كل معدن وسبائك له مجموعة فريدة من نوعها من المادية و الخواص الكيميائية، وليس أقلها نقطة الانصهار. تعني العملية نفسها انتقال الجسم من حالة تجمع إلى أخرى ، في هذه الحالة ، من حالة بلورية صلبة إلى حالة سائلة. لإذابة المعدن ، من الضروري إمداده بالحرارة حتى الوصول إلى نقطة الانصهار. مع ذلك ، يمكن أن يظل في حالة صلبة ، ولكن مع مزيد من التعرض وزيادة الحرارة ، يبدأ المعدن في الذوبان. إذا تم خفض درجة الحرارة ، أي تمت إزالة جزء من الحرارة ، سيتصلب العنصر.
أعلى نقطة انصهار بين المعادن ينتمي إلى التنغستن: هو 3422 درجة مئوية ، وأدناها بالنسبة للزئبق: يذوب العنصر بالفعل عند - 39 درجة مئوية. كقاعدة عامة ، لا يمكن تحديد القيمة الدقيقة للسبائك: يمكن أن تتقلب بشكل كبير اعتمادًا على النسبة المئوية للمكونات. عادة ما يتم كتابتها على شكل امتداد رقمي.
كيف يحدث ذلك
يحدث ذوبان جميع المعادن بنفس الطريقة تقريبًا - بمساعدة التسخين الخارجي أو الداخلي. يتم تنفيذ الأول في فرن حراري ، أما الثاني ، فيتم استخدام التسخين المقاوم مع مرور تيار كهربائي أو تسخين بالحث في مجال كهرومغناطيسي عالي التردد. كلا الخيارين يؤثران على المعدن بنفس الطريقة تقريبًا.
مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد كذلك سعة الاهتزازات الحرارية للجزيئات، تظهر عيوب الشبكة الهيكلية ، والتي يتم التعبير عنها في نمو الاضطرابات ، وقفز الذرات ، والاضطرابات الأخرى. ويصاحب ذلك كسر الروابط بين الذرية ويتطلب قدرًا معينًا من الطاقة. في الوقت نفسه ، تتشكل طبقة شبه سائلة على سطح الجسم. تسمى فترة تدمير الشبكة وتراكم العيوب بالذوبان.
اعتمادًا على نقطة الانصهار ، يتم تقسيم المعادن إلى:
حسب درجة الانصهار اختيار جهاز الصهر. كلما كانت النتيجة أعلى ، يجب أن تكون أقوى. يمكنك معرفة درجة حرارة العنصر الذي تحتاجه من الجدول.
قيمة أخرى مهمة هي نقطة الغليان. هذه هي القيمة التي تبدأ عندها عملية غليان السوائل ، وهي تتوافق مع درجة حرارة البخار المشبع الذي يتكون فوق السطح المسطح للسائل المغلي. عادة ما يكون ضعف نقطة الانصهار تقريبًا.
يتم إعطاء كلا القيمتين عند الضغط الطبيعي. فيما بينهم هم يتناسب طرديا.
- يزداد الضغط - ستزداد كمية الذوبان.
- ينخفض الضغط - تقل كمية الذوبان.
جدول المعادن والسبائك القابلة للانصهار (حتى 600 درجة مئوية)
| اسم العنصر | التسمية اللاتينية | درجات الحرارة | |
| ذوبان | الغليان | ||
| تين | sn | 232 درجة مئوية | 2600 درجة مئوية |
| قيادة | الرصاص | 327 ج | 1750 ج |
| الزنك | Zn | 420 درجة مئوية | 907 جنوبًا |
| البوتاسيوم | ك | 63.6 درجة مئوية | 759 جنوبًا |
| صوديوم | نا | 97.8 درجة مئوية | 883 ج |
| الزئبق | زئبق | - 38.9 درجة مئوية | 356.73 ج |
| السيزيوم | سي اس | 28.4 درجة مئوية | 667.5 درجة مئوية |
| البزموت | ثنائية | 271.4 درجة مئوية | 1564 جنوبًا |
| البلاديوم | PD | 327.5 درجة مئوية | 1749 جنوبًا |
| بولونيوم | بو | 254 ج | 962 جنوبًا |
| الكادميوم | قرص مضغوط | 321.07 درجة مئوية | 767 جنوبًا |
| روبيديوم | ر | 39.3 درجة مئوية | 688 جنوبًا |
| الجاليوم | جا | 29.76 درجة مئوية | 2204 ج |
| إنديوم | في | 156.6 درجة مئوية | 2072 جنوبًا |
| الثاليوم | تل | 304 درجة مئوية | 1473 جنوبًا |
| الليثيوم | لي | 18.05 درجة مئوية | 1342 جنوبًا |
جدول المعادن والسبائك متوسطة الانصهار (من 600 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية)
| اسم العنصر | التسمية اللاتينية | درجات الحرارة | |
