În industria metalurgică, unul dintre domeniile principale este turnarea metalelor și aliajelor acestora datorită ieftinității și simplității relative a procesului. Se pot turna matrițe cu orice contur de diferite dimensiuni, de la mic la mare; este potrivit atât pentru producția de masă, cât și pentru producția personalizată.
Turnarea este una dintre cele mai vechi domenii de lucru cu metale și începe în jurul epocii bronzului: mileniul 7-3 î.Hr. e. De atunci, au fost descoperite multe materiale, ceea ce a condus la progrese tehnologice și la creșterea cerințelor industriei de turnătorie.
În zilele noastre, există multe direcții și tipuri de turnare, care diferă proces tehnologic. Un lucru rămâne neschimbat - proprietatea fizică a metalelor de a trece de la solid la lichid și este important să știm la ce temperatură începe topirea tipuri diferite metale și aliajele lor.
procesul de topire a metalelor
Acest proces se referă la trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă. Când se atinge punctul de topire, metalul poate fi atât în stare solidă, cât și în stare lichidă, o creștere suplimentară va duce la o tranziție completă a materialului într-un lichid.
Același lucru se întâmplă și în timpul solidificării - când se atinge limita de topire, substanța va începe să treacă de la starea lichidă la starea solidă, iar temperatura nu se va schimba până la cristalizarea completă.
În același timp, trebuie amintit că această regulă aplicabil numai metalului gol. Aliajele nu au o limită clară de temperatură și fac o tranziție de stări într-un anumit interval:
- Solidus - linia de temperatură la care cea mai fuzibilă componentă a aliajului începe să se topească.
- Liquidus este punctul final de topire al tuturor componentelor, sub care încep să apară primele cristale ale aliajului.
Este imposibil să se măsoare cu precizie punctul de topire al unor astfel de substanțe; punctul de tranziție al stărilor indică intervalul numeric.
În funcție de temperatura la care începe topirea metalelor, acestea sunt de obicei împărțite în:
- Fuzibil, până la 600 °C. Acestea includ zinc, plumb și altele.
- Topire medie, până la 1600 °C. Cele mai comune aliaje și metale precum aurul, argintul, cuprul, fierul, aluminiul.
- Refractar, peste 1600 °C. Titan, molibden, wolfram, crom.
Există, de asemenea, un punct de fierbere - punctul în care metalul topit începe să treacă într-o stare gazoasă. Aceasta este o temperatură foarte ridicată, de obicei de 2 ori punctul de topire.
Influența presiunii
Temperatura de topire și temperatura de solidificare egală cu aceasta depind de presiune, crescând odată cu creșterea acesteia. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce presiunea crește, atomii se apropie unul de celălalt și, pentru a distruge rețeaua cristalină, trebuie îndepărtați. La presiune crescută, este necesară mai multă energie de mișcare termică, iar temperatura de topire corespunzătoare acesteia crește.
Există excepții în care temperatura necesară pentru lichefiere scade la presiune ridicată. Astfel de substanțe includ gheață, bismut, germaniu și antimoniu.
Tabelul punctului de topire
Este important pentru oricine implicat în industria siderurgică, fie că este sudor, muncitor de turnătorie, topitor sau bijutier, să cunoască temperaturile la care se topesc materialele cu care lucrează. Tabelul de mai jos enumeră punctele de topire ale celor mai comune substanțe.
Tabelul punctelor de topire ale metalelor și aliajelor
| Nume | T pl, °C |
|---|---|
| Aluminiu | 660,4 |
| Cupru | 1084,5 |
| Staniu | 231,9 |
| Zinc | 419,5 |
| Tungsten | 3420 |
| Nichel | 1455 |
| Argint | 960 |
| Aur | 1064,4 |
| Platină | 1768 |
| Titan | 1668 |
| Duraluminiu | 650 |
| Otel carbon | 1100−1500 |
| 1110−1400 | |
| Fier | 1539 |
| Mercur | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| zirconiu | 3530 |
| Siliciu | 1414 |
| Nicrom | 1400 |
| Bismut | 271,4 |
| germaniu | 938,2 |
| staniu | 1300−1500 |
| Bronz | 930−1140 |
| Cobalt | 1494 |
| Potasiu | 63 |
| Sodiu | 93,8 |
| Alamă | 1000 |
| Magneziu | 650 |
| Mangan | 1246 |
| Crom | 2130 |
| Molibden | 2890 |
| Conduce | 327,4 |
| Beriliu | 1287 |
| vom castiga | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimoniu | 630,6 |
| carbură de titan | 3150 |
| carbură de zirconiu | 3530 |
| Galiu | 29,76 |
Pe lângă masa de topire, există multe alte materiale auxiliare. De exemplu, răspunsul la întrebarea care este punctul de fierbere al fierului se află în tabelul substanțelor de fierbere. Pe lângă fierbere, metalele au o serie de alte proprietăți fizice, cum ar fi rezistența.
Pe lângă capacitatea de a trece de la starea solidă la starea lichidă, una dintre proprietățile importante ale unui material este rezistența sa - capacitatea unui corp solid de a rezista distrugerii și modificărilor ireversibile de formă. Principalul indicator al rezistenței este considerat a fi rezistența rezultată din ruperea piesei de prelucrat, precoacetă. Conceptul de putere nu se aplică mercurului, deoarece este în stare lichidă. Denumirea puterii este acceptată în MPa - Mega Pascals.
Există următoarele grupuri de rezistență ale metalelor:
- Fragil. Rezistența lor nu depășește 50MPa. Acestea includ staniu, plumb, metale alcaline moi
- Durabil, 50-500 MPa. Cupru, aluminiu, fier, titan. Materialele acestui grup stau la baza multor aliaje structurale.
