Fier: proprietăți chimice și punctul de topire. Temperatura de topire a metalelor neferoase și feroase Temperatura de topire a 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 metalele la punctul de topire sunt date în tabelul de topire pentru metalele neferoase .

Tabelul 1. Topituri ale 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 formează un eutectic cu cuprul, 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 la sudarea cuprului este de a-l proteja de oxidare și de a dezoxida activ bazinul de sudură.

Cea mai obișnuită sudare cu gaz a cuprului este cu o flacără de oxid-acetilenă folosind torțe care sunt de 1,5...2 ori mai puternice decât o pistoletă pentru sudarea oțelului. Există metal de umplutură tije 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. Fluxul folosit la sudare este boraxul prăjit sau un amestec format din 70% borax și 30% acid boric. Pentru a crește proprietățile mecanice și a îmbunătăți structura 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. De asemenea, cuprul este sudat prin metoda arcului electric folosind electrozi, în flux de gaze protectoare, sub un strat de flux, pe mașini cu condensatoare și prin frecare.

Alama de sudare . Alama este un aliaj de cupru și zinc (până la 50%). Principala contaminare în acest caz este evaporarea zincului, în urma căreia cusătura își pierde calitatea și 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 utilizate sunt aceleași cu cele utilizate pentru sudarea cuprului. Ele creează zguri pe suprafața bazinului, care leagă oxizii de zinc și îngreunează evacuarea vaporilor din bazinul de sudură. Alama este de asemenea sudată în gaze de protecție și pe mașini de contact.

sudare cu bronz . În cele mai multe cazuri, bronzul este un material de turnare, deci

Sudarea este utilizată pentru corectarea defectelor sau în timpul reparațiilor. Cel mai des se folosește sudarea cu electrozi metalici. Metalul de umplutură este tije cu aceeași compoziție ca și metalul de bază, iar fluxurile sau acoperirea electrodului sunt compuși de clorură și fluorură de potasiu și sodiu.

. Principalii factori care îngreunează sudarea aluminiului sunt punctul său de topire scăzut (658°C), conductivitatea termică ridicată (de aproximativ 3 ori mai mare decât conductivitatea 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 , cum ar fi cuprul sau bronzul, nu este potrivit pentru topirea aluminiului. În plus, acești oxizi reacționează slab atât cu fluxurile acide, cât și cu cele bazice și, prin urmare, sunt dificil de îndepărtat din cusătură.

Cel mai des se utilizează sudarea cu gaz a aluminiului cu o flacără de acetilenă. ÎN anul trecut sudarea automată cu arc sa răspândit semnificativ electrozi metalici scufundat și în argon. Pentru toate metodele de sudare, cu excepția arcului de argon, se folosesc fluxuri sau acoperiri cu electrozi, care conțin compuși de fluorură și clorură de litiu, potasiu, sodiu și alte elemente. Ca metal de umplutură în toate metodele de sudare, se utilizează sârmă sau tije cu aceeași compoziție ca metalul de bază.

Aluminiul poate fi sudat bine cu un fascicul de electroni în vid, pe mașini de contact, electrozgură și alte metode.

Sudarea aliajelor de aluminiu . Aliajele de aluminiu cu magneziu și zinc sunt sudate fără

complicații speciale, la fel ca aluminiul. Excepția este duraluminiul - aliaje de aluminiu și cupru. Aceste aliaje sunt întărite termic după călire și îmbătrânire ulterioară. Când temperatura de topire a metalelor neferoase depășește 350 ° C, are loc o scădere a rezistenței la acestea, care nu este restabilită tratament termic. Prin urmare, la sudarea duraluminului în zona afectată de căldură, rezistența scade cu 40...50%. Dacă duraluminiul este sudat în gaze de protecție, atunci această reducere poate fi restabilită prin tratament termic la 80...90% în raport cu rezistența metalului de bază.

Sudarea aliajelor de magneziu . La sudare cu gaz Trebuie folosite fluxuri de fluor care, spre deosebire de fluxurile de clor, nu provoacă coroziune îmbinări sudate. Sudarea cu arc a aliajelor de magneziu cu electrozi metalici din cauza calității proaste a sudurilor nu a fost încă folosită. La sudarea aliajelor de magneziu, se observă o creștere semnificativă a granulelor în zonele apropiate cusăturii și o puternică dezvoltare 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 componentă 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.

