Metallurgiatööstuses on protsessi odavuse ja suhtelise lihtsuse tõttu üheks põhivaldkonnaks metallide ja nende sulamite valamine. Valada saab erinevate mõõtmetega vorme, alates väikestest kuni suurteni; see sobib nii masstootmiseks kui ka kohandatud tootmiseks.
Valamine on üks vanimaid metallidega töötamise valdkondi ja algab umbes pronksiajal: 7-3 aastatuhandel eKr. e. Sellest ajast peale on avastatud palju materjale, mis on toonud kaasa tehnoloogia arengu ja suurenenud nõudmised valutööstusele.
Tänapäeval on palju valusuundi ja -tüüpe, mis erinevad üksteisest tehnoloogiline protsess. Üks asi jääb muutumatuks - metallide füüsikaline omadus muutuda tahkest vedelikuks ja on oluline teada, millisel temperatuuril sulamine algab erinevad tüübid metallid ja nende sulamid.
metalli sulatusprotsess
See protsess viitab aine üleminekule tahkest olekust vedelasse. Sulamistemperatuuri saavutamisel võib metall olla nii tahkes kui ka vedelas olekus, edasine tõus toob kaasa materjali täieliku ülemineku vedelikuks.
Sama juhtub ka tahkumisel - sulamispiiri saavutamisel hakkab aine liikuma vedelast olekust tahkesse olekusse ja temperatuur ei muutu kuni täieliku kristalliseerumiseni.
Samas tuleb meeles pidada, et see reegel kehtib ainult metallile. Sulamitel pole selget temperatuuripiiri ja need muudavad olekuid teatud vahemikus:
- Solidus - temperatuurijoon, mille juures sulami kõige sulavam komponent hakkab sulama.
- Liquidus on kõigi komponentide lõplik sulamistemperatuur, millest madalamal hakkavad ilmuma sulami esimesed kristallid.
Selliste ainete sulamistemperatuuri on võimatu täpselt mõõta, olekute üleminekupunkt näitab numbrilist intervalli.
Sõltuvalt temperatuurist, mille juures metallide sulamine algab, jagatakse need tavaliselt järgmisteks osadeks:
- Sulatav, kuni 600 °C. Nende hulka kuuluvad tsink, plii ja teised.
- Keskmiselt sulav, kuni 1600 °C. Levinumad sulamid ja metallid nagu kuld, hõbe, vask, raud, alumiinium.
- Tulekindel, üle 1600 °C. Titaan, molübdeen, volfram, kroom.
Samuti on olemas keemispunkt – punkt, kus sulametall hakkab üle minema gaasilisse olekusse. See on väga kõrge temperatuur, tavaliselt 2 korda kõrgem sulamistemperatuurist.
Rõhu mõju
Sulamistemperatuur ja sellega võrdne tahkumistemperatuur sõltuvad rõhust, suurenedes selle tõusuga. Selle põhjuseks on asjaolu, et rõhu tõustes lähenevad aatomid üksteisele ja kristallvõre hävitamiseks tuleb need eemale viia. Suurenenud rõhu korral on vaja rohkem soojusliikumise energiat ja sellele vastav sulamistemperatuur tõuseb.
On erandeid, kui vedelasse olekusse minekuks vajalik temperatuur langeb rõhu tõusuga. Selliste ainete hulka kuuluvad jää, vismut, germaanium ja antimon.
Sulamistemperatuuri tabel
Kõigil terasetööstusega seotud isikutel, olgu see siis keevitaja, valutööline, sulataja või juveliir, on oluline teada temperatuure, mille juures materjalid, millega nad töötavad, sulavad. Allolevas tabelis on loetletud kõige levinumate ainete sulamistemperatuurid.
Metallide ja sulamite sulamistemperatuuride tabel
| Nimi | T pl, °C |
|---|---|
| Alumiiniumist | 660,4 |
| Vask | 1084,5 |
| Tina | 231,9 |
| Tsink | 419,5 |
| Volfram | 3420 |
| Nikkel | 1455 |
| Hõbedane | 960 |
| Kuldne | 1064,4 |
| Plaatina | 1768 |
| Titaan | 1668 |
| Duralumiinium | 650 |
| Süsinikteras | 1100−1500 |
| 1110−1400 | |
| Raud | 1539 |
| elavhõbe | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Tsirkoonium | 3530 |
| Räni | 1414 |
| Nikroom | 1400 |
| Vismut | 271,4 |
| Germaanium | 938,2 |
| tina | 1300−1500 |
| Pronks | 930−1140 |
| Koobalt | 1494 |
| Kaalium | 63 |
| Naatrium | 93,8 |
| Messing | 1000 |
| Magneesium | 650 |
| Mangaan | 1246 |
| Kroom | 2130 |
| Molübdeen | 2890 |
| Plii | 327,4 |
| Berüllium | 1287 |
| võidab | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimon | 630,6 |
| titaankarbiid | 3150 |
| tsirkooniumkarbiid | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
Lisaks sulatuslauale on palju muid abimaterjale. Näiteks küsimusele, milline on raua keemispunkt, peitub vastus keemisainete tabelis. Lisaks keemisele on metallidel mitmeid muid füüsikalisi omadusi, näiteks tugevus.
Lisaks võimele minna üle tahkest olekust vedelasse on materjali üheks oluliseks omaduseks selle tugevus – tahke keha võime seista vastu hävingule ja pöördumatutele kujumuutustele. Peamiseks tugevusnäitajaks peetakse eellõõmutatud tooriku purunemisel tekkivat takistust. Tugevuse mõiste ei kehti elavhõbeda kohta, kuna see on vedelas olekus. Tugevuse tähistus on aktsepteeritud MPa - Mega Pascals.
Seal on järgmised metallide tugevusrühmad:
- Habras. Nende takistus ei ületa 50 MPa. Nende hulka kuuluvad tina, plii, pehmed leelismetallid
- Vastupidav, 50-500 MPa. Vask, alumiinium, raud, titaan. Selle rühma materjalid on paljude struktuursete sulamite aluseks.