| ذوبان | الغليان | ||
| الألومنيوم | ال | 660 درجة مئوية | 2519 جنوبًا |
| الجرمانيوم | Ge | 937 جنوبًا | 2830 ج |
| المغنيسيوم | ملغ | 650 درجة مئوية | 1100 درجة مئوية |
| فضة | اي جي | 960 درجة مئوية | 2180 جنوبًا |
| ذهب | Au | 1063 ج | 2660 جنوبًا |
| نحاس | النحاس | 1083 ج | 2580 جنوبًا |
| حديد | الحديد | 1539 جنوبًا | 2900 درجة مئوية |
| السيليكون | سي | 1415 جنوبًا | 2350 جنوبًا |
| نيكل | ني | 1455 ج | 2913 ج |
| الباريوم | با | 727 جنوبًا | 1897 ج |
| البريليوم | يكون | 1287 جنوبًا | 2471 جنوبًا |
| النبتونيوم | Np | 644 درجة مئوية | 3901.85 درجة مئوية |
| البروتكتينيوم | بنسلفانيا | 1572 جنوبًا | 4027 جنوبًا |
| البلوتونيوم | بو | 640 درجة مئوية | 3228 جنوبًا |
| الأكتينيوم | تيار متردد | 1051 ج | 3198 جنوبًا |
| الكالسيوم | كاليفورنيا | 842 درجة مئوية | 1484 جنوبًا |
| الراديوم | رع | 700 درجة مئوية | 1736.85 ج |
| كوبالت | شارك | 1495 جنوبًا | 2927 ج |
| الأنتيمون | سب | 630.63 درجة مئوية | 1587 جنوبًا |
| السترونتيوم | ريال سعودى | 777 جنوبًا | 1382 جنوبًا |
| أورانوس | يو | 1135 ج | 4131 ج |
| المنغنيز | مينيسوتا | 1246 جنوبًا | 2061 جنوبًا |
| كونستانتين | 1260 جنوبًا | ||
| دورالومين | سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس والمنغنيز | 650 درجة مئوية | |
| Invar | سبائك النيكل والحديد | 1425 ج | |
| نحاس | سبيكة من النحاس والزنك | 1000 درجة مئوية | |
| نيكيل الفضي | سبيكة من النحاس والزنك والنيكل | 1100 درجة مئوية | |
| نيتشروم | سبيكة من النيكل والكروم والسيليكون والحديد والمنغنيز والألمنيوم | 1400 درجة مئوية | |
| صلب | سبيكة من الحديد والكربون | 1300 درجة مئوية - 1500 درجة مئوية | |
| فيشرال | سبيكة من الكروم والحديد والألمنيوم والمنغنيز والسيليكون | 1460 ج | |
| الحديد الزهر | سبيكة من الحديد والكربون | 1100 درجة مئوية - 1300 درجة مئوية | |
جدول المعادن والسبائك المقاومة للصهر (أكثر من 1600 درجة مئوية)
| اسم العنصر | التسمية اللاتينية | درجات الحرارة | |
| ذوبان | الغليان | ||
| التنغستن | دبليو | 3420 جنوبًا | 5555 ج |
| التيتانيوم | تي | 1680 ج | 3300 جنوبًا |
| إيريديوم | الأشعة تحت الحمراء | 2447 جنوبًا | 4428 جنوبًا |
| الأوزميوم | نظام التشغيل | 3054 ج | 5012 ج |
| البلاتين | نقطة | 1769.3 درجة مئوية | 3825 ج |
| الرينيوم | يكرر | 3186 جنوبًا | 5596 جنوبًا |
| الكروم | سجل تجاري | 1907 جنوبًا | 2671 جنوب |
| الروديوم | Rh | 1964 إس | 3695 جنوبًا |
| روثينيوم | رو | 2334 جنوبًا | 4150 ج |
| الهافنيوم | hf | 2233 جنوبًا | 4603 ج |
| التنتالوم | تا | 3017 جنوبًا | 5458 جنوبًا |
| تكنيتيوم | ح | 2157 جنوبًا | 4265 جنوبًا |
| الثوريوم | العاشر | 1750 ج | 4788 جنوبًا |
| الفاناديوم | الخامس | 1910 ج | 3407 ج |
| الزركونيوم | Zr | 1855 جنوب شرق | 4409 جنوبًا |
| النيوبيوم | ملحوظة | 2477 جنوبًا | 4744 جنوبًا |
| الموليبدينوم | مو | 2623 ج | 4639 ق |
| كربيدات الهافنيوم | 3890 درجة مئوية | ||
| كربيدات النيوبيوم | 3760 جنوبًا | ||
| كربيدات التيتانيوم | 3150 جنوبًا | ||
| كربيدات الزركونيوم | 3530 جنوبًا | ||
درجة حرارة الانصهارالحديد النقي كيميائياً هو 1539 درجة مئوية. يحتوي الحديد النقي تقنياً الناتج عن التكرير التأكسدي على كمية معينة من الأكسجين المذاب في المعدن. لهذا السبب ، تنخفض درجة انصهارها إلى 1530 درجة مئوية.
