W przemyśle metalurgicznym jednym z głównych obszarów jest odlewanie metali i ich stopów ze względu na taniość i względną prostotę procesu. Można odlewać formy o dowolnych konturach o różnych wymiarach, od małych do dużych; nadaje się zarówno do produkcji masowej, jak i produkcji niestandardowej.
Odlewanie jest jedną z najstarszych dziedzin pracy z metalami i rozpoczyna się około epoki brązu: 7-3 tysiąclecia pne. mi. Od tego czasu odkryto wiele materiałów, co doprowadziło do postępu technologicznego i zwiększonych wymagań w przemyśle odlewniczym.
Obecnie istnieje wiele kierunków i rodzajów odlewów, różniących się między sobą proces technologiczny. Jedna rzecz pozostaje niezmieniona - fizyczna właściwość metali, aby przejść ze stanu stałego w ciecz, i ważne jest, aby wiedzieć, w jakiej temperaturze zaczyna się topienie różne rodzaje metale i ich stopy.
proces topienia metalu
Proces ten odnosi się do przejścia substancji ze stanu stałego do stanu ciekłego. Po osiągnięciu temperatury topnienia metal może być zarówno w stanie stałym, jak i ciekłym, dalszy wzrost doprowadzi do całkowitego przejścia materiału w ciecz.
To samo dzieje się podczas krzepnięcia - po osiągnięciu granicy topnienia substancja zacznie przechodzić ze stanu ciekłego do stanu stałego, a temperatura nie zmieni się aż do całkowitej krystalizacji.
Jednocześnie należy pamiętać, że ta reguła dotyczy tylko gołego metalu. Stopy nie mają wyraźnej granicy temperatur i dokonują przejścia stanów w pewnym zakresie:
- Solidus - linia temperatury, przy której najbardziej topliwy składnik stopu zaczyna się topić.
- Liquidus to ostateczna temperatura topnienia wszystkich składników, poniżej której zaczynają pojawiać się pierwsze kryształy stopu.
Nie można dokładnie zmierzyć temperatury topnienia takich substancji, punkt przejścia stanów wskazuje przedział liczbowy.
W zależności od temperatury, w której rozpoczyna się topienie metali, zwykle dzieli się je na:
- Topliwy do 600 °C. Należą do nich cynk, ołów i inne.
- Średniotopliwy, do 1600 °C. Najczęściej spotykane stopy i metale, takie jak złoto, srebro, miedź, żelazo, aluminium.
- Materiał ogniotrwały, powyżej 1600 °C. Tytan, molibden, wolfram, chrom.
Istnieje również punkt wrzenia - punkt, w którym stopiony metal zaczyna przechodzić w stan gazowy. Jest to bardzo wysoka temperatura, zazwyczaj 2 razy wyższa od temperatury topnienia.
Wpływ ciśnienia
Temperatura topnienia i równa jej temperatura krzepnięcia zależy od ciśnienia, wzrastającego wraz ze wzrostem. Wynika to z faktu, że wraz ze wzrostem ciśnienia atomy zbliżają się do siebie i aby zniszczyć sieć krystaliczną, muszą zostać odsunięte. Przy zwiększonym ciśnieniu wymagana jest większa energia ruchu termicznego i odpowiadająca jej temperatura topnienia wzrasta.
Są wyjątki, gdy temperatura wymagana do przejścia w stan ciekły spada wraz ze wzrostem ciśnienia. Do takich substancji należą lód, bizmut, german i antymon.
Tabela temperatury topnienia
Ważne jest, aby każdy, kto zajmuje się przemysłem stalowym, czy to spawacz, odlewnik, hutnik czy jubiler, wiedział, w jakich temperaturach topią się materiały, z którymi pracują. Poniższa tabela przedstawia temperatury topnienia najpopularniejszych substancji.
Tabela temperatur topnienia metali i stopów
| Nazwa | T.pl, °C |
|---|---|
| Aluminium | 660,4 |
| Miedź | 1084,5 |
| Cyna | 231,9 |
| Cynk | 419,5 |
| Wolfram | 3420 |
| Nikiel | 1455 |
| Srebro | 960 |
| Złoto | 1064,4 |
| Platyna | 1768 |
| Tytan | 1668 |
| Duraluminium | 650 |
| Stal węglowa | 1100−1500 |
| 1110−1400 | |
| Żelazo | 1539 |
| Rtęć | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Cyrkon | 3530 |
| Krzem | 1414 |
| Nichrom | 1400 |
| Bizmut | 271,4 |
| German | 938,2 |
| cyna | 1300−1500 |
| Brązowy | 930−1140 |
| Kobalt | 1494 |
| Potas | 63 |
| Sód | 93,8 |
| Mosiądz | 1000 |
| Magnez | 650 |
| Mangan | 1246 |
| Chrom | 2130 |
| Molibden | 2890 |
| Prowadzić | 327,4 |
| Beryl | 1287 |
| wygra | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antymon | 630,6 |
| węglik tytanu | 3150 |
| węglik cyrkonu | 3530 |
| Gal | 29,76 |
Oprócz stołu do topienia istnieje wiele innych materiałów pomocniczych. Na przykład odpowiedź na pytanie, jaka jest temperatura wrzenia żelaza, znajduje się w tabeli wrzących substancji. Oprócz wrzenia metale mają szereg innych właściwości fizycznych, takich jak wytrzymałość.
Oprócz zdolności do przejścia ze stanu stałego do ciekłego, jedną z ważnych właściwości materiału jest jego wytrzymałość - zdolność ciała stałego do opierania się zniszczeniu i nieodwracalnym zmianom kształtu. Za główny wskaźnik wytrzymałości uważa się opór wynikający z pęknięcia przedmiotu obrabianego wstępnie wyżarzonego. Pojęcie siły nie dotyczy rtęci, ponieważ jest ona w stanie ciekłym. Oznaczenie wytrzymałości przyjmuje się w MPa - Mega Pascalach.