- Kõrge tugevusega, üle 500 MPa. Näiteks molübdeeni ja.
Metalli tugevustabel
Levinumad sulamid igapäevaelus
Nagu tabelist näha, on elementide sulamistemperatuurid väga erinevad isegi igapäevaelus sageli leiduvate materjalide puhul.
Seega on elavhõbeda minimaalne sulamistemperatuur -38,9 ° C, seega on see toatemperatuuril juba vedelas olekus. See seletab asjaolu, et majapidamistermomeetritel on madalam -39 kraadi Celsiuse järgi: selle indikaatori all muutub elavhõbe tahkeks olekuks.
Joodised, mida kasutatakse kõige sagedamini koduseks kasutamiseks, mille koostises on märkimisväärne protsent tina sisaldusest, mille sulamistemperatuur on 231,9 ° C, nii et suurem osa joodistest sulab jootekolvi töötemperatuuril 250–400 ° C.
Lisaks on madala sulamistemperatuuriga jooteid, mille sulamispiir on kuni 30 ° C, ja neid kasutatakse siis, kui joodetud materjalide ülekuumenemine on ohtlik. Nendel eesmärkidel on vismutiga joodised ja nende materjalide sulamistemperatuur on vahemikus 29,7–120 ° C.
Suure süsinikusisaldusega materjalide sulamistemperatuur on sõltuvalt legeerivatest komponentidest vahemikus 1100–1500 °C.
Metallide ja nende sulamite sulamistemperatuurid on väga laias temperatuurivahemikus väga madalast temperatuurist (elavhõbe) kuni mitme tuhande kraadi piirini. Nende näitajate ja ka muude füüsikaliste omaduste tundmine on metallurgia valdkonnas töötavate inimeste jaoks väga oluline. Näiteks on kulla ja muude metallide sulamistemperatuuri teadmine kasulik juveliiridele, rullikutele ja sulatajatele.
Metallidel on mitmeid originaalseid omadusi, mis on nendele materjalidele ainulaadsed. Seal on metallide sulamistemperatuur, mille juures kristallvõre hävib. Aine säilitab mahu, kuid vormi püsivusest ei saa enam rääkida.
Puhtal kujul on üksikud metallid äärmiselt haruldased. Praktikas kasutatakse sulameid. Neil on teatud erinevused puhastest ainetest. Komplekssete ühendite moodustumisel kombineeritakse omavahel kristallvõred. Seetõttu võivad sulamite omadused koostiselementidest oluliselt erineda. Sulamistemperatuur ei jää enam konstantseks väärtuseks, see sõltub sulamis sisalduvate koostisosade kontsentratsioonist.
Temperatuuriskaala mõiste
Sarnased omadused on ka mõnel mittemetallist objektil. Kõige tavalisem on vesi. Maal domineerival positsioonil oleva vedeliku omaduste kohta on välja töötatud temperatuuriskaala. Võrdluspunktid on vee agregaatide oleku muutumise temperatuur:
- Teisendusi vedelast tahkeks ja vastupidi võetakse null kraadina.
- Keetmine (aurustumine vedeliku sees) normaalsel atmosfäärirõhul (760 mm Hg) loetakse 100 ⁰С.
Tähelepanu! Lisaks Celsiuse skaalale mõõdetakse praktikas temperatuuri Fahrenheiti kraadides ja absoluutsel Kelvini skaalal. Kuid metallesemete omaduste uurimisel kasutatakse muid kaalusid üsna harva.
Metallist kristallvõred
Tahket ainet iseloomustab püsivus:
- kuju, säilitab objekt lineaarsed mõõtmed erinevad tingimused;
- maht, objekt ei muuda hõivatud aine kogust;
- massid, aine kogus grammides (kilogrammides, tonnides);
- tihedus, on konstantne mass ruumalaühiku kohta.
Vedelasse olekusse üleminekul, saavutades teatud temperatuuri, kristallvõred hävivad. Nüüd ei saa te rääkida vormi püsivusest. Vedelik võtab selle vormi, milles see valatakse.
Aurustumisel jääb konstantseks ainult aine mass. Gaas võtab kogu sellele tarnitava mahu. Siin ei saa väita, et tihedus on konstantne väärtus.
Vedelike kombineerimisel on võimalikud järgmised valikud:
- Vedelikud lahustuvad täielikult üksteises, nii käituvad vesi ja alkohol. Kogu mahu ulatuses on ainete kontsentratsioon sama.
- Vedelikud on tihedusega kihistunud, ühendus toimub ainult liideses. Ainult ajutiselt saate mehaanilist segu. Erinevate omadustega vedelike segamisel. Näiteks õli ja vesi.
Metallid moodustavad vedelas olekus sulameid. Sulami saamiseks peab iga komponent olema vedelas olekus. Sulamites on võimalikud ühe täieliku lahustumine teiseks. Võimalused ei ole välistatud, kui sulam saadakse ainult intensiivse segamise tulemusena. Sel juhul ei ole sulami kvaliteet garanteeritud, seetõttu püütakse mitte segada komponente, mis ei võimalda saada stabiilseid sulameid.
Saadud üksteises lahustuvad ained moodustavad tahkestamisel uut tüüpi kristallvõre. Määrake:
- Heliotsentrilised kristallvõred, neid nimetatakse ka kehakeskseteks. Keskel on ühe aine molekul ja ümber veel neli teise aine molekuli. Selliseid võre on tavaks nimetada lahtiseks, kuna neis on metallimolekulide vaheline side nõrgem.
- Näokesksed kristallvõred moodustavad ühendeid, mille komponentide molekulid paiknevad tahkudel. Metaliteadlased nimetavad selliseid kristallilisi sulameid tihedateks. Tegelikkuses võib sulami tihedus olla suurem kui iga koostises sisalduva komponendi tihedus (keskaja alkeemikud otsisid sulameid, mille tihedus vastaks kulla tihedusele).