- Rezistență ridicată, peste 500 MPa. De exemplu, molibdenul și.
Masa de rezistenta a metalului
Cele mai comune aliaje în viața de zi cu zi
După cum se poate observa din tabel, punctele de topire ale elementelor variază foarte mult chiar și pentru materialele des întâlnite în viața de zi cu zi.
Astfel, punctul minim de topire al mercurului este de -38,9 ° C, prin urmare, la temperatura camerei, acesta este deja în stare lichidă. Așa se explică faptul că termometrele de uz casnic au o notă mai mică de -39 de grade Celsius: sub acest indicator, mercurul se transformă în stare solidă.
Lipituri cel mai frecvent utilizate în uz casnic, au în compoziția lor un procent semnificativ din conținutul de staniu, care are un punct de topire de 231,9 °C, astfel că majoritatea lipiturii se topesc la temperatura de funcționare a fierului de lipit 250−400 °C.
În plus, există lipituri cu punct de topire scăzut, cu o limită de topire inferioară, până la 30 ° C, și sunt utilizate atunci când supraîncălzirea materialelor lipite este periculoasă. În aceste scopuri, există lipituri cu bismut, iar topirea acestor materiale se află în intervalul 29,7 - 120 ° C.
Topirea materialelor cu conținut ridicat de carbon, în funcție de componentele de aliere, se află în intervalul de la 1100 la 1500 °C.
Punctele de topire ale metalelor și aliajelor lor sunt într-un interval de temperatură foarte larg, de la temperaturi foarte scăzute (mercur) până la o limită de câteva mii de grade. Cunoașterea acestor indicatori, precum și a altor proprietăți fizice, este foarte importantă pentru persoanele care lucrează în domeniul metalurgic. De exemplu, cunoașterea la ce temperatură se topește aurul și alte metale va fi utilă bijutierilor, turnatorilor și topitorilor.
Metalele au o serie de proprietăți originale care sunt unice pentru aceste materiale. Există un punct de topire al metalelor la care rețeaua cristalină este distrusă. Substanța păstrează volumul, dar nu se mai poate vorbi de constanța formei.
În forma sa pură, metalele individuale sunt extrem de rare. În practică, se folosesc aliaje. Au anumite diferențe față de substanțele pure. Când se formează compuși complecși, rețelele cristaline sunt combinate între ele. Prin urmare, proprietățile aliajelor pot diferi semnificativ de elementele constitutive. Temperatura de topire nu mai rămâne o valoare constantă, depinde de concentrația ingredientelor incluse în aliaj.
Conceptul de scară de temperatură
Unele obiecte nemetalice au, de asemenea, proprietăți similare. Cea mai comună este apa. În ceea ce privește proprietățile lichidului care ocupă o poziție dominantă pe Pământ, a fost elaborată o scară de temperatură. Punctele de referință sunt temperatura de modificare a stărilor agregate ale apei:
- Transformările din lichid în solid și invers sunt luate ca zero grade.
- Fierberea (vaporizarea în interiorul lichidului) la presiunea atmosferică normală (760 mm Hg) este considerată 100 ⁰С.
Atenţie! Pe lângă scara Celsius, în practică, temperatura se măsoară în grade Fahrenheit și pe scara Kelvin absolută. Dar atunci când se studiază proprietățile obiectelor metalice, alte scale sunt folosite destul de rar.
Rețele de cristal din metal
Un solid se caracterizează prin constanță:
- forma, obiectul păstrează dimensiunile liniare în conditii diferite;
- volum, obiectul nu modifică cantitatea de substanță ocupată;
- mase, cantitatea unei substanțe exprimată în grame (kilograme, tone);
- densitate, există o masă constantă pe unitatea de volum.
La trecerea la o stare lichidă, după ce a atins o anumită temperatură, rețelele cristaline sunt distruse. Acum nu poți vorbi despre constanța formei. Lichidul va lua forma în care este turnat.
Când are loc evaporarea, doar masa substanței rămâne constantă. Gazul va ocupa întregul volum care îi va fi furnizat. Aici nu se poate argumenta că densitatea este o valoare constantă.
Când lichidele sunt combinate, sunt posibile opțiuni:
- Lichidele se dizolvă complet unele în altele, așa se comportă apa și alcoolul. Pe tot volumul, concentrația de substanțe va fi aceeași.
- Lichidele sunt stratificate în densitate, conexiunea are loc doar la interfață. Numai temporar puteți obține un amestec mecanic. Prin amestecarea lichidelor cu proprietăți diferite. Un exemplu este uleiul și apa.
Metalele formează aliaje în stare lichidă. Pentru a obține un aliaj, fiecare dintre componente trebuie să fie în stare lichidă. În aliaje, sunt posibile fenomene de dizolvare completă a unuia în altul. Opțiunile nu sunt excluse atunci când aliajul va fi obținut numai ca urmare a amestecării intensive. Calitatea aliajului in acest caz nu este garantata, prin urmare, se incearca sa nu amestece componente care nu permit obtinerea de aliaje stabile.
Substanțele rezultate solubile unele în altele, atunci când se solidifică, formează rețele cristaline de un nou tip. A determina:
- Rețele cristaline heliocentrate, sunt numite și centrate pe corp. În mijloc se află o moleculă dintr-o substanță, iar în jur sunt încă patru molecule ale alteia. Se obișnuiește să se numească astfel de rețele libere, deoarece în ele legătura dintre moleculele metalice este mai slabă.