Wyróżnia się następujące grupy wytrzymałościowe metali:
- Kruchy. Ich rezystancja nie przekracza 50MPa. Należą do nich cyna, ołów, miękkie metale alkaliczne
- Trwały, 50-500 MPa. Miedź, aluminium, żelazo, tytan. Materiały z tej grupy są podstawą wielu stopów konstrukcyjnych.
- Wysoka wytrzymałość, ponad 500 MPa. Na przykład molibden i.
Tabela wytrzymałości metalu
Najczęstsze stopy w życiu codziennym
Jak widać z tabeli, temperatury topnienia pierwiastków różnią się znacznie nawet w przypadku materiałów często spotykanych w życiu codziennym.
Tak więc minimalna temperatura topnienia rtęci wynosi -38,9 ° C, dlatego w temperaturze pokojowej jest już w stanie ciekłym. Wyjaśnia to fakt, że termometry domowe mają niższy znak -39 stopni Celsjusza: poniżej tego wskaźnika rtęć zamienia się w stan stały.
Luty najczęściej używane w użytek krajowy, mają w swoim składzie znaczny procent zawartości cyny, która ma temperaturę topnienia 231,9 ° C, więc większość lutów topi się w temperaturze roboczej lutownicy 250–400 ° C.
Ponadto istnieją luty niskotopliwe z dolną granicą topnienia, do 30°C i są stosowane, gdy przegrzanie lutowanych materiałów jest niebezpieczne. Do tych celów służą luty z bizmutem, a topnienie tych materiałów mieści się w zakresie od 29,7 - 120 ° C.
Topienie materiałów wysokowęglowych, w zależności od składników stopowych, mieści się w zakresie od 1100 do 1500 °C.
Temperatury topnienia metali i ich stopów mieszczą się w bardzo szerokim zakresie temperatur, od bardzo niskich (rtęć) do granicy kilku tysięcy stopni. Znajomość tych wskaźników, a także innych właściwości fizycznych, jest bardzo ważna dla osób pracujących w branży metalurgicznej. Na przykład wiedza, w jakiej temperaturze topi się złoto i inne metale, przyda się jubilerom, odlewnikom i hutnikom.
Metale mają szereg oryginalnych właściwości, które są unikalne dla tych materiałów. Istnieje punkt topnienia metali, w którym sieć krystaliczna ulega zniszczeniu. Substancja zachowuje objętość, ale nie można już mówić o stałości formy.
W czystej postaci poszczególne metale są niezwykle rzadkie. W praktyce stosuje się stopy. Mają pewne różnice w stosunku do czystych substancji. Kiedy powstają złożone związki, sieci krystaliczne są ze sobą łączone. Dlatego właściwości stopów mogą znacznie różnić się od pierwiastków składowych. Temperatura topnienia nie pozostaje już stałą wartością, zależy od stężenia składników zawartych w stopie.
Pojęcie skali temperatury
Niektóre przedmioty niemetalowe mają również podobne właściwości. Najczęściej spotykana jest woda. Jeśli chodzi o właściwości cieczy, która zajmuje dominującą pozycję na Ziemi, opracowano skalę temperatur. Punktami odniesienia są temperatura zmiany stanu skupienia wody:
- Transformacje od cieczy do ciała stałego i odwrotnie przyjmuje się jako zero stopni.
- Wrzenie (parowanie wewnątrz cieczy) przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (760 mm Hg) przyjmuje się jako 100 ⁰С.
Uwaga! Oprócz skali Celsjusza w praktyce temperaturę mierzy się w stopniach Fahrenheita oraz w absolutnej skali Kelvina. Ale podczas badania właściwości przedmiotów metalowych inne skale są używane dość rzadko.
Kryształowe sieci metalowe
Bryłę charakteryzuje stałość:
- kształt, obiekt zachowuje wymiary liniowe w różne warunki;
- objętość, obiekt nie zmienia ilości zajmowanej substancji;
- masy, ilość substancji wyrażona w gramach (kilogramach, tonach);
- gęstość, istnieje stała masa na jednostkę objętości.
Po przejściu w stan ciekły, po osiągnięciu określonej temperatury, sieci krystaliczne ulegają zniszczeniu. Teraz nie można mówić o stałości formy. Ciecz przyjmie formę, w jakiej została nalana.
Kiedy następuje parowanie, tylko masa substancji pozostaje stała. Gaz zajmie całą objętość, która zostanie mu dostarczona. Tutaj nie można twierdzić, że gęstość jest wartością stałą.
W przypadku łączenia płynów możliwe są opcje:
- Ciecze całkowicie rozpuszczają się w sobie, tak zachowuje się woda i alkohol. W całej objętości stężenie substancji będzie takie samo.
- Ciecze są rozwarstwione pod względem gęstości, połączenie występuje tylko na granicy faz. Tylko tymczasowo możesz uzyskać mieszankę mechaniczną. Mieszając płyny o różnych właściwościach. Przykładem jest olej i woda.
Metale tworzą stopy w stanie ciekłym. Aby otrzymać stop, każdy ze składników musi być w stanie ciekłym. W stopach możliwe są zjawiska całkowitego rozpuszczenia jednego w drugim. Opcje nie są wykluczone, gdy stop zostanie uzyskany tylko w wyniku intensywnego mieszania. Jakość stopu w tym przypadku nie jest gwarantowana, dlatego starają się nie mieszać składników, które nie pozwalają na uzyskanie stabilnych stopów.
Powstałe substancje rozpuszczalne w sobie, po zestaleniu tworzą sieci krystaliczne nowego typu. Określać:
- Sieci krystaliczne skoncentrowane na heliocentrach są również nazywane skoncentrowanymi na ciele. W środku znajduje się cząsteczka jednej substancji, a wokół są jeszcze cztery cząsteczki innej. Zwyczajowo nazywa się takie sieci luźnymi, ponieważ w nich wiązanie między cząsteczkami metalu jest słabsze.
