Curs 3

Elaborarea aliajelor neferoase se realizează industrial în agregate metalurgice

deschise, la presiune atmosferică sau în agregate cu vid sau atmosferă controlată. Aliajele

uzuale (pe bază de Al, Cu, Zn, Pb, Sn, Ni ş.a.) se obţin în agregate deschise, iar aliajele

reactive (pe bază de Ti, Zr, Mo, W, Nb, Ta ş. a.) nu se pot elabora decât în cuptoare cu vid sau

atmosferă controlată. Calitatea aliajelor şi caracteristicile lor fizico-mecanice depind de o

serie de procese fizice şi fizico-chimice care au loc la elaborare: încălzirea şi topirea

metalelor, dizolvarea metalelor în topituri, vaporizarea metalelor lichide, interacţiunea

metalelor cu gazele, interacţiunea topiturilor metalice cu căptuşeala agregatelor de elaborare

şi turnare ş.a.

1. Topirea metalelor şi aliajelor

Trecerea unui metal din stare solidă în stare lichidă se realizează cu un consum de

căldură care depinde de temperatura de topire, capacitatea calorică specifică şi căldura latentă

de topire a metalului. Metalele pure se topesc la temperaturi constante (tabelul 1).

După valoarea temperaturii de topire metalele se pot clasifica în următoarele grupe:

Metale uşor fuzibile, cu temperatura de topire până la 500 oC (Pb, Cd, Zn, Na, Li etc.);

Metale cu temperatură de topire medie, între 500 şi 1000 oC (Mg, Al, Ca, Sb etc.);

Metale cu temperatură de topire ridicată, între 1000 şi 1500 oC (Ni, Au, Cu, Be, Mn etc.);

Metale greu fuzibile, cu temperatura de topire de peste 1500 oC (Fe, Co, V, Pt, Mo, Ti

etc.).

Aliajele neferoase (cu excepţia aliajelor eutectice) nu au temperatura de topire de topire

constant, ci se topesc într-un interval de temperatură care corespunde intervalului de

cristalizare (tabelul 2).

Pentru determinarea cantităţii de căldură necesară la topirea şi supraîncălzirea

metalelor neferoase trebuie cunoscute valorile capacităţilor calorice şi ale căldurilor latente de

topire ale acestora.

Capacitatea calorică a elementelor în stare solidă depinde de valoarea masei atomice şi

se poate calcula, conform legii lui Dulong şi Petit cu relaţia:

,

în care: este masa atomică; - capacitatea calorică specifică, în kcal/kg.grd.

Capacitatea calorică specifică pentru majoritatea metalelor în stare lichidă se poate

determina cu relaţia:

[kcal/kg.grd] .

Valorile capacităţilor calorice specifice ale unor metale şi aliaje, după diferiţi autori,

sunt date în tabelul 3.

Tabelul 1. Temperaturile de topire şi fierbere ale unor elemente

Element Temperatura

de topire, oC

Temperatura

de fierbere, oC

Element Temperatura

de topire, oC

Temperatura

de fierbere, oC

Actiniu 1050 3300 Nichel 1453 2820Aluminiu 660,1 2400 Niobiu 2420 5100

Bariu 710 1770 Staniu 231,9 2600Beriliu 1280 2450 Osmiu 2700 4600

Bor 2030 2550 Paladiu 1552 3200Vanadiu 1920 3400 Platina 1769 3800Bismut 271,3 1530 Poloniu 254 960

Wolfram 3380 5700 Praseodim 935 3000Gadoliniu 1320 2700 Radiu 700 1140

Galiu 29,8 2250 Reniu 3170 5630Hafniu 2000 5100 Rhodiu 1960 3900

Germaniu 958 2880 Rubidiu 38,8 710Holmiu 1500 2300 Ruteniu 2400 3900

Disprosiu 1500 2300 Samariu 1052 1600Fier 1539 2900 Plumb 327 1750Aur 1063 2660 Seleniu 217 685