- Rețelele cristaline centrate pe față formează compuși în care moleculele componente sunt situate pe fețe. Oamenii de știință din metale numesc astfel de aliaje cristaline dense. În realitate, densitatea aliajului poate fi mai mare decât cea a fiecăruia dintre componentele incluse în compoziție (alchimiștii din Evul Mediu căutau aliaje în care densitatea să corespundă cu densitatea aurului).
Punctul de topire al metalelor
Substanțe diferite au puncte de topire diferite. Se obișnuiește să se împartă metalele în:
- Fuzibil - este suficient să le încălziți până la 600 ⁰С pentru a obține o substanță sub formă lichidă.
- Metalele cu topire medie sunt topite în intervalul de temperatură de 600…1600 ⁰С.
- Refractare sunt metale care se pot topi la temperaturi peste 1600 ⁰С.
Tabelul prezintă metalele cu punct de topire scăzut în ordine crescătoare. Aici puteți vedea că cel mai neobișnuit metal este mercurul (Hg). În condiții normale, este în stare lichidă. Acest metal are cel mai scăzut punct de topire.
Tabelul 1, punctele de topire și de fierbere ale metalelor cu punct de topire scăzut:
Tabelul 2, punctele de topire și de fierbere ale metalelor cu topire medie:
Tabelul 3, punctele de topire și de fierbere ale metalelor refractare:
Pentru a conduce procesul de topire, se folosesc diferite dispozitive. De exemplu, furnalele sunt folosite pentru a topi fonta. Pentru topirea metalelor neferoase, încălzirea interioară se realizează folosind curenți frecventa inalta.
În matrițele din materiale nemetalice, există metale neferoase în stare solidă. În jurul lor se creează un câmp magnetic alternant de microunde. Ca urmare, rețelele cristaline încep să se slăbească. Moleculele substanței încep să se miște, ceea ce determină încălzirea în interiorul întregii mase.
Dacă este necesară topirea unei cantități mici de metale cu punct de topire scăzut, se folosesc cuptoare cu mufă. În ele, temperatura crește la 1000 ... 1200 ⁰С, ceea ce este suficient pentru topirea metalelor neferoase.
Metalele feroase sunt topite în convectoare, cuptoare cu focar deschis și cuptoare cu inducție. Procesul vine cu adăugarea de componente de aliere care îmbunătățesc calitatea metalului.
Cel mai dificil lucru este să lucrezi cu metale refractare. Problema este că trebuie să utilizați materiale care au o temperatură mai mare decât punctul de topire al metalului în sine. În prezent industria aviatica ia în considerare utilizarea titanului (Ti) ca material structural. La de mare viteză zbor în atmosferă, pielea este încălzită. Prin urmare, este necesar un înlocuitor pentru aluminiu și aliajele acestuia (AL).
Punctul maxim de topire al acestui metal ușor mulțumit atrage designerii. Prin urmare, tehnologii dezvoltă procese și echipamente tehnologice pentru a produce piese din titan și aliajele acestuia.
aliaje metalice
Pentru a proiecta produse din aliaje, proprietățile acestora sunt mai întâi studiate. Pentru a studia în recipiente mici, metalele studiate sunt topite în raporturi diferite între ele. Ca rezultat, sunt construite grafice.
Axa inferioară reprezintă concentrația componentului A cu componenta B. Temperatura este considerată vertical. Aici, valorile temperaturii maxime sunt notate atunci când tot metalul este în stare topit.
Când se răcește, una dintre componente începe să formeze cristale. Eutecticul este în stare lichidă - o combinație ideală de metale într-un aliaj.
Oamenii de știință din metale disting un raport special de componente la care punctul de topire este minim. Atunci când sunt realizate aliaje, acestea încearcă să selecteze cantitatea de substanțe folosite pentru a obține un aliaj eutectoid. A lui proprietăți mecanice cel mai bun posibil. Rețelele cristaline formează poziții ideale centrate pe față ale atomilor.
Procesul de cristalizare este studiat prin studierea întăririi probelor la răcire. Ei construiesc grafice speciale în care observă cum se modifică viteza de răcire. Există diagrame gata făcute pentru diferite aliaje. Marcarea punctelor de început și de sfârșit de cristalizare, determinați compoziția aliajului.
Fuziunea lemnului
În 1860, un tehnician dentar american, Barnabas Wood, căuta proporții optime de componente pentru a face dinți pentru clienții la cele mai scăzute temperaturi de topire. A găsit un aliaj care are un punct de topire de numai 60,2 ... 68,5 ⁰С. Chiar și în apă fierbinte, metalul se topește ușor. Include:
- staniu - 12,5 ... 12,7%;
- plumb - 24,5 ... 25,0%;
- bismut - 49,5 ... 50,3%;
- cadmiu - 12,5 ... 12,7%.
Aliajul este interesant pentru temperatura sa scăzută, dar nu și-a găsit aplicație practică. Atenţie! Cadmiul și plumbul sunt metale grele, contactul cu acestea nu este recomandat. Mulți oameni pot deveni otrăviți prin contactul cu cadmiul.
Aliaje pentru lipit
În practică, mulți se confruntă cu topirea la lipirea pieselor. Dacă suprafețele materialelor de îmbinat sunt curățate de impurități și oxizi, atunci nu este dificil să le lipiți cu lipituri. Se obișnuiește să se împartă lipiturile în lipituri dure și moi. Moale sunt cele mai comune:
- 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.
Sunt produse pentru întreprinderile care produc diverse dispozitive de inginerie radio.
Lipiturile dure pe bază de zinc, cupru, argint și bismut au un punct de topire mai mare:
- 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.
Utilizarea de lipituri dure vă permite să obțineți conexiuni puternice.
Atenţie! Cp înseamnă că argintul este utilizat în compoziția lipiturii. Astfel de aliaje au o rezistență electrică minimă.
