Ingot - Ingot
En barre er et stykke relativt rent materiale, normalt metal , der støbes til en form, der er egnet til videre forarbejdning. Inden for stålfremstilling er det det første trin blandt halvfabrikata . Stænger kræver normalt en anden formningsprocedure, såsom kold/varm bearbejdning, skæring eller fræsning for at producere et nyttigt slutprodukt. Ikke-metalliske og halvledermaterialer fremstillet i bulkform kan også betegnes som barrer, især når de støbes ved skimmelbaserede metoder. Ædle metaller kan bruges som valuta (med eller uden at blive forarbejdet til andre former) eller som en valutareserve, som med guldbarrer .
Typer
Stænger er generelt lavet af metal, enten rent eller legeret, opvarmet forbi dets smeltepunkt og støbt i en stang eller blok ved hjælp af en formkøling metode.
Et særligt tilfælde er polykrystallinske eller enkeltkrystalstænger fremstillet ved at trække fra en smeltet smelte.
Enkelt krystal
Enkeltkrystalstænger (kaldet boules ) af materialer dyrkes (krystalvækst) ved hjælp af metoder såsom Czochralski -processen eller Bridgeman -teknikken .
Boules kan enten være halvleder (f.eks. Elektroniske chipskiver , fotovoltaiske celler ) eller ikke-ledende uorganiske forbindelser til industri og smykker (f.eks. Syntetisk rubin, safir).
Enkeltkrystalstænger af metal fremstilles på samme måde som den, der bruges til fremstilling af halvlederstøbere af høj renhed, dvs. ved vakuuminduktionsraffinering. Enkeltkrystalstænger af ingeniørmetaller er interessante på grund af deres meget høje styrke på grund af mangel på korngrænser . Produktionsmetoden er via enkelt krystal dendrit og ikke via simpel støbning. Mulige anvendelser omfatter turbineblade .
Kobberlegeringer
I USA startede messing- og bronzestangindustrien i begyndelsen af det 19. århundrede. Den amerikanske messingindustri voksede til producent nummer et i 1850'erne. I kolonitiden var messing- og bronzeindustrien næsten ikkeeksisterende, fordi briterne krævede, at al kobbermalm blev sendt til Storbritannien til forarbejdning. Kobberbaserede legeringsstænger vejede cirka 9,1 kg.
Fremstille
Barrer fremstilles ved afkøling af en smeltet væske (kendt som smelten) i en form. Fremstilling af barrer har flere formål.
For det første er formen designet til fuldstændigt at størkne og danne en passende kornstruktur, der kræves til senere behandling, da strukturen, der dannes ved afkøling af smelten, styrer materialets fysiske egenskaber.
For det andet er formen og størrelsen af formen designet til at muliggøre let håndtering af barrer og efterfølgende forarbejdning. Endelig er formen designet til at minimere smeltespild og hjælpe udstødning af barren, da tab af enten smelte eller stød øger fremstillingsomkostningerne for færdige produkter.
Der findes en række forskellige designs til formen, som kan vælges, så den passer til væskesmeltets fysiske egenskaber og størkningsprocessen. Skimmelsvampe kan forekomme i toppen, vandret eller nedefra og kan være riflet eller fladvægget. Det riflede design øger varmeoverførslen på grund af et større kontaktområde. Forme kan enten have et solidt "massivt" design, sandstøbning (f.eks. Til råjern) eller vandkølede skaller afhængigt af varmeoverførselskrav. Støbeforme er koniske for at forhindre dannelse af revner på grund af ujævn afkøling. En revne eller hulrum dannes, da væske til fast overgang har en tilhørende volumenændring for en konstant masse af materiale. Dannelsen af disse stavfejl kan gøre støbestaven ubrugelig og skal muligvis smeltes, genanvendes eller kasseres.
Den fysiske struktur af et krystallinsk materiale bestemmes stort set ved metoden til afkøling og udfældning af det smeltede metal. Under hældningsprocessen afkøles metal, der er i kontakt med stangvæggene, hurtigt og danner enten en søjlekonstruktion eller muligvis en "kølezone" af ækvivalente dendritter , afhængigt af væsken der afkøles og formens afkølingshastighed.
For en top-hældt barre, når væsken afkøles i formen, får forskellige volumeneffekter toppen af væsken til at trække sig tilbage og efterlader en krum overflade ved formens top, som i sidste ende kan blive påkrævet at blive bearbejdet fra barren. Formkølingseffekten skaber en fremadstigende størkningsfront, der har flere tilknyttede zoner, tættere på væggen er der en fast zone, der trækker varme fra den størknende smelte, for legeringer kan der eksistere en "grødet" zone, som er resultatet af fast stof -flydende ligevægtsregioner i legeringens fasediagram og et flydende område. Hastigheden af fremadskridt styrer den tid, dendritter eller kerner skal danne i størkningsområdet. Bredden af den grødede zone i en legering kan styres ved at indstille formens varmeoverførselsegenskaber eller justere sammensætningerne af flydende smelte -legeringer.
Der findes også kontinuerlige støbemetoder til bearbejdning af barrer, hvorved der dannes en stationær front af størkning ved kontinuerlig afgang af afkølet fast materiale og tilsætning af en smeltet væske til støbeprocessen.
Cirka 70 procent af aluminiumsgødder i USA støbes ved hjælp af processen direkte nedkøling , hvilket reducerer revnedannelse. I alt 5 procent af barrer skal skrottes på grund af stressfremkaldte revner og rumpedeformation.
Historiske barrer
Gamle kobber oksehud barre fra Zakros, Kreta . Barren er formet i form af et dyrehud, en typisk form for kobberblokke fra disse tider.
Forme til kinesisk sycee , en form for sølv- og guldstænger brugt som valuta under imperiet .
Blystænger fra romersk Storbritannien udstillet på Wells and Mendip Museum .
Plankonvekse barrer er vidt udbredte arkæologiske artefakter, som studeres for at give information om metallurgiens historie .
Se også
- Bullion
- Guldbar
- Oxhide ingot
- Sycee , traditionelle kinesiske barrer
- Tin barre
- Wafer ætsning
Referencer
Yderligere læsning
- Chalmers, Bruce (1977). Principper for størkning . Huntington, New York: Robert E. Krieger Publishing Company. ISBN 0-88275-446-7.
- Schlenker, BR (1974). Introduktion til materialer . Jacaranda Press.
eksterne links
-
Medier relateret til Ingots på Wikimedia Commons