Indiu 156,4 2000 Argint 960 2180Iridiu 2443 4850 Scandiu 1400 2500

Yterbiu 824 1500 Strontiu 770 1460Ytriu 1500 3000 Stibiu 630,5 1440

Cadmiu 320,9 767 Taliu 304 1460Potasiu 63,2 760 Tantal 3000 6000Calciu 850 1440 Telur 450 997Cobalt 1492 2900 Terbiu 1450 2500Siliciu 1410 2480 Titan 1680 3300Lantan 920 4200 Thoriu 1700 4200Litiu 180 1330 Tuliu 1600 2100

Luteţiu 1700 1900 Carbon(grafit)

3700 4830

Mangan 1250 1100 Uraniu 1133 3800Magneziu 650 2100 Crom 1900 2600

Cupru 1083 2580 Cesiu 28,6 713Molibden 2620 4600 Ceriu 804 2000

Arsen sublimează se volatilizează Zirconiu 1850 4400Natriu 97,8 883 Zinc 419,5 907

Neodim 1024 3170 Erbiu 1525 2600

Tabelul 2. Intervalul de temperaturi de cristalizare ale unor aliaje neferoase

Compoziţia aliajului, % Intervalul de temperaturi de cristalizare, oC

Al+4,5 Cu+1,75 Mg 630…540Al+12 Si 590…577Al+5 Si+0,6 Mg+3 Cu+0,6 Mn 625…526Al+9,0 Si+0,3 Mg+0,4 Mn 612…575Al+6,0 Si+3,0 Cu 610…526Al+11,0 Mg 615…500Al+4,0 Cu 646…549Al+4,0 Cu+2,0 Ni+1,5 Mg+0,4 Fe+0,4 Si 629…535Al+4,0 Mg 641…579Al+1,3 Mn 654…643Al+2,4 Mg+0,3 Mn 652…627Al+4,2 Cu+0,6 Mg+0,6 Mn 641…513Al+4,5 Cu+1,6 Mg+0,6 Mn 632…502Al+0,4 Cu+0,7 Mg+0,3 Mn 652…593Al+4,0 Cu+0,6 Mg+2,1 Ni+0,7 Fe+0,75 Si 658…509Al+4,4 Cu+0,6 Mg+0,7 Mn+0,9 Si 658…510Mg+1,59 Si 650…645Mg+2,0 Mn 628…561Mg+3,5 Al+0,5 Mn+1,5 Zn 628…561Mg+7,0 Al+0,5 Mn+3,0 Zn 610…445Mg+9,0 Al+0,5 Mn+0,8 Zn 602…445Mg+11,0 Al+0,5 Mn+2,0 Zn 600…415Mg+0,15 Mn+3,5 Al+0,5 Zn 632…665Mg+1,5 Mn+0,3 Ce 650…645Cu+10,0 Zn 1045…1025Cu+30,0 Zn 950…920Cu+38,0 Zn 905…898Cu+10,0 Sn 1050…815Cu+37,0 Zn+2,5 Pb 895…880Cu+5,0 Al 1075…1056Cu+2,0 Be 955… 864Cu+5,0 Mn 1047…1007Cu+5,0 Sn+25,0 Pb 940… 899Cu+20,0 Ni+20,0 Zn 1110…1070Ni+5,0 Mn 1410...1370Ni+30,0 Cu+1,4 Si+0,3 Fe+0,8 Mn 1371...1314Ni+15,0 Cr+5,0 Fe 1395Zn+10,0 Al+5,0 Cu+0,05 Mg 395...378Sn+11,0 Sb+6,0 Cu 370...240Pb+16,0 Sb+16,0 Sn+1,2 Cu 410...240Pb+14,0 Sb+10,0 Sn+1,8 Cu+1,5 Cd+1,0 Ni+0,7 As

400...240

Pb+1,0 Ca+0,75 Na 440...320

Tabelul 3. Valorile capacităţilor calorice specifice ale unor metale şi aliaje

Metalul sau aliajul Temperatura, oC Capacitatea calorică specifică, kJ/kg.grd (cal/g.grd)

Aluminiu 0…100600660

0,87 (0,2096)1,18 (0,282)1,29 (0,308)