Punctul de topire al nemetalelor
Materiale nemetalice poate fi prezentat sub formă solidă și lichidă. Substanțele anorganice sunt prezentate în tabel. patru.
Tabelul 4, punctul de topire al nemetalelor anorganice:
În practică, utilizatorii sunt cei mai interesați de materialele organice: polietilenă, polipropilenă, ceară, parafină și altele. Punctul de topire al unor substanțe este prezentat în tabel. 5.
Tabelul 5, punctul de topire al materialelor polimerice:
Atenţie! Temperatura de tranziție sticloasă este înțeleasă ca starea în care materialul devine casant.
Video: punctul de topire al metalelor cunoscute.
Concluzie
- Punctul de topire depinde de natura substanței în sine. Cel mai adesea este o valoare constantă.
- În practică, nu se folosesc metale pure, ci aliajele lor. De obicei, au proprietăți mult mai bune decât metalul pur.
- primul ca importanță și prevalență a materialului structural. Este cunoscut încă din cele mai vechi timpuri, iar proprietățile sale sunt de așa natură încât, atunci când fierul s-a învățat să fie topit în cantități semnificative, metalul a înlocuit toate celelalte aliaje. Epoca fierului a venit și, judecând după, această perioadă nu se va încheia prea curând. Acest articol vă va spune care este greutatea specifică a fierului, care este punctul său de topire în forma sa pură.
Fierul este un metal tipic și activ din punct de vedere chimic. Substanța reacționează la temperatură normală, iar încălzirea sau creșterea umidității îi crește foarte mult reactivitatea. Fierul se corodează în aer, arde într-o atmosferă de oxigen pur, iar sub formă de praf fin se poate aprinde și în aer.
Fierul pur este maleabil, dar sub această formă metalul este foarte rar. De fapt, fierul este un aliaj cu proporții mici de impurități - până la 0,8%, care se caracterizează prin moliciunea și maleabilitatea unei substanțe pure. Importanța pentru economia națională o au aliajele cu carbon - oțel, fontă, oțel inoxidabil.
Polimorfismul este inerent fierului: există până la 4 modificări care diferă în structura și parametrii rețelei:
- α-Fe - există de la zero la +769 C. Are o rețea cubică centrată pe corp și este feromagnet, adică reține magnetizarea în absența unui câmp magnetic extern. +769 С – Puncte Curie pentru metal;
- de la +769 la +917 C apare β-Fe. Diferă de faza α doar în parametrii rețelei. Aproape tot proprietăți fiziceîn același timp, se păstrează cu excepția celor magnetice: fierul devine paramagnet, adică își pierde capacitatea de magnetizare și este atras într-un câmp magnetic. Știința metalelor nu consideră faza β ca o modificare separată. Deoarece tranziția nu afectează caracteristicile fizice semnificative;
- în intervalul de la 917 la 1394 C, există o modificare y, care este caracterizată printr-o rețea cubică centrată pe față;
- la temperaturi peste +1394 C, apare o fază δ, care se caracterizează printr-o rețea cubică centrată pe corp.
La presiune înaltă, precum și atunci când metalul este aliat cu niște aditivi, se formează o fază ε cu o rețea strânsă hexagonală.
Temperatura tranziții de fază se schimbă vizibil atunci când este dopat cu același carbon. De fapt, însăși capacitatea fierului de a forma atât de multe modificări servește drept bază pentru prelucrarea oțelului în diferite condiții de temperatură. Fără astfel de tranziții, metalul nu ar fi devenit atât de răspândit.
Acum este rândul proprietăților metalului de fier.
Acest videoclip spune despre structura fierului:
Proprietățile și caracteristicile metalului
Fierul este un metal destul de ușor, moderat refractar, de culoare gri-argintiu. Reacționează ușor cu acizii diluați și, prin urmare, este considerat un element de activitate medie. În aer uscat, metalul este acoperit treptat cu o peliculă de oxid, care împiedică reacția ulterioară.
Dar la cea mai mică umiditate, în loc de peliculă, apare rugina - liberă și eterogenă în compoziție. Rugina nu previne coroziunea suplimentară a fierului. Cu toate acestea, proprietățile fizice ale metalului și, cel mai important, aliajele sale cu carbon sunt de așa natură încât, în ciuda rezistenței scăzute la coroziune, utilizarea fierului este mai mult decât justificată.
Masa si Densitatea
Greutatea moleculară a fierului este de 55,8, ceea ce indică ușurința relativă a substanței. Care este densitatea fierului? Acest indicator este determinat de modificarea fazei:
- α-Fe - 7,87 g/cu. cm la 20 C, și 7,67 g/cu. cm la 600 C;
- faza γ se distinge printr-o densitate și mai mică - 7,59 g/cc la 1000C;
- densitatea fazei δ este de 7,409 g/cm3.
Pe măsură ce temperatura crește, densitatea fierului scade în mod natural.
Și acum să aflăm care este punctul de topire al fierului în Celsius, comparându-l, de exemplu, cu fonta sau fonta.
Interval de temperatură
Metalul este clasificat ca moderat refractar, ceea ce înseamnă o temperatură relativ scăzută a schimbării stării de agregare:
- punct de topire - 1539 C;
- punctul de fierbere - 2862 C;
- Temperatura Curie, adică pierderea capacității de magnetizare - 719 C.
Trebuie avut în vedere faptul că atunci când vorbim despre punctul de topire sau de fierbere, ei au de-a face cu faza δ a unei substanțe.