تكون نقطة انصهار الفولاذ دائمًا أقل من درجة انصهار الحديد بسبب وجود شوائب فيه. تقلل المعادن الذائبة في الحديد (Mn ، Cr ، Ni. Co ، Mo ، V ، إلخ.) نقطة انصهار المعدن بمقدار 1-3 درجات مئوية لكل 1٪ من العنصر المُدخل ، وعناصر من مجموعة أشباه الفلزات (C و O و S و P وغيرها) عند 30-80 درجة مئوية.
خلال معظم وقت الانصهار الكلي ، تتغير درجة انصهار المعدن بشكل أساسي نتيجة للتغيرات في محتوى الكربون. عند تركيز الكربون بنسبة 0.1 - 1.2٪ ، وهو نموذجي لإنهاء الصهر في وحدات صناعة الصلب ، يمكن تقدير درجة حرارة انصهار المعدن بدقة كافية للأغراض العملية من المعادلة
حرارة انصهار الحديدهو 15200 جول / مول أو 271.7 كيلوجول / كجم.
نقطة غليان الحديدفي منشورات السنوات الأخيرة ، أعطيت ما يعادل 2735 درجة مئوية. ومع ذلك ، فقد تم نشر نتائج الدراسات ، والتي تفيد بأن درجة غليان الحديد أعلى بكثير (حتى 3230 درجة مئوية).
حرارة تبخير الحديد 352.5 كيلوجول / مول أو 6300 كيلوجول / كيلوجرام.
ضغط بخار الحديد المشبع(P Fe، Pa) يمكن تقديرها باستخدام المعادلة
حيث T هي درجة حرارة المعدن ، K.
نتائج حساب ضغط البخار المشبع للحديد عند درجات حرارة مختلفة وكذلك محتوى الغبار في طور الغاز المؤكسد فوق المعدن ( X، g / m 3) في الجدول 1.1.
الجدول 1.1- ضغط البخار المشبع للحديد ومحتوى الغبار للغازات عند درجات حرارة مختلفة
وفقًا للمعايير الصحية الحالية ، يجب ألا يتجاوز محتوى الغبار في الغازات المنبعثة في الغلاف الجوي 0.1 جم / م 3. من البيانات الواردة في الجدول 1.1 ، يمكن ملاحظة أنه عند 1600 درجة مئوية ، يكون محتوى الغبار للغازات فوق السطح المفتوح للمعدن أعلى من القيم المسموح بها. لذلك من الضروري تنظيف الغازات من الأتربة التي تتكون أساسًا من أكاسيد الحديد.
اللزوجة الديناميكية. يتم تحديد معامل اللزوجة الديناميكية للسائل () من النسبة
حيث F هي قوة التفاعل لطبقتين متحركتين ، N ؛
S هي منطقة التلامس بين الطبقات ، م 2 ؛
هو انحدار السرعة للطبقات السائلة على طول الاتجاه العمودي لاتجاه التدفق ، s -1.
عادة ما تختلف اللزوجة الديناميكية لسبائك الحديد في حدود 0.001 - 0.005 باسكال ث. تعتمد قيمته على درجة الحرارة ومحتوى الشوائب ، وخاصة الكربون. عندما يسخن المعدن فوق نقطة الانصهار فوق 25-30 درجة مئوية ، فإن تأثير درجة الحرارة ليس مهمًا.
اللزوجة الحركيةالسائل هو معدل نقل الزخم في تدفق كتلة الوحدة. يتم تحديد قيمتها من المعادلة
أين كثافة السائل ، كجم / م 3.
تقترب قيمة اللزوجة الديناميكية للحديد السائل من 6-10 م 2 / ث.
كثافة الحديدعند 1550 - 1650 درجة مئوية تكون 6700-6800 كجم / م 3. عند درجة حرارة التبلور ، تكون كثافة المعدن السائل قريبة من 6850 كجم / م 3. كثافة الحديد الصلب عند درجة حرارة التبلور 7450 كجم / م 3 ، عند درجة حرارة الغرفة - 7800 كجم / م 3.
من الشوائب المعتادة ، يكون للكربون والسيليكون التأثير الأكبر على كثافة ذوبان الحديد ، مما يؤدي إلى خفضه. لذلك ، فإن التركيب المعتاد للحديد الزهر السائل له كثافة 6200-6400 كجم / م 3 ، صلبة عند درجة حرارة الغرفة - 7000-7200 كجم / م 3.
تحتل كثافة الفولاذ السائل والصلب موقعًا وسيطًا بين كثافات الحديد والحديد الزهر وهي على التوالي 6500 - 6600 و 7500 - 7600 كجم / م 3.
حرارة نوعيةالمعدن السائل عمليا لا يعتمد على درجة الحرارة. في الحسابات المقدرة ، يمكن أخذ قيمتها تساوي 0.88 kJ / (kg K) للحديد الزهر و 0.84 kJ / (kg K) للصلب.
