгляд, надежных.

Горелкой

Самый доступный и быстрый способ для плавления небольших объемов солнечного металла. Понадобится газовый баллончик с туристическим газом (смесь бутана и пропана) или ацетиленом, и сама горелка, купить которую нетрудно в любом строительном магазине или заказать по интернету. Главное, чтобы агрегат имел достаточно высокий КПД. В паспорте устройства указана максимальная температура — сравните ее с температурой плавления золота.

В этом видео видно, что золотой слиток весом 15 г можно сплавить приблизительно за 5 минут даже в домашних условиях.

Расплавить золото можно с помощью бензиновой горелки. Она не уступает газовой, но чаще используется для ювелирной пайки готовых украшений.

С помощью самодельной печи

Тем, кто планирует заниматься плавлением регулярно, рекомендую приобрести ювелирную муфельную печь. А можно набраться терпения и изготовить такую печь своими руками в домашних условиях.

Плавильные печи бывают электрическими или на древесном угле. Как сделать такую печь – отдельная тема, скажу только, что для ее изготовления используют самые разные материалы: огнеупорные кирпичи, цементные плиты, стальные цилиндры разного диаметра, бочонки из-под пива из нержавеющей стали и другие, устойчивые к действию высоких температур материалы.

Микроволновкой

Да, в домашней микроволновой печи можно испечь для себя оригинальный золотой браслет! А если серьезно, то мощности в 1200 Ватт вполне достаточно, чтобы плавить драгоценные металлы. Способ подойдет тем, кто занимается ювелирным делом систематически: если вы используете свою микроволновку для плавления металлов хотя бы раз, пищу в ней готовить больше не получится.

Несколько важных моментов:

1. Магнетрон в микроволновой печи должен располагаться сзади или сбоку — это основное условие.
2. Глиняные тигли не подходят для условий микроволновой печи. Оптимальный тигель – графитовый.
3. Для плавления нескольких граммов серебра потребуется около 8 минут. Чтобы расплавить 3 грамма золота, уйдет 12-15 минут.

Чтобы начать плавление драгоценных металлов в домашних условиях, потребуется удалить из СВЧ печи вращающийся диск и изготовить жаропрочную камеру из двух огнеупорных кирпичей.

Какой способ лучше

Каждый может выбрать для себя, какой именно способ ему больше подходит. Все зависит от целей плавления, рентабельности, наличия исходных материалов и бюджета. Для одноразовых операций в домашних условиях идеально подходит газовая горелка. Недорогая и эффективная, не требует времени на изготовление, плавит быстро и хорошо.

Печи хорошо подойдут тем, кто занимается плавлением регулярно. Из плюсов – минимальные потери, возможность контролировать температуру плавления. Но потребует определенных вложений.

Как в домашних условиях расплавить золото

После того, как мы определились, чем, с какой целью и сколько золота нужно расплавить, самое время проверить, есть ли у нас в наличии все, что может потребоваться в процессе плавления.

Необходимые материалы и оборудование для плавки

Что именно понадобится, зависит от выбранного вами способа плавления. Но есть список того, что непременно должно быть у человека, который решился на такое увлекательное дело в домашних условиях:

• термостойкие средства защиты рук, лица и тела;
• асбестовый картон или керамическая плитка – чтобы защитить поверхность стола;
• плавильная печь или горелка;
• тигель;
• щипцы;
• флюс.

Опционально – кислоты для очистки, спирт и вода для закалки, форма для отлива готового изделия.

Процесс переплавки

Процесс переплавки начинается с подготовки материала для плавления: сортировки, очищения, измельчения. Затем включается печь для предварительного нагрева, либо, если вы используете газовую горелку, можно прогреть тигель и жаропрочную поверхность, на которой он стоит.

Чаша тигля посыпается флюсом, в нее укладывается металл для плавления. После того как металл расплавится, его переливают в форму либо оставляют слитком.