- Sieci krystaliczne skoncentrowane na twarzy tworzą związki, w których cząsteczki składników znajdują się na powierzchniach. Naukowcy zajmujący się metalami nazywają takie krystaliczne stopy gęstymi. W rzeczywistości gęstość stopu może być wyższa niż każdego ze składników wchodzących w skład składu (alchemicy średniowiecza poszukiwali stopów, w których gęstość odpowiadałaby gęstości złota).
Temperatura topnienia metali
Różne substancje mają różne temperatury topnienia. Zwyczajowo metale dzieli się na:
- Topliwe - wystarczy podgrzać je do 600 ⁰С, aby uzyskać substancję w postaci płynnej.
- Metale średniotopliwe topi się w zakresie temperatur 600…1600 ⁰С.
- Materiały ogniotrwałe to metale, które mogą topić się w temperaturach powyżej 1600 ⁰С.
W tabeli przedstawiono metale niskotopliwe w porządku rosnącym. Tutaj widać, że najbardziej niezwykłym metalem jest rtęć (Hg). W normalnych warunkach jest w stanie płynnym. Ten metal ma najniższą temperaturę topnienia.
Tabela 1, temperatury topnienia i wrzenia metali niskotopliwych:
Tabela 2, temperatury topnienia i wrzenia metali średniotopliwych:
Tabela 3, temperatury topnienia i wrzenia metali ogniotrwałych:
Do przeprowadzenia procesu topienia wykorzystywane są różne urządzenia. Na przykład do wytapiania surówki używa się wielkich pieców. W przypadku topienia metali nieżelaznych ogrzewanie wewnętrzne odbywa się za pomocą prądów Wysoka częstotliwość.
W formach wykonanych z materiałów niemetalicznych występują metale nieżelazne w stanie stałym. Wokół nich tworzy się naprzemienne mikrofalowe pole magnetyczne. W rezultacie sieci krystaliczne zaczynają się rozluźniać. Cząsteczki substancji zaczynają się poruszać, co powoduje nagrzewanie się wewnątrz całej masy.
Jeśli konieczne jest stopienie niewielkiej ilości metali o niskiej temperaturze topnienia, stosuje się piece muflowe. W nich temperatura wzrasta do 1000 ... 1200 ⁰С, co wystarcza do topienia metali nieżelaznych.
Metale żelazne topi się w konwektorach, piecach martenowskich i piecach indukcyjnych. Proces polega na dodaniu składników stopowych, które poprawiają jakość metalu.
Najtrudniejszą rzeczą jest praca z metalami ogniotrwałymi. Problem polega na tym, że musisz użyć materiałów, które mają temperaturę wyższą niż temperatura topnienia samego metalu. W tej chwili przemysł lotniczy rozważa zastosowanie tytanu (Ti) jako materiału konstrukcyjnego. Na wysoka prędkość lot w atmosferze, skóra jest rozgrzana. Dlatego potrzebny jest zamiennik aluminium i jego stopów (AL).
Maksymalna temperatura topnienia tego nasyconego lekkiego metalu przyciąga projektantów. Dlatego technolodzy opracowują procesy technologiczne i urządzenia do produkcji części z tytanu i jego stopów.
Stopy metali
Aby zaprojektować produkty ze stopów, najpierw bada się ich właściwości. Aby badać w małych pojemnikach, badane metale topi się w różnych proporcjach do siebie. W rezultacie budowane są wykresy.
Dolna oś przedstawia stężenie składnika A ze składnikiem B. Temperatura jest rozpatrywana pionowo. Tutaj wartości maksymalnej temperatury są odnotowywane, gdy cały metal jest w stanie stopionym.
Po schłodzeniu jeden ze składników zaczyna tworzyć kryształy. Eutektyk jest w stanie ciekłym - idealne połączenie metali w stopie.
Naukowcy zajmujący się metalami wyróżniają specjalny stosunek składników, przy którym temperatura topnienia jest minimalna. Tworząc stopy, starają się dobrać ilość użytych substancji w celu uzyskania stopu eutektoidalnego. Jego właściwości mechaniczne najlepsze z możliwych. Sieci krystaliczne tworzą idealne, skoncentrowane na twarzy pozycje atomów.
Proces krystalizacji badany jest poprzez badanie twardnienia próbek po schłodzeniu. Tworzą specjalne wykresy, na których obserwują, jak zmienia się szybkość chłodzenia. Istnieją gotowe schematy dla różnych stopów. Zaznaczając początek i koniec krystalizacji, określ skład stopu.
Fuzja drewna
W 1860 roku amerykański technik dentystyczny Barnabas Wood szukał optymalnej proporcji składników, aby zęby klientów były w najniższych temperaturach topnienia. Znalazł stop, który ma temperaturę topnienia tylko 60,2 ... 68,5 ⁰С. Nawet w gorącej wodzie metal łatwo się topi. Obejmuje:
- cyna - 12,5 ... 12,7%;
- ołów - 24,5 ... 25,0%;
- bizmut - 49,5 ... 50,3%;
- kadm - 12,5 ... 12,7%.
Stop jest interesujący ze względu na niską temperaturę, ale nie znalazł praktycznego zastosowania. Uwaga! Kadm i ołów to metale ciężkie, kontakt z nimi nie jest zalecany. Wiele osób może zostać zatrutych przez kontakt z kadmem.
Stopy do lutowania
W praktyce wiele z nich ma do czynienia z topnieniem podczas lutowania części. Jeżeli powierzchnie łączonych materiałów są oczyszczone z zanieczyszczeń i tlenków, to nie jest trudno je lutować lutami. Zwyczajowo dzieli się luty na twarde i miękkie luty. Miękkie są najczęściej:
- 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.
Produkowane są dla przedsiębiorstw produkujących różne urządzenia radiotechniczne.
Luty twarde na bazie cynku, miedzi, srebra i bizmutu mają wyższą temperaturę topnienia:
- 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.
Zastosowanie twardych lutów pozwala na uzyskanie mocnych połączeń.
Uwaga! Cp oznacza, że w składzie lutu zastosowano srebro. Takie stopy mają minimalny opór elektryczny.
Temperatura topnienia niemetali
Materiały niemetalowe mogą być prezentowane w postaci stałej i płynnej. Substancje nieorganiczne przedstawiono w tabeli. cztery.