Metallide sulamistemperatuur
Erinevatel ainetel on erinev sulamistemperatuur. Metallid on tavaks jagada järgmisteks osadeks:
- Sulatav - vedelal kujul aine saamiseks piisab nende kuumutamisest temperatuurini 600 ⁰С.
- Keskmiselt sulavad metallid sulavad temperatuurivahemikus 600…1600 ⁰С.
- Tulekindlad on metallid, mis võivad sulada temperatuuril üle 1600 ⁰С.
Tabelis on toodud kergsulavad metallid kasvavas järjekorras. Siin näete, et kõige ebatavalisem metall on elavhõbe (Hg). Normaaltingimustes on see vedelas olekus. Sellel metallil on madalaim sulamistemperatuur.
Tabel 1, madalsulavate metallide sulamis- ja keemistemperatuurid:
Tabel 2, keskmiselt sulavate metallide sulamis- ja keemistemperatuurid:
Tabel 3, tulekindlate metallide sulamis- ja keemistemperatuurid:
Sulamisprotsessi läbiviimiseks kasutatakse erinevaid seadmeid. Näiteks toormalmi sulatamiseks kasutatakse kõrgahjusid. Värviliste metallide sulatamiseks toimub sisemine kuumutamine voolude abil kõrgsagedus.
Mittemetallilistest materjalidest valmistatud vormides on tahkes olekus värvilisi metalle. Nende ümber tekib vahelduv mikrolainemagnetväli. Selle tulemusena hakkavad kristallvõred lahti minema. Aine molekulid hakkavad liikuma, mis põhjustab kogu massi sees kuumenemist.
Kui on vaja sulatada väike kogus madala sulamistemperatuuriga metalle, kasutatakse muhvelahjusid. Nendes tõuseb temperatuur 1000 ... 1200 ⁰С-ni, mis on piisav värviliste metallide sulatamiseks.
Mustmetalle sulatatakse konvektorites, lahtise koldega ahjudes ja induktsioonahjudes. Protsessiga kaasneb legeerivate komponentide lisamine, mis parandavad metalli kvaliteeti.
Kõige keerulisem on töötada tulekindlate metallidega. Probleem on selles, et peate kasutama materjale, mille temperatuur on kõrgem kui metalli enda sulamistemperatuur. Praegu lennundustööstus käsitleb titaani (Ti) kasutamist konstruktsioonimaterjalina. Kell suur kiirus lend atmosfääris, nahk kuumeneb. Seetõttu on vaja alumiiniumi ja selle sulamite (AL) asendamist.
Selle rahuloleva kergmetalli maksimaalne sulamistemperatuur tõmbab disainereid ligi. Seetõttu arendavad tehnoloogid tehnoloogilisi protsesse ja seadmeid titaanist ja selle sulamitest detailide tootmiseks.
metallisulamid
Sulamitest toodete kujundamiseks uuritakse esmalt nende omadusi. Väikestes anumates uurimiseks sulatatakse uuritud metallid üksteise suhtes erinevates vahekordades. Selle tulemusena koostatakse graafikud.
Alumine telg tähistab komponendi A kontsentratsiooni koos komponendiga B. Temperatuuri vaadeldakse vertikaalselt. Siin märgitakse maksimaalse temperatuuri väärtused, kui kogu metall on sulas olekus.
Jahtumisel hakkab üks komponentidest kristalle moodustama. Eutektika on vedelas olekus – ideaalne metallide kombinatsioon sulamis.
Metaliteadlased eristavad komponentide erilist suhet, mille sulamistemperatuur on minimaalne. Sulamite valmistamisel püütakse valida kasutatavate ainete kogust, et saada eutektoidne sulam. Tema mehaanilised omadused parim võimalik. Kristallvõred moodustavad aatomite ideaalse näo-keskse positsiooni.
Kristalliseerumisprotsessi uuritakse proovide jahutamisel kõvenemise uurimisega. Nad koostavad spetsiaalseid graafikuid, kus nad jälgivad, kuidas jahutuskiirus muutub. Erinevate sulamite jaoks on valmis skeemid. Märgistades kristalliseerumise algus- ja lõpp-punktid, määrake sulami koostis.
Puidu sulandumine
1860. aastal otsis Ameerika hambatehnik Barnabas Wood optimaalset koostisainete vahekorda, et valmistada klientidele hambaid madalaima sulamistemperatuuriga. Ta leidis sulami, mille sulamistemperatuur on vaid 60,2 ... 68,5 ⁰С. Isegi kuumas vees sulab metall kergesti. See sisaldab:
- tina - 12,5 ... 12,7%;
- plii - 24,5 ... 25,0%;
- vismut - 49,5 ... 50,3%;
- kaadmium - 12,5 ... 12,7%.
Sulam on huvitav oma madala temperatuuri poolest, kuid pole leidnud praktilist rakendust. Tähelepanu! Kaadmium ja plii on raskemetallid, nendega kokkupuude ei ole soovitatav. Paljud inimesed võivad kaadmiumiga kokkupuutel mürgistuse saada.
Sulamid jootmiseks
Praktikas seisavad paljud osade jootmisel silmitsi sulamisega. Kui ühendatavate materjalide pinnad puhastatakse lisanditest ja oksiididest, siis ei ole nende jootmine joodistega keeruline. Joodised on tavaks jagada kõvadeks ja pehmeteks jooteks. Pehmed on kõige levinumad:
- 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.
Neid toodetakse erinevaid raadiotehnika seadmeid tootvatele ettevõtetele.
Tsingil, vasel, hõbedal ja vismutil põhinevatel kõvajoodistel on kõrgem sulamistemperatuur:
- 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.
Kõvajoodiste kasutamine võimaldab saada tugevaid ühendusi.
Tähelepanu! Cp tähendab, et joodise koostises kasutatakse hõbedat. Sellistel sulamitel on minimaalne elektritakistus.
