Введение

Слиток – это кусок относительно чистого материала, обычно металла, отлитый в форму, пригодную для дальнейшей обработки. В сталелитейном производстве это первый этап среди полуфабрикатов литья. Слитки обычно требуют дополнительной обработки, такой как холодная или горячая деформация, резка или фрезерование, для получения готового изделия. Неметаллические и полупроводниковые материалы, полученные в массивном виде, также могут называться слитками, особенно если они отлиты с использованием литейных форм. Слитки из драгоценных металлов могут использоваться в качестве валюты (с последующей переработкой в другие формы или без нее) или в качестве валютных резервов, например, золотые слитки.

Типы

Инготы обычно изготавливаются из металла, чистого или сплава, нагреваемого выше температуры плавления и отливаемого в слиток или блок методом охлаждения в форме. Особым случаем являются поликристаллические или монокристаллические слитки, получаемые вытягиванием из расплава.

Однокристаллический

Однокристаллические слитки (называемые булями) материалов выращиваются (кристаллический рост) с использованием таких методов, как процесс Чохральского или метод Бриджмена. Були могут быть полупроводниковыми (например, пластины для электронных чипов, фотоэлектрические элементы) или непроводящими неорганическими соединениями для промышленного и ювелирного применения (например, синтетический рубин, сапфир). Металлические монокристаллические слитки производятся аналогичным способом, как и высокочистые полупроводниковые слитки, то есть методом вакуумной индукционной переплавки. Однокристаллические слитки конструкционных металлов представляют интерес благодаря их очень высокой прочности, обусловленной отсутствием границ зерен. Производство осуществляется методом выращивания единого кристалла из дендрита, а не простым литьем. Возможные области применения включают лопатки турбин.

Медные сплавы

В Соединенных Штатах производство латуни и бронзовых слитков началось в начале 19 века. К 1850-м годам латунная промышленность США стала ведущим производителем. Во времена колонизации латунная и бронзовая промышленность практически не существовала, поскольку британцы требовали отправлять всю медную руду в Британию для переработки. Слитки медных сплавов весили приблизительно .

Производство

Инготы производятся путем охлаждения расплавленной жидкости (известной как расплав) в форме. Производство слитков преследует несколько целей. Во-первых, форма разрабатывается для обеспечения полного затвердевания и формирования соответствующей зернистой структуры, необходимой для последующей обработки, поскольку структура, формирующаяся при охлаждении расплава, определяет физические свойства материала. Во-вторых, форма и размер формы предназначены для облегчения обращения со слитками и их дальнейшей переработки. Наконец, форма разрабатывается для минимизации потерь расплава и облегчения извлечения слитка, поскольку потеря расплава или слитка увеличивает затраты на производство готовой продукции. Существует множество конструкций форм, которые могут быть выбраны в зависимости от физических свойств жидкого расплава и процесса затвердевания. Формы могут быть с заливкой сверху, горизонтальные или с заливкой снизу, а также ребристые или с плоскими стенками. Ребристая конструкция увеличивает теплопередачу за счет большей площади контакта. Формы могут быть твердыми "массивными", отлитыми из песка (например, для чугуна) или водяными рубашками, в зависимости от требований к теплопередаче. Формы для слитков имеют коническую форму для предотвращения образования трещин из-за неравномерного охлаждения. Образование трещин или полостей происходит из-за того, что переход из жидкого состояния в твердое сопровождается изменением объема при постоянной массе материала. Образование этих дефектов слитка может сделать отлитый слиток непригодным для использования и потребовать его переплавки, переработки или утилизации. Физическая структура кристаллического материала в значительной степени определяется методом охлаждения и осаждения расплавленного металла. В процессе литья металл, контактирующий со стенками слитка, быстро охлаждается и образует либо столбчатую структуру, либо, возможно, "охлаждаемую зону" равноосных дендритов, в зависимости от охлаждаемой жидкости и скорости охлаждения формы. Для слитка с заливкой сверху, по мере охлаждения жидкости внутри формы, эффект разницы в объеме приводит к отступлению верхней части жидкости, оставляя изогнутую поверхность на верхней части формы, которую в конечном итоге может потребоваться обработать на слитке. Эффект охлаждения формы создает фронт затвердевания, который имеет несколько связанных зон: ближе к стенке – твердая зона, отводящая тепло от затвердевающего расплава; для сплавов может существовать "мягкая" зона, являющаяся результатом областей равновесия твердой и жидкой фаз в фазовой диаграмме сплава, и жидкая зона. Скорость продвижения фронта контролирует время, необходимое для формирования дендритов или зародышей в области затвердевания. Ширину мягкой зоны в сплаве можно регулировать, настраивая теплопередающие свойства формы или изменяя состав расплава сплава. Существуют также методы непрерывного литья для обработки слитков, при которых стационарный фронт затвердевания формируется путем непрерывного извлечения охлажденного твердого материала и добавления расплавленной жидкости в процесс литья. Примерно 70 процентов алюминиевых слитков в США отливаются с использованием процесса прямого охлаждения, который снижает образование трещин. В общей сложности 5% слитков приходится сбрасывать из-за трещин, вызванных напряжениями, и деформации торца.

Исторические слитки

Плано-выпуклые слитки — широко распространенные археологические артефакты, которые изучаются для получения сведений об истории металлургии.