Tabela 4, temperatura topnienia niemetali nieorganicznych:
W praktyce użytkowników najbardziej interesują materiały organiczne: polietylen, polipropylen, wosk, parafina i inne. W tabeli przedstawiono temperaturę topnienia niektórych substancji. 5.
Tabela 5, temperatura topnienia materiałów polimerowych:
Uwaga! Przez temperaturę zeszklenia rozumie się stan, w którym materiał staje się kruchy.
Wideo: temperatura topnienia znanych metali.
Wniosek
- Temperatura topnienia zależy od charakteru samej substancji. Najczęściej jest to wartość stała.
- W praktyce nie stosuje się czystych metali, ale ich stopy. Zwykle mają znacznie lepsze właściwości niż czysty metal.
- pierwszy pod względem znaczenia i rozpowszechnienia materiału konstrukcyjnego. Znana jest od czasów starożytnych, a jej właściwości są takie, że gdy nauczono się wytapiać żelazo w znacznych ilościach, metal zastąpił wszystkie inne stopy. Nadeszła era żelaza i sądząc po tym, ten czas szybko się nie skończy. W tym artykule dowiesz się, jaki jest ciężar właściwy żelaza, jaka jest jego temperatura topnienia w czystej postaci.
Żelazo jest metalem typowym i aktywnym chemicznie. Substancja reaguje w normalnej temperaturze, a podgrzanie lub zwiększenie wilgotności znacznie zwiększa jej reaktywność. Żelazo koroduje w powietrzu, pali się w atmosferze czystego tlenu, aw postaci drobnego pyłu może się również zapalić w powietrzu.
Czyste żelazo jest plastyczne, ale w tej postaci metal jest bardzo rzadki. W rzeczywistości żelazo jest stopem o niewielkich proporcjach zanieczyszczeń - do 0,8%, który charakteryzuje się miękkością i plastycznością czystej substancji. Znaczenie dla gospodarki narodowej mają stopy z węglem – stal, żeliwo, stal nierdzewna.
Polimorfizm jest nieodłączny od żelaza: istnieją aż 4 modyfikacje, które różnią się strukturą i parametrami sieci:
- α-Fe - istnieje od zera do +769 C. Ma sześcienną siatkę skoncentrowaną na ciele i jest ferromagnesem, to znaczy zachowuje namagnesowanie przy braku zewnętrznego pola magnetycznego. +769 С – punkty Curie za metal;
- od +769 do +917°C pojawia się β-Fe. Różni się od fazy α jedynie parametrami sieci. Prawie wszystko właściwości fizyczne jednocześnie są zachowane z wyjątkiem magnetycznych: żelazo staje się paramagnesem, to znaczy traci zdolność magnesowania i jest wciągane w pole magnetyczne. Metaloznawstwo nie traktuje fazy β jako oddzielnej modyfikacji. Ponieważ przejście nie wpływa na znaczące cechy fizyczne;
- w zakresie od 917 do 1394°C występuje modyfikacja γ, która charakteryzuje się sześcienną siatką skoncentrowaną na ścianie;
- w temperaturach powyżej +1394 C pojawia się faza δ, która charakteryzuje się sześcienną siecią skupioną wokół ciała.
Pod wysokim ciśnieniem, a także gdy metal jest stapiany z pewnymi dodatkami, powstaje faza ε z sześciokątną, gęsto upakowaną siatką.
Temperatura przejścia fazowe zmienia się zauważalnie po domieszce tym samym węglem. W rzeczywistości sama zdolność żelaza do tworzenia tak wielu modyfikacji służy jako podstawa do obróbki stali w różnych warunkach temperaturowych. Bez takich przejść metal nie byłby tak rozpowszechniony.
Teraz przyszła kolej na właściwości żelaznego metalu.
Ten film opowiada o strukturze żelaza:
Właściwości i właściwości metalu
Żelazo jest dość lekkim, umiarkowanie ogniotrwałym metalem o srebrnoszarym kolorze. Łatwo reaguje z rozcieńczonymi kwasami i dlatego jest uważany za element o średniej aktywności. W suchym powietrzu metal jest stopniowo pokryty warstwą tlenku, co uniemożliwia dalszą reakcję.
Ale przy najmniejszej wilgotności zamiast filmu pojawia się rdza - luźna i niejednorodna w składzie. Rdza nie zapobiega dalszej korozji żelaza. Jednak właściwości fizyczne metalu, a co najważniejsze, jego stopów z węglem są takie, że pomimo niskiej odporności na korozję stosowanie żelaza jest więcej niż uzasadnione.
Masa i gęstość
Masa cząsteczkowa żelaza wynosi 55,8, co wskazuje na względną lekkość substancji. Jaka jest gęstość żelaza? Wskaźnik ten jest określony przez modyfikację fazy:
- α-Fe - 7,87 g/m3. cm w 20 C i 7,67 g / cu. cm w 600 C;
- faza γ wyróżnia się jeszcze niższą gęstością - 7,59 g / cm3 w 1000C;
- gęstość fazy δ wynosi 7,409 g/cm3.
Wraz ze wzrostem temperatury gęstość żelaza naturalnie spada.
A teraz dowiedzmy się, jaka jest temperatura topnienia żelaza w stopniach Celsjusza, porównując ją na przykład z lub żeliwem.
Zakres temperatury
Metal jest klasyfikowany jako średnio ogniotrwały, co oznacza stosunkowo niską temperaturę zmiany stanu skupienia:
- temperatura topnienia - 1539 C;
- temperatura wrzenia - 2862 C;
- Temperatura Curie, czyli utrata zdolności do magnesowania - 719 C.
Należy pamiętać, że mówiąc o temperaturze topnienia lub wrzenia, mamy do czynienia z fazą δ substancji.
Ten film opowie Ci o fizycznym i właściwości chemiczne gruczoł:
Właściwości mechaniczne
Żelazo i jego stopy są tak powszechne, że choć zaczęły być stosowane później niż np., stały się swego rodzaju standardem. Porównując metale, wskazują one na żelazo: mocniejsze niż stal, 2 razy bardziej miękkie niż żelazo i tak dalej.
