V metalurgickém průmyslu je jednou z hlavních oblastí odlévání kovů a jejich slitin z důvodu levnosti a relativní jednoduchosti procesu. Lze odlévat formy s libovolnými obrysy různých rozměrů, od malých po velké; je vhodný jak pro hromadnou výrobu, tak pro zakázkovou výrobu.
Odlévání je jednou z nejstarších oblastí práce s kovy a začíná kolem doby bronzové: 7-3 tisíciletí před naším letopočtem. E. Od té doby bylo objeveno mnoho materiálů, což vedlo k pokroku v technologii a zvýšeným nárokům na slévárenský průmysl.
V dnešní době existuje mnoho směrů a typů odlévání, které se liší technologický postup. Jedna věc zůstává nezměněna - fyzikální vlastnost kovů přecházet z pevné látky na kapalnou a je důležité vědět, při jaké teplotě začíná tavení. odlišné typy kovy a jejich slitiny.
proces tavení kovu
Tento proces se týká přechodu látky z pevného do kapalného stavu. Po dosažení bodu tání může být kov v pevném i kapalném stavu, další zvýšení povede k úplnému přechodu materiálu do kapaliny.
Totéž se děje při tuhnutí – při dosažení meze tání začne látka přecházet z kapalného do pevného skupenství a teplota se nezmění až do úplné krystalizace.
Zároveň je třeba mít na paměti, že toto pravidlo použitelné pouze na holý kov. Slitiny nemají jasnou teplotní hranici a přecházejí stavy v určitém rozsahu:
- Solidus - teplotní čára, při které se nejtavitelnější složka slitiny začíná tavit.
- Liquidus je konečný bod tání všech složek, pod kterým se začínají objevovat první krystaly slitiny.
U takových látek nelze přesně změřit bod tání, bod přechodu skupenství udává číselný interval.
V závislosti na teplotě, při které začíná tavení kovů, se obvykle dělí na:
- Tavné, do 600 °C. Patří mezi ně zinek, olovo a další.
- Středně tající, do 1600 °C. Nejběžnější slitiny a kovy jako zlato, stříbro, měď, železo, hliník.
- Žáruvzdorný, nad 1600 °C. Titan, molybden, wolfram, chrom.
Existuje také bod varu - bod, kdy roztavený kov začíná přecházet do plynného stavu. To je velmi vysoká teplota, typicky dvojnásobek bodu tání.
Vliv tlaku
Teplota tání a jí rovná teplota tuhnutí závisí na tlaku, který se zvyšuje s jeho nárůstem. Je to dáno tím, že se zvyšujícím se tlakem se atomy k sobě přibližují, a aby se zničila krystalová mřížka, musí se oddálit. Při zvýšeném tlaku je zapotřebí větší energie tepelného pohybu a tomu odpovídající teplota tání se zvyšuje.
Existují výjimky, kdy teplota potřebná k přechodu do kapalného stavu klesá se zvýšeným tlakem. Mezi takové látky patří led, vizmut, germanium a antimon.
Tabulka bodu tání
Pro každého, kdo pracuje v ocelářském průmyslu, ať už jde o svářeče, slévárny, taviče nebo klenotníky, je důležité znát teploty, při kterých se taví materiály, se kterými pracují. V tabulce níže jsou uvedeny teploty tání nejběžnějších látek.
Tabulka bodů tání kovů a slitin
| název | Tpl, °C |
|---|---|
| Hliník | 660,4 |
| Měď | 1084,5 |
| Cín | 231,9 |
| Zinek | 419,5 |
| Wolfram | 3420 |
| Nikl | 1455 |
| stříbrný | 960 |
| Zlato | 1064,4 |
| Platina | 1768 |
| Titan | 1668 |
| Duralové | 650 |
| Uhlíková ocel | 1100−1500 |
| 1110−1400 | |
| Žehlička | 1539 |
| Rtuť | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Zirkonium | 3530 |
| Křemík | 1414 |
| nichrom | 1400 |
| Vizmut | 271,4 |
| Germanium | 938,2 |
| cín | 1300−1500 |
| Bronz | 930−1140 |
| Kobalt | 1494 |
| Draslík | 63 |
| Sodík | 93,8 |
| Mosaz | 1000 |
| Hořčík | 650 |
| Mangan | 1246 |
| Chrom | 2130 |
| Molybden | 2890 |
| Vést | 327,4 |
| Berylium | 1287 |
| vyhraje | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimon | 630,6 |
| karbid titanu | 3150 |
| karbid zirkonia | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
Kromě tavícího stolu existuje mnoho dalších pomocných materiálů. Například odpověď na otázku, jaký je bod varu železa, leží v tabulce látek varu. Kovy mají kromě varu řadu dalších fyzikálních vlastností, například pevnost.
Kromě schopnosti přechodu z pevného do kapalného skupenství je jednou z důležitých vlastností materiálu jeho pevnost – schopnost pevného tělesa odolávat destrukci a nevratným změnám tvaru. Za hlavní ukazatel pevnosti je považována odolnost vznikající při přetržení obrobku, předžíhaného. Pojem pevnosti se nevztahuje na rtuť, protože je v kapalném stavu. Označení pevnosti je přijímáno v MPa - Mega Pascalech.
Existují následující pevnostní skupiny kovů:
- Křehký. Jejich odpor nepřesahuje 50MPa. Patří sem cín, olovo, měkké alkalické kovy
- Odolný, 50-500 MPa. Měď, hliník, železo, titan. Materiály této skupiny jsou základem mnoha strukturních slitin.
