A kohászati iparban az egyik fő terület a fémek és ötvözeteik öntése az olcsóság és az eljárás viszonylagos egyszerűsége miatt. Különböző méretű, kicsitől nagyig terjedő körvonalú formák önthetők; tömeggyártásra és egyedi gyártásra egyaránt alkalmas.
Az öntés a fémekkel végzett munka egyik legrégebbi területe, és a bronzkor környékén kezdődik: Kr.e. 7-3 évezredben. e. Azóta sok anyagot fedeztek fel, ami a technológia fejlődéséhez és az öntödei iparral szembeni megnövekedett igényekhez vezetett.
Manapság az öntésnek számos iránya és típusa létezik, amelyek különböznek egymástól technológiai folyamat. Egy dolog változatlan marad - a fémek fizikai tulajdonsága, hogy szilárdból folyékonyakká válnak, és fontos tudni, hogy milyen hőmérsékleten kezdődik az olvadás különböző típusok fémek és ötvözeteik.
fém olvasztási folyamat
Ez a folyamat egy anyag szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba való átmenetére utal. Az olvadáspont elérésekor a fém szilárd és folyékony halmazállapotú is lehet, a további növekedés az anyag teljes folyadékká alakulásához vezet.
Ugyanez történik a megszilárdulás során - az olvadási határ elérésekor az anyag folyékony halmazállapotból szilárd állapotba kerül, és a hőmérséklet nem változik a teljes kristályosodásig.
Ugyanakkor emlékezni kell arra ezt a szabályt csak csupasz fémre alkalmazható. Az ötvözetek nem rendelkeznek egyértelmű hőmérsékleti határokkal, és egy bizonyos tartományban átmenetet okoznak:
- Solidus - az a hőmérsékleti vonal, amelyen az ötvözet leginkább olvadó komponense olvadni kezd.
- A Liquidus az összes komponens végső olvadáspontja, amely alatt megjelennek az ötvözet első kristályai.
Az ilyen anyagok olvadáspontját nem lehet pontosan megmérni, az állapotok átmeneti pontja a numerikus intervallumot jelzi.
Attól függően, hogy milyen hőmérsékleten kezdődik a fémek olvadása, általában a következőkre oszthatók:
- Olvadó, 600 °C-ig. Ezek közé tartozik a cink, ólom és mások.
- Közepesen olvadó, 1600 °C-ig. A leggyakoribb ötvözetek és fémek, például arany, ezüst, réz, vas, alumínium.
- Tűzálló, 1600 °C felett. Titán, molibdén, volfrám, króm.
Van egy forráspont is - az a pont, ahol az olvadt fém elkezd gáz halmazállapotúvá válni. Ez nagyon magas hőmérséklet, jellemzően az olvadáspont kétszerese.
Nyomás befolyása
Az olvadási hőmérséklet és a vele megegyező megszilárdulási hőmérséklet a nyomástól függ, ennek növekedésével növekszik. Ez abból adódik, hogy a nyomás növekedésével az atomok közelednek egymáshoz, és a kristályrács tönkretételéhez el kell távolítani őket. Megnövelt nyomáson több hőmozgási energiára van szükség, és az ennek megfelelő olvadási hőmérséklet nő.
Vannak kivételek, amikor a folyékony állapotba kerüléshez szükséges hőmérséklet a nyomás növekedésével csökken. Ilyen anyagok a jég, a bizmut, a germánium és az antimon.
Olvadáspont táblázat
Bárki, aki az acéliparban tevékenykedik, legyen szó hegesztőről, öntödei munkásról, kohászról vagy ékszerészről, fontos, hogy ismerje, milyen hőmérsékleten olvadnak meg az általuk megmunkált anyagok. Az alábbi táblázat felsorolja a leggyakoribb anyagok olvadáspontját.
Fémek és ötvözetek olvadáspontjának táblázata
| Név | T pl, °C |
|---|---|
| Alumínium | 660,4 |
| Réz | 1084,5 |
| Ón | 231,9 |
| Cink | 419,5 |
| Volfrám | 3420 |
| Nikkel | 1455 |
| Ezüst | 960 |
| Arany | 1064,4 |
| Platina | 1768 |
| Titán | 1668 |
| Dúralumínium | 650 |
| Szénacél | 1100−1500 |
| 1110−1400 | |
| Vas | 1539 |
| Higany | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Cirkónium | 3530 |
| Szilícium | 1414 |
| Nikróm | 1400 |
| Bizmut | 271,4 |
| Germánium | 938,2 |
| ón- | 1300−1500 |
| Bronz | 930−1140 |
| Kobalt | 1494 |
| Kálium | 63 |
| Nátrium | 93,8 |
| Sárgaréz | 1000 |
| Magnézium | 650 |
| Mangán | 1246 |
| Króm | 2130 |
| Molibdén | 2890 |
| Vezet | 327,4 |
| Berillium | 1287 |
| nyerni fog | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimon | 630,6 |
| titán-karbid | 3150 |
| cirkónium-karbid | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
Az olvasztóasztalon kívül sok más segédanyag is található. Például arra a kérdésre, hogy mi a vas forráspontja, a forrásponttáblázatban található a válasz. A fémeknek a forráson kívül számos egyéb fizikai tulajdonságuk is van, például szilárdságuk.
A szilárd halmazállapotból folyékony állapotba való átmenet képessége mellett az anyag egyik fontos tulajdonsága az erőssége - a szilárd test azon képessége, hogy ellenáll a pusztulásnak és a visszafordíthatatlan alakváltozásoknak. A szilárdság fő mutatójának az előmelegített munkadarab szakadásából adódó ellenállást tekintjük. Az erő fogalma nem vonatkozik a higanyra, mivel az folyékony halmazállapotú. Az erősség megjelölése MPa - Mega Pascalban elfogadott.
A fémeknek a következő erősségi csoportjai vannak:
- Törékeny. Ellenállásuk nem haladja meg az 50 MPa-t. Ide tartoznak az ón, ólom, lágy alkálifémek
- Tartós, 50-500 MPa. Réz, alumínium, vas, titán. Ennek a csoportnak az anyagai számos szerkezeti ötvözet alapját képezik.