Mittemetallide sulamistemperatuur
Mittemetallist materjalid võib esitada tahkel ja vedelal kujul. Anorgaanilised ained on esitatud tabelis. neli.
Tabel 4, anorgaaniliste mittemetallide sulamistemperatuur:
Praktikas on kasutajad kõige rohkem huvitatud orgaanilistest materjalidest: polüetüleen, polüpropüleen, vaha, parafiin ja teised. Mõnede ainete sulamistemperatuur on näidatud tabelis. 5.
Tabel 5, polümeersete materjalide sulamistemperatuur:
Tähelepanu! Klaasistumistemperatuuri all mõistetakse seisundit, mil materjal muutub rabedaks.
Video: tuntud metallide sulamistemperatuur.
Järeldus
- Sulamistemperatuur sõltub aine enda olemusest. Enamasti on see konstantne väärtus.
- Praktikas ei kasutata mitte puhtaid metalle, vaid nende sulameid. Tavaliselt on neil palju paremad omadused kui puhtal metallil.
- esimene konstruktsioonimaterjali tähtsuse ja levimuse poolest. See on tuntud iidsetest aegadest ja selle omadused on sellised, et kui rauda õpiti sulatama märkimisväärses koguses, asendas metall kõik muud sulamid. Rauaaeg on kätte jõudnud ja selle järgi otsustades ei lõpe see aeg niipea. See artikkel räägib teile, milline on raua erikaal, mis on selle sulamistemperatuur puhtal kujul.
Raud on tüüpiline metall ja keemiliselt aktiivne. Aine reageerib normaalsel temperatuuril ning kuumutamine või niiskuse suurendamine suurendab oluliselt selle reaktsioonivõimet. Raud korrodeerub õhus, põleb puhta hapniku atmosfääris ning peentolmu kujul võib see ka õhus süttida.
Puhas raud on tempermalm, kuid sellisel kujul on metall väga haruldane. Tegelikult on raud sulam, mille lisandite osakaal on väike - kuni 0,8%, mida iseloomustab puhta aine pehmus ja vormitavus. Rahvamajanduse jaoks on olulised süsinikuga sulamid - teras, malm, roostevaba teras.
Polümorfism on rauale omane: seal on kuni 4 modifikatsiooni, mis erinevad struktuuri ja võre parameetrite poolest:
- α-Fe - eksisteerib nullist kuni +769 C. Sellel on kehakeskne kuupvõre ja see on ferromagnet, see tähendab, et see säilitab magnetiseerituse välise magnetvälja puudumisel. +769 С – Curie punktid metallile;
- +769 kuni +917 C ilmub β-Fe. See erineb α-faasist ainult võre parameetrite poolest. Peaaegu kõik füüsikalised omadused samas säilivad need, välja arvatud magnetilised: rauast saab paramagnet ehk ta kaotab oma magnetiseerumisvõime ja tõmbub magnetvälja. Metalliteadus ei käsitle β-faasi eraldi modifikatsioonina. Kuna üleminek ei mõjuta olulisi füüsilisi omadusi;
- vahemikus 917–1394 C esineb γ-modifikatsioon, mida iseloomustab näokeskne kuupvõre;
- temperatuuril üle +1394 C tekib δ-faas, mida iseloomustab kehakeskne kuupvõre.
Kõrgel rõhul, samuti metalli legeerimisel mõne lisandiga, moodustub ε-faas kuusnurkse tihedalt pakitud võrega.
Temperatuur faasisiirded muutub sama süsinikuga legeerimisel märgatavalt. Tegelikult on raua võime moodustada nii palju modifikatsioone terase töötlemisel erinevates temperatuuritingimustes. Ilma selliste üleminekuteta poleks metall nii laialt levinud.
Nüüd on käes raudmetalli omaduste kord.
See video räägib raua struktuurist:
Metalli omadused ja omadused
Raud on üsna kerge, mõõdukalt tulekindel metall, värvuselt hõbehall. See reageerib kergesti lahjendatud hapetega ja seetõttu peetakse seda keskmise aktiivsusega elemendiks. Kuivas õhus kaetakse metall järk-järgult oksiidkilega, mis takistab edasist reaktsiooni.
Kuid väikseima niiskuse korral ilmub kile asemel rooste - lahtine ja koostiselt heterogeenne. Rooste ei takista raua edasist korrosiooni. Metalli ja mis kõige tähtsam – süsinikuga sulamite füüsikalised omadused on aga sellised, et vaatamata madalale korrosioonikindlusele on raua kasutamine enam kui õigustatud.
Mass ja tihedus
Raua molekulmass on 55,8, mis näitab aine suhtelist kergust. Mis on raua tihedus? Selle indikaatori määrab faasimuutus:
- α-Fe - 7,87 g / cu. cm 20 C juures ja 7,67 g/cu. cm 600 C juures;
- γ-faasi eristab veelgi väiksem tihedus - 7,59 g / cc 1000 C juures;
- δ-faasi tihedus on 7,409 g/cm3.
Temperatuuri tõustes raua tihedus loomulikult väheneb.
Ja nüüd uurime välja, milline on raua sulamistemperatuur Celsiuse kraadides, võrreldes seda näiteks malmi või malmiga.
Temperatuuri vahemik
Metall on klassifitseeritud mõõdukalt tulekindlaks, mis tähendab agregatsiooni oleku muutumise suhteliselt madalat temperatuuri:
- sulamistemperatuur - 1539 C;
- keemistemperatuur - 2862 C;
- Curie temperatuur, see tähendab magnetiseerimisvõime kaotus - 719 C.
Tuleb meeles pidada, et sulamis- või keemistemperatuurist rääkides on tegemist aine δ-faasiga.