Acest videoclip vă va spune despre fizic și proprietăți chimice glanda:
Caracteristici mecanice
Fierul și aliajele sale sunt atât de comune încât, deși au început să fie utilizate mai târziu, de exemplu, și au devenit un fel de standard. Când se compară metalele, ele indică fierul: mai puternic decât oțelul, de 2 ori mai moale decât fierul și așa mai departe.
Caracteristicile sunt date pentru un metal care conține proporții mici de impurități:
- duritate pe scara Mohs - 4-5;
- Duritate Brinell - 350-450 Mn / mp. m. Mai mult, fierul chimic pur are o duritate mai mare - 588–686;
Indicatorii de rezistență sunt extrem de dependenți de cantitatea și natura impurităților. Această valoare este reglementată de GOST pentru fiecare marcă de aliaj sau metal pur. Astfel, rezistența maximă la compresiune pentru oțelul nealiat este de 400–550 MPa. La călirea acestui grad, rezistența la tracțiune crește la 700 MPa.
- rezistența la impact a metalului este de 300 MN/mp;
- limita de curgere –100 MN/mp. m.
Vom afla mai multe despre ceea ce este necesar pentru a determina capacitatea termică specifică a fierului.
Capacitatea termică și conductibilitatea termică
Ca orice metal, fierul conduce căldura, deși performanța sa în acest domeniu este scăzută: din punct de vedere al conductivității termice, metalul este inferior aluminiului - de 2 ori mai puțin și - de 5 ori.
Conductivitatea termică la 25°C este de 74,04 W/(m·K). Valoarea depinde de temperatură;
- la 100 K conductivitatea termică este de 132 [W/(m.K)];
- la 300 K - 80,3 [W / (m.K)];
- la 400 - 69,4 [W/(m.K)];
- și la 1500 - 31,8 [W / (m.K)].
- Coeficientul de dilatare termică la 20 C este 11,7 10-6.
- Capacitatea termică a unui metal este determinată de structura sa de fază și depinde destul de complex de temperatură. Cu o creștere la 250 C, capacitatea de căldură crește încet, apoi crește brusc până se atinge punctul Curie și apoi începe să scadă.
- Capacitatea termică specifică în intervalul de temperatură de la 0 la 1000C este de 640,57 J/(kg K).
Conductivitate electrică
Fierul conduce curentul, dar nu la fel de bine ca cuprul și argintul. Rezistența electrică specifică a metalului în condiții normale este de 9,7 10-8 ohm m.
Deoarece fierul este un feromagnet, performanța sa în acest domeniu este mai semnificativă:
- inducția magnetică de saturație este de 2,18 T;
- permeabilitate magnetică - 1.45.106.
Toxicitate
Metalul nu reprezintă un pericol pentru corpul uman. oțelul și fabricarea produselor din fier pot fi periculoase, dar numai din cauza temperaturilor ridicate și a acelor aditivi care sunt utilizați la producerea diferitelor aliaje. Deșeuri de fier - fier vechi, reprezintă un pericol pentru mediu inconjurator, dar destul de moderat, deoarece metalul rugineste in aer.
Fierul nu are inerție biologică, prin urmare nu este folosit ca material pentru protezare. Cu toate acestea, în corpul uman, acest element joacă unul dintre roluri critice: o încălcare a absorbției fierului sau o cantitate insuficientă a acestuia din urmă în dietă garantează în cel mai bun caz anemia.
Fierul se absoarbe cu mare dificultate - 5-10% din cantitatea totală furnizată organismului sau 10-20% dacă lipsește.
- Necesarul zilnic obișnuit de fier este de 10 mg pentru bărbați și 20 mg pentru femei.
- Doza toxică este de 200 mg/zi.
- Letal - 7-35 g. Este aproape imposibil să obțineți o asemenea cantitate de fier, așa că otrăvirea cu fier este extrem de rară.
Fierul este un metal ale cărui caracteristici fizice, în special rezistența, pot fi modificate semnificativ prin recurgerea la prelucrare sau prin adăugarea unei cantități foarte mici de elemente de aliere. Această caracteristică, combinată cu disponibilitatea și ușurința de extracție a metalului, face din fier cel mai solicitat material structural.
Un specialist vă va spune mai multe despre proprietățile fierului în videoclipul de mai jos:
În industria metalurgică, unul dintre domeniile principale este turnarea metalelor și aliajelor acestora datorită ieftinității și simplității relative a procesului. Se pot turna matrițe cu orice contur de diferite dimensiuni, de la mic la mare; este potrivit atât pentru producția de masă, cât și pentru producția personalizată.
Turnarea este una dintre cele mai vechi domenii de lucru cu metale și începe în jurul epocii bronzului: mileniul 7-3 î.Hr. e. De atunci, au fost descoperite multe materiale, ceea ce a condus la progrese tehnologice și la creșterea cerințelor industriei de turnătorie.
În zilele noastre, există multe direcții și tipuri de turnare, care diferă în procesul tehnologic. Un lucru rămâne neschimbat - proprietatea fizică a metalelor de a trece de la starea solidă la starea lichidă și este important să știm la ce temperatură începe topirea diferitelor tipuri de metale și aliajele lor.
procesul de topire a metalelor
Acest proces se referă la trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă. Când se atinge punctul de topire, metalul poate fi atât în stare solidă, cât și în stare lichidă, o creștere suplimentară va duce la o tranziție completă a materialului într-un lichid.
Același lucru se întâmplă și în timpul solidificării - când se atinge limita de topire, substanța va începe să treacă de la starea lichidă la starea solidă, iar temperatura nu se va schimba până la cristalizarea completă.
Trebuie amintit că această regulă se aplică numai metalului pur. Aliajele nu au o limită clară de temperatură și fac o tranziție de stări la oarecare gamă:
- Solidus - linia de temperatură la care cea mai fuzibilă componentă a aliajului începe să se topească.