- Nagy szilárdságú, több mint 500 MPa. Például molibdén és.
Fém erősségű asztal
A leggyakoribb ötvözetek a mindennapi életben
Amint az a táblázatból látható, az elemek olvadáspontja nagymértékben eltér a mindennapi életben gyakran előforduló anyagok esetében is.
Így a higany minimális olvadáspontja -38,9 ° C, ezért szobahőmérsékleten már folyékony állapotban van. Ez magyarázza azt a tényt, hogy a háztartási hőmérők alacsonyabb -39 Celsius fokos jelzéssel rendelkeznek: ez alatt a mutató alatt a higany szilárd halmazállapotúvá válik.
A leggyakrabban használt forrasztóanyagok háztartási használatra, összetételükben az óntartalom jelentős százaléka van, melynek olvadáspontja 231,9 °C, így a forraszanyagok többsége a forrasztópáka 250-400 °C üzemi hőmérsékletén megolvad.
Ezenkívül vannak alacsony olvadáspontú forraszanyagok, amelyek alacsonyabb olvadékhatárral rendelkeznek, legfeljebb 30 ° C-ig, és akkor használatosak, ha a forrasztott anyagok túlmelegedése veszélyes. Erre a célra bizmut forraszanyagok vannak, és ezeknek az anyagoknak az olvadása 29,7 és 120 ° C között van.
A nagy széntartalmú anyagok olvadása az ötvöző komponensektől függően 1100 és 1500 °C közötti tartományba esik.
A fémek és ötvözeteik olvadáspontja igen széles hőmérsékleti tartományban van, a nagyon alacsony hőmérséklettől (higany) a több ezer fokos határig. Ezen mutatók, valamint más fizikai tulajdonságok ismerete nagyon fontos a kohászati területen dolgozók számára. Például az ékszerészek, öntők és olvasztók számára hasznos lehet tudni, hogy milyen hőmérsékleten olvad meg az arany és más fémek.
A fémeknek számos eredeti tulajdonságuk van, amelyek csak ezekre az anyagokra jellemzőek. A fémeknek van egy olvadáspontja, amelynél a kristályrács megsemmisül. Az anyag megtartja a térfogatot, de a forma állandóságáról már nem lehet beszélni.
Tiszta formájában az egyes fémek rendkívül ritkák. A gyakorlatban ötvözetek használatosak. Bizonyos különbségek vannak a tiszta anyagoktól. Komplex vegyületek keletkezésekor a kristályrácsok egyesülnek egymással. Ezért az ötvözetek tulajdonságai jelentősen eltérhetnek az alkotóelemektől. Az olvadási hőmérséklet már nem marad állandó érték, az ötvözetben lévő összetevők koncentrációjától függ.
A hőmérsékleti skála fogalma
Néhány nemfém tárgy is hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. A leggyakoribb a víz. A Földön uralkodó pozíciót elfoglaló folyadék tulajdonságaira vonatkozóan hőmérsékleti skálát dolgoztak ki. A referenciapontok a víz halmazállapotának változásának hőmérséklete:
- A folyékonyból szilárdtá és fordítva történő átalakulásokat nulla foknak vesszük.
- A forralás (a folyadék belsejében történő elpárologtatás) normál légköri nyomáson (760 Hgmm) 100 ⁰С-nak számít.
Figyelem! A Celsius-skála mellett a gyakorlatban a hőmérsékletet Fahrenheit-fokban és az abszolút Kelvin-skálán mérik. De a fémtárgyak tulajdonságainak tanulmányozásakor más mérlegeket meglehetősen ritkán használnak.
Fém kristályrácsok
A szilárd anyagot az állandóság jellemzi:
- alakban az objektum megtartja a lineáris méreteit különböző feltételek;
- térfogat, az objektum nem változtatja meg az elfoglalt anyag mennyiségét;
- tömegek, az anyag mennyisége grammban kifejezve (kilogramm, tonna);
- sűrűség, térfogategységenként állandó tömeg van.
Folyékony állapotba való áttéréskor, egy bizonyos hőmérséklet elérése után a kristályrácsok megsemmisülnek. Most nem beszélhetünk a forma állandóságáról. A folyadék olyan formát vesz fel, amelybe öntjük.
Párolgás esetén csak az anyag tömege marad állandó. A gáz a teljes mennyiséget el fogja foglalni, amit majd szállítanak. Itt nem lehet vitatkozni azzal, hogy a sűrűség állandó érték.
Folyadékok kombinálásakor a következő lehetőségek állnak rendelkezésre:
- A folyadékok teljesen feloldódnak egymásban, így viselkedik a víz és az alkohol. A térfogatban az anyagok koncentrációja azonos lesz.
- A folyadékok sűrűségükben rétegzettek, a kapcsolat csak a határfelületen történik. Csak ideiglenesen kaphat mechanikus keveréket. Különböző tulajdonságú folyadékok keverésével. Ilyen például az olaj és a víz.
A fémek folyékony állapotban ötvözeteket képeznek. Az ötvözet előállításához minden komponensnek folyékony halmazállapotúnak kell lennie. Az ötvözetek esetében lehetséges az egyik teljes feloldódása a másikban. Nincsenek kizárva azok az opciók sem, amikor az ötvözet csak intenzív keverés eredményeként jön létre. Az ötvözet minősége ebben az esetben nem garantált, ezért igyekeznek nem keverni olyan komponenseket, amelyek nem teszik lehetővé stabil ötvözetek előállítását.
A keletkező, egymásban oldódó anyagok megszilárdulva új típusú kristályrácsokat képeznek. Határozza meg:
- Héliocentrikus kristályrácsok, testközpontúnak is nevezik. Középen egy anyag molekulája, körülötte pedig további négy másik anyag molekulája található. Az ilyen rácsokat lazának szokás nevezni, mivel bennük a fémmolekulák közötti kötés gyengébb.