See video räägib teile füüsilisest ja keemilised omadused nääre:
Mehaanilised omadused
Raud ja selle sulamid on nii levinud, et kuigi neid hakati kasutama hiljem kui näiteks ja, sai neist omamoodi standard. Kui metalle võrrelda, siis osutavad need rauale: tugevam kui teras, 2 korda pehmem kui raud jne.
Väikeses koguses lisandeid sisaldava metalli karakteristikud on antud:
- kõvadus Mohsi skaalal - 4–5;
- Brinelli kõvadus - 350-450 Mn / sq. m. Pealegi on keemiliselt puhtal raual kõrgem kõvadus - 588–686;
Tugevusnäitajad sõltuvad väga palju lisandite kogusest ja olemusest. Seda väärtust reguleerib GOST iga sulami või puhta metalli kaubamärgi jaoks. Seega on legeerimata terase maksimaalne survetugevus 400–550 MPa. Selle klassi karastamise korral suureneb tõmbetugevus 700 MPa-ni.
- metalli löögitugevus on 300 MN/sq m;
- voolavuspiir –100 MN/sq. m.
Saame lähemalt teada, mida on vaja raua erisoojusmahu määramiseks.
Soojusmahtuvus ja soojusjuhtivus
Nagu iga metall, juhib raud soojust, kuigi selle jõudlus selles piirkonnas on madal: soojusjuhtivuse poolest on metall halvem kui alumiinium - 2 korda vähem ja - 5 korda.
Soojusjuhtivus 25°C juures on 74,04 W/(m·K). Väärtus sõltub temperatuurist;
- 100 K juures on soojusjuhtivus 132 [W/(m.K)];
- temperatuuril 300 K - 80,3 [W / (m.K)];
- 400-69,4 [W/(m.K)];
- ja 1500-31,8 [W/(m.K)].
- Soojuspaisumistegur 20 C juures on 11,7 10-6.
- Metalli soojusmahtuvuse määrab selle faasi struktuur ja see sõltub üsna keeruliselt temperatuurist. Kui temperatuur tõuseb 250 C-ni, suureneb soojusmahtuvus aeglaselt, seejärel suureneb järsult kuni Curie punktini ja hakkab seejärel vähenema.
- Erisoojusmahtuvus temperatuurivahemikus 0 kuni 1000C on 640,57 J/(kg K).
Elektrijuhtivus
Raud juhib voolu, kuid mitte peaaegu nii hästi kui vask ja hõbe. Metalli elektriline eritakistus tavatingimustes on 9,7 10-8 oomi m.
Kuna raud on ferromagnet, on selle jõudlus selles valdkonnas olulisem:
- küllastuse magnetinduktsioon on 2,18 T;
- magnetiline läbilaskvus - 1,45,106.
Toksilisus
Metall ei kujuta inimkehale ohtu. teras ja raudtoodete valmistamine võivad olla ohtlikud, kuid ainult kõrgete temperatuuride ja nende lisandite tõttu, mida kasutatakse erinevate sulamite tootmisel. Rauajäätmed - vanametalli, kujutavad endast ohtu keskkond, kuid üsna mõõdukas, kuna metall roostetab õhu käes.
Raual puudub bioloogiline inertsus, seetõttu ei kasutata seda proteesimise materjalina. Kuid inimkehas mängib see element ühte kriitilised rollid: raua imendumise rikkumine või selle ebapiisav kogus toidus tagab parimal juhul aneemia.
Raud imendub suurte raskustega - 5-10% kogu organismi tarnitavast kogusest või 10-20% selle puuduse korral.
- Tavaline päevane rauavajadus on meestel 10 mg ja naistel 20 mg.
- Toksiline annus on 200 mg päevas.
- Surmav - 7-35 g Sellises koguses rauda on peaaegu võimatu kätte saada, seega on rauamürgitus äärmiselt haruldane.
Raud on metall, mille füüsikalisi omadusi, eelkõige tugevust, saab mehaanilise töötlemise või väga väikese koguse legeerivate elementide lisamisega oluliselt muuta. See omadus koos metalli kättesaadavuse ja lihtsusega teeb rauast kõige nõudlikumaks konstruktsioonimaterjaliks.
Raua omaduste kohta räägib spetsialist lähemalt allolevast videost:
Metallurgiatööstuses on protsessi odavuse ja suhtelise lihtsuse tõttu üheks põhivaldkonnaks metallide ja nende sulamite valamine. Valada saab erinevate mõõtmetega vorme, alates väikestest kuni suurteni; see sobib nii masstootmiseks kui ka kohandatud tootmiseks.
Valamine on üks vanimaid metallidega töötamise valdkondi ja algab umbes pronksiajal: 7-3 aastatuhandel eKr. e. Sellest ajast peale on avastatud palju materjale, mis on toonud kaasa tehnoloogia arengu ja suurenenud nõudmised valutööstusele.
Tänapäeval on palju valusuundi ja -tüüpe, mis erinevad tehnoloogilise protsessi poolest. Üks asi jääb muutumatuks – metallide füüsikaline omadus minna tahkest olekust vedelasse ning oluline on teada, millisel temperatuuril algab eri tüüpi metallide ja nende sulamite sulamine.
metalli sulatusprotsess
See protsess viitab aine üleminekule tahkest olekust vedelasse. Sulamistemperatuuri saavutamisel võib metall olla nii tahkes kui ka vedelas olekus, edasine tõus toob kaasa materjali täieliku ülemineku vedelikuks.
Sama juhtub ka tahkumisel - sulamispiiri saavutamisel hakkab aine liikuma vedelast olekust tahkesse olekusse ja temperatuur ei muutu kuni täieliku kristalliseerumiseni.
Tuleb meeles pidada, et see reegel kehtib ainult puhta metalli kohta. Sulamitel ei ole selget temperatuuripiiri ja need teevad olekute üleminekut mingi vahemik:
- Solidus - temperatuurijoon, mille juures sulami kõige sulavam komponent hakkab sulama.
- Liquidus on kõigi komponentide lõplik sulamistemperatuur, millest madalamal hakkavad ilmuma sulami esimesed kristallid.