Charakterystyki podano dla metalu zawierającego niewielkie ilości zanieczyszczeń:
- twardość w skali Mohsa - 4-5;
- Twardość Brinella - 350-450 Mn / kw. m. Ponadto chemicznie czyste żelazo ma wyższą twardość - 588-686;
Wskaźniki siły są niezwykle zależne od ilości i charakteru zanieczyszczeń. Wartość ta jest regulowana przez GOST dla każdej marki stopu lub czystego metalu. Zatem maksymalna wytrzymałość na ściskanie stali niestopowej wynosi 400–550 MPa. Podczas hartowania tego gatunku wytrzymałość na rozciąganie wzrasta do 700 MPa.
- udarność metalu 300 MN/m2;
- granica plastyczności –100 MN/mkw. m.
Dowiemy się dalej, co jest potrzebne do określenia właściwej pojemności cieplnej żelaza.
Pojemność cieplna i przewodność cieplna
Jak każdy metal, żelazo przewodzi ciepło, chociaż jego wydajność w tym obszarze jest niska: pod względem przewodności cieplnej metal jest gorszy od aluminium - 2 razy mniej i - 5 razy.
Przewodność cieplna w 25°C wynosi 74,04 W/(m·K). Wartość zależy od temperatury;
- przy 100 K przewodność cieplna wynosi 132 [W/(m.K)];
- przy 300 K - 80,3 [W / (mK)];
- przy 400 - 69,4 [W / (mK)];
- a 1500 - 31,8 [W/(m.K)].
- Współczynnik rozszerzalności cieplnej w temperaturze 20 C wynosi 11,7 10-6.
- Pojemność cieplna metalu jest określona przez jego strukturę fazową i zależy raczej ściśle od temperatury. Wraz ze wzrostem do 250 C pojemność cieplna powoli wzrasta, a następnie gwałtownie wzrasta, aż do osiągnięcia punktu Curie, a następnie zaczyna spadać.
- Ciepło właściwe w zakresie temperatur od 0 do 1000C wynosi 640,57 J/(kg K).
Przewodnictwo elektryczne
Żelazo przewodzi prąd, ale nie tak dobrze jak miedź i srebro. Właściwa rezystancja elektryczna metalu w normalnych warunkach wynosi 9,7 10-8 omów.
Ponieważ żelazo jest ferromagnesem, jego wydajność w tym obszarze jest bardziej znacząca:
- indukcja magnetyczna nasycenia wynosi 2,18 T;
- przepuszczalność magnetyczna - 1.45.106.
Toksyczność
Metal nie stanowi zagrożenia dla ludzkiego ciała. stal i produkcja wyrobów żelaznych może być niebezpieczna, ale tylko ze względu na wysokie temperatury i dodatki, które są używane do produkcji różnych stopów. Odpady żelazne - złom, stanowią zagrożenie dla środowisko, ale dość umiarkowany, ponieważ metal rdzewieje w powietrzu.
Żelazo nie posiada obojętności biologicznej, dlatego nie jest stosowane jako materiał protetyczny. Jednak w ludzkim ciele ten pierwiastek odgrywa jedną z role krytyczne: naruszenie wchłaniania żelaza lub jego niewystarczająca ilość w diecie gwarantuje co najwyżej anemię.
Żelazo jest bardzo trudno przyswajalne - 5-10% całkowitej ilości dostarczanej do organizmu lub 10-20% w przypadku jego braku.
- Zwykłe dzienne zapotrzebowanie na żelazo wynosi 10 mg dla mężczyzn i 20 mg dla kobiet.
- Toksyczna dawka wynosi 200 mg/dzień.
- Śmiertelny - 7-35 g. Uzyskanie takiej ilości żelaza jest prawie niemożliwe, więc zatrucie żelazem jest niezwykle rzadkie.
Żelazo to metal, którego właściwości fizyczne, w szczególności wytrzymałość, mogą ulec znacznej zmianie poprzez zastosowanie obróbki skrawaniem lub dodanie bardzo małej ilości pierwiastków stopowych. Ta cecha w połączeniu z dostępnością i łatwością wydobycia metalu sprawia, że żelazo jest najbardziej pożądanym materiałem konstrukcyjnym.
Specjalista opowie Ci więcej o właściwościach żelaza w poniższym filmie:
W przemyśle metalurgicznym jednym z głównych obszarów jest odlewanie metali i ich stopów ze względu na taniość i względną prostotę procesu. Można odlewać formy o dowolnych konturach o różnych wymiarach, od małych do dużych; nadaje się zarówno do produkcji masowej, jak i produkcji niestandardowej.
Odlewanie jest jedną z najstarszych dziedzin pracy z metalami i rozpoczyna się około epoki brązu: 7-3 tysiąclecia pne. mi. Od tego czasu odkryto wiele materiałów, co doprowadziło do postępu technologicznego i zwiększonych wymagań w przemyśle odlewniczym.
Obecnie istnieje wiele kierunków i rodzajów odlewania, które różnią się procesem technologicznym. Jedna rzecz pozostaje niezmienna - fizyczna właściwość metali przechodzi ze stanu stałego do ciekłego i ważne jest, aby wiedzieć, w jakiej temperaturze zaczyna się topienie różnych rodzajów metali i ich stopów.
proces topienia metalu
Proces ten odnosi się do przejścia substancji ze stanu stałego do stanu ciekłego. Po osiągnięciu temperatury topnienia metal może być zarówno w stanie stałym, jak i ciekłym, dalszy wzrost doprowadzi do całkowitego przejścia materiału w ciecz.
To samo dzieje się podczas krzepnięcia - po osiągnięciu granicy topnienia substancja zacznie przechodzić ze stanu ciekłego do stanu stałego, a temperatura nie zmieni się aż do całkowitej krystalizacji.