- Liquidus este punctul final de topire al tuturor componentelor, sub care încep să apară primele cristale ale aliajului.
Este imposibil să se măsoare cu precizie punctul de topire al unor astfel de substanțe; punctul de tranziție al stărilor indică intervalul numeric.
În funcție de temperatura la care începe topirea metalelor, se împart în:
- Fuzibil, până la 600 °C. Acestea includ staniu, zinc, plumb și altele.
- Topire medie, până la 1600 °C. Cele mai comune aliaje și metale precum aurul, argintul, cuprul, fierul, aluminiul.
- Refractar, peste 1600 °C. Titan, molibden, wolfram, crom.
Există, de asemenea, un punct de fierbere - punctul în care metalul topit începe să treacă într-o stare gazoasă. Aceasta este o temperatură foarte ridicată, de obicei de 2 ori punctul de topire.
Influența presiunii
Temperatura de topire și temperatura de solidificare egală cu aceasta depind de presiune, crescând odată cu creșterea acesteia. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce presiunea crește, atomii se apropie unul de celălalt și, pentru a distruge rețeaua cristalină, trebuie îndepărtați. La presiune crescută, este necesară mai multă energie de mișcare termică, iar temperatura de topire corespunzătoare acesteia crește.
Există excepții în care temperatura necesară pentru lichefiere scade la presiune ridicată. Astfel de substanțe includ gheață, bismut, germaniu și antimoniu.
Tabelul punctului de topire
Este important pentru oricine implicat în industria siderurgică, fie că este sudor, muncitor de turnătorie, topitor sau bijutier, să cunoască temperaturile la care se topesc materialele cu care lucrează. Tabelul de mai jos enumeră punctele de topire ale celor mai comune substanțe.
Tabelul punctului de topire metale si aliaje
| Nume | T pl, °C |
|---|---|
| Aluminiu | 660,4 |
| Cupru | 1084,5 |
| Staniu | 231,9 |
| Zinc | 419,5 |
| Tungsten | 3420 |
| Nichel | 1455 |
| Argint | 960 |
| Aur | 1064,4 |
| Platină | 1768 |
| Titan | 1668 |
| Duraluminiu | 650 |
| Otel carbon | 1100−1500 |
| Fontă | 1110−1400 |
| Fier | 1539 |
| Mercur | -38,9 |
| Melchior | 1170 |
| zirconiu | 3530 |
| Siliciu | 1414 |
| Nicrom | 1400 |
| Bismut | 271,4 |
| germaniu | 938,2 |
| staniu | 1300−1500 |
| Bronz | 930−1140 |
| Cobalt | 1494 |
| Potasiu | 63 |
| Sodiu | 93,8 |
| Alamă | 1000 |
| Magneziu | 650 |
| Mangan | 1246 |
| Crom | 2130 |
| Molibden | 2890 |
| Conduce | 327,4 |
| Beriliu | 1287 |
| vom castiga | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antimoniu | 630,6 |
| carbură de titan | 3150 |
| carbură de zirconiu | 3530 |
| Galiu | 29,76 |
Pe lângă masa de topire, există multe alte materiale auxiliare. De exemplu, răspunsul la întrebarea care este punctul de fierbere al fierului se află în tabelul substanțelor de fierbere. Pe lângă fierbere, metalele au o serie de alte proprietăți fizice, cum ar fi rezistența.
Rezistența metalului
Pe lângă capacitatea de a trece de la starea solidă la starea lichidă, una dintre proprietățile importante ale unui material este rezistența sa - capacitatea unui corp solid de a rezista distrugerii și modificărilor ireversibile de formă. Principalul indicator al rezistenței este considerat a fi rezistența rezultată din ruperea piesei de prelucrat, precoacetă. Conceptul de putere nu se aplică mercurului, deoarece este în stare lichidă. Denumirea puterii este acceptată în MPa - Mega Pascals.
Există următoarele grupuri rezistența metalelor:
- Fragil. Rezistența lor nu depășește 50MPa. Acestea includ staniu, plumb, metale alcaline moi
- Durabil, 50-500 MPa. Cupru, aluminiu, fier, titan. Materialele acestui grup stau la baza multor aliaje structurale.
- Rezistență ridicată, peste 500 MPa. De exemplu, molibden și wolfram.
Masa de rezistenta a metalului
Cele mai comune aliaje în viața de zi cu zi
După cum se poate observa din tabel, punctele de topire ale elementelor variază foarte mult chiar și pentru materialele des întâlnite în viața de zi cu zi.
Astfel, punctul minim de topire al mercurului este de -38,9 ° C, prin urmare, la temperatura camerei, acesta este deja în stare lichidă. Așa se explică faptul că termometrele de uz casnic au o notă mai mică de -39 de grade Celsius: sub acest indicator, mercurul se transformă în stare solidă.
Lipiturile, cele mai frecvente în aplicațiile de uz casnic, conțin un procent semnificativ de staniu, care are un punct de topire de 231,9 ° C, astfel încât majoritatea lipiturii se topește la o temperatură de funcționare a fierului de lipit de 250-400 ° C.
În plus, există lipituri cu punct de topire scăzut, cu o limită de topire inferioară, până la 30 ° C, și sunt utilizate atunci când supraîncălzirea materialelor lipite este periculoasă. În aceste scopuri, există lipituri cu bismut, iar topirea acestor materiale se află în intervalul 29,7 - 120 ° C.
Topirea materialelor cu conținut ridicat de carbon, în funcție de componentele de aliere, se află în intervalul de la 1100 la 1500 °C.