Bariu 0…100 0,21 (0,050)Beriliu 0…100 1,78 (0,425)Vanadiu 0…100 0,48 (0,115)Bismut 0…100

2710,129 (0,0397)0,152 (0,036)

Galiu 0…100 0,336 (0,080)Germaniu 0…100 0,330 (0,074)Fier 0…100

15500,457 (0,109)1,05 (0,25)

Aur 0…1001100

0,123 (0,0303)0,150 (0,0358)

Indiu 0…100 0,239 (0,057)Iridiu 0…100 0,135 (0,0323)Cadmiu 0

peste 3500,229 (0,0547)0,26 (0,062)

Potasiu 0…100peste 80

0,80 (0,091)0,966 (0,23)

Calciu 0…100 0,625 (0,149)Cobalt 0…100 0,432 (0,103)Siliciu 0…100

7270,760 (0,182)0,940 (0,224)

Lantan 0…100 0,189 (0,045)Litiu 0…100 3,515 (0,837)Magneziu 0…100

2251,03 (0,246)1,18 (0,281)

Mangan 0…100peste 1250

0,51 (0,122)0,693 (0,165)

Cupru 097,5

peste 1100

0,378 (0,090)0,399 (0,095)0,553 (0,132)

Molibden 0…100 0,302 (0,072)Arsen Cristalizat amorf

0…1000…100

0,348 (0,083)0,319 (0,076)

Sodiu 0138

1,188 (0,283)1,339 (0,319)

Nichel 0500

peste 1500

0,445 (0,106)0,483 (0,125)0,676 (0,161)

Niobiu 0…100peste 2500

0,285 (0,068)0,378 (0,09)

Staniu 0240

0,225 (0,0536)0,268 (0,064)

Osmiu 0…100 0,130 (0,031)

Paladiu 0…100 0,247 (0,059)Platina 0…100

peste 18000,136 (0,032)0,193 (0,046)

Radiu 0…100 0,243 (0,058)Rhodiu 0…100 0,243 (0,058)Rubidiu 0…100 0,332 (0,079)Ruteniu 0…100 0,256 (0,061)Seleniu cristalizat amorf

0...1000...100

0,352 (0,084)0,399 (0,095)

Plumb 300 0,142 (0,034)Argint 0

427peste 1000

0,233 (0,055)0,247 (0,059)0,319 (0,076)

Stibiu 0...100peste 650

0,213 (0,051)0,226 (0,054)

Taliu 0...100 0,139 (0,032)Tantal 0...100 0,151 (0,036)Telur 0...100 0,201 (0,048)Thoriu 0...100 0,117 (0,028)Titan 0...100

4400

0,474 (0,113)0,678 (0,162)0,117 (0,028)

Uraniu 400 0,151 (0,036)Crom 0...100 0,436 (0,104)Cesiu 0... 26 0,201 (0,048)Ceriu 0...100 0,189 (0,045)Zinc 0

peste 4200,385 (0,092)0,512 (0,122)

Zirconiu 0...100 0,277 (0,066)Tombac 0...100 0,394 (0,094)Alame: CuZn20 Cu Zn 32 Cu Zn 38 Cu Zn 41

0...1000...1000...1000...100

0,390 (0,093)0,389 (0,0926)0,388 (0,0925)0,385 (0,0917)

Bronzuri: CuSn10P1 Cu Sn 20 Cu Sn 7 Zn 6 Cu Al 10

0...1000...1000...1000...100

0,395 (0,095)0,361 (0,086)0,383 (0,091)0,436 (0,104)

Monel 0...100 0,533 (0,127)Constantan 0...100 0,403 (0,098)Nichelina 0...100 0,455 (0,106)Argint nou 0...100 0,367 (0,087)Manganin 0...100 0,400 (0,097)

Aliaj de lipit SnPb40 0...100 0,170 (0,041)Aliaj 21%Pb+79%Sb 0...100 0,191 (0,0456)Aliaj 59%Pb+41%Sb 0...100 0,162 (0,0386)Aliaj 90%Pb+10%Sb 0...100 0,139 (0,0326)Aliaje de aluminiu 0...100 0,966 (0,23)Aliaje de magneziu 0...100 1,05 (0,25)

Căldura latentă de topire determină în mare măsură puterea agregatului de topire şi

elaborare. Valorile acesteia pentru unele metale se prezintă în tabelul 4.