- Vysoká pevnost, přes 500 MPa. Například molybden a.
Kovový pevnostní stůl
Nejběžnější slitiny v každodenním životě
Jak je vidět z tabulky, teploty tání prvků se velmi liší i pro materiály, které se často vyskytují v každodenním životě.
Minimální bod tání rtuti je tedy -38,9 ° C, proto je při pokojové teplotě již v kapalném stavu. To vysvětluje skutečnost, že teploměry pro domácnost mají nižší značku -39 stupňů Celsia: pod tímto indikátorem se rtuť mění na pevné skupenství.
Nejčastěji používané pájky v domácí použití, mají ve svém složení značné procento obsahu cínu, který má bod tání 231,9 °C, takže většina pájek taje při provozní teplotě páječky 250–400 °C.
Kromě toho existují pájky s nízkou teplotou tavení se spodní hranicí taveniny, do 30 °C, a používají se tam, kde je nebezpečné přehřátí pájených materiálů. Pro tyto účely existují pájky s vizmutem a tavení těchto materiálů leží v rozmezí 29,7 - 120 °C.
Tavení vysoce uhlíkových materiálů v závislosti na legujících složkách leží v rozmezí 1100 až 1500 °C.
Teploty tání kovů a jejich slitin jsou ve velmi širokém teplotním rozmezí, od velmi nízkých teplot (rtuť) až po hranici několika tisíc stupňů. Znalost těchto ukazatelů, stejně jako dalších fyzikálních vlastností, je velmi důležitá pro lidi, kteří pracují v hutnickém oboru. Například vědět, při jaké teplotě taje zlato a další kovy, bude užitečné pro klenotníky, slévače a taviče.
Kovy mají řadu originálních vlastností, které jsou pro tyto materiály jedinečné. Existuje teplota tání kovů, při které dochází k destrukci krystalové mřížky. Hmota si zachovává objem, ale o stálosti formy už nelze mluvit.
Ve své čisté formě jsou jednotlivé kovy extrémně vzácné. V praxi se používají slitiny. Mají určité odlišnosti od čistých látek. Když se tvoří komplexní sloučeniny, krystalové mřížky se vzájemně kombinují. Vlastnosti slitin se proto mohou výrazně lišit od základních prvků. Teplota tání již nezůstává konstantní, závisí na koncentraci přísad obsažených ve slitině.
Pojem teplotní stupnice
Podobné vlastnosti mají i některé nekovové předměty. Nejběžnější je voda. Pokud jde o vlastnosti kapaliny, která zaujímá dominantní postavení na Zemi, byla vyvinuta teplotní stupnice. Referenčními body jsou teplota změny skupenství vody:
- Přeměny z kapaliny na pevnou látku a naopak jsou brány jako nula stupňů.
- Var (vypařování uvnitř kapaliny) při normálním atmosférickém tlaku (760 mm Hg) se považuje za 100 ⁰С.
Pozornost! Kromě Celsiovy stupnice se v praxi teplota měří ve stupních Fahrenheita a na absolutní Kelvinově stupnici. Ale při studiu vlastností kovových předmětů se jiné váhy používají poměrně zřídka.
Kovové krystalové mřížky
Pevná látka se vyznačuje stálostí:
- tvar si objekt zachovává lineární rozměry různé podmínky;
- objem, objekt nemění množství obsazené látky;
- hmotnosti, množství látky vyjádřené v gramech (kilogramech, tunách);
- hustota, existuje konstantní hmotnost na jednotku objemu.
Při přechodu do kapalného stavu, po dosažení určité teploty, jsou krystalové mřížky zničeny. Nyní nelze mluvit o stálosti formy. Kapalina bude mít formu, ve které je nalita.
Když dojde k odpařování, zůstává konstantní pouze hmotnost látky. Plyn zabere celý objem, který mu bude poskytnut. Zde nelze tvrdit, že hustota je konstantní hodnota.
Při kombinaci kapalin jsou možné možnosti:
- Kapaliny se zcela rozpouštějí jedna v druhou, takto se chová voda a alkohol. V celém objemu bude koncentrace látek stejná.
- Kapaliny jsou stratifikovány v hustotě, ke spojení dochází pouze na rozhraní. Pouze dočasně můžete získat mechanickou směs. Mícháním kapalin různých vlastností. Příkladem je olej a voda.
Kovy tvoří v kapalném stavu slitiny. Pro získání slitiny musí být každá ze složek v kapalném stavu. U slitin jsou možné jevy úplného rozpuštění jedné do druhé. Nejsou vyloučeny možnosti, kdy bude slitina získána pouze v důsledku intenzivního míchání. Kvalita slitiny v tomto případě není zaručena, proto se snaží nemíchat komponenty, které neumožňují získat stabilní slitiny.
Vzniklé vzájemně rozpustné látky tvoří při ztuhnutí krystalové mřížky nového typu. Určit:
- Heliocentrované krystalové mřížky, nazývají se také tělově centrované. Uprostřed je molekula jedné látky a kolem jsou další čtyři molekuly další. Je obvyklé nazývat takové mřížky volné, protože v nich je vazba mezi molekulami kovu slabší.
- Krystalové mřížky centrované na obličej tvoří sloučeniny, ve kterých jsou molekuly komponent umístěny na plochách. Vědci kovů nazývají takové krystalické slitiny hustými. Ve skutečnosti může být hustota slitiny vyšší než hustota každé ze složek obsažených ve složení (alchymisté středověku hledali slitiny, ve kterých by hustota odpovídala hustotě zlata).
