Fier: proprietăți chimice și punctul de topire. Punctul de topire al metalelor neferoase și feroase Punctul de topire al metalelor și aliajelor

Punctul de topire al metalelor, care variază de la cel mai mic (-39 ° C pentru mercur) la cel mai mare (3400 ° C pentru wolfram), precum și densitatea metalelor în stare solidă la 20 ° C și densitatea lichidului metale la punctul de topire, sunt date în tabelul de topire a metalelor neferoase .

Tabelul 1. Topirea metalelor neferoase

Sudarea și topirea metalelor neferoase

Sudarea cuprului . Temperatura de topire a metalului Cu este de aproape șase ori mai mare decât temperatura de topire a oțelului, cuprul absoarbe și dizolvă intens diferite gaze, formând oxizi cu oxigenul. Oxidul de cupru II cu cuprul formează un eutectic, al cărui punct de topire (1064°C) este mai mic decât punctul de topire al cuprului (1083°C). Când cuprul lichid se solidifică, eutecticul este situat de-a lungul granițelor granulelor, făcând cuprul fragil și predispus la crăpare. Prin urmare, sarcina principală în sudarea cuprului este de a-l proteja de oxidare și dezoxidare activă a bazinului de sudură.

Cea mai comună sudare cu gaz a cuprului cu o flacără de oxid de acetilenă, folosind arzătoare care sunt de 1,5 ... 2 ori mai puternice decât un arzător pentru sudarea oțelurilor. Metalul de umplutură este bare de cupru conţinând fosfor şi siliciu. Dacă grosimea produselor este mai mare de 5...6 mm, acestea sunt mai întâi încălzite la o temperatură de 250...300°C. Fluxurile pentru sudare sunt borax prăjit sau un amestec format din 70% borax și 30% acid boric. Pentru îmbunătățirea proprietăților mecanice și îmbunătățirea structurii metalului depus, cuprul este forjat după sudare la o temperatură de aproximativ 200...300°C. Apoi se încălzește din nou la 500-550°C și se răcește în apă. Cuprul se sudează și prin metoda arcului electric cu electrozi, în flux de gaze protectoare, sub strat de flux, pe mașini cu condensatoare, prin metoda frecării.

sudarea alama . Alama este un aliaj de cupru și zinc (până la 50%). Principala poluare în acest caz este evaporarea zincului, în urma căreia cusătura își pierde calitățile, apar pori în ea. Alama, ca și cuprul, este sudată în principal cu o flacără de oxidare a acetilenei, care creează o peliculă de oxid de zinc refractar pe suprafața băii, reducând arderea suplimentară și evaporarea zincului. Fluxurile sunt utilizate la fel ca pentru sudarea cuprului. Acestea creează zguri pe suprafața băii, care leagă oxizii de zinc și îngreunează evacuarea vaporilor din bazinul de sudură. Alama este de asemenea sudată în gaze protectoare și pe mașini de contact.

sudarea bronzului . În cele mai multe cazuri, bronzul este un material de turnare, deci

sudarea se foloseste la corectarea defectelor sau la reparatii. Cel mai des folosit sudura cu electrozi metalici. Metalul de umplutură este tije cu aceeași compoziție cu metalul de bază, iar fluxurile sau acoperirea electrodului sunt compuși de clorură și fluorură de potasiu și sodiu.

. Principalii factori care împiedică sudarea aluminiului sunt punctul său de topire scăzut (658°C), conductivitatea termică ridicată (de aproximativ 3 ori mai mare decât conductibilitatea termică a oțelului), formarea de oxizi de aluminiu refractar, care au un punct de topire de 2050° C, deci tehnologia de topire a metalelor neferoase , precum cuprul sau bronzul nu este potrivit pentru topirea aluminiului. În plus, acești oxizi reacționează slab atât cu fluxurile acide, cât și cu cele bazice, deci sunt prost îndepărtați din sudură.

Cea mai des folosită flacără de acetilenă de aluminiu de sudare cu gaz. LA anul trecut sudarea automată cu arc a devenit, de asemenea, răspândită electrozi metalici scufundat și în argon. Pentru toate metodele de sudare, cu excepția argon-arc, se folosesc fluxuri sau acoperiri cu electrozi, care includ compuși de fluorură și clorură de litiu, potasiu, sodiu și alte elemente. Ca metal de umplutură pentru toate metodele de sudare, se folosesc sârmă sau tije cu aceeași compoziție ca metalul de bază.

Aluminiul este bine sudat printr-un fascicul de electroni în vid, pe mașini de contact, prin electrozgură și alte metode.