Selliste ainete sulamistemperatuuri on võimatu täpselt mõõta, olekute üleminekupunkt näitab numbrilist intervalli.
Sõltuvalt temperatuurist, mille juures metallide sulamine algab, need jagunevad:
- Sulatav, kuni 600 °C. Nende hulka kuuluvad tina, tsink, plii ja teised.
- Keskmiselt sulav, kuni 1600 °C. Levinumad sulamid ja metallid nagu kuld, hõbe, vask, raud, alumiinium.
- Tulekindel, üle 1600 °C. Titaan, molübdeen, volfram, kroom.
Samuti on olemas keemispunkt – punkt, kus sulametall hakkab üle minema gaasilisse olekusse. See on väga kõrge temperatuur, tavaliselt 2 korda kõrgem sulamistemperatuurist.
Rõhu mõju
Sulamistemperatuur ja sellega võrdne tahkumistemperatuur sõltuvad rõhust, suurenedes selle tõusuga. Selle põhjuseks on asjaolu, et rõhu tõustes lähenevad aatomid üksteisele ja kristallvõre hävitamiseks tuleb need eemale viia. Suurenenud rõhu korral on vaja rohkem soojusliikumise energiat ja sellele vastav sulamistemperatuur tõuseb.
On erandeid, kui vedelasse olekusse minekuks vajalik temperatuur langeb rõhu tõusuga. Selliste ainete hulka kuuluvad jää, vismut, germaanium ja antimon.
Sulamistemperatuuri tabel
Kõigil terasetööstusega seotud isikutel, olgu see siis keevitaja, valutööline, sulataja või juveliir, on oluline teada temperatuure, mille juures materjalid, millega nad töötavad, sulavad. Allolevas tabelis on loetletud kõige levinumate ainete sulamistemperatuurid.
Sulamistemperatuuri tabel metallid ja sulamid
| Nimi | T pl, °C |
|---|---|
| Alumiiniumist | 660,4 |
| Vask | 1084,5 |
| Tina | 231,9 |
| Tsink | 419,5 |
| Volfram | 3420 |
| Nikkel | 1455 |
| Hõbedane | 960 |
| Kuldne | 1064,4 |
| Plaatina | 1768 |
| Titaan | 1668 |
| Duralumiinium | 650 |
| Süsinikteras | 1100−1500 |
| Malm | 1110−1400 |
| Raud | 1539 |
| elavhõbe | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Tsirkoonium | 3530 |
| Räni | 1414 |
| Nikroom | 1400 |
| Vismut | 271,4 |
| Germaanium | 938,2 |
| tina | 1300−1500 |
| Pronks | 930−1140 |
| Koobalt | 1494 |
| Kaalium | 63 |
| Naatrium | 93,8 |
| Messing | 1000 |
| Magneesium | 650 |
| Mangaan | 1246 |
| Kroom | 2130 |
| Molübdeen | 2890 |
| Plii | 327,4 |
| Berüllium | 1287 |
| võidab | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimon | 630,6 |
| titaankarbiid | 3150 |
| tsirkooniumkarbiid | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
Lisaks sulatuslauale on palju muid abimaterjale. Näiteks küsimusele, milline on raua keemispunkt, peitub vastus keemisainete tabelis. Lisaks keemisele on metallidel mitmeid muid füüsikalisi omadusi, näiteks tugevus.
Metalli tugevus
Lisaks võimele minna üle tahkest olekust vedelasse on materjali üheks oluliseks omaduseks selle tugevus – tahke keha võime seista vastu hävingule ja pöördumatutele kujumuutustele. Peamiseks tugevusnäitajaks peetakse eellõõmutatud tooriku purunemisel tekkivat takistust. Tugevuse mõiste ei kehti elavhõbeda kohta, kuna see on vedelas olekus. Tugevuse tähistus on aktsepteeritud MPa - Mega Pascals.
Seal on järgmised rühmad metallide tugevus:
- Habras. Nende takistus ei ületa 50 MPa. Nende hulka kuuluvad tina, plii, pehmed leelismetallid
- Vastupidav, 50-500 MPa. Vask, alumiinium, raud, titaan. Selle rühma materjalid on paljude struktuursete sulamite aluseks.
- Kõrge tugevusega, üle 500 MPa. Näiteks molübdeen ja volfram.
Metalli tugevustabel
Levinumad sulamid igapäevaelus
Nagu tabelist näha, on elementide sulamistemperatuurid väga erinevad isegi igapäevaelus sageli leiduvate materjalide puhul.
Seega on elavhõbeda minimaalne sulamistemperatuur -38,9 ° C, seega on see toatemperatuuril juba vedelas olekus. See seletab asjaolu, et majapidamistermomeetritel on madalam -39 kraadi Celsiuse järgi: selle indikaatori all muutub elavhõbe tahkeks olekuks.
Koduses kasutuses kõige levinumad joodised sisaldavad märkimisväärses koguses tina, mille sulamistemperatuur on 231,9 ° C, nii et enamik jooteid sulab jootekolvi töötemperatuuril 250–400 ° C.
Lisaks on madala sulamistemperatuuriga jooteid, mille sulamispiir on kuni 30 ° C, ja neid kasutatakse siis, kui joodetud materjalide ülekuumenemine on ohtlik. Nendel eesmärkidel on vismutiga joodised ja nende materjalide sulamistemperatuur on vahemikus 29,7–120 ° C.
Suure süsinikusisaldusega materjalide sulamistemperatuur on sõltuvalt legeerivatest komponentidest vahemikus 1100–1500 °C.
Metallide ja nende sulamite sulamistemperatuurid on väga laias temperatuurivahemikus väga madalast temperatuurist (elavhõbe) kuni mitme tuhande kraadi piirini. Nende näitajate ja ka muude füüsikaliste omaduste tundmine on metallurgia valdkonnas töötavate inimeste jaoks väga oluline. Näiteks on kulla ja muude metallide sulamistemperatuuri teadmine kasulik juveliiridele, rullikutele ja sulatajatele.