Как плавить металл в домашних условиях

Металл помещают в чашку или тигель и переносят в печь. Сначала происходит плавка крупных кусков, затем добавляют маленькие. Мелкими стружками и опилками заполняют сразу всю емкость. Для получения отливок без вредных примесей и уменьшения потерь нужно знать, в чем плавить металл разных видов. Драгметаллы кладут в стеклянные ампулы от лекарственных растворов и плавят вместе с ними. Стеклянная корочка, которая образуется на поверхности отливок, растрескивается и осыпается после охлаждения водой. Цветные металлы плавят в железных емкостях, а сталь, чугун, железо в графитовых тиглях.

Чтобы получить сплав, сначала расплавляют компонент с самой высокой температурой плавления (медь), затем добавляют нужное количество легкоплавкого (олово, алюминий). Для улучшения характеристик стали плавку выполняют с флюсом, содержащим легирующие добавки. Для удаления пустот и неоднородностей после плавки железа в домашних условиях отлитые заготовки необходимо проковать. Их неторопливо расклепывают ударами небольшого молотка. Обработку выполняют несколько раз, чередуя нагрев до красного каления с охлаждением холодной водой.

Запрещена плавка дома магния, кадмия, цинка и его сплавов (цинковой латуни, мельхиора). Плавка контактов реле, пускателей, радиоэлектронных деталей может окончиться тяжелым отравлением. Содержание кадмия в них доходит до 50%, процесс выгорания которого сопровождается образованием ядовитого газа желтого цвета.

Другие методы переплавки металла

• Значительное количество лунного металла можно переплавить с помощью паяльной лампы. Соответственно, приспособления для работы (тигель с шихтой) придется разместить в трубе из шамотной глины большего диаметра и толщины стенок.
• В домашних условиях переплавить серебро можно с помощью обыкновенной микроволновой печи, воспользовавшись подставкой из асбеста или другого материала, устойчивого к температуре.
• Для плавки металла можно воспользоваться специальной плавильной печью, которую можно приобрести или построить своими руками. Самодельные или заводские установки лучше устанавливать отдельно в гараже или на даче.

Источник

Тигель и вспомогательное оборудование

Жестяная банка одну плавку выдержит. Дальнейшее ее использование возможно, но уже с риском быть прожженной. В таком случае расплавленный алюминий рискует попасть внутрь плиты, что чревато не только забиванием сопел горелки.

Для работы в печи, работающей на угле или сжиженном газе, да и вообще для многоразовых плавок, желательно изготовить специальную емкость – тигель. Ее делают из стали. Подойдет отрезок трубы с заваренным дном. Хороший вариант получается из обрезанного огнетушителя или малогабаритного кислородного баллона с овальным сводом. Желательно сделать боковой желоб для удобства выливания тонкой струи.

Какое дополнительное оборудование для литья алюминия может понадобиться? Пригодятся надежные пассатижи или их вариант с фиксаций зажима. В идеале тигель можно оборудовать по принципу промышленных образцов: с боковыми захватами съемного подвеса и нижним фиксированным упором для удобства его переворачивания. Нужна ложка с длинной рукоятью для снятия шлака с поверхности расплава.

Особенность работы

• Залитая масса остывает очень долго, причем не следует ускорять этот процесс принудительно. Отвердевание должно идти естественным путем, тогда структура болванки будет однородной по всей толщине. Ждать придется не меньше суток, так как верхняя твердая корка – еще не показатель, что внутри парафин затвердел.
• Используемый материал характеризуется значительной усадкой. Другими словами, в центральной части формы масса в процессе остывания несколько «просядет». Рассчитывая габариты нужной заготовки, это следует учесть и заливать парафин с некоторым запасом по объему.

Так как из готового образца придется вручную вырезать деталь, то понятно, что при отсутствии опыта (может быть, и способностей) все сделать точно и с первого раза не получится, особенно если нужно отлить что-то довольно сложной конфигурации. А у забракованной «болванки» путь один – на переплавку.

Чтобы не тратить зря время, их желательно подготовить две. Если первая и будет испорчена, то уже со второй, учитывая приобретенный опыт, работа пойдет успешнее. Учитывая, что свечи стоят копейки, это не «ударит по карману».

Изготовление формы

Рекомендаций по ее подготовке достаточно. Один из простых способов – сделать ее из оргстекла. Такой «аквариум» собирается скреплением вырезанных кусков оргалита при помощи пластилина. Им же производится и герметизация всех стыков.