Należy pamiętać, że ta zasada dotyczy tylko czystego metalu. Stopy nie mają wyraźnej granicy temperatur i powodują przejście stanów do jakiś zasięg:
- Solidus - linia temperatury, przy której najbardziej topliwy składnik stopu zaczyna się topić.
- Liquidus to ostateczna temperatura topnienia wszystkich składników, poniżej której zaczynają pojawiać się pierwsze kryształy stopu.
Nie można dokładnie zmierzyć temperatury topnienia takich substancji, punkt przejścia stanów wskazuje przedział liczbowy.
W zależności od temperatury, w której zaczyna się topienie metali, dzielą się na:
- Topliwy do 600 °C. Należą do nich cyna, cynk, ołów i inne.
- Średniotopliwy, do 1600 °C. Najczęściej spotykane stopy i metale, takie jak złoto, srebro, miedź, żelazo, aluminium.
- Materiał ogniotrwały, powyżej 1600 °C. Tytan, molibden, wolfram, chrom.
Istnieje również punkt wrzenia - punkt, w którym stopiony metal zaczyna przechodzić w stan gazowy. Jest to bardzo wysoka temperatura, zazwyczaj 2 razy wyższa od temperatury topnienia.
Wpływ ciśnienia
Temperatura topnienia i równa jej temperatura krzepnięcia zależy od ciśnienia, wzrastającego wraz ze wzrostem. Wynika to z faktu, że wraz ze wzrostem ciśnienia atomy zbliżają się do siebie i aby zniszczyć sieć krystaliczną, muszą zostać odsunięte. Przy zwiększonym ciśnieniu wymagana jest większa energia ruchu termicznego i odpowiadająca jej temperatura topnienia wzrasta.
Są wyjątki, gdy temperatura wymagana do przejścia w stan ciekły spada wraz ze wzrostem ciśnienia. Do takich substancji należą lód, bizmut, german i antymon.
Tabela temperatury topnienia
Ważne jest, aby każdy, kto zajmuje się przemysłem stalowym, czy to spawacz, odlewnik, hutnik czy jubiler, wiedział, w jakich temperaturach topią się materiały, z którymi pracują. Poniższa tabela przedstawia temperatury topnienia najpopularniejszych substancji.
Tabela temperatury topnienia metale i stopy
| Nazwa | T.pl, °C |
|---|---|
| Aluminium | 660,4 |
| Miedź | 1084,5 |
| Cyna | 231,9 |
| Cynk | 419,5 |
| Wolfram | 3420 |
| Nikiel | 1455 |
| Srebro | 960 |
| Złoto | 1064,4 |
| Platyna | 1768 |
| Tytan | 1668 |
| Duraluminium | 650 |
| Stal węglowa | 1100−1500 |
| Żeliwo | 1110−1400 |
| Żelazo | 1539 |
| Rtęć | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| Cyrkon | 3530 |
| Krzem | 1414 |
| Nichrom | 1400 |
| Bizmut | 271,4 |
| German | 938,2 |
| cyna | 1300−1500 |
| Brązowy | 930−1140 |
| Kobalt | 1494 |
| Potas | 63 |
| Sód | 93,8 |
| Mosiądz | 1000 |
| Magnez | 650 |
| Mangan | 1246 |
| Chrom | 2130 |
| Molibden | 2890 |
| Prowadzić | 327,4 |
| Beryl | 1287 |
| wygra | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antymon | 630,6 |
| węglik tytanu | 3150 |
| węglik cyrkonu | 3530 |
| Gal | 29,76 |
Oprócz stołu do topienia istnieje wiele innych materiałów pomocniczych. Na przykład odpowiedź na pytanie, jaka jest temperatura wrzenia żelaza, znajduje się w tabeli wrzących substancji. Oprócz wrzenia metale mają szereg innych właściwości fizycznych, takich jak wytrzymałość.
Wytrzymałość metalu
Oprócz zdolności do przejścia ze stanu stałego do ciekłego, jedną z ważnych właściwości materiału jest jego wytrzymałość - zdolność ciała stałego do opierania się zniszczeniu i nieodwracalnym zmianom kształtu. Za główny wskaźnik wytrzymałości uważa się opór wynikający z pęknięcia przedmiotu obrabianego wstępnie wyżarzonego. Pojęcie siły nie dotyczy rtęci, ponieważ jest ona w stanie ciekłym. Oznaczenie wytrzymałości przyjmuje się w MPa - Mega Pascalach.
Istnieją następujące grupy wytrzymałość metali:
- Kruchy. Ich rezystancja nie przekracza 50MPa. Należą do nich cyna, ołów, miękkie metale alkaliczne
- Trwały, 50-500 MPa. Miedź, aluminium, żelazo, tytan. Materiały z tej grupy są podstawą wielu stopów konstrukcyjnych.
- Wysoka wytrzymałość, ponad 500 MPa. Na przykład molibden i wolfram.
Tabela wytrzymałości metalu
Najczęstsze stopy w życiu codziennym
Jak widać z tabeli, temperatury topnienia pierwiastków różnią się znacznie nawet w przypadku materiałów często spotykanych w życiu codziennym.
Tak więc minimalna temperatura topnienia rtęci wynosi -38,9 ° C, dlatego w temperaturze pokojowej jest już w stanie ciekłym. Wyjaśnia to fakt, że termometry domowe mają niższy znak -39 stopni Celsjusza: poniżej tego wskaźnika rtęć zamienia się w stan stały.
Luty, najczęściej używane w użytku domowym, zawierają znaczny procent cyny, która ma temperaturę topnienia 231,9°C, więc większość lutowia topi się przy temperaturze roboczej lutownicy 250-400°C.
Ponadto istnieją luty niskotopliwe z dolną granicą topnienia, do 30°C i są stosowane, gdy przegrzanie lutowanych materiałów jest niebezpieczne. Do tych celów służą luty z bizmutem, a topnienie tych materiałów mieści się w zakresie od 29,7 - 120 ° C.
Topienie materiałów wysokowęglowych, w zależności od składników stopowych, mieści się w zakresie od 1100 do 1500 °C.