Igal metallil või sulamil on ainulaadsed omadused, sealhulgas selle sulamistemperatuur. Sel juhul läheb objekt ühest olekust teise, konkreetsel juhul muutub see tahkest olekust vedelaks. Selle sulatamiseks on vaja sellesse tuua soojust ja kuumutada kuni soovitud temperatuuri saavutamiseni. Antud sulami soovitud temperatuuripunkti saavutamisel võib see siiski jääda tahkesse olekusse. Jätkuva kokkupuute korral hakkab see sulama.
Elavhõbedal on madalaim sulamistemperatuur - see sulab isegi temperatuuril -39 ° C, volframil on kõrgeim - 3422 ° C. Sulamite (teras ja teised) puhul määrake täpne näitajaäärmiselt raske. Kõik sõltub neis sisalduvate komponentide vahekorrast. Sulamite puhul kirjutatakse see numbrilise intervallina.
Kuidas protsess on
Elemendid, mis iganes need on: kuld, raud, malm, teras või mis tahes muu - sulavad umbes samamoodi. See juhtub välise või sisemise kütmisega. Väline küte toimub termoahjus. Sisemiseks kasutatakse takistuskütet, mis läbib elektrivoolu või induktsiooni kuumutamine kõrgsageduslikus elektromagnetväljas. Mõju on umbes sama.
Millal tekib soojenemine, suureneb molekulide termiliste vibratsioonide amplituud. Ilmuma võre struktuuri defektid millega kaasneb aatomitevaheliste sidemete katkemine. Võre hävimise ja defektide kuhjumise perioodi nimetatakse sulamiseks.
Sõltuvalt metallide sulamisastmest jagatakse need järgmisteks osadeks:
- sulav - kuni 600 ° C: plii, tsink, tina;
- keskmise sulamistemperatuuriga - 600 ° C kuni 1600 ° C: kuld, vask, alumiinium, malm, raud ja enamik elemente ja ühendeid;
- tulekindel - alates 1600 ° C: kroom, volfram, molübdeen, titaan.
Sõltuvalt maksimaalsest kraadist valitakse ka sulatusseade. See peaks olema seda tugevam, seda tugevam on küte.
Teine oluline väärtus on keemisaste. See on parameeter, mille juures vedelikud hakkavad keema. Reeglina on see kaks korda suurem sulamisaste. Need väärtused on üksteisega otseselt proportsionaalsed ja antakse tavaliselt normaalrõhul.
Kui rõhk tõuseb, suureneb ka sulamise hulk. Kui rõhk langeb, siis see väheneb.
Iseloomulik tabel
Metallid ja sulamid – asendamatud sepistamise alus, valukoda, ehted ja paljud teised tootmisvaldkonnad. Mida iganes kapten teeb ( kullast ehteid, malmist piirdeaiad, noad terasest või vasest käevõrud), jaoks õige toimimine ta peab teadma temperatuure, mille juures see või teine element sulab.
Selle parameetri väljaselgitamiseks peate lugema tabelit. Tabelist leiate ka keemisastme.
Igapäevaelus kõige sagedamini kasutatavate elementide hulgas on sulamistemperatuuri näitajad järgmised:
- alumiinium - 660 °C;
- vase sulamistemperatuur - 1083 °C;
- kulla sulamistemperatuur - 1063 ° C;
- hõbe - 960 °C;
- tina - 232 °C. Tihti kasutatakse jootmiseks tina, kuna töötava jootekolvi temperatuur on vaid 250–400 kraadi;
- plii - 327 °C;
- raua sulamistemperatuur - 1539 ° C;
- terase (raua ja süsiniku sulam) sulamistemperatuur - 1300 °C kuni 1500 °C. See kõikub sõltuvalt teraskomponentide küllastumisest;
- malmi sulamistemperatuur (ka raua ja süsiniku sulam) - 1100 ° C kuni 1300 ° C;
- elavhõbe - -38,9 ° C.
Nagu tabeli sellest osast selgub, on kõige sulavam metall elavhõbe, mis on positiivsetel temperatuuridel juba vedelas olekus.
Kõigi nende elementide keemisaste on peaaegu kaks korda kõrgem ja mõnikord isegi kõrgem kui sulamisaste. Näiteks kulla puhul on see 2660 ° C alumiiniumist -2519 °C, raua jaoks - 2900 ° C, vase jaoks - 2580 ° C, elavhõbeda jaoks - 356,73 ° C.
Selliste sulamite nagu teras, malm ja muud metallid puhul on arvutus ligikaudu sama ja sõltub komponentide suhtest sulamis.
Metallide maksimaalne keemistemperatuur on reenium -5596 °C. Kõrgeim keemispunkt on kõige tulekindlamatel materjalidel.
On tabeleid, mis näitavad ka metallide tihedus. Kergeim metall on liitium, raskeim osmium. Osmiumi tihedus on suurem kui uraanil ja plutooniumi toatemperatuuril vaadatuna. Kergmetallide hulka kuuluvad: magneesium, alumiinium, titaan. Raskmetallide hulka kuuluvad enamlevinud metallid: raud, vask, tsink, tina ja paljud teised. Viimane rühm- väga raskemetallid, sealhulgas: volfram, kuld, plii ja teised.
Teine tabelitest leitud näitaja on metallide soojusjuhtivus. Mis kõige hullem, neptuunium juhib soojust ja hõbe on parim soojusjuht. Kuld, teras, raud, malm ja muud elemendid jäävad nende kahe äärmuse vahele. Igaühe selged omadused leiate soovitud tabelist.
Sulamistemperatuur koos tihedusega, viitab füüsilised omadused metallid. Metalli sulamistemperatuur- temperatuur, mille juures metall läheb kuumutamisel tahkest olekust, milles ta on normaalses olekus (va elavhõbe), vedelasse olekusse. Sulamise ajal metalli maht praktiliselt ei muutu, seetõttu on sulamistemperatuuri normaalne temperatuur atmosfäärirõhk ei mõjuta.