Teplota tání kovů
Různé látky mají různé teploty tání. Je obvyklé dělit kovy na:
- Tavitelné - stačí je zahřát na 600 ⁰С, aby se získala látka v kapalné formě.
- Střednětavitelné kovy se taví v teplotním rozsahu 600…1600 ⁰С.
- Žáruvzdorné jsou kovy, které se mohou roztavit při teplotách nad 1600 ⁰С.
Tabulka ukazuje kovy s nízkou teplotou tání ve vzestupném pořadí. Zde můžete vidět, že nejneobvyklejším kovem je rtuť (Hg). Za normálních podmínek je v kapalném stavu. Tento kov má nejnižší bod tání.
Tabulka 1, body tání a varu nízkotavitelných kovů:
Tabulka 2, body tání a varu středně tajících kovů:
Tabulka 3, body tání a varu žáruvzdorných kovů:
K provádění procesu tavení se používají různá zařízení. Vysoké pece se například používají k tavení surového železa. Pro tavení neželezných kovů se vnitřní ohřev provádí pomocí proudů vysoká frekvence.
Ve formách z nekovových materiálů jsou neželezné kovy v pevném stavu. Kolem nich se vytváří střídavé mikrovlnné magnetické pole. V důsledku toho se krystalové mřížky začnou uvolňovat. Molekuly látky se začnou pohybovat, což způsobí zahřívání uvnitř celé hmoty.
Pokud je potřeba roztavit malé množství nízkotavitelných kovů, používají se muflové pece. V nich teplota stoupá na 1000 ... 1200 ⁰С, což je dostatečné pro tavení neželezných kovů.
Železné kovy se taví v konvektorech, otevřených pecích a indukčních pecích. Proces přichází s přidáním legujících složek, které zlepšují kvalitu kovu.
Nejobtížnější je pracovat se žáruvzdornými kovy. Problém je v tom, že musíte použít materiály, které mají teplotu vyšší, než je teplota tání samotného kovu. V současné době letecký průmysl uvažuje o použití titanu (Ti) jako konstrukčního materiálu. V vysoká rychlost letu v atmosféře, kůže se zahřívá. Proto je nutná náhrada hliníku a jeho slitin (AL).
Maximální bod tání tohoto spokojeného lehkého kovu přitahuje designéry. Technologové proto vyvíjejí technologické postupy a zařízení na výrobu dílů z titanu a jeho slitin.
kovové slitiny
Při navrhování výrobků ze slitin se nejprve studují jejich vlastnosti. Pro studium v malých nádobách se studované kovy taví v různých poměrech navzájem. V důsledku toho se vytvářejí grafy.
Spodní osa představuje koncentraci složky A se složkou B. Teplota je uvažována vertikálně. Zde jsou hodnoty maximální teploty zaznamenány, když je veškerý kov v roztaveném stavu.
Po ochlazení začne jedna ze složek vytvářet krystaly. Eutektikum je v kapalném stavu - ideální kombinace kovů ve slitině.
Vědci kovů rozlišují speciální poměr složek, při kterém je bod tání minimální. Když se vyrábějí slitiny, snaží se vybrat množství látek použitých k získání eutektoidní slitiny. Jeho mechanické vlastnosti nejlepší možné. Krystalové mřížky tvoří ideální tváří centrované polohy atomů.
Proces krystalizace je studován studiem vytvrzování vzorků po ochlazení. Vytvářejí speciální grafy, kde sledují, jak se mění rychlost chlazení. Existují hotové diagramy pro různé slitiny. Označením počátku a konce krystalizace určete složení slitiny.
Woodova fúze
V roce 1860 hledal americký zubní technik Barnabas Wood optimální poměr přísad pro výrobu zubů pro klienty při nejnižších teplotách tání. Našel slitinu, která má bod tání pouze 60,2 ... 68,5 ⁰С. I v horké vodě se kov snadno roztaví. To zahrnuje:
- cín - 12,5 ... 12,7 %;
- olovo - 24,5 ... 25,0 %;
- bismut - 49,5 ... 50,3 %;
- kadmium - 12,5 ... 12,7 %.
Slitina je zajímavá svou nízkou teplotou, ale nenašla praktické uplatnění. Pozornost! Kadmium a olovo jsou těžké kovy, kontakt s nimi se nedoporučuje. Mnoho lidí se může při kontaktu s kadmiem otrávit.
Slitiny pro pájení
V praxi se mnozí potýkají s tavením při pájení dílů. Pokud jsou povrchy spojovaných materiálů očištěny od nečistot a oxidů, pak není obtížné je pájet pájkami. Je zvykem dělit pájky na tvrdé a měkké pájky. Měkké jsou nejběžnější:
- POS-15 - 278…282 °C;
- POS-25 - 258…262 °C;
- POS-33 - 245…249 °C;
- POS-40 - 236…241 °C;
- POS-61 - 181…185 °C;
- POS-90 - 217…222 °C.
Jsou vyráběny pro podniky vyrábějící různá radiotechnická zařízení.
Tvrdé pájky na bázi zinku, mědi, stříbra a vizmutu mají vyšší bod tání:
- PSr-10 - 825…835 °С;
- PSr-12 - 780…790 °С;
- PSr-25 - 760…770 °С;
- PSr-45 - 715…721 °С;
- PSr-65 - 738…743 °С;
- PSr-70 - 778…783 °С;
- PMC-36 - 823…828 °С;
- PMTs-42 - 830…837 °С;
- ПМЦ-51 - 867…884 °С.