- Az arcközpontú kristályrácsok olyan vegyületeket képeznek, amelyekben a komponensmolekulák a felületeken helyezkednek el. A fémtudósok az ilyen kristályos ötvözeteket sűrűnek nevezik. A valóságban az ötvözet sűrűsége nagyobb lehet, mint az összetételben szereplő egyes komponensek sűrűsége (a középkor alkimistái olyan ötvözeteket kerestek, amelyekben a sűrűség megfelel az arany sűrűségének).
Fémek olvadáspontja
A különböző anyagok eltérő olvadásponttal rendelkeznek. A fémeket szokás a következőkre osztani:
- Olvadó - elegendő felmelegíteni őket 600 ⁰С-ra, hogy folyékony anyagot kapjunk.
- A közepesen olvadó fémek 600…1600 ⁰С hőmérsékleti tartományban olvadnak meg.
- A tűzálló fémek olyan fémek, amelyek 1600 ⁰С feletti hőmérsékleten megolvadhatnak.
A táblázat az alacsony olvadáspontú fémeket mutatja növekvő sorrendben. Itt látható, hogy a legszokatlanabb fém a higany (Hg). Normál körülmények között folyékony állapotban van. Ennek a fémnek a legalacsonyabb olvadáspontja.
1. táblázat, alacsony olvadáspontú fémek olvadáspontja és forráspontja:
2. táblázat, közepesen olvadó fémek olvadáspontja és forráspontja:
3. táblázat: Tűzálló fémek olvadás- és forráspontja:
Az olvasztási folyamat lefolytatásához különböző eszközöket használnak. Például nagyolvasztó kemencéket használnak nyersvas olvasztására. A színesfémek olvasztásához a belső fűtést áramok segítségével végzik magas frekvencia.
A nem fémes anyagokból készült formákban szilárd állapotban vannak színesfémek. Körülöttük váltakozó mikrohullámú mágneses tér jön létre. Ennek eredményeként a kristályrácsok lazulni kezdenek. Az anyag molekulái elkezdenek mozogni, ami felmelegedést okoz a teljes tömegben.
Ha kis mennyiségű alacsony olvadáspontú fémet kell megolvasztani, akkor tokos kemencéket használnak. Bennük a hőmérséklet 1000 ... 1200 ⁰С-ra emelkedik, ami elegendő a színesfémek olvasztásához.
A vasfémeket konvektorokban, nyitott kandallós kemencékben és indukciós kemencékben olvasztják. Az eljárás során ötvöző komponenseket adnak hozzá, amelyek javítják a fém minőségét.
A legnehezebb a tűzálló fémekkel való munka. A probléma az, hogy olyan anyagokat kell használni, amelyek hőmérséklete magasabb, mint magának a fémnek az olvadáspontja. Jelenleg légi közlekedési ágazat a titán (Ti) szerkezeti anyagként való felhasználását tekinti. Nál nél Magassebesség repülés a légkörben, a bőr felmelegszik. Ezért az alumínium és ötvözetei (AL) cseréje szükséges.
Ennek az elégedett könnyűfémnek a maximális olvadáspontja vonzza a tervezőket. Ezért a technológusok technológiai eljárásokat és berendezéseket fejlesztenek titánból és ötvözeteiből alkatrészek előállítására.
fémötvözetek
Az ötvözetekből készült termékek tervezéséhez először azok tulajdonságait tanulmányozzák. A kis tartályokban történő tanulmányozáshoz a vizsgált fémeket különböző arányban olvasztják meg egymással. Ennek eredményeként grafikonok készülnek.
Az alsó tengely az A komponens és a B komponens koncentrációját mutatja. A hőmérsékletet függőlegesen tekintjük. Itt a maximális hőmérséklet értékeit jegyezzük fel, amikor az összes fém olvadt állapotban van.
Lehűléskor az egyik komponens elkezd kristályokat képezni. Az eutektikum folyékony halmazállapotú - a fémek ideális kombinációja ötvözetben.
A fémtudósok megkülönböztetik az összetevők egy speciális arányát, amelynél az olvadáspont minimális. Az ötvözetek készítésekor megpróbálják kiválasztani a felhasznált anyagok mennyiségét, hogy eutektoid ötvözetet kapjanak. Övé mechanikai tulajdonságok a lehető legjobb. A kristályrácsok ideális arc-központú atomokat alkotnak.
A kristályosodási folyamatot a minták hűtés hatására bekövetkező keményedésének tanulmányozásával tanulmányozzuk. Speciális grafikonokat készítenek, ahol megfigyelik, hogyan változik a hűtési sebesség. Vannak kész diagramok a különböző ötvözetekhez. A kristályosodás kezdetének és végpontjának megjelölésével határozza meg az ötvözet összetételét.
Wood fúziója
1860-ban Barnabas Wood amerikai fogtechnikus az összetevők optimális arányát kereste, hogy a legalacsonyabb olvadási hőmérsékleten készítsen fogakat az ügyfelek számára. Talált egy ötvözetet, amelynek olvadáspontja mindössze 60,2 ... 68,5 ⁰С. Még forró vízben is könnyen megolvad a fém. Magába foglalja:
- ón - 12,5 ... 12,7%;
- ólom - 24,5 ... 25,0%;
- bizmut - 49,5 ... 50,3%;
- kadmium - 12,5 ... 12,7%.
Az ötvözet érdekes alacsony hőmérséklete miatt, de nem talált gyakorlati alkalmazást. Figyelem! A kadmium és az ólom nehézfémek, nem ajánlott velük érintkezni. Sok ember megmérgezheti a kadmiummal való érintkezést.
Ötvözetek forrasztáshoz
A gyakorlatban sokan szembesülnek az olvadással az alkatrészek forrasztása során. Ha az összeillesztendő anyagok felületét megtisztítják a szennyeződésektől, oxidoktól, akkor nem nehéz forrasztani őket forraszanyaggal. A forraszanyagokat kemény- és lágyforraszokra szokás felosztani. A lágyak a leggyakoribbak:
- 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.