Temperatury topnienia metali i ich stopów mieszczą się w bardzo szerokim zakresie temperatur, od bardzo niskich (rtęć) do granicy kilku tysięcy stopni. Znajomość tych wskaźników, a także innych właściwości fizycznych, jest bardzo ważna dla osób pracujących w branży metalurgicznej. Na przykład wiedza, w jakiej temperaturze topi się złoto i inne metale, przyda się jubilerom, odlewnikom i hutnikom.
Każdy metal lub stop ma unikalne właściwości, w tym jego temperaturę topnienia. W tym przypadku obiekt przechodzi z jednego stanu do drugiego, w konkretnym przypadku z ciała stałego przechodzi w ciecz. Aby go stopić, konieczne jest doprowadzenie do niego ciepła i podgrzanie aż do osiągnięcia pożądanej temperatury. W momencie osiągnięcia pożądanej temperatury danego stopu może on nadal pozostawać w stanie stałym. Przy ciągłej ekspozycji zaczyna się topić.
Najniższą temperaturę topnienia ma rtęć - topi się nawet przy -39°C, najwyższą ma wolfram - 3422°C. W przypadku stopów (stal i inne) określ dokładny numer ekstremalnie trudne. Wszystko zależy od proporcji zawartych w nich składników. W przypadku stopów zapisywany jest jako przedział liczbowy.
Jak przebiega proces
Pierwiastki, czymkolwiek są: złoto, żelazo, żeliwo, stal, czy jakakolwiek inna – topią się mniej więcej tak samo. Dzieje się tak z ogrzewaniem zewnętrznym lub wewnętrznym. Ogrzewanie zewnętrzne odbywa się w piecu termicznym. Do ogrzewania wewnętrznego stosuje się ogrzewanie oporowe, przepuszczając prąd elektryczny lub indukcję ogrzewanie w polu elektromagnetycznym wysokiej częstotliwości. Wpływ jest mniej więcej taki sam.
Kiedy występuje ogrzewanie, amplituda drgań termicznych cząsteczek wzrasta. Pojawić się wady strukturalne kraty towarzyszy zerwanie wiązań międzyatomowych. Okres niszczenia sieci i kumulacji defektów nazywa się topnieniem.
W zależności od stopnia topienia metali dzieli się je na:
- topliwy - do 600 ° C: ołów, cynk, cyna;
- średniotopliwe - od 600 °C do 1600 °C: złoto, miedź, aluminium, żeliwo, żelazo a przede wszystkim pierwiastki i związki;
- ogniotrwałe - od 1600 ° C: chrom, wolfram, molibden, tytan.
W zależności od tego, jaki jest maksymalny stopień, wybiera się również aparat do topienia. Powinno być mocniejsze, tym silniejsze ogrzewanie.
Drugą ważną wartością jest stopień wrzenia. Jest to parametr, przy którym płyny zaczynają się gotować. Z reguły jest to dwukrotność stopnia topnienia. Wartości te są wprost proporcjonalne do siebie i zwykle podawane są przy normalnym ciśnieniu.
Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta również stopień topnienia. Jeśli ciśnienie spada, to spada.
Tabela charakterystyczna
Metale i stopy - niezbędne podstawa do kucia, odlewnia, biżuteria i wiele innych dziedzin produkcji. Cokolwiek mistrz robi ( złota biżuteria, ogrodzenia żeliwne, noże ze stali lub miedziane bransoletki), dla prawidłowe działanie musi znać temperatury, w których topi się ten lub inny pierwiastek.
Aby znaleźć ten parametr, musisz odwołać się do tabeli. W tabeli można również znaleźć stopień wrzenia.
Wśród najczęściej używanych elementów w życiu codziennym wskaźniki temperatury topnienia są następujące:
- aluminium - 660 °C;
- temperatura topnienia miedzi - 1083 °C;
- temperatura topnienia złota - 1063 ° C;
- srebro - 960 °C;
- cyna - 232 °C. Do lutowania często używa się cyny, ponieważ temperatura pracującej lutownicy wynosi zaledwie 250-400 stopni;
- ołów - 327 °C;
- temperatura topnienia żelaza - 1539 ° C;
- temperatura topnienia stali (stop żelaza i węgla) - od 1300 °C do 1500 °C. Zmienia się w zależności od nasycenia elementów stalowych;
- temperatura topnienia żeliwa (również stopu żelaza i węgla) - od 1100 °C do 1300°C;
- rtęć - -38,9 ° C.
Jak wynika z tej części tabeli, najbardziej topliwym metalem jest rtęć, która w dodatnich temperaturach jest już w stanie ciekłym.
Stopień wrzenia wszystkich tych pierwiastków jest prawie dwukrotnie, a czasem nawet wyższy niż stopień topnienia. Na przykład dla złota jest to 2660 ° C, dla aluminium - 2519°C, dla żelaza - 2900 ° C, dla miedzi - 2580 ° C, dla rtęci - 356,73 ° C.
W przypadku stopów takich jak stal, żeliwo i inne metale obliczenia są w przybliżeniu takie same i zależą od stosunku składników w stopie.
Maksymalna temperatura wrzenia metali wynosi ren - 5596°C. Najwyższa temperatura wrzenia występuje w większości materiałów ogniotrwałych.
Istnieją tabele, które również wskazują gęstość metali. Najlżejszym metalem jest lit, najcięższym jest osm. Osm ma wyższą gęstość niż uran i pluton oglądany w temperaturze pokojowej. Do metali lekkich należą: magnez, aluminium, tytan. Do metali ciężkich należą najpowszechniejsze metale: żelazo, miedź, cynk, cyna i wiele innych. Ostatnia grupa- metale bardzo ciężkie, są to: wolfram, złoto, ołów i inne.
Innym wskaźnikiem znalezionym w tabelach jest przewodnictwo cieplne metali. Co najgorsze, neptun przewodzi ciepło, a srebro jest najlepszym przewodnikiem ciepła. Złoto, stal, żelazo, żeliwo i inne pierwiastki znajdują się pośrodku tych dwóch skrajności. Wyraźne cechy każdego z nich można znaleźć w wybranej tabeli.