Metallide sulamistemperatuur on vahemikus -39 kraadi Celsiuse järgi kuni +3410 kraadi. Enamiku metallide sulamistemperatuur on kõrge, kuid mõnda metalli saab sulatada ka kodus, kuumutades tavalisel põletil (tina, plii).
Metallide klassifitseerimine sulamistemperatuuri järgi
- sulavad metallid, mille sulamistemperatuur kõigub kuni 600 Celsiuse kraadid näiteks tsink, tina, vismut.
- Keskmiselt sulavad metallid, mis sulavad temperatuuril 600 kuni 1600 Celsiuse kraadid: näiteks alumiinium, vask, tina, raud.
- Tulekindlad metallid, mille sulamistemperatuur ulatub üle 1600 kraadi Celsiuse järgi - volfram, titaan, kroom ja jne.
- - ainus metall, mis on normaalsetes tingimustes (normaalne atmosfäärirõhk, keskmine ümbritseva õhu temperatuur) vedelas olekus. Elavhõbeda sulamistemperatuur on umbes -39 kraadi Celsiuse järgi.
Metallide ja sulamite sulamistemperatuuride tabel
| Metallist | sulamistemperatuur, kraadi Celsiuse järgi |
| Alumiiniumist | 660,4 |
| Volfram | 3420 |
| Duralumiinium | ~650 |
| Raud | 1539 |
| Kuldne | 1063 |
| Iriidium | 2447 |
| Kaalium | 63,6 |
| Räni | 1415 |
| Messing | ~1000 |
| sulav sulam | 60,5 |
| Magneesium | 650 |
| Vask | 1084,5 |
| Naatrium | 97,8 |
| Nikkel | 1455 |
| Tina | 231,9 |
| Plaatina | 1769,3 |
| elavhõbe | –38,9 |
| Plii | 327,4 |
| Hõbedane | 961,9 |
| Teras | 1300-1500 |
| Tsink | 419,5 |
| Malm | 1100-1300 |
Metalli sulatamisel metalltoodete-valandite valmistamisel sõltub sulamistemperatuurist seadmete, metalli vormimise materjali jms valik, samuti tuleb meeles pidada, et metalli legeerimisel teiste elementidega sulamistemperatuur kõige sagedamini langeb.
Huvitav fakt
Ärge ajage segi mõisteid "metalli sulamistemperatuur" ja "metalli keemistemperatuur" - paljude metallide puhul on need omadused oluliselt erinevad: näiteks hõbe sulab temperatuuril 961 kraadi Celsiuse järgi ja keeb ainult siis, kui kuumutamine jõuab 2180 kraadini.
Metalli sulamistemperatuur on minimaalne temperatuur, mille juures see muutub tahkest vedelaks. Sulamise ajal selle maht praktiliselt ei muutu. Metallid klassifitseeritakse sulamistemperatuuri järgi sõltuvalt kuumutamisastmest.
sulavad metallid
Sulavate metallide sulamistemperatuur on alla 600 °C. Need on tsink, tina, vismut. Selliseid metalle saab kodus sulatada pliidil kuumutades või jootekolvi kasutades. Sulavaid metalle kasutatakse elektroonikas ja inseneritöös metallelementide ja juhtmete ühendamiseks elektrivoolu liikumiseks. Tina sulamistemperatuur on 232 kraadi ja tsingil 419.
Keskmiselt sulavad metallid
Keskmiselt sulavad metallid hakkavad temperatuuridel 600–1600 °C muutuma tahkest olekust vedelaks. Nendest valmistatakse plaate, armatuurvardaid, plokke ja muid ehituseks sobivaid metallkonstruktsioone. Sellesse metallide rühma kuuluvad raud, vask, alumiinium, need on ka osa paljudest sulamitest. Vaske lisatakse väärismetallisulamitele nagu kuld, hõbe ja plaatina. 750 kuld sisaldab 25% legeeritud metalle, sealhulgas vaske, mis annab sellele punaka varjundi. Selle materjali sulamistemperatuur on 1084 °C. Ja alumiinium hakkab sulama suhteliselt madalal temperatuuril 660 kraadi Celsiuse järgi. See on kerge, plastiline ja odav metall, mis ei oksüdeeru ega roosteta, mistõttu seda kasutatakse laialdaselt nõude valmistamisel. Raua sulamistemperatuur on 1539 kraadi. See on üks populaarsemaid ja taskukohasemaid metalle, selle kasutamine on laialt levinud ehitus- ja autotööstuses. Kuid arvestades asjaolu, et raud on korrosioonile allutatud, tuleb seda täiendavalt töödelda ja katta kaitsva värvikihiga, kuivatusõli või niiskuse sissepääsu ei tohi lasta.
Tulekindlad metallid
Tulekindlate metallide temperatuur on üle 1600°C. Need on volfram, titaan, plaatina, kroom ja teised. Neid kasutatakse valgusallikatena, masinaosadena, määrdeainetena ja tuumatööstuses. Neid kasutatakse juhtmete, kõrgepingejuhtmete valmistamiseks ja teiste madalama sulamistemperatuuriga metallide sulatamiseks. Plaatina hakkab muutuma tahkest ainest vedelaks 1769 kraadi juures ja volfram 3420°C juures.
Elavhõbe on ainus metall, mis on normaalsetes tingimustes, nimelt normaalsel atmosfäärirõhul ja keskmisel ümbritseval temperatuuril, vedelas olekus. Elavhõbeda sulamistemperatuur on miinus 39°C. See metall ja selle aurud on mürgised, seetõttu kasutatakse seda ainult suletud anumates või laborites. Elavhõbedat kasutatakse tavaliselt termomeetrina kehatemperatuuri mõõtmiseks.