التوتر السطحي للحديدلها قيمة قصوى عند درجة حرارة حوالي 1550 درجة مئوية ، في منطقة درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة ، تنخفض قيمتها. وهذا ما يميز الحديد عن معظم المعادن التي تتميز بانخفاضها التوتر السطحيعندما ترتفع درجة الحرارة.
يختلف التوتر السطحي لسبائك الحديد السائل بشكل كبير اعتمادًا على التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة. عادة ما يختلف في حدود 1000 - 1800 مللي جول / م 2 (الشكل 1.1).
كل معدن أو سبيكة لها خصائص فريدة ، بما في ذلك نقطة انصهارها. في هذه الحالة ، ينتقل الكائن من حالة إلى أخرى ، وفي حالة معينة ، يتحول من مادة صلبة إلى مادة سائلة. لإذابه ، من الضروري تسخينه وتسخينه حتى الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة. في الوقت الذي يتم فيه الوصول إلى درجة الحرارة المرغوبة لسبائك معين ، لا يزال من الممكن أن تظل في حالة صلبة. مع التعرض المستمر ، يبدأ في الذوبان.
الزئبق لديه أدنى نقطة انصهار - يذوب حتى عند -39 درجة مئوية ، التنغستن لديه أعلى درجة - 3422 درجة مئوية. بالنسبة للسبائك (الصلب وغيرها) ، حدد العدد الدقيقصعب للغاية. كل هذا يتوقف على نسبة المكونات فيها. بالنسبة للسبائك ، تتم كتابتها على شكل فاصل رقمي.
كيف هي العملية
العناصر مهما كانت: ذهب أو حديد أو زهر أو صلب أو غير ذلك - تذوب تقريبا. يحدث هذا مع التدفئة الخارجية أو الداخلية. يتم التسخين الخارجي في فرن حراري. بالنسبة للداخلية ، يتم استخدام التسخين المقاوم ، ويمرر تيارًا كهربائيًا أو الحث التسخين في مجال كهرومغناطيسي تردد عالي . التأثير هو نفسه تقريبا.
متي يحدث التسخينيزداد اتساع الاهتزازات الحرارية للجزيئات. يظهر عيوب هيكلية شعريةيرافقه كسر الروابط بين الذرية. تسمى فترة تدمير الشبكة وتراكم العيوب بالذوبان.
اعتمادًا على درجة صهر المعادن ، يتم تقسيمها إلى:
- قابل للانصهار - حتى 600 درجة مئوية: الرصاص والزنك والقصدير ؛
- ذوبان متوسط - من 600 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية: الذهب والنحاس والألمنيوم والحديد الزهر والحديد ومعظم العناصر والمركبات ؛
- حراري - من 1600 درجة مئوية: الكروم ، التنجستن ، الموليبدينوم ، التيتانيوم.
اعتمادًا على الدرجة القصوى ، يتم أيضًا تحديد جهاز الصهر. يجب أن يكون أقوى ، أقوى التدفئة.
القيمة الثانية المهمة هي درجة الغليان. هذه هي المعلمة التي تبدأ عندها السوائل بالغليان. كقاعدة عامة ، إنها ضعف درجة الذوبان. هذه القيم تتناسب طرديًا مع بعضها البعض وعادةً ما تُعطى عند الضغط الطبيعي.
إذا زاد الضغط ، تزداد كمية الذوبان أيضًا. إذا انخفض الضغط ، فإنه ينخفض.
جدول مميز
المعادن والسبائك - لا غنى عنها أساس للتزوير, مسبكوالمجوهرات والعديد من مجالات الإنتاج الأخرى. مهما يفعل السيد ( مجوهرات ذهبيه، أسوار من الحديد الزهر ، سكاكين من الصلب أو أساور نحاسية)، إلى عن على العملية الصحيحةيحتاج إلى معرفة درجات الحرارة التي يذوب عندها هذا العنصر أو ذاك.
لمعرفة هذه المعلمة ، تحتاج إلى الرجوع إلى الجدول. يمكنك أيضًا إيجاد درجة الغليان في الجدول.
من بين العناصر الأكثر استخدامًا في الحياة اليومية ، تكون مؤشرات نقطة الانصهار كما يلي:
- ألومنيوم - 660 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار النحاس - 1083 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار الذهب - 1063 درجة مئوية ؛
- الفضة - 960 درجة مئوية ؛
- القصدير - 232 درجة مئوية. غالبًا ما يستخدم القصدير في اللحام ، نظرًا لأن درجة حرارة مكواة اللحام العاملة تتراوح من 250 إلى 400 درجة فقط ؛
- الرصاص - 327 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار الحديد - 1539 درجة مئوية ؛
- درجة حرارة انصهار الفولاذ (سبيكة من الحديد والكربون) - من 1300 درجة مئوية إلى 1500 درجة مئوية. يتقلب اعتمادًا على تشبع مكونات الصلب ؛
- نقطة انصهار الحديد الزهر (أيضًا سبيكة من الحديد والكربون) - من 1100 درجة مئوية إلى 1300 درجة مئوية ؛
- الزئبق - -38.9 درجة مئوية.