Crezetele ceramice pentru topirea metalelor neferoase au fost folosite pentru topirea metalelor (cupr, bronz) din cele mai vechi timpuri.

– primul material structural cel mai important și răspândit. Este cunoscut din cele mai vechi timpuri, iar proprietățile sale sunt de așa natură încât atunci când au învățat să topească fierul 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 densitatea specifică a fierului și care este punctul său de topire în forma sa pură.

Fierul este un metal tipic și este activ din punct de vedere chimic. Substanța reacționează la temperatură normală, iar încălzirea sau creșterea umidității îi crește semnificativ reactivitatea. Fierul se corodează în aer, arde într-o atmosferă de oxigen pur și, sub formă de praf fin, se poate aprinde în aer.

Fierul pur este în mod inerent maleabil, dar metalul este foarte rar sub această formă. De fapt, fierul înseamnă un aliaj cu proporții mici de impurități - până la 0,8%, care se caracterizează prin moliciunea și maleabilitatea unei substanțe pure. Aliajele cu carbon - oțel, fontă, oțel inoxidabil - sunt importante pentru economia națională.

Fierul se caracterizează prin polimorfism: 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 feromagnetic, adică reține magnetizarea în absența unui câmp magnetic extern. +769 C – Punct Curie pentru metal;
• de la +769 la +917 C apare β-Fe. Diferă de faza α numai în parametrii rețelei. 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. Metalurgia 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 faza δ, care se caracterizează printr-o rețea cubică centrată pe corp.

La presiune ridicată, precum și atunci când metalul este dopat cu anumiți aditivi, se formează o fază ε cu o rețea compactă hexagonală.

Temperatura tranzițiilor de fază se schimbă considerabil atunci când este dopată 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 timpul pentru proprietățile fierului metalic.

Acest videoclip spune despre structura fierului:

Proprietăți și caracteristici ale metalului

Fierul este un metal destul de ușor, moderat refractar, de culoare gri-argintie. Reacționează ușor cu acizii diluați și, prin urmare, este considerat un element cu 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/cubic. cm la 20°C și 7,67 g/cc. cm la 600 C;
• Faza y are o densitate și mai mică - 7,59 g/cc la 1000C;
• Densitatea fazei δ este de 7,409 g/cc.

Odată cu creșterea temperaturii, densitatea fierului scade în mod natural.

Acum să aflăm care este punctul de topire al fierului în Celsius, comparându-l, de exemplu, cu fonta.

Interval de temperatură

Metalul este moderat refractar, ceea ce înseamnă o temperatură relativ scăzută de modificare a stării de agregare:

• punct de topire – 1539 C;
• punctul de fierbere – 2862 C;
• Temperatura Curie, adică pierderea capacității de magnetizare, este de 719 C.

Merită să țineți cont de faptul că atunci când vorbesc despre punctul de topire sau de fierbere, ei au de-a face cu faza δ a substanței.

Acest videoclip vă va spune despre proprietățile fizice și chimice ale fierului:

Caracteristici mecanice

Fierul și aliajele sale sunt atât de răspândite încât, deși au început să fie utilizate mai târziu, de exemplu, au devenit standarde originale. Când comparăm 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:

• duritatea 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 grad de aliaj sau metal pur. Astfel, rezistența 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 mai puțin.

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)];
• iar 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 când 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. Rezistivitatea electrică a metalului în condiții normale este de 9,7·10-8 ohm·m.

Deoarece fierul este feromagnetic, performanța sa în acest domeniu este mai semnificativă:

• inducția magnetică de saturație este de 2,18 Tesla;
• 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. Deșeurile de fier – fier vechi – reprezintă un pericol pentru mediu inconjurator, dar destul de moderată, deoarece metalul ruginește în aer.

Fierul nu este inert biologic, 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 există o deficiență.

• Necesarul zilnic obișnuit de fier este de 10 mg pentru bărbați și 20 mg pentru femei.
• Doza toxică – 200 mg/zi.
• Letal – 7–35 g Este aproape imposibil să se obțină o astfel de 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 prelucrare mecanică sau prin adăugarea unor cantități foarte mici de elemente de aliere. Această caracteristică, combinată cu disponibilitatea și ușurința extracției metalului, face din fier cel mai popular material structural.