Punctele de topire ale metalelor și aliajelor lor sunt într-un interval de temperatură foarte larg, de la temperaturi foarte scăzute (mercur) până la o limită de câteva mii de grade. Cunoașterea acestor indicatori, precum și a altor proprietăți fizice, este foarte importantă pentru persoanele care lucrează în domeniul metalurgic. De exemplu, cunoașterea la ce temperatură se topește aurul și alte metale va fi utilă bijutierilor, turnatorilor și topitorilor.
Fiecare metal sau aliaj are proprietăți unice, inclusiv punctul său de topire. În acest caz, obiectul trece de la o stare la alta, într-un caz particular, devine dintr-un solid la un lichid. Pentru a-l topi, este necesar să-i aducem căldură și să-l încălziți până se ajunge la temperatura dorită. În momentul în care se atinge punctul de temperatură dorit al unui aliaj dat, acesta poate rămâne în stare solidă. Odată cu expunerea continuă, începe să se topească.
Mercurul are cel mai scăzut punct de topire - se topește chiar și la -39 ° C, wolfram are cel mai ridicat - 3422 ° C. Pentru aliaje (oțel și altele), determinați cifra exacta extrem de dificil. Totul depinde de raportul dintre componentele din ele. Pentru aliaje, se scrie ca un interval numeric.
Cum este procesul
Elementele, oricare ar fi acestea: aur, fier, fontă, oțel sau orice altul - se topesc cam la fel. Acest lucru se întâmplă cu încălzirea externă sau internă. Încălzirea externă se realizează într-un cuptor termic. Pentru încălzire internă se folosește rezistiv, trecând un curent electric sau inducție încălzire în câmp electromagnetic de înaltă frecvență. Impactul este cam același.
Când are loc încălzirea, amplitudinea vibrațiilor termice ale moleculelor crește. Apărea defecte structurale ale rețeleiînsoţită de ruperea legăturilor interatomice. Perioada de distrugere a rețelei și de acumulare a defectelor se numește topire.
În funcție de gradul de topire a metalelor, acestea sunt împărțite în:
- fuzibil - până la 600 ° C: plumb, zinc, staniu;
- topire medie - de la 600 ° C la 1600 ° C: aur, cupru, aluminiu, fontă, fier și mai ales elemente și compuși;
- refractar - de la 1600 ° C: crom, wolfram, molibden, titan.
În funcție de gradul maxim, se selectează și aparatul de topire. Ar trebui să fie mai puternică, cu atât încălzirea este mai puternică.
A doua valoare importantă este gradul de fierbere. Acesta este parametrul la care lichidele încep să fiarbă. De regulă, este de două ori gradul de topire. Aceste valori sunt direct proporționale între ele și sunt de obicei date la presiune normală.
Dacă presiunea crește, crește și cantitatea de topire. Dacă presiunea scade, atunci scade.
Tabel caracteristic
Metale și aliaje - indispensabile bază pentru forjare, turnătorie, bijuterii și multe alte domenii de producție. Orice face maestrul ( bijuterie de aur, garduri din fontă, cuțite din oțel sau brățări de cupru), pentru funcționare corectă el trebuie să cunoască temperaturile la care se topește cutare sau cutare element.
Pentru a afla acest parametru, trebuie să consultați tabelul. În tabel găsiți și gradul de fierbere.
Printre elementele cele mai frecvent utilizate în viața de zi cu zi, indicatorii punctului de topire sunt următorii:
- aluminiu - 660 °C;
- punctul de topire al cuprului - 1083 °C;
- punctul de topire al aurului - 1063 ° C;
- argint - 960 °C;
- staniu - 232 °C. Staniul este adesea folosit pentru lipit, deoarece temperatura unui fier de lipit este de doar 250-400 de grade;
- plumb - 327 °C;
- punctul de topire al fierului - 1539 ° C;
- temperatura de topire a oțelului (un aliaj de fier și carbon) - de la 1300 °C la 1500 °C. Fluctuează în funcție de saturația componentelor din oțel;
- punctul de topire al fontei (de asemenea, un aliaj de fier și carbon) - de la 1100 ° C la 1300 ° C;
- mercur - -38,9 ° C.
După cum reiese din această parte a tabelului, cel mai fuzibil metal este mercurul, care este deja în stare lichidă la temperaturi pozitive.
Gradul de fierbere al tuturor acestor elemente este aproape de două ori și uneori chiar mai mare decât gradul de topire. De exemplu, pentru aur este 2660 ° C, pentru aluminiu - 2519°C, pentru fier - 2900 ° C, pentru cupru - 2580 ° C, pentru mercur - 356,73 ° C.
Pentru aliaje precum oțel, fontă și alte metale, calculul este aproximativ același și depinde de raportul componentelor din aliaj.
Punctul maxim de fierbere pentru metale este reniu - 5596°C. Cel mai ridicat punct de fierbere este în cele mai refractare materiale.
Există tabele care indică, de asemenea densitatea metalelor. Cel mai ușor metal este litiul, cel mai greu este osmiul. Osmiul are o densitate mai mare decât uraniulși plutoniu atunci când sunt privite la temperatura camerei. Metalele ușoare includ: magneziu, aluminiu, titan. Metalele grele includ cele mai comune metale: fier, cupru, zinc, staniu și multe altele. Ultimul grup- metale foarte grele, acestea includ: wolfram, aurul, plumbul si altele.
Un alt indicator găsit în tabele este conductivitatea termică a metalelor. Cel mai rău dintre toate, neptuniul conduce căldura, iar argintul este cel mai bun conductor termic. Aurul, oțelul, fierul, fonta și alte elemente se află la mijloc între aceste două extreme. Caracteristicile clare pentru fiecare pot fi găsite în tabelul dorit.