Temperatura topnienia wraz z gęstością, odnosi się do Charakterystyka fizyczna metale. Temperatura topnienia metalu- temperatura, w której metal przechodzi ze stanu stałego, w którym znajduje się w stanie normalnym (z wyjątkiem rtęci), do stanu ciekłego po podgrzaniu. Podczas topienia objętość metalu praktycznie się nie zmienia, dlatego normalna temperatura dla temperatury topnienia wynosi ciśnienie atmosferyczne nie ma wpływu.
Temperatura topnienia metali mieści się w zakresie od -39 stopni Celsjusza do +3410 stopni. W przypadku większości metali temperatura topnienia jest wysoka, jednak niektóre metale można topić w domu przez ogrzewanie na konwencjonalnym palniku (cyna, ołów).
Klasyfikacja metali według temperatury topnienia
- metale topliwe, którego temperatura topnienia się zmienia do 600 na przykład w stopniach Celsjusza cynk, cyna, bizmut.
- Metale średniotopliwe, które topią się w temperaturze od 600 do 1600 stopnie Celsjusza: takie jak aluminium, miedź, cyna, żelazo.
- Metale ogniotrwałe, którego temperatura topnienia sięga ponad 1600 stopnie Celsjusza - wolfram, tytan, chrom itd.
- - jedyny metal, który w normalnych warunkach (normalne ciśnienie atmosferyczne, średnia temperatura otoczenia) znajduje się w stanie ciekłym. Temperatura topnienia rtęci wynosi około -39 stopni Celsjusz.
Tabela temperatur topnienia metali i stopów
| Metal | Temperatura topnienia, stopnie Celsjusza |
| Aluminium | 660,4 |
| Wolfram | 3420 |
| Duraluminium | ~650 |
| Żelazo | 1539 |
| Złoto | 1063 |
| Iryd | 2447 |
| Potas | 63,6 |
| Krzem | 1415 |
| Mosiądz | ~1000 |
| topliwy stop | 60,5 |
| Magnez | 650 |
| Miedź | 1084,5 |
| Sód | 97,8 |
| Nikiel | 1455 |
| Cyna | 231,9 |
| Platyna | 1769,3 |
| Rtęć | –38,9 |
| Prowadzić | 327,4 |
| Srebro | 961,9 |
| Stal | 1300-1500 |
| Cynk | 419,5 |
| Żeliwo | 1100-1300 |
Podczas topienia metalu do produkcji wyrobów metalowych-odlewów wybór sprzętu, materiału do formowania metalu itp. zależy od temperatury topnienia.Należy również pamiętać, że podczas stapiania metalu z innymi pierwiastkami temperatura topnienia najczęściej spada.
Interesujący fakt
Nie należy mylić pojęć „temperatura topnienia metalu” i „temperatura wrzenia metalu” - w przypadku wielu metali te cechy są znacząco różne: na przykład srebro topi się w temperaturze 961 stopni Celsjusza, a wrze dopiero po podgrzaniu do 2180 stopni.
Temperatura topnienia metalu to minimalna temperatura, w której zmienia się ze stanu stałego w ciekły. Podczas topienia jego objętość praktycznie się nie zmienia. Metale są klasyfikowane według temperatury topnienia w zależności od stopnia nagrzania.
metale topliwe
Metale topliwe mają temperaturę topnienia poniżej 600°C. Są to cynk, cyna, bizmut. Takie metale można topić w domu, podgrzewając je na kuchence lub używając lutownicy. Metale topliwe są stosowane w elektronice i inżynierii do łączenia metalowych elementów i przewodów w celu przepływu prądu elektrycznego. Temperatura topnienia cyny wynosi 232 stopnie, a cynku 419.
Metale średniotopliwe
Metale średniotopliwe zaczynają przechodzić ze stanu stałego do ciekłego w temperaturach od 600°C do 1600°C. Służą do wykonywania płyt, prętów zbrojeniowych, bloków i innych konstrukcji metalowych nadających się do budowy. Ta grupa metali obejmuje żelazo, miedź, aluminium, są one również częścią wielu stopów. Miedź jest dodawana do stopów metali szlachetnych, takich jak złoto, srebro i platyna. 750 złota zawiera 25% metali stopowych, w tym miedzi, co nadaje mu czerwonawy odcień. Temperatura topnienia tego materiału wynosi 1084°C. A aluminium zaczyna się topić w stosunkowo niskiej temperaturze 660 stopni Celsjusza. Jest to lekki, ciągliwy i niedrogi metal, który nie utlenia się ani nie rdzewieje, dlatego jest szeroko stosowany w produkcji przyborów kuchennych. Temperatura topnienia żelaza wynosi 1539 stopni. Jest to jeden z najpopularniejszych i najbardziej przystępnych cenowo metali, jego zastosowanie jest szeroko rozpowszechnione w branży budowlanej i motoryzacyjnej. Ale biorąc pod uwagę fakt, że żelazo podlega korozji, należy je poddać dalszej obróbce i pokryć ochronną warstwą farby, schnącym olejem lub wilgocią.
Metale ogniotrwałe
Temperatura metali ogniotrwałych przekracza 1600°C. Są to wolfram, tytan, platyna, chrom i inne. Wykorzystywane są jako źródła światła, części maszyn, smary oraz w przemyśle jądrowym. Służą do wytwarzania drutów, drutów wysokiego napięcia oraz służą do topienia innych metali o niższej temperaturze topnienia. Platyna zaczyna zmieniać się ze stałej w płynną w 1769 stopniach, a wolfram w 3420°C.
Rtęć jest jedynym metalem, który jest w stanie ciekłym w normalnych warunkach, a mianowicie przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i średniej temperaturze otoczenia. Temperatura topnienia rtęci wynosi minus 39°C. Ten metal i jego opary są trujące, dlatego używa się go tylko w zamkniętych pojemnikach lub w laboratoriach. Powszechnym zastosowaniem rtęci jest termometr do pomiaru temperatury ciała.