كما يتضح من هذا الجزء من الجدول ، فإن أكثر المعادن قابلية للانصهار هو الزئبق ، وهو موجود بالفعل في حالة سائلة عند درجات حرارة موجبة.
تكون درجة غليان كل هذه العناصر مرتين تقريبًا ، وأحيانًا تكون أعلى من درجة الذوبان. على سبيل المثال ، بالنسبة للذهب 2660 درجة مئوية ، بالنسبة للذهب الألومنيوم - 2519 درجة مئوية، للحديد - 2900 درجة مئوية ، للنحاس - 2580 درجة مئوية ، للزئبق - 356.73 درجة مئوية.
بالنسبة للسبائك مثل الفولاذ والحديد الزهر والمعادن الأخرى ، يكون الحساب متماثلًا تقريبًا ويعتمد على نسبة المكونات في السبيكة.
أقصى درجة غليان للمعادن الرينيوم - 5596 درجة مئوية. تكون أعلى نقطة غليان في أكثر المواد مقاومة للحرارة.
هناك جداول تشير أيضًا كثافة المعادن. أخف معدن الليثيوم ، وأثقل معدن الأوزميوم. الأوزميوم له كثافة أعلى من اليورانيوموالبلوتونيوم عند عرضها في درجة حرارة الغرفة. تشمل المعادن الخفيفة: المغنيسيوم والألمنيوم والتيتانيوم. تشمل المعادن الثقيلة المعادن الأكثر شيوعًا: الحديد والنحاس والزنك والقصدير وغيرها الكثير. المجموعة الأخيرة- المعادن الثقيلة جدا وتشمل: التنجستن والذهب والرصاص وغيرها.
مؤشر آخر موجود في الجداول هو الموصلية الحرارية للمعادن. الأسوأ من ذلك كله ، أن النبتونيوم يوصل الحرارة ، والفضة هي أفضل موصل للحرارة. الذهب والصلب والحديد والحديد الزهر وعناصر أخرى في المنتصف بين هذين النقيضين. يمكن العثور على خصائص واضحة لكل منها في الجدول المطلوب.
درجة حرارة الانصهار ، إلى جانب الكثافة ، يشير إلى الخصائص الفيزيائية للمعادن. نقطة انصهار المعدن- درجة الحرارة التي يمر عندها المعدن من الحالة الصلبة ، حيث يكون في الحالة الطبيعية (باستثناء الزئبق) ، إلى الحالة السائلة عند تسخينه. أثناء الانصهار ، لا يتغير حجم المعدن عمليًا ، وبالتالي فإن درجة الحرارة الطبيعية لنقطة الانصهار هي الضغط الجوي لا يؤثر.
نقطة انصهار المعادن في النطاق من -39 درجة مئوية إلى +3410 درجة. بالنسبة لمعظم المعادن ، تكون نقطة الانصهار عالية ، ومع ذلك ، يمكن صهر بعض المعادن في المنزل عن طريق التسخين على موقد تقليدي (القصدير ، الرصاص).
تصنيف المعادن بنقطة الانصهار
- المعادن القابلة للانصهار، التي تتقلب درجة انصهارها ما يصل إلى 600درجات مئوية ، على سبيل المثال الزنك والقصدير والبزموت.
- معادن انصهار متوسطةالتي تذوب عند درجة حرارة من 600 إلى 1600درجات مئوية: مثل الألومنيوم والنحاس والقصدير والحديد.
- معادن حراريةالتي تصل نقطة انصهارها أكثر من 1600درجة مئوية - التنغستن والتيتانيوم والكروموإلخ.
- - المعدن الوحيد الذي يخضع لظروف طبيعية (الضغط الجوي العادي ، متوسط درجة الحرارة المحيطة) في حالة سائلة. نقطة انصهار الزئبق على وشك -39 درجةدرجة مئوية.
جدول نقاط انصهار المعادن والسبائك
| معدن | درجة حرارة الانصهار ، درجة مئوية |
| الألومنيوم | 660,4 |
| التنغستن | 3420 |
| دورالومين | ~650 |
| حديد | 1539 |
| ذهب | 1063 |
| إيريديوم | 2447 |
| البوتاسيوم | 63,6 |
| السيليكون | 1415 |
| نحاس | ~1000 |
| سبيكة منصهر | 60,5 |
| المغنيسيوم | 650 |
| نحاس | 1084,5 |
| صوديوم | 97,8 |
| نيكل | 1455 |
| تين | 231,9 |
| البلاتين | 1769,3 |
| الزئبق | –38,9 |
| قيادة | 327,4 |
| فضة | 961,9 |
| صلب | 1300-1500 |
| الزنك | 419,5 |
| الحديد الزهر | 1100-1300 |
عند صهر المعدن لتصنيع مصبوبات المنتجات المعدنية ، يعتمد اختيار المعدات والمواد المستخدمة في تشكيل المعادن وما إلى ذلك على درجة حرارة الانصهار. عند خلط معدن مع عناصر أخرى ، تنخفض درجة الانصهار في أغلب الأحيان.