Tabelul 4. Căldurile latente de topire ale unor metale şi aliaje

Metalul sau

aliajul

Căldura latentă de

topire, J/g (cal/g)

Metalul sau

aliajul

Căldura latentă de topire,

J/g (cal/g)

Aluminiu 400,7 (95,4)

390,6 (93)

Staniu 60,9 (14,5)

Paladiu 151,0 (36)

Beriliu 128,1 (30,5) Platina 113,4 (27)

Bismut 54,6 (13) Plumb 23,2 (5,53)

Galiu 80,47 (19,16) Seleniu 67,2 (16)

Fier 277,2 (66) Argint 105,0 (25)

Aur 63,0 (15) Stibiu 160,8 (38,3)

Indiu 28,6 (6,81) Telur 142,8 (34)

Iridiu 109,6 (26,1) Fosfor 21,0 (5)

Cadmiu 55,4 (13,2) Crom 315,0 (75)

Potasiu 61,3 (14,6) Zinc 108,8 (24)

Calciu 331,8 (79) Monel 285,6 (68)

Cobalt 281,4 (67) Aliaj Wood 31,9 (7,6)

Siliciu 536,3 (127,7) Oţel 84,0 (20)

Litiu 137,76 (32,8) Fontă albă 96,6 (23)

Magneziu 369,6 (88,8) Fontă cenuşie 138,6 (33)

Mangan 273,0 (65) Aliaj AlSi12 390,2 (93)

Cupru 205,8 (49) Aliaj AlSi9Mg 420,0 (100)

Sodiu 114,2 (27,2) Aliaje MgMnCe 294,0 (70)

Nichel 294,0 (70)

306,6 (73)

Aliaje MgAlZn 373,8 (89)

Ţinând seama de aceste date, se poate afirma că pentru topirea şi supraîncălzirea

metalelor uşor fuzibile este necesară o cantitate de căldură mai mare decât pentru aceeaşi

cantitate de metal greu fuzibil. De exemplu, pentru încălzirea cuprului de la 20oC până la

1133oC este necesară o cantitate de căldură de 1,5 ori mai mică decât pentru încălzirea

aceleiaşi cantităţi de aluminiu de la 20oC la 710oC.

Pentru a se crea condiţiile de umplere a formelor, la turnarea aliajelor este necesar ca

topitura să se supraîncălzească cu 10...20% peste temperatura de topire, adică cu 100...200

grade. În general, în agregatele de elaborare şi menţinere a aliajelor lichide, înainte de turnare,

există un gradient de temperatură pe adâncimea băii metalice.

Pentru metalele cu conductibilitate termică ridicată (argint, cupru, aluminiu etc.) acest

gradient are valoarea medie de 30 grade, în timp ce pentru metalele cu conductibilitate

termică scăzută (bismut, magneziu, molibden, nichel, staniu, plumb), valoarea acestuia ajunge

până la 200 grade.

1.2. Alierea metalelor

Stabilitatea unei faze condensate formată din atomi de tipuri diferite, într-un interval

de concentraţii şi temperaturi este determinată de mai mulţi factori: factorul dimensional,

factorul cristalochimic, factorul electrochimic şi concentraţia electronică.

Factorul dimensional. Factorul dimensional se exprimă prin relaţia:

, [%]

în care: şi sunt razele atomice ale metalelor A şi B.

Dacă razele atomice a două metale diferă cu peste 14...15%, atunci în stare solidă

solubilitatea lor este limitată. La diferenţe mai mici se pot forma soluţii solide, deşi acest

factor izolat nu poate fi considerat determinant. Creşterea factorului dimensional provoacă

intensificarea distorsionării reţelei soluţiei solide, ceea ce favorizează scăderea temperaturii de

topire şi formarea soluţiilor lichide (care se caracterizează prin absenţa ordinii îndepărtate a

atomilor).