Použití tvrdých pájek umožňuje získat pevné spoje.
Pozornost! Cp znamená, že ve složení pájky je použito stříbro. Takové slitiny mají minimální elektrický odpor.
Bod tání nekovů
Nekovové materiály mohou být prezentovány v pevné a kapalné formě. Anorganické látky jsou uvedeny v tabulce. čtyři.
Tabulka 4, bod tání anorganických nekovů:
V praxi mají uživatelé největší zájem o organické materiály: polyetylen, polypropylen, vosk, parafín a další. Teplota tání některých látek je uvedena v tabulce. 5.
Tabulka 5, bod tání polymerních materiálů:
Pozornost! Teplotou skelného přechodu se rozumí stav, kdy materiál křehne.
Video: bod tání známých kovů.
Závěr
- Teplota tání závisí na povaze samotné látky. Nejčastěji se jedná o konstantní hodnotu.
- V praxi se nepoužívají čisté kovy, ale jejich slitiny. Obvykle mají vlastnosti mnohem lepší než čistý kov.
- první z hlediska významu a rozšíření konstrukčního materiálu. Je znám již od starověku a jeho vlastnosti jsou takové, že když se železo naučilo tavit ve významných množstvích, kov nahradil všechny ostatní slitiny. Přišel věk železný a soudě, tato doba brzy neskončí. Tento článek vám řekne, jaká je měrná hmotnost železa, jaký je jeho bod tání v čisté formě.
Železo je typický kov a je chemicky aktivní. Látka reaguje za normální teploty a zahřívání nebo zvyšování vlhkosti její reaktivitu značně zvyšuje. Železo na vzduchu koroduje, hoří v atmosféře čistého kyslíku a ve formě jemného prachu se může vznítit i na vzduchu.
Čisté železo je tvárné, ale v této formě je kov velmi vzácný. Železo je ve skutečnosti slitina s malým podílem nečistot – do 0,8 %, která se vyznačuje měkkostí a kujností čisté látky. Význam pro národní hospodářství mají slitiny s uhlíkem - ocel, litina, nerez.
Polymorfismus je železu vlastní: existují až 4 modifikace, které se liší strukturou a parametry mřížky:
- α-Fe - existuje od nuly do +769 C. Má těleso centrovanou kubickou mřížku a je feromagnetem, to znamená, že si zachovává magnetizaci v nepřítomnosti vnějšího magnetického pole. +769 С – Curie hroty na kov;
- od +769 do +917 C se objeví β-Fe. Od α-fáze se liší pouze v parametrech mřížky. Téměř všechny fyzikální vlastnosti přitom jsou zachovány s výjimkou magnetických: železo se stává paramagnetem, to znamená, že ztrácí schopnost magnetizace a je vtahováno do magnetického pole. Věda o kovech nepovažuje β-fázi za samostatnou modifikaci. Protože přechod neovlivňuje významné fyzikální vlastnosti;
- v rozsahu od 917 do 1394 C se vyskytuje γ-modifikace, která se vyznačuje plošně centrovanou kubickou mřížkou;
- při teplotách nad +1394 C se objevuje δ-fáze, která je charakterizována tělesně centrovanou kubickou mřížkou.
Při vysokém tlaku, stejně jako když je kov legován některými přísadami, vzniká ε-fáze s šestiúhelníkovou těsně uzavřenou mřížkou.
Teplota fázové přechody se znatelně mění, když je dopován stejným uhlíkem. Ve skutečnosti samotná schopnost železa tvořit tolik modifikací slouží jako základ pro zpracování oceli v různých teplotních podmínkách. Bez takových přechodů by se kov tak nerozšířil.
Nyní jsou na řadě vlastnosti železného kovu.
Toto video vypráví o struktuře železa:
Vlastnosti a vlastnosti kovů
Železo je dosti lehký, středně žáruvzdorný kov, stříbrošedé barvy. Pohotově reaguje se zředěnými kyselinami, a proto je považován za prvek střední aktivity. Na vzduchu - sucho je kov postupně pokryt oxidovým filmem, který brání další reakci.
Ale při nejmenší vlhkosti se místo filmu objeví rez - volná a heterogenní ve složení. Rez nezabrání další korozi železa. Fyzikální vlastnosti kovu a především jeho slitin s uhlíkem jsou však takové, že i přes nízkou odolnost proti korozi je použití železa více než oprávněné.
Hmotnost a hustota
Molekulová hmotnost železa je 55,8, což ukazuje na relativní lehkost látky. Jaká je hustota železa? Tento indikátor je určen fázovou modifikací:
- a-Fe - 7,87 g / cu. cm při 20 °C a 7,67 g/cu. cm při 600 C;
- γ-fáze se vyznačuje ještě nižší hustotou - 7,59 g / cm3 při 100 °C;
- hustota δ-fáze je 7,409 g/cm3.
Jak teplota stoupá, hustota železa přirozeně klesá.
A nyní pojďme zjistit, jaká je teplota tání železa ve stupních Celsia, srovnáme ji například s litinou nebo litinou.
Teplotní rozsah
Kov je klasifikován jako středně žáruvzdorný, což znamená relativně nízkou teplotu změny stavu agregace:
- teplota tání - 1539 °C;
- bod varu - 2862 C;
- Curieova teplota, tedy ztráta schopnosti magnetizace - 719 C.