Un specialist vă va spune și 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 de la o stare la alta, la caz concret trece de la solid la lichid. Pentru a-l topi, trebuie să-i aplicați căldură și să-l încălziți până când se atinge temperatura dorită. În momentul în care se ajunge punctul dorit temperatura unui aliaj dat, acesta poate rămâne în stare solidă. Pe măsură ce 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 funcționează procesul

Elementele, oricare ar fi ele: aur, fier, fontă, oțel sau oricare altul, se topesc aproximativ la fel. Acest lucru se întâmplă din cauza încălzirii externe sau interne. Încălzirea externă se realizează într-un cuptor termic. Pentru uz intern încălzire rezistivă, curent electric de trecere sau inducție încălzire într-un câmp electromagnetic de înaltă frecvență. Impactul este aproximativ același.

Când are loc încălzirea, amplitudinea vibrațiilor termice ale moleculelor crește. Apărea defecte structurale ale rețelei, însoțită 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. cu punct de topire scăzut - 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 aparatul de topire. Ar trebui să fie mai puternic cu cât 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 punctul 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 de caracteristici

Metale și aliaje - indispensabile baza de forjare, producția de turnătorie, producția de bijuterii și multe alte domenii de producție. Indiferent ce face maestrul ( Bijuterii făcut din aur, garduri din fontă, cuțite din oțel sau brățări de cupru), Pentru operatiune adecvata el trebuie să cunoască temperaturile la care se topește un anumit 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:

1. aluminiu - 660 °C;
2. punctul de topire a 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 de lucru este exact de 250-400 de grade;
6. plumb - 327 °C;
7. punctul de topire al fierului - 1539 °C;
8. punctul de topire al oțelului (un aliaj de fier și carbon) este de la 1300 °C la 1500 °C. Acesta variază în funcție de saturația oțelului cu componente;
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 la temperaturi pozitive este deja în stare lichidă.

Punctul de fierbere al tuturor acestor elemente este aproape dublu și uneori chiar mai mare decât punctul de topire. De exemplu, pentru aur este 2660 °C, pt 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 Rhenia - 5596 °C. Cel mai ridicat punct de fierbere este pentru cele mai refractare materiale.

Există tabele care indică și ele densitatea metalului. Cel mai ușor metal este litiul, cel mai greu este osmiul. Osmiul are o densitate mai mare decât uraniulși plutoniu, dacă sunt luate în considerare 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. Neptuniul este cel mai prost conductor de căldură, iar cel mai bun metal din punct de vedere al conductivității termice este argintul. Aurul, oțelul, fierul, fonta și alte elemente se află la mijloc între aceste două extreme. Caracteristicile clare pentru fiecare pot fi găsite în tabelul necesar.

Punctul de topire, împreună cu densitatea, se referă la caracteristicile fizice ale metalelor. Punctul de topire a metalului- temperatura la care un metal trece de la starea solidă în care se află în stare normală (cu excepția mercurului) la starea lichidă atunci când este încălzit. În timpul topirii, volumul metalului practic nu se modifică, astfel încât temperatura de topire este normală presiunea atmosferică nu are efect.

Punctul de topire al metalelor variază de la -39 grade Celsius la +3410 grade. Pentru majoritatea metalelor, punctul de topire este ridicat, cu toate acestea, unele metale pot fi topite acasă prin încălzire pe un arzător obișnuit (staniu, plumb).

Clasificarea metalelor după punctul de topire

1. Metale cu punct de topire scăzut, 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 stare lichida in conditii normale (presiune atmosferica normala, temperatura medie a mediului ambiant). Punctul de topire al mercurului este de aproximativ -39 de grade Celsius.

Tabelul temperaturilor de topire a metalelor și aliajelor

La topirea metalului pentru fabricarea pieselor turnate din metal, alegerea echipamentului, a materialului pentru turnarea metalului etc. depinde de temperatura de topire 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 temperatura atinge 2180 de grade.

Punctul de topire al unui metal este temperatura minimă la care acesta trece de la solid la lichid. La topire, volumul acestuia practic nu se schimbă. Metalele sunt clasificate după punctul de topire în funcție de gradul de încălzire.