Factorul cristalochimic. Factorul cristalochimic ia în considerare asemănarea

împachetării cristaline a elementelor. Formarea unui şir de soluţii solide este posibilă numai în

cazul când cele două elemente sunt izomorfe şi aparţin unei aceleiaşi grupe sau unor grupe

apropiate din sistemul periodic al lui Mendeleev.

Factorul electrochimic. Factorul electrochimic este exprimat prin diferenţa dintre

electronegativităţile celor două elemente şi caracterizează energia lor de legătură. Creşterea

diferenţei de electronegativitate măreşte tendinţa de asociere a atomilor de specii diferite, atât

în stare solidă cât şi în stare lichidă. Ca urmare, în topituri creşte tendinţa de neomogenitate

microscopică, iar în stare solidă există tendinţa de formare a fazelor intermetalice. Cu cât este

mai electronegativ elementul dizolvat în raport cu solventul (sau invers), cu atât este mai mare

probabilitatea ca atomii elementului dizolvat să formeze mai uşor o combinaţie chimică

stabilă.

Concentraţia electronică. Concentraţia electronică se exprimă prin raportul dintre

numărul electronilor de valenţă şi numărul atomilor.

Cu ajutorul acestor factori se poate exprima, în general, comportarea elementelor în

aliajele binare, deşi există numeroase excepţii. În legătură cu aceasta, o importanţă mare o

prezintă ipoteza privind colectivizarea electronilor de valenţă şi apariţia în structura cristalină

a legăturilor reciproce dintre ionii metalici, prin intermediul electronilor din stratul exterior.

Conform acestei ipoteze, structura atomilor componenţilor unui aliaj determină caracterul

legăturilor intermetalice, compoziţia şi structura fazelor intermediare.

Solubilitatea unui element în metalul-solvent depinde în primul rând de structura

electronică pe care atomii o prezintă în reţeaua solventului. Conform acestei consideraţii, se

pot explica multe legi de interacţiune a elementelor în stare cristalină sau lichidă, la

temperaturi şi presiuni ridicate şi se pot aprecia proprietăţile acestora. Formarea legăturii

chimice este însoţită de reconstrucţia straturilor electronice ale atomilor reactanţi şi ca urmare

simetria acestora se distruge.

1.2.1. Cinetica dizolvării

Dizolvarea metalelor solide în topitură constă în distrugerea reţelei cristaline a

acestora şi transferul atomilor în baia metalică. Diferenţa între entalpia liberă a elementului în

reţeaua cristalină şi entalpia liberă în stare lichidă este forţa motrice care determină cinetica

dizolvării. Când cele două entalpii libere sunt egale, dizolvarea încetează, aceasta

corespunzând saturaţiei soluţiei lichide în elementul dizolvat.

Procesul de dizolvare se desfăşoară în două etape. În prima etapă, are loc distrugerea

legăturilor atomice din reţeaua cristalină a metalului solid şi formarea noilor legături cu

atomii metalului lichid şi cu alţi atomi care se află în soluţie. Această etapă care se numeşte

cinetică, are loc în stratul limită al metalului lichid.

În a doua etapă, atomii difuzează în volumul soluţiei prin stratul limită de metal lichid

(etapa de difuzie). Viteza de dizolvare este determinată fie de viteza de transfer a atomilor în

stratul limită fie de viteza de difuzie în metalul lichid. Mărimea solubilităţii limită creşte cu

mărirea temperaturii ; pentru soluţii ideale aceasta corespunde cu linia lichidus.

Cinetica dizolvării este independentă de etapa determinantă iar soluţia ajunge la

saturaţie după o lege exponenţială. Forma generală a relaţiei cinetice a dizolvării este

următoarea:

,

unde: este concentraţia molară a atomilor dizolvaţi în soluţie, %; - constanta vitezei de

dizolvare; - durata de contact, s; - suprafaţa metalului solid în contact cu topitura, mm2;

- volumul de metal lichid (uneori se utilizează raportul ), mm3. Relaţia arată că

cinetica dizolvării metalului solid în topitură depinde de proprietăţile lui fizice, de mărimea

suprafeţei de contact şi de volumul topiturii.