حقيقة مثيرة للاهتمام
لا تخلط بين مفهومي "نقطة انصهار المعدن" و "نقطة غليان المعدن" - فبالنسبة للعديد من المعادن ، تختلف هذه الخصائص بشكل كبير: على سبيل المثال ، تذوب الفضة عند درجة حرارة 961 درجة مئوية ، وتغلي فقط عندما يصل التسخين إلى 2180 درجة.
نقطة انصهار المعدن هي درجة الحرارة الدنيا التي يتغير عندها من صلب إلى سائل. أثناء الذوبان ، لا يتغير حجمه عمليا. تصنف المعادن حسب درجة الانصهار حسب درجة التسخين.
المعادن القابلة للانصهار
المعادن القابلة للانصهار لها نقطة انصهار أقل من 600 درجة مئوية. هذه هي الزنك والقصدير والبزموت. يمكن إذابة هذه المعادن في المنزل عن طريق تسخينها على الموقد أو باستخدام مكواة لحام. تستخدم المعادن القابلة للانصهار في الإلكترونيات والهندسة لربط العناصر المعدنية والأسلاك لحركة التيار الكهربائي. درجة انصهار القصدير 232 درجة والزنك 419.
معادن انصهار متوسطة
تبدأ المعادن ذات الانصهار المتوسط في التحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة عند درجات حرارة تتراوح من 600 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية. يتم استخدامها لصنع الألواح والحديد التسليح والكتل والهياكل المعدنية الأخرى المناسبة للبناء. تشمل هذه المجموعة من المعادن الحديد والنحاس والألمنيوم ، كما أنها جزء من العديد من السبائك. يضاف النحاس إلى سبائك المعادن الثمينة مثل الذهب والفضة والبلاتين. يحتوي 750 من الذهب على 25٪ من المعادن السبائكية ، بما في ذلك النحاس ، مما يعطيها لونًا ضارب إلى الحمرة. درجة انصهار هذه المادة هي 1084 درجة مئوية. ويبدأ الألمنيوم في الذوبان عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا تبلغ 660 درجة مئوية. وهو معدن خفيف ومرن وغير مكلف ولا يتأكسد ولا يصدأ ، لذلك يستخدم على نطاق واسع في صناعة الأواني. درجة انصهار الحديد 1539 درجة. إنه أحد أكثر المعادن شهرة وبأسعار معقولة ، وينتشر استخدامه على نطاق واسع في صناعات البناء والسيارات. ولكن نظرًا لحقيقة أن الحديد عرضة للتآكل ، يجب معالجته وتغطيته بطبقة واقية من الطلاء أو زيت التجفيف أو عدم السماح بدخول الرطوبة.
معادن حرارية
درجة الحرارة معادن حراريةفوق 1600 درجة مئوية. هذه هي التنغستن والتيتانيوم والبلاتين والكروم وغيرها. يتم استخدامها كمصادر للضوء ، وأجزاء للماكينات ، ومواد تشحيم ، وفي الصناعة النووية. يتم استخدامها في صنع الأسلاك والأسلاك عالية الجهد وتستخدم لصهر المعادن الأخرى ذات نقطة الانصهار المنخفضة. يبدأ البلاتين في التحول من صلب إلى سائل عند 1769 درجة ، والتنغستن عند 3420 درجة مئوية.
الزئبق هو المعدن الوحيد الذي يكون في حالة سائلة في ظل الظروف العادية ، أي الضغط الجوي العادي ومتوسط درجة الحرارة. بيئة. درجة انصهار الزئبق هي 39 درجة مئوية تحت الصفر. هذا المعدن وأبخرة سامة لا يستخدم إلا في أوعية مغلقة أو في المعامل. من الاستخدامات الشائعة للزئبق استخدام مقياس حرارة لقياس درجة حرارة الجسم.
بدأ الإنسان في امتلاك الحديد (التشكيل والصهر) لعدة آلاف من السنين بعد إتقان العمل بالنحاس. تم العثور على أول حديد أصلي على شكل كتل في الشرق الأوسط في عام 3000. وظهرت المعادن الحديدية ، وفقًا للخبراء ، في عدة أماكن على هذا الكوكب ، دول مختلفةأتقن هذه العملية في أوقات مختلفة. ونتيجة لذلك ، استبدل الحديد كمادة لتصنيع الأدوات والصيد والحرب الحجر والبرونز.
كانت أولى عمليات صنع الحديد تسمى صناعة الجبن. خلاصة القول هي أن الحفرة سقطت نائمة خام الحديدمع فحم، والتي تم إشعالها وانسدادها بإحكام ، مما ترك حفرة انفجار يتم من خلالها توفير الهواء النقي للتفجير. في عملية التسخين هذه ، بالطبع ، لا يمكن الوصول إلى نقطة انصهار الحديد ، وتم الحصول على كتلة مخففة (بوتقة) ، يوجد فيها خبث (رماد الوقود وأكاسيد الخام والصخور).