Je třeba mít na paměti, že když mluvíme o bodu tání nebo varu, jedná se o δ-fázi látky.
Toto video vám řekne o fyzické a chemické vlastnostižláza:
Mechanické vlastnosti
Železo a jeho slitiny jsou tak běžné, že se sice začaly používat později než např. a staly se jakýmsi standardem. Když se srovnávají kovy, ukazují na železo: pevnější než ocel, 2krát měkčí než železo a tak dále.
Charakteristiky jsou uvedeny pro kov obsahující malé podíly nečistot:
- tvrdost na Mohsově stupnici - 4–5;
- Tvrdost podle Brinella - 350-450 Mn / m2. m. Chemicky čisté železo má navíc vyšší tvrdost - 588–686;
Indikátory síly jsou extrémně závislé na množství a povaze nečistot. Tato hodnota je regulována GOST pro každou značku slitiny nebo čistého kovu. To znamená, že konečná pevnost v tlaku pro nelegovanou ocel je 400–550 MPa. Při kalení této třídy se pevnost v tahu zvyšuje na 700 MPa.
- rázová houževnatost kovu je 300 MN/m2;
- mez kluzu –100 MN/sq. m
Dozvíme se dále o tom, co je potřeba ke stanovení měrné tepelné kapacity železa.
Tepelná kapacita a tepelná vodivost
Jako každý kov, železo vede teplo, i když jeho výkon v této oblasti je nízký: pokud jde o tepelnou vodivost, kov je horší než hliník - 2krát méně a - 5krát.
Tepelná vodivost při 25 °C je 74,04 W/(m·K). Hodnota závisí na teplotě;
- při 100 K je tepelná vodivost 132 [W/(m.K)];
- při 300 K - 80,3 [W/(m.K)];
- při 400 - 69,4 [W/(m.K)];
- a při 1500 - 31,8 [W/(m.K)].
- Součinitel tepelné roztažnosti při 20 C je 11,7 10-6.
- Tepelná kapacita kovu je určena jeho fázovou strukturou a poměrně složitě závisí na teplotě. Se zvýšením na 250 C se tepelná kapacita pomalu zvyšuje, poté prudce narůstá, dokud není dosaženo Curieho bodu, a poté začíná klesat.
- Měrná tepelná kapacita v teplotním rozsahu od 0 do 1000C je 640,57 J/(kg K).
Elektrická vodivost
Železo vede proud, ale zdaleka ne tak dobře jako měď a stříbro. Měrný elektrický odpor kovu za normálních podmínek je 9,7 10-8 ohm m.
Protože železo je feromagnet, jeho výkon v této oblasti je významnější:
- saturační magnetická indukce je 2,18 T;
- magnetická permeabilita - 1.45.106.
Toxicita
Kov nepředstavuje nebezpečí pro lidské tělo. ocel a výroba železných výrobků může být nebezpečná, ale pouze kvůli vysokým teplotám a těm přísadám, které se používají při výrobě různých slitin. Železný odpad - kovový šrot, představují nebezpečí životní prostředí, ale docela mírné, protože kov na vzduchu rezaví.
Železo nemá biologickou inertnost, proto se nepoužívá jako materiál pro protetiku. V lidském těle však tento prvek hraje jeden z kritické role: porušení vstřebávání železa nebo jeho nedostatečné množství ve stravě zaručuje v nejlepším případě anémii.
Železo se vstřebává velmi obtížně - 5-10% z celkového množství dodaného tělu, nebo 10-20% při jeho nedostatku.
- Obvyklá denní potřeba železa je 10 mg pro muže a 20 mg pro ženy.
- Toxická dávka je 200 mg/den.
- Smrtelné - 7–35 g. Získat takové množství železa je téměř nemožné, takže otrava železem je extrémně vzácná.
Železo je kov, jehož fyzikální vlastnosti, zejména pevnost, lze výrazně změnit obráběním nebo přidáním velmi malého množství legujících prvků. Tato vlastnost v kombinaci s dostupností a snadnou extrakcí kovu dělá ze železa nejžádanější konstrukční materiál.
Více o vlastnostech železa vám řekne specialista ve videu níže:
V metalurgickém průmyslu je jednou z hlavních oblastí odlévání kovů a jejich slitin z důvodu levnosti a relativní jednoduchosti procesu. Lze odlévat formy s libovolnými obrysy různých rozměrů, od malých po velké; je vhodný jak pro hromadnou výrobu, tak pro zakázkovou výrobu.
Odlévání je jednou z nejstarších oblastí práce s kovy a začíná kolem doby bronzové: 7-3 tisíciletí před naším letopočtem. E. Od té doby bylo objeveno mnoho materiálů, což vedlo k pokroku v technologii a zvýšeným nárokům na slévárenský průmysl.
V dnešní době existuje mnoho směrů a typů odlévání, které se liší technologickým postupem. Jedna věc zůstává nezměněna - fyzikální vlastnost kovů přecházet z pevného do kapalného stavu a je důležité vědět, při jaké teplotě začíná tavení různých druhů kovů a jejich slitin.
proces tavení kovu
Tento proces se týká přechodu látky z pevného do kapalného stavu. Po dosažení bodu tání může být kov v pevném i kapalném stavu, další zvýšení povede k úplnému přechodu materiálu do kapaliny.
Totéž se děje při tuhnutí – při dosažení meze tání začne látka přecházet z kapalného do pevného skupenství a teplota se nezmění až do úplné krystalizace.