Különféle rádiótechnikai eszközöket gyártó vállalkozások számára gyártják.
A cink-, réz-, ezüst- és bizmut alapú keményforraszoknak magasabb az olvadáspontja:
- 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.
A keményforrasztóanyagok használata lehetővé teszi erős csatlakozások létrehozását.
Figyelem! A Cp azt jelenti, hogy a forraszanyag összetételében ezüstöt használnak. Az ilyen ötvözetek minimális elektromos ellenállással rendelkeznek.
Nem fémek olvadáspontja
Nem fémes anyagok szilárd és folyékony formában is bemutatható. A szervetlen anyagokat a táblázat tartalmazza. négy.
4. táblázat, szervetlen nemfémek olvadáspontja:
A gyakorlatban a felhasználókat leginkább a szerves anyagok érdeklik: polietilén, polipropilén, viasz, paraffin és mások. Egyes anyagok olvadáspontja a táblázatban látható. 5.
5. táblázat, polimer anyagok olvadáspontja:
Figyelem! Üvegesedési hőmérsékleten azt az állapotot értjük, amikor az anyag rideggé válik.
Videó: ismert fémek olvadáspontja.
Következtetés
- Az olvadáspont az anyag természetétől függ. Leggyakrabban állandó érték.
- A gyakorlatban nem tiszta fémeket használnak, hanem azok ötvözeteit. Általában sokkal jobb tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a tiszta fém.
- az első a szerkezeti anyagok fontossága és elterjedtsége tekintetében. Ősidők óta ismert, és tulajdonságai olyanok, hogy amikor megtanulták a vasat jelentős mennyiségben olvasztani, a fém minden más ötvözetet felváltott. Eljött a vas kora, és ebből ítélve ez az idő nem fog hamarosan véget érni. Ez a cikk megmondja, mi a vas fajsúlya, mi az olvadáspontja tiszta formájában.
A vas egy tipikus fém, és kémiailag aktív. Az anyag normál hőmérsékleten reagál, és a melegítés vagy a páratartalom növelése nagymértékben növeli reakcióképességét. A vas a levegőben korrodál, tiszta oxigén légkörében ég, finom por formájában a levegőben is meggyulladhat.
A tiszta vas képlékeny, de ebben a formában a fém nagyon ritka. Valójában a vas egy olyan ötvözet, amely kis mennyiségű szennyeződést tartalmaz - akár 0,8%, amelyet a tiszta anyag lágysága és alakíthatósága jellemez. A nemzetgazdaság szempontjából fontosak a szénnel ötvözők - acél, öntöttvas, rozsdamentes acél.
A polimorfizmus a vasban rejlik: akár 4 olyan módosítás létezik, amelyek szerkezetükben és rácsparamétereiben különböznek egymástól:
- α-Fe - nullától +769 C-ig létezik. Testközpontú köbös rácsával rendelkezik, és ferromágnes, azaz külső mágneses tér hiányában megtartja a mágnesezettséget. +769 С – Curie pont fémre;
- +769-től +917 C-ig β-Fe jelenik meg. Az α-fázistól csak a rácsparaméterekben tér el. Szinte minden fizikai tulajdonságok ugyanakkor a mágnesesek kivételével megőrződnek: a vas paramágnesessé válik, vagyis elveszti mágnesező képességét és mágneses térbe kerül. A fémtudomány a β-fázist nem tekinti külön módosításnak. Mivel az átmenet nem befolyásolja a jelentős fizikai jellemzőket;
- a 917 és 1394 C közötti tartományban γ-módosulás található, amelyet egy arcközpontú köbös rács jellemez;
- +1394 C feletti hőmérsékleten egy δ-fázis jelenik meg, amelyet testközpontú köbös rács jellemez.
Nagy nyomáson, valamint amikor a fémet valamilyen adalékanyaggal ötvözik, hatszögletű, szorosan tömörített ráccsal ε-fázis jön létre.
Hőfok fázisátmenetekészrevehetően megváltozik, ha ugyanazzal a szénnel adalékolják. Valójában a vasnak az a képessége, hogy oly sok módosulást hozzon létre, az acél különböző hőmérsékleti viszonyok között történő feldolgozásának alapja. Ilyen átmenetek nélkül a fém nem terjedt volna el ennyire.
Most a vas fém tulajdonságain a sor.
Ez a videó a vas szerkezetéről szól:
Fémek tulajdonságai és jellemzői
A vas meglehetősen könnyű, közepesen tűzálló fém, ezüstszürke színű. Könnyen reagál híg savakkal, ezért közepes aktivitású elemnek számít. Száraz levegőben a fémet fokozatosan oxidfilm borítja, ami megakadályozza a további reakciót.
De a legkisebb páratartalomnál a film helyett rozsda jelenik meg - laza és heterogén összetételű. A rozsda nem akadályozza meg a vas további korrózióját. A fém, és ami a legfontosabb, a szénnel készült ötvözetek fizikai tulajdonságai azonban olyanok, hogy az alacsony korrózióállóság ellenére a vas használata több mint indokolt.
Tömeg és sűrűség
A vas molekulatömege 55,8, ami az anyag relatív könnyűségét jelzi. Mekkora a vas sűrűsége? Ezt a mutatót a fázismódosítás határozza meg:
- α-Fe - 7,87 g/cu. cm 20 C-on, és 7,67 g/cu. cm 600 C-on;
- a γ-fázis még alacsonyabb sűrűséggel különbözik - 7,59 g / cm3 100 °C-on;
- a δ-fázis sűrűsége 7,409 g/cm3.
A hőmérséklet emelkedésével a vas sűrűsége természetesen csökken.
És most nézzük meg, mi a vas olvadáspontja Celsius fokban, összehasonlítva például öntöttvassal vagy öntöttvassal.
Hőmérséklet tartomány
A fém közepesen tűzállónak minősül, ami az aggregációs állapot változásának viszonylag alacsony hőmérsékletét jelenti:
- olvadáspont - 1539 C;
- forráspont - 2862 C;
- Curie hőmérséklet, azaz a mágnesezési képesség elvesztése - 719 C.