Metale cu punct de topire scăzut

Metalele cu punct de topire scăzut 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 cu punct de topire scăzut sunt folosite în electronică și tehnologie 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 se transforme din solid în lichid la temperaturi de la 600°C la 1600°C. Acestea sunt folosite pentru a face plăci, armături, blocuri și alte structuri metalice potrivite pentru construcție. Acest grup de metale include fier, cupru, aluminiu și, de asemenea, fac parte din multe aliaje. Cuprul este adăugat aliajelor de metale prețioase precum aurul, argintul și platina. Aurul 750 este format din metale aliaje de 25%, inclusiv cupru, care îi conferă o nuanță roșiatică. Punctul de topire al acestui material este de 1084 °C. Iar aluminiul începe să se topească la o temperatură relativ scăzută de 660 de grade Celsius. Acesta este un metal ușor, ductil și ieftin, care nu se oxidează și nu ruginește, prin urmare este utilizat pe scară largă la fabricarea de veselă. Punctul de topire al fierului este de 1539 de grade. Acesta 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 suplimentar și acoperit cu un strat protector de vopsea, ulei de uscare sau pentru a împiedica pătrunderea umezelii.

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, precum 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 treacă de la solid la lichid la o temperatură de 1769 de grade, iar wolfram la o temperatură de 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 se utilizează numai în recipiente închise sau în laboratoare. O utilizare comună a mercurului este ca termometru pentru măsurarea temperaturii corpului.

În 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 temperatura de topire și apoi continuați să adăugați căldură pentru a depăși energia de tranziție 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 un lichid și un solid. La această temperatură, metalul 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 fel de 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 întâmplă deoarece un metal cu impurități formează o rețea cristalină diferită, iar forțele de interacțiune dintre atomi din ele vor diferi de cele prezente în materialele pure În funcție de punctul de topire, metalele sunt împărțite în cele cu punct de topire scăzut (până la 600 °. C, cum ar fi galiu, mercur), cu topire medie (600-1600°C, cupru, aluminiu) și refractar (>1600°C, wolfram, molibden).

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

Cunoașterea punctului 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 timpul funcționării produselor metalice, când temperatura de tranziție de fază a materialului din care este realizat produsul determină; restricțiile privind utilizarea acestuia. Pentru comoditate, aceste date sunt combinate 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 aceste tabele sunt relevante pentru o anumită valoare a presiunii (de obicei 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 pentru metale la care rețeaua cristalină este distrusă. Substanța își păstrează volumul, dar nu se mai poate vorbi despre constanța formei sale.

Metalele individuale se găsesc extrem de rar în forma lor pură. În practică, se folosesc aliaje. Au anumite diferențe față de substanțele pure. Când se formează compuși complecși, rețelele cristaline se combină între ele. Prin urmare, proprietățile aliajelor pot diferi semnificativ de cele ale elementelor lor constitutive. Punctul de topire nu mai rămâne constant, 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. A fost elaborată o scară de temperatură cu privire la proprietățile lichidului care ocupă o poziție dominantă pe Pământ. Punctele de referință sunt temperatura modificărilor stărilor agregative ale apei:

1. Transformările de la lichid la solid și invers sunt considerate zero grade.
2. Fierberea (formarea de vapori în interiorul unui lichid) la presiunea atmosferică normală (760 mm Hg) este considerată a fi 100 ⁰C.

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 metalice

Solid caracterizat prin constanță:

• forme, obiectul păstrează dimensiuni liniare în diferite condiții;
• volum, obiectul nu modifică cantitatea de substanță pe care o ocupă;
• masa, cantitatea unei substanțe exprimată în grame (kilograme, tone);
• densitate, unitatea de volum conține masă constantă.

La trecerea într-o stare lichidă, după ce a atins o anumită temperatură, rețelele cristaline sunt distruse. Acum nu putem 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 putem spune că densitatea este o valoare constantă.

Când lichidele se combină, sunt posibile următoarele opțiuni:

1. Lichidele se dizolvă complet unele în altele, la fel ca apa și alcoolul. Concentrația de substanțe va fi aceeași pe tot volumul.
2. Lichidele sunt stratificate după densitate, conexiunea are loc doar la interfață. Este posibil doar temporar obținerea unui amestec mecanic. Se amestecă lichide 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 cazul aliajelor, sunt posibile fenomene de dizolvare completă a unuia în altul. Opțiunile nu pot fi excluse atunci când aliajul va fi obținut doar ca urmare a amestecării intensive. In acest caz, calitatea aliajului nu este garantata, asa ca 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. Defini:

• Rețelele cristaline heliocentrate sunt numite și centrate pe corp. În mijloc există o moleculă dintr-o substanță și încă patru molecule ale altei sunt situate în jurul ei. Se obișnuiește să se numească astfel de rețele libere, deoarece legăturile dintre moleculele de metal din ele sunt mai slabe.
• Rețelele cristaline centrate pe față formează compuși în care moleculele componente sunt situate pe fețe. Metalurgiștii 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 opțiuni pentru 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. Cu topire scăzută - este suficient să le încălziți la 600 ⁰C pentru a obține substanța sub formă lichidă.
2. Metalele cu topire medie se topesc în intervalul de temperatură 600…1600 ⁰С.
3. Refractarele sunt metale care se pot topi la temperaturi peste 1600 ⁰C.