Je třeba si uvědomit, že toto pravidlo platí pouze pro čistý kov. Slitiny nemají jasnou teplotní hranici a přecházejí stavy do nějaký rozsah:
- Solidus - teplotní čára, při které se nejtavitelnější složka slitiny začíná tavit.
- Liquidus je konečný bod tání všech složek, pod kterým se začínají objevovat první krystaly slitiny.
U takových látek nelze přesně změřit bod tání, bod přechodu skupenství udává číselný interval.
V závislosti na teplotě, při které začíná tavení kovů, jsou rozděleny do:
- Tavné, do 600 °C. Patří mezi ně cín, zinek, olovo a další.
- Středně tající, do 1600 °C. Nejběžnější slitiny a kovy jako zlato, stříbro, měď, železo, hliník.
- Žáruvzdorný, nad 1600 °C. Titan, molybden, wolfram, chrom.
Existuje také bod varu - bod, kdy roztavený kov začíná přecházet do plynného stavu. To je velmi vysoká teplota, typicky dvojnásobek bodu tání.
Vliv tlaku
Teplota tání a jí rovná teplota tuhnutí závisí na tlaku, který se zvyšuje s jeho nárůstem. Je to dáno tím, že se zvyšujícím se tlakem se atomy k sobě přibližují, a aby se zničila krystalová mřížka, musí se oddálit. Při zvýšeném tlaku je zapotřebí větší energie tepelného pohybu a tomu odpovídající teplota tání se zvyšuje.
Existují výjimky, kdy teplota potřebná k přechodu do kapalného stavu klesá se zvýšeným tlakem. Mezi takové látky patří led, vizmut, germanium a antimon.
Tabulka bodu tání
Pro každého, kdo pracuje v ocelářském průmyslu, ať už jde o svářeče, slévárny, taviče nebo klenotníky, je důležité znát teploty, při kterých se taví materiály, se kterými pracují. V tabulce níže jsou uvedeny teploty tání nejběžnějších látek.
Tabulka bodu tání kovy a slitiny
| název | Tpl, °C |
|---|---|
| Hliník | 660,4 |
| Měď | 1084,5 |
| Cín | 231,9 |
| Zinek | 419,5 |
| Wolfram | 3420 |
| Nikl | 1455 |
| stříbrný | 960 |
| Zlato | 1064,4 |
| Platina | 1768 |
| Titan | 1668 |
| Duralové | 650 |
| Uhlíková ocel | 1100−1500 |
| Litina | 1110−1400 |
| Žehlička | 1539 |
| Rtuť | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Zirkonium | 3530 |
| Křemík | 1414 |
| nichrom | 1400 |
| Vizmut | 271,4 |
| Germanium | 938,2 |
| cín | 1300−1500 |
| Bronz | 930−1140 |
| Kobalt | 1494 |
| Draslík | 63 |
| Sodík | 93,8 |
| Mosaz | 1000 |
| Hořčík | 650 |
| Mangan | 1246 |
| Chrom | 2130 |
| Molybden | 2890 |
| Vést | 327,4 |
| Berylium | 1287 |
| vyhraje | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimon | 630,6 |
| karbid titanu | 3150 |
| karbid zirkonia | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
Kromě tavícího stolu existuje mnoho dalších pomocných materiálů. Například odpověď na otázku, jaký je bod varu železa, leží v tabulce látek varu. Kovy mají kromě varu řadu dalších fyzikálních vlastností, například pevnost.
Pevnost kovu
Kromě schopnosti přechodu z pevného do kapalného skupenství je jednou z důležitých vlastností materiálu jeho pevnost – schopnost pevného tělesa odolávat destrukci a nevratným změnám tvaru. Za hlavní ukazatel pevnosti je považována odolnost vznikající při přetržení obrobku, předžíhaného. Pojem pevnosti se nevztahuje na rtuť, protože je v kapalném stavu. Označení pevnosti je přijímáno v MPa - Mega Pascalech.
Existují následující skupiny pevnost kovů:
- Křehký. Jejich odpor nepřesahuje 50MPa. Patří sem cín, olovo, měkké alkalické kovy
- Odolný, 50-500 MPa. Měď, hliník, železo, titan. Materiály této skupiny jsou základem mnoha strukturních slitin.
- Vysoká pevnost, přes 500 MPa. Například molybden a wolfram.
Kovový pevnostní stůl
Nejběžnější slitiny v každodenním životě
Jak je vidět z tabulky, teploty tání prvků se velmi liší i pro materiály, které se často vyskytují v každodenním životě.
Minimální bod tání rtuti je tedy -38,9 ° C, proto je při pokojové teplotě již v kapalném stavu. To vysvětluje skutečnost, že teploměry pro domácnost mají nižší značku -39 stupňů Celsia: pod tímto indikátorem se rtuť mění na pevné skupenství.
Pájky, nejběžnější v domácích aplikacích, obsahují značné procento cínu, který má bod tání 231,9 °C, takže většina pájky taje při provozní teplotě páječky 250-400 °C.
Kromě toho existují pájky s nízkou teplotou tavení se spodní hranicí taveniny, do 30 °C, a používají se tam, kde je nebezpečné přehřátí pájených materiálů. Pro tyto účely existují pájky s vizmutem a tavení těchto materiálů leží v rozmezí 29,7 - 120 °C.
Tavení vysoce uhlíkových materiálů v závislosti na legujících složkách leží v rozmezí 1100 až 1500 °C.