Figyelembe kell venni, hogy amikor az olvadáspontról vagy forráspontról beszélünk, akkor az anyag δ-fázisáról van szó.
Ez a videó a fizikai és kémiai tulajdonságok mirigy:
Mechanikai jellemzők
A vas és ötvözetei annyira elterjedtek, hogy bár később kezdték használni, mint például és, egyfajta szabvány lett. A fémek összehasonlításakor a vasra mutatnak: erősebb, mint az acél, kétszer lágyabb, mint a vas, és így tovább.
A kis arányú szennyeződéseket tartalmazó fém jellemzői:
- keménység a Mohs-skálán - 4-5;
- Brinell keménység - 350-450 Mn / négyzetméter. m. Ezenkívül a kémiailag tiszta vas keménysége nagyobb - 588–686;
A szilárdsági mutatók rendkívül függenek a szennyeződések mennyiségétől és természetétől. Ezt az értéket a GOST szabályozza minden ötvözet vagy tiszta fém márkára. Így az ötvözetlen acél végső nyomószilárdsága 400–550 MPa. Ennek a minőségnek az edzésekor a szakítószilárdság 700 MPa-ra nő.
- a fém ütőszilárdsága 300 MN/nm;
- folyáshatár -100 MN/nm. m.
A továbbiakban megtudjuk, mire van szükség a vas fajlagos hőkapacitásának meghatározásához.
Hőkapacitás és hővezető képesség
Mint minden fém, a vas is hőt vezet, bár teljesítménye ezen a területen alacsony: a hővezetőképesség szempontjából a fém gyengébb az alumíniumnál - kétszer kevesebb, és - 5-ször.
A hővezető képesség 25°C-on 74,04 W/(m·K). Az érték a hőmérséklettől függ;
- 100 K-en a hővezető képesség 132 [W/(m.K)];
- 300 K - 80,3 [W / (m.K)];
- 400-69,4 [W/(m.K)];
- és 1500-31,8 [W/(m.K)].
- A hőtágulási együttható 20 C-on 11,7 10-6.
- A fém hőkapacitását fázisszerkezete határozza meg, és meglehetősen bonyolultan függ a hőmérséklettől. 250 C-ra emelve a hőkapacitás lassan növekszik, majd meredeken növekszik a Curie-pont eléréséig, majd csökkenni kezd.
- A fajlagos hőkapacitás a 0 és 1000C közötti hőmérsékleti tartományban 640,57 J/(kg K).
Elektromos vezetőképesség
A vas vezeti az áramot, de közel sem olyan jól, mint a réz és az ezüst. A fém fajlagos elektromos ellenállása normál körülmények között 9,7 10-8 ohm m.
Mivel a vas ferromágnes, teljesítménye ezen a területen jelentősebb:
- telítési mágneses indukció 2,18 T;
- mágneses permeabilitás - 1.45.106.
Toxicitás
A fém nem jelent veszélyt az emberi szervezetre. az acél és a vastermékek gyártása veszélyes lehet, de csak a magas hőmérséklet és a különféle ötvözetek előállításához használt adalékanyagok miatt. Vashulladék - fémhulladék, veszélyt jelent környezet, de elég mérsékelten, mivel a fém a levegőben rozsdásodik.
A vasnak nincs biológiai tehetetlensége, ezért nem használják protetikai anyagként. Az emberi testben azonban ez az elem játszik az egyik kritikus szerepek: a vas felszívódásának megsértése vagy az utóbbi nem megfelelő mennyisége az étrendben, legjobb esetben is vérszegénységet garantál.
A vas nagy nehezen felszívódik – a szervezetbe juttatott teljes mennyiség 5-10%-a, hiány esetén 10-20%-a.
- A szokásos napi vasszükséglet férfiaknál 10 mg, nőknél 20 mg.
- A toxikus dózis 200 mg/nap.
- Halálos - 7-35 g Ilyen mennyiségű vashoz szinte lehetetlen hozzájutni, ezért a vasmérgezés rendkívül ritka.
A vas olyan fém, amelynek fizikai jellemzői, különösen szilárdsága jelentősen megváltoztatható megmunkálás vagy nagyon kis mennyiségű ötvözőelem hozzáadásával. Ez a tulajdonság a fém hozzáférhetőségével és könnyű kitermelésével együtt a vasat a legkeresettebb szerkezeti anyaggá teszi.
Az alábbi videóban egy szakember többet mond a vas tulajdonságairól:
A kohászati iparban az egyik fő terület a fémek és ötvözeteik öntése az olcsóság és az eljárás viszonylagos egyszerűsége miatt. Különböző méretű, kicsitől nagyig terjedő körvonalú formák önthetők; tömeggyártásra és egyedi gyártásra egyaránt alkalmas.
Az öntés a fémekkel végzett munka egyik legrégebbi területe, és a bronzkor környékén kezdődik: Kr.e. 7-3 évezredben. e. Azóta sok anyagot fedeztek fel, ami a technológia fejlődéséhez és az öntödei iparral szembeni megnövekedett igényekhez vezetett.
Manapság az öntésnek számos iránya és típusa létezik, amelyek technológiai folyamatban különböznek egymástól. Egy dolog változatlan marad - a fémek fizikai tulajdonsága, hogy szilárd halmazállapotból folyékony állapotba kerüljenek, és fontos tudni, hogy milyen hőmérsékleten kezdődik a különböző típusú fémek és ötvözeteik olvadása.
fém olvasztási folyamat
Ez a folyamat egy anyag szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba való átmenetére utal. Az olvadáspont elérésekor a fém szilárd és folyékony halmazállapotú is lehet, a további növekedés az anyag teljes folyadékká alakulásához vezet.
Ugyanez történik a megszilárdulás során - az olvadási határ elérésekor az anyag folyékony halmazállapotból szilárd állapotba kerül, és a hőmérséklet nem változik a teljes kristályosodásig.