Sudare din aliaj de aluminiu . Aliajele de aluminiu cu magneziu și zinc sunt sudate fără

complicații speciale, precum și aluminiu. O excepție este duraluminiul - aliaje de aluminiu cu cupru. Aceste aliaje sunt întărite termic după călire și îmbătrânire ulterioară. Când temperatura de topire a metalelor neferoase este peste 350 ° C, are loc o scădere a rezistenței la acestea, care nu este restabilită tratament termic. Prin urmare, atunci când sudați duraluminiu în zona afectată de căldură, rezistența scade cu 40 ... 50%. Dacă duraluminiul este sudat în gaze protectoare, atunci o astfel de scădere poate fi restabilită prin tratament termic până la 80 ... 90% în raport cu rezistența metalului de bază.

Sudarea aliajelor de magneziu . La sudare cu gaz asigurați-vă că utilizați fluxuri cu fluor, care, spre deosebire de cele cu clorură, nu provoacă coroziune îmbinări sudate. Încă nu a fost folosită sudarea cu arc a aliajelor de magneziu cu electrozi metalici prin calitatea proastă a sudurilor. La sudarea aliajelor de magneziu, există o creștere semnificativă a granulelor în zonele apropiate de sudură și o dezvoltare puternică a cristalelor columnare în sudură. Prin urmare, rezistența la tracțiune a îmbinărilor sudate este de 55 ... 60% din rezistența la tracțiune a metalului de bază.

Tabelul 2. Proprietățile fizice ale metalelor industriale neferoase

Topirea creuzetului

O parte integrantă a producției de metal și produse metalice, este utilizarea în timpul proces de producție creuzete pentru producerea, topirea și retopirea atât a metalelor feroase, cât și a celor neferoase. Crezetele sunt o parte integrantă a echipamentelor metalurgice pentru turnarea diferitelor metale, aliaje și altele asemenea.

Crezetul ceramic pentru topirea metalelor neferoase a fost folosit pentru topirea metalelor (cupr, bronz) din cele mai vechi timpuri.

- primul ca importanță și prevalență a materialului structural. Este cunoscut din cele mai vechi timpuri, iar proprietățile sale sunt de așa natură încât, atunci când fierul a fost învățat să fie topit în cantități semnificative, metalul a înlocuit toate celelalte aliaje. Epoca fierului a venit și, judecând după, acest timp nu se va încheia 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 și, 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. În acest caz, aproape toate proprietățile fizice sunt păstrate, cu excepția celor magnetice: fierul devine paramagnetic, 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 tranzițiilor de fază se modifică vizibil la doparea 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 astfel 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 sau fontă.

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 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 proprietățile fizice și chimice ale fierului:

Caracteristici mecanice

Fierul și aliajele sale sunt atât de comune încât, deși au început să fie utilizate mai târziu, de exemplu, 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: în ceea ce privește conductibilitatea termică, 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 temperatura;

• 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 cele mai importante roluri: o încălcare a absorbției fierului sau o cantitate insuficientă a acestuia din urmă în dietă garantează în cel mai bun caz anemia.

Fierul este absorbit 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:

Fiecare metal sau aliaj are proprietăți unice, inclusiv punctul său de topire. În acest caz, obiectul trece dintr-o stare în alta, în caz concret trece de la solid la 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 ajunge punctul dorit temperatura 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), este extrem de dificil să se determine cifra exactă. 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:

1. fuzibil - până la 600 ° C: plumb, zinc, staniu;
2. topire medie - de la 600 ° C la 1600 ° C: aur, cupru, aluminiu, fontă, fier și mai ales elemente și compuși;
3. 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 ( Bijuterii din aur, garduri din fontă, cuțite din oțel sau brățări de cupru), pentru funcţionare 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:

1. aluminiu - 660 °C;
2. punctul de topire al cuprului - 1083 °C;
3. punctul de topire al aurului - 1063 ° C;
4. argint - 960 °C;
5. staniu - 232 °C. Staniul este adesea folosit pentru lipit, deoarece temperatura unui fier de lipit este de doar 250-400 de grade;
6. plumb - 327 °C;
7. punctul de topire al fierului - 1539 ° C;
8. 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;
9. punctul de topire al fontei (de asemenea, un aliaj de fier și carbon) - de la 1100 ° C la 1300 ° C;
10. 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 este metalele foarte grele, acestea includ: wolfram, aurul, plumbul și 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 referă la caracteristicile fizice ale metalelor. Punct de topire a metalului- temperatura la care metalul trece de la starea solidă, în care se află în stare normală (cu excepția mercurului), la starea lichidă la încălzire. 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

1. metale fuzibile, al cărui punct de topire fluctuează până la 600 grade Celsius, de exemplu zinc, cositor, bismut.
2. Metale cu topire medie, care se topesc la o temperatură de la 600 la 1600 grade Celsius: precum aluminiu, cupru, cositor, fier.
3. Metale refractare, al cărui punct de topire atinge peste 1600 grade Celsius - wolfram, titan, crom si etc.
4. - 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

La topirea metalului pentru fabricarea produselor metalice-turnări, alegerea echipamentului, materialului pentru turnarea metalului etc. depinde de temperatura de topire. De asemenea, trebuie amintit 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, care 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 în industria 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 cât şi 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.