Teploty tání kovů a jejich slitin jsou ve velmi širokém teplotním rozmezí, od velmi nízkých teplot (rtuť) až po hranici několika tisíc stupňů. Znalost těchto ukazatelů, stejně jako dalších fyzikálních vlastností, je velmi důležitá pro lidi, kteří pracují v hutnickém oboru. Například vědět, při jaké teplotě taje zlato a další kovy, bude užitečné pro klenotníky, slévače a taviče.
Každý kov nebo slitina má jedinečné vlastnosti, včetně bodu tání. V tomto případě předmět přechází z jednoho stavu do druhého, v konkrétním případě se stává z pevné látky na kapalinu. K jeho roztavení je nutné přivést k němu teplo a zahřívat jej, dokud není dosaženo požadované teploty. V okamžiku, kdy je dosaženo požadovaného teplotního bodu dané slitiny, může ještě zůstat v pevném stavu. Při pokračující expozici začne tát.
Nejnižší bod tání má rtuť - taje i při -39 °C, wolfram má nejvyšší - 3422 °C. U slitin (ocel a jiné) urč přesný údaj nesmírně obtížné. Vše závisí na poměru složek v nich. U slitin se zapisuje jako číselný interval.
Jak probíhá proces
Prvky, ať už jsou jakékoli: zlato, železo, litina, ocel nebo jakékoli jiné - taví přibližně stejně. To se děje při vnějším nebo vnitřním vytápění. Externí ohřev se provádí v tepelné peci. Pro vnitřní, odporový ohřev se používá, průchod elektrického proudu nebo indukce ohřev ve vysokofrekvenčním elektromagnetickém poli. Dopad je přibližně stejný.
Když dochází k zahřívání, zvyšuje se amplituda tepelných vibrací molekul. Objevit vady konstrukce mřížky doprovázené rozpadem meziatomových vazeb. Období destrukce mřížky a hromadění defektů se nazývá tání.
V závislosti na stupni roztavení kovů se dělí na:
- tavitelné - do 600 ° C: olovo, zinek, cín;
- střednětavné - od 600 °C do 1600 °C: zlato, měď, hliník, litina, železo a především prvky a sloučeniny;
- žáruvzdorné - od 1600 ° C: chrom, wolfram, molybden, titan.
Podle toho, jaký je maximální stupeň, se volí také tavicí zařízení. Mělo by to být tím silnější, čím silnější bude topení.
Druhou důležitou hodnotou je stupeň varu. Toto je parametr, při kterém se tekutiny začnou vařit. Zpravidla je to dvojnásobný stupeň tání. Tyto hodnoty jsou přímo úměrné sobě a jsou obvykle uvedeny při normálním tlaku.
Zvyšuje-li se tlak, zvyšuje se také množství tání. Pokud se tlak sníží, pak se sníží.
Charakteristická tabulka
Kovy a slitiny - nepostradatelné základ pro kování, slévárna, šperky a mnoho dalších oblastí výroby. Cokoliv mistr dělá ( zlaté šperky, litinové ploty, nože z oceli popř měděné náramky), pro správné fungování potřebuje znát teploty, při kterých taje ten či onen prvek.
Chcete-li zjistit tento parametr, musíte se podívat na tabulku. V tabulce najdete i stupeň varu.
Mezi nejčastěji používané prvky v každodenním životě patří ukazatele bodu tání:
- hliník - 660 °C;
- teplota tání mědi - 1083 °C;
- teplota tání zlata - 1063 ° C;
- stříbro - 960 °C;
- cín - 232 °C. K pájení se často používá cín, protože teplota pracovní páječky je jen 250–400 stupňů;
- olovo - 327 °C;
- teplota tání železa - 1539 ° C;
- teplota tavení oceli (slitina železa a uhlíku) - od 1300 °C do 1500 °C. Kolísá v závislosti na nasycení ocelových součástí;
- bod tání litiny (také slitiny železa a uhlíku) - od 1100 ° C do 1300 ° C;
- rtuť - -38,9 °C.
Jak je z této části tabulky zřejmé, nejtavitelnějším kovem je rtuť, která je již při kladných teplotách v kapalném stavu.
Stupeň varu všech těchto prvků je téměř dvojnásobný a někdy dokonce vyšší než stupeň tání. Například u zlata je to 2660 °C, pro hliník -2519 °C, pro železo - 2900 ° C, pro měď - 2580 ° C, pro rtuť - 356,73 ° C.
U slitin jako je ocel, litina a další kovy je výpočet přibližně stejný a závisí na poměru složek ve slitině.
Maximální bod varu kovů je rhenium -5596 °C. Nejvyšší bod varu je v nejvíce žáruvzdorných materiálech.
Existují tabulky, které také naznačují hustota kovů. Nejlehčím kovem je lithium, nejtěžším osmium. Osmium má vyšší hustotu než uran a plutonium při pozorování při pokojové teplotě. Mezi lehké kovy patří: hořčík, hliník, titan. Mezi těžké kovy patří většina běžných kovů: železo, měď, zinek, cín a mnoho dalších. Poslední skupina- velmi těžké kovy, patří sem: wolfram, zlato, olovo a další.
Dalším ukazatelem nalezeným v tabulkách je tepelná vodivost kovů. Nejhorší ze všeho je, že neptunium vede teplo a stříbro je nejlepší tepelný vodič. Zlato, ocel, železo, litina a další prvky jsou uprostřed mezi těmito dvěma extrémy. Jasné charakteristiky pro každého naleznete v požadované tabulce.