Viteza de dizolvare este maximă în momentul iniţial apoi scade, iar la saturaţie devine

zero:

,

în care: este fracţia molară a elementului dizolvat; - constantă.

Pentru sisteme metalice lichide cu = ct., într-un moment oarecare, viteza de

dizolvare depinde de constanta , a cărei valoare este determinată de vitezele celor două etape

de dizolvare.

Etapa care determină viteza procesului de dizolvare se poate stabili după caracterul

distrugerii metalului solid.

Dacă dizolvarea suprafeţei este uniformă atunci rolul primordial îl are difuzia în

topitură. Dacă se observă o depăşire a frontului de dizolvare la limita grăunţilor de metal sau

dependenţa vitezei de dizolvare a grăunţilor de orientarea lor, atunci procesul este determinat

de etapa cinetică.

Viteza de dizolvare în regim cinetic nu depinde de intensitatea amestecării topiturii. În

condiţiile dizolvării în regim de difuzie, însă, această dependenţă devine predominantă.

Influenţa vitezei de mişcare a metalului lichid asupra cineticii dizolvării metalului solid, când

procesul are loc în regim de difuzie, se explică prin aceea că, constanta depinde de

grosimea stratului limită conform relaţiei:

,

unde: este coeficientul de difuzie; - grosimea stratului limită.

La limita de separaţie solid-topitură apare un strat în care viteza topiturii scade de la

valoarea ei în volum până la zero. La fel, concentraţia soluţiei creşte de la valoarea în

volumul ei până la concentraţia a soluţiei saturate la limita de separaţie solid/lichid.

Domeniul de variaţie al concentraţiei se numeşte strat limită de difuzie şi grosimea

acestuia se determină din relaţia:

,

în care: este grosimea stratului limită la curgerea laminară a lichidului; - criteriul

Prandtl.

Întrucât numărul Prandtl al difuziei pentru topituri metalice este de 10...20 ori mai mic

decât pentru soluţii apoase, la acelaşi regim de curgere, grosimea stratului limită de difuzie în

topituri metalice este de 2...3 ori mai mare decât în soluţii apoase. Creşterea vitezei curentului

conduce la scăderea grosimii acestui strat şi corespunzător la creşterea vitezei de dizolvare.

Deplasarea metalului lichid influenţează viteza de dizolvare doar până la o anumită viteză a

curentului. La o anumită viteză de curgere, stratul limită de la suprafaţa metalului solid atinge

o valoare minimă şi dizolvarea se va face prin transferul atomilor prin limita metal solid-

topitură. Mărimea stratului limită depinde de asemenea de vâscozitatea topiturii ; aceasta

variază de la 10-3cm (agitare energică) până la 0,1cm (convecţie naturală). Viteza de dizolvare

se poate determina şi cu relaţia Nernst:

,

în care mărimile au aceeaşi semnificaţie ca în relaţiile.

Pentru >> dizolvarea se realizează în regim de difuzie ; la <<

dizolvarea se produce în regim cinetic care nu este caracteristic metalelor. Viteza de dizolvare

în regim de difuzie de obicei se determină cu ajutorul a 3 parametri: , şi . Valorile lui

şi depind foarte puţin de proprietăţile individuale ale metalelor. Coeficienţii de difuzie ai

tuturor metalelor în stare lichidă nu se deosebesc mult, având de obicei valoarea ~10-5 cm2/s.

De aceea viteza de dizolvare în regim de difuzie se determină prin valoarea lui .

Pentru = viteza de dizolvare, conform relaţiei este zero. Dar în acest caz poate

avea loc un transfer de masă izotermic, datorită diferenţei valorilor energiei superficiale a

diferitelor plane cristalografice. În acest caz se observă variaţia formei monocristalelor.

Posibilitatea acestor procese rezultă din principiul Gibbs - Curie - Woolf, conform căruia

forma de echilibru a cristalului trebuie să aibă la un volum dat o energie superficială minimă.