Emlékeztetni kell arra, hogy ez a szabály csak a tiszta fémre vonatkozik. Az ötvözetek nem rendelkeznek egyértelmű hőmérsékleti határral, és állapotátmenetet hajtanak végre némi tartomány:
- Solidus - az a hőmérsékleti vonal, amelyen az ötvözet leginkább olvadó komponense olvadni kezd.
- A Liquidus az összes komponens végső olvadáspontja, amely alatt megjelennek az ötvözet első kristályai.
Az ilyen anyagok olvadáspontját nem lehet pontosan megmérni, az állapotok átmeneti pontja a numerikus intervallumot jelzi.
Attól függően, hogy milyen hőmérsékleten kezdődik a fémek olvadása, osztják őket:
- Olvadó, 600 °C-ig. Ezek közé tartozik az ón, cink, ólom és mások.
- Közepesen olvadó, 1600 °C-ig. A leggyakoribb ötvözetek és fémek, például arany, ezüst, réz, vas, alumínium.
- Tűzálló, 1600 °C felett. Titán, molibdén, volfrám, króm.
Van egy forráspont is - az a pont, ahol az olvadt fém elkezd gáz halmazállapotúvá válni. Ez nagyon magas hőmérséklet, jellemzően az olvadáspont kétszerese.
Nyomás befolyása
Az olvadási hőmérséklet és a vele megegyező megszilárdulási hőmérséklet a nyomástól függ, ennek növekedésével növekszik. Ez abból adódik, hogy a nyomás növekedésével az atomok közelednek egymáshoz, és a kristályrács tönkretételéhez el kell távolítani őket. Megnövelt nyomáson több hőmozgási energiára van szükség, és az ennek megfelelő olvadási hőmérséklet nő.
Vannak kivételek, amikor a folyékony állapotba kerüléshez szükséges hőmérséklet a nyomás növekedésével csökken. Ilyen anyagok a jég, a bizmut, a germánium és az antimon.
Olvadáspont táblázat
Bárki, aki az acéliparban tevékenykedik, legyen szó hegesztőről, öntödei munkásról, kohászról vagy ékszerészről, fontos, hogy ismerje, milyen hőmérsékleten olvadnak meg az általuk megmunkált anyagok. Az alábbi táblázat felsorolja a leggyakoribb anyagok olvadáspontját.
Olvadáspont táblázat fémek és ötvözetek
| Név | T pl, °C |
|---|---|
| Alumínium | 660,4 |
| Réz | 1084,5 |
| Ón | 231,9 |
| Cink | 419,5 |
| Volfrám | 3420 |
| Nikkel | 1455 |
| Ezüst | 960 |
| Arany | 1064,4 |
| Platina | 1768 |
| Titán | 1668 |
| Dúralumínium | 650 |
| Szénacél | 1100−1500 |
| Öntöttvas | 1110−1400 |
| Vas | 1539 |
| Higany | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Cirkónium | 3530 |
| Szilícium | 1414 |
| Nikróm | 1400 |
| Bizmut | 271,4 |
| Germánium | 938,2 |
| ón- | 1300−1500 |
| Bronz | 930−1140 |
| Kobalt | 1494 |
| Kálium | 63 |
| Nátrium | 93,8 |
| Sárgaréz | 1000 |
| Magnézium | 650 |
| Mangán | 1246 |
| Króm | 2130 |
| Molibdén | 2890 |
| Vezet | 327,4 |
| Berillium | 1287 |
| nyerni fog | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimon | 630,6 |
| titán-karbid | 3150 |
| cirkónium-karbid | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
Az olvasztóasztalon kívül sok más segédanyag is található. Például arra a kérdésre, hogy mi a vas forráspontja, a forrásponttáblázatban található a válasz. A fémeknek a forráson kívül számos egyéb fizikai tulajdonságuk is van, például szilárdságuk.
Fém szilárdság
A szilárd halmazállapotból folyékony állapotba való átmenet képessége mellett az anyag egyik fontos tulajdonsága az erőssége - a szilárd test azon képessége, hogy ellenáll a pusztulásnak és a visszafordíthatatlan alakváltozásoknak. A szilárdság fő mutatójának az előmelegített munkadarab szakadásából adódó ellenállást tekintjük. Az erő fogalma nem vonatkozik a higanyra, mivel az folyékony halmazállapotú. Az erősség megjelölése MPa - Mega Pascalban elfogadott.
A következő csoportok vannak fémek szilárdsága:
- Törékeny. Ellenállásuk nem haladja meg az 50 MPa-t. Ide tartoznak az ón, ólom, lágy alkálifémek
- Tartós, 50-500 MPa. Réz, alumínium, vas, titán. Ennek a csoportnak az anyagai számos szerkezeti ötvözet alapját képezik.
- Nagy szilárdságú, több mint 500 MPa. Például molibdén és volfrám.
Fém erősségű asztal
A leggyakoribb ötvözetek a mindennapi életben
Amint az a táblázatból látható, az elemek olvadáspontja nagymértékben eltér a mindennapi életben gyakran előforduló anyagok esetében is.
Így a higany minimális olvadáspontja -38,9 ° C, ezért szobahőmérsékleten már folyékony állapotban van. Ez magyarázza azt a tényt, hogy a háztartási hőmérők alacsonyabb -39 Celsius fokos jelzéssel rendelkeznek: ez alatt a mutató alatt a higany szilárd halmazállapotúvá válik.
A háztartásban legelterjedtebb forrasztóanyagok jelentős százalékban tartalmaznak ónt, amelynek olvadáspontja 231,9 °C, így a legtöbb forrasztóanyag 250-400 °C-os forrasztópáka üzemi hőmérsékleten megolvad.
Ezenkívül vannak alacsony olvadáspontú forraszanyagok, amelyek alacsonyabb olvadékhatárral rendelkeznek, legfeljebb 30 ° C-ig, és akkor használatosak, ha a forrasztott anyagok túlmelegedése veszélyes. Erre a célra bizmut forraszanyagok vannak, és ezeknek az anyagoknak az olvadása 29,7 és 120 ° C között van.