Teplota tání spolu s hustotou, odkazuje na fyzikální vlastnosti kovy. Bod tání kovu- teplota, při které kov při zahřívání přechází z pevného skupenství, ve kterém se nachází v normálním stavu (kromě rtuti), do kapalného skupenství. Během tavení se objem kovu prakticky nemění, proto je normální teplota pro bod tavení atmosférický tlak neovlivňuje.
Teplota tání kovů je v rozmezí od -39 stupňů Celsia do +3410 stupňů. U většiny kovů je bod tání vysoký, nicméně některé kovy lze roztavit doma zahřátím na klasickém hořáku (cín, olovo).
Klasifikace kovů podle bodu tání
- tavitelné kovy, jehož teplota tání kolísá až 600 stupně Celsia, například zinek, cín, vizmut.
- Středně tající kovy, které tají při teplotě od 600 do 1600 stupně Celsia: jako např hliník, měď, cín, železo.
- Žáruvzdorné kovy, jehož bod tání dosahuje přes 1600 stupňů Celsia - wolfram, titan, chrom atd.
- - jediný kov, který je za normálních podmínek (normální atmosférický tlak, průměrná okolní teplota) v kapalném stavu. Teplota tání rtuti je cca -39 stupňů Celsia.
Tabulka bodů tání kovů a slitin
| Kov | Teplota tání, stupňů Celsia |
| Hliník | 660,4 |
| Wolfram | 3420 |
| Duralové | ~650 |
| Žehlička | 1539 |
| Zlato | 1063 |
| Iridium | 2447 |
| Draslík | 63,6 |
| Křemík | 1415 |
| Mosaz | ~1000 |
| tavitelná slitina | 60,5 |
| Hořčík | 650 |
| Měď | 1084,5 |
| Sodík | 97,8 |
| Nikl | 1455 |
| Cín | 231,9 |
| Platina | 1769,3 |
| Rtuť | –38,9 |
| Vést | 327,4 |
| stříbrný | 961,9 |
| Ocel | 1300-1500 |
| Zinek | 419,5 |
| Litina | 1100-1300 |
Při tavení kovu pro výrobu kovových výrobků-odlitků závisí na teplotě tavení volba zařízení, materiálu pro tváření kovů atd. Je třeba také pamatovat na to, že při legování kovu s jinými prvky dochází nejčastěji k poklesu teploty tání.
Zajímavý fakt
Nezaměňujte pojmy „bod tání kovu“ a „bod varu kovu“ - u mnoha kovů se tyto vlastnosti výrazně liší: například stříbro taje při teplotě 961 stupňů Celsia a vaří se pouze při zahřátí na 2180 stupňů.
Teplota tání kovu je minimální teplota, při které se mění z pevné látky na kapalinu. Během tavení se jeho objem prakticky nemění. Kovy jsou klasifikovány podle bodu tání v závislosti na stupni zahřátí.
tavitelné kovy
Tavné kovy mají bod tání pod 600 °C. Jedná se o zinek, cín, vizmut. Takové kovy lze roztavit doma zahřátím na sporáku nebo pomocí páječky. Tavné kovy se používají v elektronice a strojírenství ke spojování kovových prvků a drátů pro pohyb elektrického proudu. Teplota tání cínu je 232 stupňů a zinku 419.
Středně tající kovy
Středně tající kovy začínají přecházet z pevného do kapalného skupenství při teplotách od 600 °C do 1600 °C. Používají se k výrobě desek, armatur, bloků a jiných kovových konstrukcí vhodných pro stavbu. Do této skupiny kovů patří železo, měď, hliník, jsou také součástí mnoha slitin. Měď se přidává do slitin drahých kovů, jako je zlato, stříbro a platina. Zlato 750 obsahuje 25 % slitinových kovů, včetně mědi, která mu dodává načervenalý odstín. Teplota tání tohoto materiálu je 1084 °C. A hliník se začne tavit při relativně nízké teplotě 660 stupňů Celsia. Je to lehký, tažný a levný kov, který neoxiduje a nerezaví, proto se hojně používá při výrobě nádobí. Teplota tání železa je 1539 stupňů. Patří mezi nejoblíbenější a cenově dostupné kovy, jeho použití je rozšířené ve stavebnictví a automobilovém průmyslu. Ale vzhledem k tomu, že železo podléhá korozi, musí být dále zpracováno a pokryto ochrannou vrstvou barvy, zasychající olej nebo vlhkost by se neměla dostat dovnitř.
Žáruvzdorné kovy
Teplota žáruvzdorných kovů je nad 1600°C. Jedná se o wolfram, titan, platinu, chrom a další. Používají se jako světelné zdroje, strojní součásti, maziva a v jaderném průmyslu. Vyrábějí se z nich dráty, vysokonapěťové dráty a používají se k tavení jiných kovů s nižším bodem tání. Platina se začíná měnit z pevné látky na kapalnou při 1769 stupních a wolfram při 3420°C.
Rtuť je jediný kov, který je za normálních podmínek, jmenovitě za normálního atmosférického tlaku a průměrné okolní teploty, v kapalném stavu. Teplota tání rtuti je minus 39°C. Tento kov a jeho výpary jsou jedovaté, proto se používá pouze v uzavřených nádobách nebo v laboratořích. Běžné použití rtuti je jako teploměr pro měření tělesné teploty.