La care rețeaua cristalină a metalului este distrusă și trece din starea solidă în starea lichidă.

Punctul de topire al metalelor este un indicator al temperaturii metalului încălzit, la atingerea căreia începe procesul (topirea). Procesul în sine este inversul cristalizării și este indisolubil legat de acesta. Pentru a topi metalul? trebuie încălzit folosind sursă externăîncălziți până la punctul de topire și apoi continuați furnizarea de căldură pentru a depăși energia tranziției de fază. Cert este că însăși valoarea punctului de topire al metalelor indică temperatura la care materialul va fi în echilibru de fază, la limita dintre lichid și solid. La această temperatură, un metal pur poate exista simultan atât în ​​stare solidă, cât și în stare lichidă. Pentru a efectua procesul de topire, este necesar să supraîncălziți metalul puțin peste temperatura de echilibru pentru a oferi un potențial termodinamic pozitiv. Dați un impuls procesului.

Punctul de topire al metalelor este constant doar pentru substanțele pure. Prezența impurităților va schimba potențialul de echilibru într-o direcție sau alta. Acest lucru se datorează faptului că metalul cu impurități formează o rețea cristalină diferită, iar forțele de interacțiune ale atomilor din ele vor diferi de cele prezente în materialele pure.În funcție de punctul de topire, metalele sunt împărțite în fuzibile (până la 600 ° C, cum ar fi galiu, mercur), cu topire medie (600-1600°С, cupru, aluminiu) și refractar (>1600°С, wolfram, molibden).

LA lumea modernă metale pure rar utilizate datorită faptului că au o gamă limitată de proprietăți fizice. Industria a folosit de mult și dens diverse combinații de metale - aliaje, ale căror varietăți și caracteristici sunt mult mai mari. Punctul de topire al metalelor care compun diferitele aliaje va diferi, de asemenea, de punctul de topire al aliajului lor. Concentrațiile diferite de substanțe determină ordinea topirii sau cristalizării lor. Există însă concentrații de echilibru la care metalele care compun aliajul se solidifică sau se topesc simultan, adică se comportă ca un material omogen. Astfel de aliaje sunt numite eutectice.

Cunoașterea temperaturii de topire este foarte importantă atunci când se lucrează cu metal, această valoare este necesară atât în ​​producție, pentru calcularea parametrilor aliajelor, cât și în funcționarea produselor metalice, când temperatura de tranziție de fază a materialului din care este realizat produsul determină limitările în utilizarea sa. Pentru comoditate, aceste date sunt rezumate într-o singură topire a metalelor - un rezultat rezumat al studiilor fizice ale caracteristicilor diferitelor metale. Există și tabele similare pentru aliaje. De asemenea, punctul de topire al metalelor depinde în mod semnificativ de presiune, astfel încât datele din tabel sunt relevante pentru o anumită valoare a presiunii (de obicei aceasta conditii normale când presiunea este de 101,325 kPa). Cu cât presiunea este mai mare, cu atât este mai mare punctul de topire și invers.

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:

1. Transformările din lichid în solid și invers sunt luate ca zero grade.
2. 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

Solid caracterizată prin persistență

• forme, obiectul păstrează dimensiuni liniare în diferite condiții;
• 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:

1. Lichidele se dizolvă complet unele în altele, așa se comportă apa și alcoolul. Pe tot volumul, concentrația de substanțe va fi aceeași.
2. Lichidele sunt stratificate în densitate, conexiunea are loc numai 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 doar 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:

1. Fuzibil - este suficient să le încălziți până la 600 ⁰С pentru a obține o substanță sub formă lichidă.
2. Metalele cu topire medie sunt topite în intervalul de temperatură de 600…1600 ⁰С.
3. 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 internă se realizează folosind curenți de înaltă frecvență.

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 aviației 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 se dezvoltă procese tehnologiceși echipamente 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 raport diferitîntre ei. 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 utilizate pentru a obține un aliaj eutectoid. Proprietățile sale mecanice sunt cele mai bune posibile. 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 folosit în compoziția lipiturii. Astfel de aliaje au o rezistență electrică minimă.

Punctul de topire al nemetalelor

Materialele nemetalice pot fi prezentate 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 materiale organice: polietilenă, polipropilenă, ceară, parafină și altele. Punctul de topire al unor substanțe este prezentat în tabel. 5.

Tabelul 5, punctul de topire materiale polimerice:

Atenţie! Temperatura de tranziție sticloasă este înțeleasă ca starea în care materialul devine casant.

Video: punctul de topire al metalelor cunoscute.

Concluzie

1. Punctul de topire depinde de natura substanței în sine. Cel mai adesea este o valoare constantă.
2. În practică, nu se folosesc metale pure, ci aliajele lor. De obicei, au proprietăți mult mai bune decât metalul pur.