Temperatura de topire, împreună cu densitatea, se refera la caracteristici fizice metale. Punct de topire a metalului- temperatura la care metalul trece de la starea solida, in care se afla in stare normala (cu exceptia mercurului), la starea lichida la incalzire. În timpul topirii, volumul metalului practic nu se modifică, prin urmare, temperatura normală pentru punctul de topire este presiunea atmosferică nu afectează.
Punctul de topire al metalelor este în intervalul de la -39 grade Celsius la +3410 grade. Pentru majoritatea metalelor, punctul de topire este ridicat, totuși, unele metale pot fi topite acasă prin încălzire pe un arzător convențional (staniu, plumb).
Clasificarea metalelor după punctul de topire
- metale fuzibile, al cărui punct de topire fluctuează până la 600 grade Celsius, de exemplu zinc, cositor, bismut.
- Metale cu topire medie, care se topesc la o temperatură de la 600 la 1600 grade Celsius: precum aluminiu, cupru, cositor, fier.
- Metale refractare, al cărui punct de topire atinge peste 1600 grade Celsius - wolfram, titan, crom si etc.
- - singurul metal care se afla in conditii normale (presiune atmosferica normala, temperatura medie a mediului) in stare lichida. Punctul de topire al mercurului este de aproximativ -39 de grade Celsius.
Tabelul punctelor de topire ale metalelor și aliajelor
| Metal | Temperatură de topire, grade Celsius |
| Aluminiu | 660,4 |
| Tungsten | 3420 |
| Duraluminiu | ~650 |
| Fier | 1539 |
| Aur | 1063 |
| Iridiu | 2447 |
| Potasiu | 63,6 |
| Siliciu | 1415 |
| Alamă | ~1000 |
| aliaj fuzibil | 60,5 |
| Magneziu | 650 |
| Cupru | 1084,5 |
| Sodiu | 97,8 |
| Nichel | 1455 |
| Staniu | 231,9 |
| Platină | 1769,3 |
| Mercur | –38,9 |
| Conduce | 327,4 |
| Argint | 961,9 |
| Oţel | 1300-1500 |
| Zinc | 419,5 |
| Fontă | 1100-1300 |
La topirea metalului pentru fabricarea produselor metalice-turnări, alegerea echipamentului, materialului pentru turnarea metalului etc. depinde de temperatura de topire. De asemenea, trebuie reținut că la alierea unui metal cu alte elemente, punctul de topire scade cel mai adesea.
Fapt interesant
Nu confundați conceptele de „punct de topire a metalului” și „punct de fierbere a metalului” - pentru multe metale, aceste caracteristici sunt semnificativ diferite: de exemplu, argintul se topește la o temperatură de 961 de grade Celsius și fierbe numai când încălzirea atinge 2180 de grade.
Punctul de topire al unui metal este temperatura minimă la care acesta trece de la solid la lichid. În timpul topirii, volumul acestuia practic nu se modifică. Metalele sunt clasificate după punctul de topire în funcție de gradul de încălzire.
metale fuzibile
Metalele fuzibile au un punct de topire sub 600°C. Acestea sunt zinc, staniu, bismut. Astfel de metale pot fi topite acasă încălzindu-le pe aragaz sau folosind un fier de lipit. Metalele fuzibile sunt folosite în electronică și inginerie pentru a conecta elemente metalice și fire pentru mișcarea curentului electric. Punctul de topire al staniului este de 232 de grade, iar zincul este de 419.
Metale cu topire medie
Metalele cu topire medie încep să treacă de la starea solidă la starea lichidă la temperaturi de la 600°C la 1600°C. Sunt folosite pentru a face plăci, bare de armare, blocuri și alte structuri metalice potrivite pentru construcție. Acest grup de metale include fier, cupru, aluminiu, ele fac, de asemenea, parte din multe aliaje. Cuprul este adăugat aliajelor de metale prețioase precum aurul, argintul și platina. Aurul 750 conține 25% metale aliate, inclusiv cupru, ceea ce îi conferă o nuanță roșiatică. Punctul de topire al acestui material este de 1084 °C. Și aluminiul începe să se topească la o temperatură relativ scăzută de 660 de grade Celsius. Este un metal ușor, ductil și ieftin, care nu se oxidează și nu ruginește, deci este utilizat pe scară largă la fabricarea ustensilelor. Punctul de topire al fierului este de 1539 de grade. Este unul dintre cele mai populare și mai accesibile metale, utilizarea sa este larg răspândită în industria construcțiilor și auto. Dar datorită faptului că fierul este supus coroziunii, acesta trebuie prelucrat în continuare și acoperit cu un strat protector de vopsea, ulei de uscare sau umezeală nu trebuie lăsată să intre.
Metale refractare
Temperatura metalelor refractare este peste 1600°C. Acestea sunt wolfram, titan, platină, crom și altele. Sunt folosite ca surse de lumină, piese de mașini, lubrifianți și în industria nucleară. Sunt folosite pentru a face fire, fire de înaltă tensiune și sunt folosite pentru a topi alte metale cu un punct de topire mai scăzut. Platina începe să se schimbe de la solid la lichid la 1769 de grade, iar wolfram la 3420°C.
Mercurul este singurul metal care se află în stare lichidă în condiții normale, și anume presiunea atmosferică normală și temperatura medie a mediului ambiant. Punctul de topire al mercurului este minus 39°C. Acest metal și vaporii săi sunt otrăvitori, așa că este folosit doar în recipiente închise sau în laboratoare. O utilizare comună a mercurului este ca termometru pentru măsurarea temperaturii corpului.