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 fuzibile:

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 realizarea procesului de topire se folosesc diverse dispozitive. De exemplu, furnalele sunt folosite pentru topirea fierului. Pentru topirea metalelor neferoase, încălzirea internă se realizează folosind curenți de înaltă frecvență.

Formele din materiale nemetalice conțin 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 provoacă încălzirea în întreaga masă.

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, focare deschise și cuptoare cu inducție. Procesul presupune adăugarea de componente de aliere care îmbunătățesc calitatea metalului.

Este cel mai dificil 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 aeronautică ia în considerare utilizarea titanului (Ti) ca material structural. La de mare vitezăÎn timpul zborului în atmosferă, pielea se încălzește. Prin urmare, este necesar un înlocuitor pentru aluminiu și aliajele acestuia (AL).

Punctul maxim de topire al acestui metal destul de ușor atrage designerii. De aceea se dezvoltă tehnologii procese tehnologiceși echipamente pentru a produce piese din titan și aliajele acestuia.

Aliaje metalice

Pentru a proiecta produse din aliaje, proprietățile lor sunt mai întâi studiate. Pentru a studia, metalele studiate sunt topite în recipiente mici rapoarte diferiteîntre ei. Pe baza rezultatelor se construiesc grafice.

Axa inferioară reprezintă concentrația componentului A cu componenta B. Axa verticală este temperatura. Aici se notează valorile temperaturii maxime atunci când tot metalul este în stare topit.

Când se răcește, una dintre componente începe să formeze cristale. În stare lichidă, eutecticul este un compus ideal de metale dintr-un aliaj.

Metalurgiștii identifică un raport special de componente la care punctul de topire este minim. La realizarea aliajelor se incearca sa selecteze cantitatea de substante folosite pentru a obtine 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 diagrame speciale, unde observăm cum se modifică viteza de răcire. Diagramele gata făcute sunt disponibile pentru diferite aliaje. Prin marcarea punctelor de început și de sfârșit de cristalizare se determină compoziția aliajului.

Aliaj de lemn

În 1860, tehnicianul dentar american Barnabas Wood căuta proporții optime de componente pentru a produce dinți pentru clienți la temperaturi minime de topire. A găsit un aliaj care are un punct de topire de numai 60,2...68,5 ⁰C. 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 a găsit niciodată aplicație practică. Atenţie! Cadmiul și plumbul sunt metale grele și nu se recomandă contactul cu acestea. Mulți oameni pot suferi otrăvire în urma contactului cu cadmiul.

Aliaje de lipit

În practică, mulți oameni se confruntă cu topirea la lipirea pieselor. Dacă suprafețele materialelor de îmbinat sunt curățate de contaminanți și oxizi, atunci acestea pot fi ușor lipite cu lipituri. Se obișnuiește să se împartă lipituri în tari și moi. Cele moi sunt cele mai răspândite:

• 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 echipamente radio.

Aliajele de lipire pe bază de zinc, cupru, argint și bismut au un punct de topire mai mare:

• PSr-10 - 825…835 °C;
• PSr-12 - 780…790 °C;
• PSr-25 - 760…770 °C;
• PSr-45 - 715…721 °C;
• PSr-65 - 738…743 °C;
• PSr-70 - 778…783 °C;
• PMC-36 - 823...828 °C;
• PMC-42 - 830…837 °C;
• PMC-51 - 867…884 °C.

Utilizarea de lipituri dure vă permite să obțineți conexiuni puternice.

Atenţie! Wed înseamnă că argintul este folosit în lipire. 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. 4.

Tabelul 4, punctul de topire al nemetalelor anorganice:

În practică, materialele organice prezintă cel mai mare interes pentru utilizatori: polietilenă, polipropilenă, ceară, parafină și altele. Punctele de topire ale unor substanțe sunt prezentate în tabel. 5.

Tabelul 5, punctul de topire materiale polimerice:

Atenţie! Temperatura de tranziție sticloasă se referă la starea în care un material devine fragil.

Video: punctul de topire al metalelor cunoscute.

Concluzie

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