Изготовление шаблона детали

На дне «аквариума» помещается «болванка». Чтобы в процессе заливки раствора она не сместилась, ее фиксируют тем же пластилином.

Нужно учесть, что вся остальная работа делается быстро, так как гипс хорошо схватывается. Но в чистом виде этот материал не применяется. Используется его смесь с песком мельчайших фракций (50 на 50). Иначе в массе гипса останется вода, которая после заливки алюминия начнет испаряться. Это приведет к образованию раковин в готовой детали.

Смесь разводят до состояния сметаны средней густоты, после чего раствор загружается в форму. Нужно его готовить столько, чтобы «болванка» была им полностью накрыта. В данном случае экономить на материале не стоит, тем более что и цена на него небольшая. Для удаления воздушных пузырьков, если нет вибростола, форму необходимо хорошенько потрясти вручную.

После застывания залитой массы «аквариум» демонтируется. Остается только удалить из гипса парафин. Вытопить его несложно. Например, положить гипсовый шаблон днищем вверх на лист железа, а его – на открытый огонь. Но это не гарантирует «чистоты» внутренностей формы. Если деталь – не просто металлическая пластина или что-то подобное, а имеет выступы, вырезы и так далее, то используется другой способ.

Берется ненужная металлическая тара, в которую ставится гипсовый шаблон и наливается вода. Посуда помещается на огонь, и при закипании жидкости парафин начнет собираться вверху (всплывать). Но отмыть емкость потом вряд ли получится.

После окончания процесса вытапливания гипс высушивается. Температура должна быть небольшая, иначе материал может «перегореть» и деформироваться, особенно тонкие части шаблона.

Заливка алюминия

Ничего сложного в этом нет, только один нюанс. Необходимо наготове держать ложку из «нержавейки», которой сразу же снимается образующаяся пленка окисла.

Полезные советы

Плавка на газу или в микроволновой печи подойдет для разовой работы. Если вы хотите заниматься ювелирным ремеслом всерьез, лучше купить для этого специальное оборудование

Очень важно помнить и о безопасности – при плавлении металла вы работаете с очень высокими температурами, что чревато травмой или воспламенением. Для защиты рук, глаз, открытых участков кожи стоит обязательно купить специальные перчатки, фартук, очки, защитную маску – чтобы мельчайшие брызги и пары не попали на слизистые или в дыхательные пути

В процессе работы можно использовать несколько действенных советов:

Вместо тигля можно использовать сырой картофель, вымытый и очищенный. Картофель хорошо переносит высокие температуры

А вот тигель может быть на них не рассчитан – при покупке обязательно обращайте внимание на температурную маркировку и изучите предварительно физико-термические свойства металлов, которые будете плавить.
Если вы решились использовать для плавки золота микроволновку – лучше приобрести печь специально, новую или б/у, так как использовать ее дальше для бытовых целей – разогрева пищи, разморозки продуктов, будет нельзя.
Чтобы первый блин не получился комом и свой первый сплав вы не испортили – потренируйте навыки плавки на мельхиоре. Это мягкий металл, с которым удобно работать

Из него изготавливают столовые приборы, его легко достать.
Чистое золото – очень мягкий материал, изготовить из него какое-то изделие и придать форму будет нелегко. Чтобы укрепить молекулярную структуру сплава, в плавке используют примеси-лигатуры – вязкие металлы, которые придают сплаву прочности.
Перед плавкой металл обязательно нужно очистить, отсортировать разные партии лома, в соответствии с пробой и составом, который должен получиться, измельчить фракции.

Решив освоить азы ювелирного ремесла, не бойтесь просить консультации специалистов и набивать руку на более дешевых сплавах. Когда вы начнете работать с драгоценными металлами, каждая ошибка будет очень дорогой. И не забывайте о правилах безопасности – работа с высокими температурами и расплавленными металлами – источник повышенной опасности, особенно в домашних условиях. Тем не менее, это сфера творчества, где всегда есть возможность создать новую эстетику или же просто найти новое применение старым вещам.

Похожие записи:

Ловля на закидушку Поделки. мастерим с детьми Как сделать чернитель шин самому: лучшие способы Как залить стяжку пола Домашний тренажер для пресса и живота Как сделать кресло своими руками