A nagy széntartalmú anyagok olvadása az ötvöző komponensektől függően 1100 és 1500 °C közötti tartományba esik.
A fémek és ötvözeteik olvadáspontja igen széles hőmérsékleti tartományban van, a nagyon alacsony hőmérséklettől (higany) a több ezer fokos határig. Ezen mutatók, valamint más fizikai tulajdonságok ismerete nagyon fontos a kohászati területen dolgozók számára. Például az ékszerészek, öntők és olvasztók számára hasznos lehet tudni, hogy milyen hőmérsékleten olvad meg az arany és más fémek.
Minden fémnek vagy ötvözetnek egyedi tulajdonságai vannak, beleértve az olvadáspontját is. Ebben az esetben a tárgy átmegy egyik állapotból a másikba, egy adott esetben szilárd halmazállapotból folyadékká válik. Megolvasztásához hőt kell vinni rá, és addig kell melegíteni, amíg el nem éri a kívánt hőmérsékletet. Abban a pillanatban, amikor egy adott ötvözet kívánt hőmérsékleti pontját elérjük, még szilárd állapotban maradhat. Folyamatos expozíció esetén olvadni kezd.
A higany olvadáspontja a legalacsonyabb - még -39 ° C-on is megolvad, a volfrám a legmagasabb - 3422 ° C. Az ötvözetek (acél és mások) esetében határozza meg pontos ábra extrém nehéz. Minden a bennük lévő komponensek arányától függ. Az ötvözetek esetében ez numerikus intervallumként van felírva.
Hogyan zajlik a folyamat
Az elemek, bármik legyenek is: arany, vas, öntöttvas, acél vagy bármilyen más - körülbelül ugyanúgy olvadnak meg. Ez külső vagy belső fűtéssel történik. A külső fűtés hőkemencében történik. Belső ellenállásos fűtést használnak, amely elektromos áramot vagy indukciót vezet át fűtés nagyfrekvenciás elektromágneses térben. A hatás nagyjából ugyanaz.
Mikor felmelegedés lép fel, a molekulák termikus rezgésének amplitúdója nő. Megjelenik rácsszerkezeti hibák az atomközi kötések megszakadásával jár együtt. A rácspusztulás és a hibák felhalmozódásának időszakát olvadásnak nevezzük.
Attól függően, hogy milyen fokon olvadnak a fémek, a következőkre oszthatók:
- olvasztható - 600 ° C-ig: ólom, cink, ón;
- közepes olvadáspontú - 600 ° C és 1600 ° C között: arany, réz, alumínium, öntöttvas, vas és legtöbb elem és vegyület;
- tűzálló - 1600 ° C-tól: króm, volfrám, molibdén, titán.
Attól függően, hogy mekkora a maximális fok, az olvasztóberendezés is kiválasztásra kerül. Minél erősebbnek kell lennie, annál erősebb a fűtés.
A második fontos érték a forráspont. Ez az a paraméter, amelynél a folyadékok forrni kezdenek. Általában kétszerese az olvadási foknak. Ezek az értékek egyenesen arányosak egymással, és általában normál nyomáson adják meg.
Ha a nyomás nő, az olvadás mértéke is nő. Ha a nyomás csökken, akkor csökken.
Jellemző táblázat
Fémek és ötvözetek – nélkülözhetetlenek kovácsolás alapja, öntöde, ékszer és sok más gyártási terület. Bármit is csinál a mester ( arany ékszerek, öntöttvas kerítések, kések acélból ill réz karkötők), for helyes működés tudnia kell, milyen hőmérsékleten olvad ez vagy az az elem.
Ennek a paraméternek a megismeréséhez a táblázatból kell tájékozódnia. A táblázatban a forráspontot is megtalálod.
A mindennapi életben leggyakrabban használt elemek közül az olvadáspont-mutatók a következők:
- alumínium - 660 °C;
- a réz olvadáspontja - 1083 °C;
- arany olvadáspontja - 1063 ° C;
- ezüst - 960 °C;
- ón - 232 °C. Az ónt gyakran használják forrasztáshoz, mivel a működő forrasztópáka hőmérséklete mindössze 250-400 fok;
- ólom - 327 °C;
- a vas olvadáspontja - 1539 ° C;
- acél (vas és szén ötvözete) olvadási hőmérséklete - 1300 °C és 1500 °C között. Az acél alkatrészek telítettségétől függően ingadozik;
- öntöttvas (szintén vas és szén ötvözete) olvadáspontja - 1100 ° C és 1300 ° C között;
- higany - -38,9 ° C.
Amint a táblázat ezen részéből kiderül, a legolvadékonyabb fém a higany, amely pozitív hőmérsékleten már folyékony állapotban van.
Mindezen elemek forráspontja majdnem kétszerese, sőt néha magasabb is, mint az olvadás foka. Például az arany esetében ez 2660 ° C alumínium -2519 °C, vasnál - 2900 ° C, réznél - 2580 ° C, higanynál - 356,73 ° C.
Az olyan ötvözetek esetében, mint az acél, öntöttvas és más fémek, a számítás megközelítőleg azonos, és az ötvözetben lévő komponensek arányától függ.
A fémek maximális forráspontja a rénium -5596 °C. A legmagasabb forráspont a leginkább tűzálló anyagokban van.
Vannak táblázatok is, amelyek jelzik fémek sűrűsége. A legkönnyebb fém a lítium, a legnehezebb az ozmium. Az ozmium sűrűsége nagyobb, mint az uránéés plutónium szobahőmérsékleten nézve. Könnyűfémek: magnézium, alumínium, titán. A nehézfémek közé tartoznak a leggyakoribb fémek: vas, réz, cink, ón és még sok más. Utolsó csoport- nagyon nehézfémek, ezek közé tartozik: volfrám, arany, ólom és mások.