علاوة على ذلك ، تم تزوير الكريتسا الناتج عدة مرات ، وإزالة الخبث والشوائب الأخرى غير الضرورية ، وقد تم تنفيذ هذه العملية الشاقة عدة مرات ، ونتيجة لذلك وصل خُمس الكتلة الإجمالية إلى عملية التشطيب. مع اختراع عجلة الماء ، أصبح من الممكن توفير كمية كبيرة من الهواء. بفضل هذا الانفجار ، أصبحت نقطة انصهار الحديد قابلة للتحقيق ، وظهر المعدن في شكل سائل.
كان هذا المعدن من الحديد الزهر ، والذي لم يكن مزورًا ، لكن لوحظ أنه يملأ القالب جيدًا. كانت هذه التجارب الأولى التي ، مع بعض التحسينات والتغييرات ، جاءت إلى أيامنا هذه. مع مرور الوقت ، تم العثور على طريقة لمعالجة الحديد الزهر إلى الحديد المطاوع. تم تحميل قطع من الحديد الزهر بالفحم ، وخلال هذه العملية تم تخفيف الحديد الزهر ، وتم أكسدة الشوائب ، بما في ذلك الكربون. نتيجة لذلك ، أصبح المعدن سميكًا ، وزادت درجة انصهار الحديد ، أي أنتجت الحديد المطاوع.
وهكذا ، تمكن علماء المعادن في ذلك الوقت من تقسيم عملية واحدة إلى مرحلتين. تم الحفاظ على هذه العملية المكونة من مرحلتين في الفكرة ذاتها حتى يومنا هذا ، وترتبط التغييرات بشكل أكبر بظهور العمليات التي تحدث في المرحلة الثانية. الحديد النقي أو المعدن الذي يحتوي على حد أدنى من الشوائب ليس له أي تطبيق عملي تقريبًا. نقطة انصهار الحديد وفقًا لمخطط الحديد والكربون هي عند النقطة A ، والتي تقابل 1535 درجة.
يأتي الحديد عندما تصل درجة حرارته إلى 3200 درجة.
في الهواء الطلق ، يتم تغطية الحديد بفيلم أكسيد بمرور الوقت ، في بيئة رطبة تظهر طبقة فضفاضة من الصدأ. لقد كان الحديد أحد أهم المعادن منذ نشأته. يستخدم الحديد بشكل أساسي في شكل سبائك ، والتي تختلف في الخصائص والتكوين.
في أي درجة حرارة يذوب الحديد يعتمد على محتوى الكربون والمكونات الأخرى التي تتكون منها السبيكة. الأكثر استخدامًا هي سبائك الكربون - الحديد الزهر والصلب. تسمى السبائك التي تحتوي على أكثر من 2٪ كربون بالحديد الزهر ، وأقل من 2٪ من الفولاذ. يتم الحصول على الحديد الزهر في أفران الصهر عن طريق إعادة صهر الخامات المخصبة في مصنع التلبيد.
في الموقد المفتوح ، الأفران الكهربائية والحثية ، في المحولات.
تستخدم الخردة المعدنية والحديد الزهر كشحنة. من خلال عمليات الأكسدة ، تتم إزالة الكربون الزائد والشوائب الضارة من الشحنة ، كما أن إضافة مواد السبائك تجعل من الممكن الحصول على المواد المطلوبة. للحصول على الفولاذ والسبائك الأخرى ، تستخدم المعادن الحديثة تقنيات إعادة الصهر بالكهرباء والفراغ وشعاع الإلكترون والبلازما ذوبان.
يتم تطوير طرق جديدة لصهر الفولاذ ، والتي توفر أتمتة العملية وتضمن إنتاج معدن عالي الجودة.
وصلت التطورات العلمية إلى مستوى يمكن فيه الحصول على مواد يمكنها تحمل الفراغ والضغط العالي ، والاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة ، والبيئات العدوانية ، والإشعاع ، وما إلى ذلك.
يوضح الجدول درجة انصهار المعادن ر رر ، نقطة غليانها ر ل عند الضغط الجوي ، كثافة المعادن ρ عند 25 درجة مئوية والتوصيل الحراري λ عند 27 درجة مئوية.
يتم عرض نقطة انصهار المعادن ، وكذلك كثافتها والتوصيل الحراري للمعادن التالية: الأكتينيوم Ac ، الفضة Ag ، الذهب Au ، الباريوم Ba ، البريليوم Be ، الكالسيوم Ca ، الكادميوم Cd ، الكوبالت Co ، الكروم Cr ، السيزيوم Cs ، الغاليوم Ga ، الهافنيوم Hf ، الزئبق Hg ، الإنديوم In ، الإيريديوم Ir ، البوتاسيوم K ، الليثيوم Li ، النبتونيوم Np ، الأوزميوم Os ، البروتكتينيوم Pa ، الرصاص Pb ، البلاديوم Pd ، البولونيوم بو ، البلوتونيوم البلوتونيوم ، الراديوم را ، الروبيديوم Pb ، rhenium Re ، الروديوم Rh ، الروثينيوم Ru ، الأنتيمون Sb ، السترونتيوم Sr ، التنتالوم Ta ، التكنيشيوم Tc ، الثوريوم Th ، الثاليوم Tl ، اليورانيوم U ، الفاناديوم V ، الزنك الزنك ، الزركونيوم Zr.