Pentru determinarea experimentală a vitezei de dizolvare a unui metal solid în topitură

cea mai răspândită metodă este cea a discului rotativ. Viteza de dizolvare se poate determina

în acest caz cu ajutorul relaţiei:

,

unde: este fracţia molară a elementului la saturaţie; - viteza unghiulară a probei, rad/s; -

vâscozitatea cinematică, m2/s.

Relaţia de mai sus este valabilă dacă procesul are loc în domeniul de difuzie.

1.2.2. Materiale de aliere

Alierea metalelor neferoase se realizează cu metale, prealiaje, săruri sau pulberi

metalice. Prealiajele sunt aliaje intermediare care conţin metale necesare alierii metalului de

bază. Utilizarea prealiajelor este determinată de o serie de factori:

- viteza redusă de dizolvare a metalelor greu fuzibile în topitură;

- creşterea pierderilor de metale prin oxidare şi evaporare;

- supraîncălzirea topiturii la formarea unei soluţii lichide cu efect exoterm ridicat;

- consum ridicat de combustibil sau energie pentru supraîncălzirea băii metalice;

- degajarea unor vapori toxici în timpul alierii;

- obţinerea dificilă a compoziţiei chimice admisibile a aliajului.

Prealiajele trebuie să îndeplinească o serie de condiţii ca:

- temperatură de topire suficient de redusă;

- distribuţie omogenă a elementelor de aliere pe secţiunea lingoului;

- grade reduse de oxidare şi volatilizare a elementelor de aliere la introducerea în topitură;

- fragilitate mare a lingourilor de prealiaje pentru realizarea unei dozări precise în şarjă;

- stabilitate împotriva coroziunii la interacţiunea cu gazele.

În prezent se utilizează prealiaje diluate în elemenetele de aliere (sub formă de blocuri)

şi prealiaje concentrate (tablete, splatter).

Din punctul de vedere al compoziţiei prealiajele se clasifică în:

- prealiaje binare;

- prealiaje ternare;

- prealiaje multicomponente.

Prealiajele clasice sunt în general binare şi ternare şi sunt diluate în elementele de

aliere, fiind livrate sub formă de blocuri sau sârmă.

Prealiajele multicomponente au un conţinut de elemente de aliere mai ridicat decât

prealiajele clasice. Prin asocierea unor elemente de tranziţie cu alte elemente de aliere se

poate micşora temperatura de topire a prealiajelor şi se poate mări viteza de dizolvare şi

gradul de asimilare în topitură.

Tabletele concentrate care conţin până la 80% elemente de aliere oferă o serie de

avantaje faţă de alte materiale de aliere.

Prealiajele se elaborează prin următoarele metode:

1) topire directă;

2) reducere metalotermică;

3) electroliză în săruri topite;

4) metalurgia pulberilor.

Topirea directă se utilizează la elaborarea prealiajelor ale căror elemente de aliere nu

prezintă probleme deosebite în ceea ce priveşte temperatura de topire, volatilitatea sau gradul

de oxidare. Pentru evitarea supraîncălzirilor locale, la dizolvarea unui metal solid în topitură,

se iau o serie de măsuri specifice. La calculul încărcăturii se ţine seama de pierderile prin

ardere în funcţie de caracteristicile metalelor şi de tipul agregatului utilizat la elaborare. De

obicei, după elaborarea prealiajului, topitura se rafinează cu fluxuri de rafinare.

Reducerea metalotermică a sărurilor (oxizi, fluoruri, cloruri) se efectuează cu un

metal-reducător puternic (Al, Mg ş.a.) conform reacţiei generale:

,

în care: este prealiaj lichid; - metal-reducător; - Cl sau F.

Electroliza în săruri topite se bazează pe depunerea la un catod lichid de metal de

bază a metalului de aliere din amestecul de săruri care conţine sarea metalului respectiv (în

general clorură).

Metalurgia pulberilor are la bază omogenizarea amestecului de pulberi, urmată de

compactizare.