A táblázatokban található másik mutató az fémek hővezető képessége. A legrosszabb az egészben, hogy a neptunium hővezető, és az ezüst a legjobb hővezető. Az arany, az acél, a vas, az öntöttvas és más elemek e két véglet között középen vannak. Mindegyikhez egyértelmű jellemzők találhatók a kívánt táblázatban.
Az olvadáspont a sűrűséggel együtt, utal rá fizikai jellemzők fémek. Fém olvadáspontja- az a hőmérséklet, amelyen a fém szilárd állapotából, amelyben normál állapotban van (kivéve a higanyt), melegítéskor folyékony halmazállapotba kerül. Az olvadás során a fém térfogata gyakorlatilag nem változik, ezért az olvadáspont normál hőmérséklete az a légköri nyomás nem befolyásolja.
Fémek olvadáspontja -39 Celsius fok és +3410 fok között van. A legtöbb fém olvadáspontja magas, azonban néhány fém hagyományos égőn (ón, ólom) melegítéssel otthon is megolvasztható.
A fémek osztályozása olvadáspont szerint
- olvadó fémek, amelynek olvadáspontja ingadozik 600-ig Celsius-fok például cink, ón, bizmut.
- Közepesen olvadó fémek, amelyek hőmérsékleten megolvadnak 600-tól 1600-ig Celsius fok: mint pl alumínium, réz, ón, vas.
- Tűzálló fémek, amelynek olvadáspontja eléri 1600 felett Celsius fok - volfrám, titán, króm satöbbi.
- - az egyetlen fém, amely normál körülmények között (normál légköri nyomás, átlagos környezeti hőmérséklet) folyékony állapotban van. A higany olvadáspontja kb -39 fok Celsius.
Fémek és ötvözetek olvadáspontjának táblázata
| Fém | Olvadási hőmérséklet, Celsius fok |
| Alumínium | 660,4 |
| Volfrám | 3420 |
| Dúralumínium | ~650 |
| Vas | 1539 |
| Arany | 1063 |
| Iridium | 2447 |
| Kálium | 63,6 |
| Szilícium | 1415 |
| Sárgaréz | ~1000 |
| olvadó ötvözet | 60,5 |
| Magnézium | 650 |
| Réz | 1084,5 |
| Nátrium | 97,8 |
| Nikkel | 1455 |
| Ón | 231,9 |
| Platina | 1769,3 |
| Higany | –38,9 |
| Vezet | 327,4 |
| Ezüst | 961,9 |
| Acél | 1300-1500 |
| Cink | 419,5 |
| Öntöttvas | 1100-1300 |
A fémtermékek-öntvények gyártásához használt fém olvasztásakor az olvadási hőmérséklettől függ a berendezés, a fémöntéshez szükséges anyag stb. fém más elemekkel való ötvözésekor az olvadáspont leggyakrabban csökken.
Érdekes tény
Ne keverje össze a "fém olvadáspontja" és a "fém forráspontja" fogalmát - sok fém esetében ezek a jellemzők jelentősen eltérnek: például az ezüst 961 Celsius fokos hőmérsékleten megolvad, és csak akkor forr, ha a melegítés eléri a 2180 fokot.
A fém olvadáspontja az a minimális hőmérséklet, amelyen szilárdból folyékonyra változik. Az olvadás során térfogata gyakorlatilag nem változik. A fémeket olvadáspont szerint osztályozzák a hevítés mértékétől függően.
olvadó fémek
Az olvadó fémek olvadáspontja 600°C alatt van. Ezek a cink, ón, bizmut. Az ilyen fémek megolvaszthatók otthon, a tűzhelyen hevítve vagy forrasztópáka segítségével. Az olvadó fémeket az elektronikában és a mérnöki munkákban használják fémelemek és vezetékek összekapcsolására az elektromos áram mozgatásához. Az ón olvadáspontja 232 fok, a cinké 419.
Közepesen olvadó fémek
A közepesen olvadó fémek 600 °C és 1600 °C közötti hőmérsékleten kezdenek átalakulni szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba. Födémek, betonacélok, tömbök és egyéb építésre alkalmas fémszerkezetek készítésére szolgálnak. Ebbe a fémcsoportba tartozik a vas, a réz, az alumínium, ezek is számos ötvözet részét képezik. A rezet hozzáadják nemesfémötvözetekhez, például aranyhoz, ezüsthöz és platinához. A 750 arany 25% ötvözött fémet tartalmaz, beleértve a rezet is, ami vöröses árnyalatot ad. Ennek az anyagnak az olvadáspontja 1084 °C. Az alumínium pedig viszonylag alacsony, 660 Celsius fokos hőmérsékleten kezd olvadni. Könnyű, képlékeny és olcsó fém, amely nem oxidálódik és nem rozsdásodik, ezért széles körben használják edénygyártásban. A vas olvadáspontja 1539 fok. Az egyik legnépszerűbb és legkedvezőbb árú fém, felhasználása elterjedt az építőiparban és az autóiparban. Tekintettel azonban arra, hogy a vas ki van téve a korróziónak, tovább kell dolgozni, és védőfestékréteggel kell lefedni, száradó olaj vagy nedvesség nem engedhető be.
Tűzálló fémek
A tűzálló fémek hőmérséklete 1600°C felett van. Ezek a volfrám, titán, platina, króm és mások. Fényforrásként, gépalkatrészként, kenőanyagként és a nukleáris iparban használják. Vezetékek, nagyfeszültségű vezetékek készítésére használják, illetve más, alacsonyabb olvadáspontú fémek olvasztására szolgálnak. A platina 1769 fokon kezd átalakulni szilárdból folyékonyra, a wolfram pedig 3420 °C-on.
A higany az egyetlen fém, amely normál körülmények között, azaz normál légköri nyomáson és átlagos környezeti hőmérsékleten folyékony állapotban van. A higany olvadáspontja mínusz 39 °C. Ez a fém és gőzei mérgezőek, ezért csak zárt tartályokban vagy laboratóriumokban használják. A higanyt gyakran használják hőmérőként a testhőmérséklet mérésére.