وفقًا للجدول ، يمكن ملاحظة أن درجة انصهار المعادن تختلف على نطاق واسع (من -38.83 درجة مئوية للتنغستن إلى 3422 درجة مئوية). تحتوي المعادن مثل الليثيوم (18.05 درجة مئوية) والسيزيوم (28.44 درجة مئوية) والروبيديوم (39.3 درجة مئوية) والمعادن القلوية الأخرى على نقطة انصهار إيجابية منخفضة.
الأكثر مقاومة للحرارة هي المعادن التالية:الهافنيوم ، الإيريديوم ، الموليبدينوم ، النيوبيوم ، الأوزميوم ، الرينيوم ، الروثينيوم ، التنتالوم ، التكنيشيوم ، التنجستن. درجة انصهار هذه المعادن أعلى من 2000 درجة مئوية.
لنجلب أمثلة على نقاط انصهار المعادنتستخدم على نطاق واسع في الصناعة وفي الحياة اليومية:
- نقطة انصهار الألومنيوم 660.32 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار النحاس 1084.62 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار الرصاص 327.46 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار الذهب 1064.18 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار القصدير 231.93 درجة مئوية ؛
- نقطة انصهار الفضة 961.78 درجة مئوية ؛
- درجة انصهار الزئبق هي -38.83 درجة مئوية.
أقصى درجة غليان للمعادن المعروضة في الجدول هي rhenium Re - وهي 5596 درجة مئوية. أيضًا ، المعادن التي تنتمي إلى المجموعة ذات نقطة الانصهار العالية لها نقاط غليان عالية.
يتراوح الجدول من 0.534 إلى 22.59 ، أي أخف معدن ، وأثقل معدن هو الأوزميوم. وتجدر الإشارة إلى أن الأوزميوم له كثافة أكبر من البلوتونيوم في درجة حرارة الغرفة.
في الجدول ، يتغير من 6.3 إلى 427 واط / (م درجة) ، لذلك فإن المعدن مثل النبتونيوم هو الأسوأ في توصيل الحرارة ، والفضة هي أفضل معدن موصل للحرارة.
درجة حرارة انصهار الفولاذ
يتم تقديم جدول قيم درجة حرارة انصهار الفولاذ من الدرجات الشائعة. يعتبر الفولاذ المصبوب ، الإنشائي ، المقاوم للحرارة ، الكربون وفئات الفولاذ الأخرى.
تتراوح درجة حرارة انصهار الفولاذ من 1350 إلى 1535 درجة مئوية. يتم ترتيب الفولاذ في الجدول بترتيب تصاعدي لنقطة الانصهار.
| صلب | ر رر ، درجة مئوية | صلب | ر رر ، درجة مئوية |
|---|---|---|---|
| صب الصلب Kh28L و Kh34L | 1350 | مقاومة للحرارة مقاومة للتآكل 12X18H9T | 1425 |
| الفولاذ الهيكلي 12X18H10T | 1400 | 20X23H13 سبائك عالية المقاومة للحرارة | 1440 |
| 20X20H14S2 سبائك عالية مقاومة للحرارة | 1400 | 40X10S2M سبائك عالية مقاومة للحرارة | 1480 |
| 20X25H20S2 سبائك عالية مقاومة للحرارة | 1400 | الفولاذ المقاوم للتآكل Kh25S3N (EI261) | 1480 |
| الصلب الهيكلي 12X18H10 | 1410 | 40Х9C2 عالية السبائك المقاومة للحرارة (ESKh8) | 1480 |
| مقاومة للحرارة مقاومة للتآكل 12X18H9 | 1410 | مقاومة للتآكل عادية 95 × 18 ... 15 × 28 | 1500 |
| الفولاذ المقاوم للحرارة Х20Н35 | 1410 | 15x25T مقاومة للحرارة ومقاومة للتآكل (EI439) | 1500 |
| 20X23H18 عالية المقاومة للحرارة (EI417) | 1415 | الفولاذ الكربوني | 1535 |
مصادر:
- فولكوف إيه آي ، زارسكي آي إم بولشوي كتاب مرجعي كيميائي. - م: المدرسة السوفيتية 2005. - 608 ص.
- كميات فيزيائية. الدليل. ب. بابيتشيف ، إن إيه بابوشكينا ، إيه إم براتكوفسكي وآخرون ؛ إد. I. S. Grigorieva ، E.Z. Meilikhova. - م: Energoatomizdat ، 1991. - 1232 ص.
