Температура кипения и плавления металлов. Температура плавления стали

При сварке происходит воздействие высокой температуры на детали, поэтому очень важно придавать значение температуре плавления металлов, учитывая её в процессе работы, так как данные показатели играют немаловажную роль в параметрах тока. В горелке, при сгорании газа в момент действия электрической дуги, создается тепловая мощь для того, чтобы подвергнуть разрушению кристаллическую решетку металла. Характеристикам плавления металлов уделяют внимание при подборе материала для сооружения узлов, подвергающихся силе трения или же конструкций из металла, которые испытывают воздействие температур.

Что такое температура плавления?

Чтобы узнать при какой температуре плавится металл, в лабораторных условиях, точку старта в начале процесса плавления вычисляют до сотой градусной доли. При этом данный показатель не находится в зависимости от усилия при давлении на деталь.

При создании определенного давления в условиях вакуума, заготовки из металла имеют одинаковую температуру плавления. Данное явление можно объяснить накоплением энергии внутри вещества, при которой разрушаются связи между молекулами.

Как происходит процесс

Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты. Воздействие при этом примерно одинаковое.

Когда происходит нагревание, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются структурные дефекты решётки, сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.

В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:

1. легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
2. среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
3. тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.

Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.

Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.

Разница между температурой плавления и кипения

Температурой плавления металлов называют точку перехода твердокристаллического вещества в жидкое состояние. В составе расплава у молекул нет собственного места расположения, они удерживаются за счет силы притяжения, поэтому в разжиженном состоянии сохраняется объем, но теряется форма.

В процессе кипения происходит потеря молекулярного объема, а молекулы вяло взаимодействуют друг с другом, двигаясь хаотично в разных направлениях, отставая от поверхности. Температурой кипения называется процесс, при котором уровень давления металлического пара уравновешивается с давлением внешней среды.

Сортамент углеродистой стали

По степени раскисления, т. е. содержанию растворенного в металле кислорода, углеродистая сталь может быть кипящей, спокойной и полуспокойной.

Кипящая сталь неполностью раскислена и при застывании слит­ка продолжает протекать реакция окисления углерода с выделением пузырей СО. Содержание углерода в этой стали колеблется от 0,02 до 0,27%.

Спокойную сталь раскисляют таким образом, чтобы исключить взаимодействие углерода и кислорода во время кристаллизации слитка. При выплавке спокойной стали в основных сталеплавильных агрегатах ее раскисляют марганцем, кремнием и алюминием.

По химическому составу спокойную сталь разделяют на углеро­дистую и легированную. Углеродистую сталь делят в свою очередь на низко- ( 29.09.2016

Температура плавления различных металлов

Согласно знаниям из раздела физики, процесс превращения твердого вещества в жидкое имеется лишь у тел с кристаллической решеткой. Температура плавления металлов и сплавов возникает в различном диапазоне значений. Но, с точностью высчитать пограничную температуру фазовых состояний у сплавов весьма проблематично. У чистых элементов имеет значимость каждый градус, если это составы с легкой плавкостью.

Железо

Температура плавления железных составов должна быть высокой. Если элемент обладает технической чистотой, то он плавится при температуре 1 539 °C. В составе его вещества присутствуют включения серы, поэтому для её извлечения необходимо жидкое состояние. Также очищенное железо получается в процессе электролиза солей металла.

Чугун

Чугун считается самым лучшим материалом для плавления. Он имеет хорошие показатели жидкой текучести и усадки, поэтому его эффективно использовать в процессе литья. Ниже будут приведены показатели температурного кипения чугуна:

Серая разновидность чугуна, у которой температурный режим доходит до отметки 1 260 °C. А при разливе его в формы, увеличивается до 1 400 °C.

Белая разновидность чугуна, у которого температура поднимается до 1 350 °C.

Одним из немаловажных моментов является то, что температура, которой обладает чугун, на 400 единиц меньше той же стали. Поэтому процесс обработки данного материала менее энергозатратен.

Сталь, температура плавления

Средняя температура плавления стали составляет 1400 °C.

Сталью называется железосодержащий сплав с включением углерода. Её основной характеристикой является прочность. Это достигается за счет того, что она долгое время сохраняет параметры объема и формы. При этом расположение молекул в веществе находится в сбалансированном состоянии. Именно поэтому достигается равновесие между силой притяжения и силой отталкивания.

Диапазон плавления стали выше, чем у чугуна, поэтому она более энергозатратна.

Нержавеющая сталь

Температура плавления нержавеющей стали колеблется в среднем диапазоне между чугуном и сталью. Нержавеющей сталью называется вещество из легированной стали, обладающее антикоррозийными свойствами за счет содержания хрома в своем составе от 11% процентов и больше.

Показатели температуры плавления нержавейки составляют от 1 300 до 15 000 °C.

Алюминий и медь

Температура плавления алюминия составляет 6 600 °C, поэтому он зарекомендовал себя в качестве одного из среднеплавких металлов. Плавление чистых медных составов происходит при температуре 10 830 °C, а сплавов – 930 — 11 400 °C.

Серебро и золото

Серебро в чистом виде плавится при температуре 9 620 °C. При этом при температуре плавления серебра, оно может сравниться с температурой плавления в градусах со сплавами из меди.

Золото плавится при температуре в 10 640 °C.

Ртуть

Ртуть обладает самой низкой температурой плавления с отрицательным значением. Она составляет — 38,80 °C.

Железо и его свойства

Железо — это химический элемент, который в таблице Менделеева находится под номером 26. Это один из самых распространенных элементов во всей Солнечной системе. Согласно материалам исследований, в составе ядра Земли находится примерно 79−85% этого вещества. В земной коре его тоже присутствует большое количество, но оно уступает алюминию.

В чистом виде металл имеет белый цвет с чуть серебристым оттенком. Он пластичен, но имеющиеся в нем примеси могут определять его физические свойства. Реагирует на магнит.

Железо присутствует в воде. В речных водах его концентрация равна примерно 2 мг/л металла. В морской воде его содержание может быть ниже в сто или даже тысячу раз.

Оксид железа — это основная форма, добыча которой осуществляется и которая находится в природе. Оксидное железо может располагаться в самой верхней части земной коры и быть составляющей осадочных образований.

Элемент, находящийся на двадцать шестом месте в таблице Менделеева, может иметь несколько степеней окисления. Именно они определяют его геохимическую особенность нахождения в определенной среде. В ядре Земли металл присутствует в нейтральной форме.

Таблица температур плавления

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

От чего зависит температура плавления?

У различных материалов различается, и температура их плавления, при которой происходит коренное перестраивание решетки до состояния жидкости. Металлические изделия и изделия из сплавов имеют следующие особенности:

• У различных материалов различается, и температура их плавления, при которой происходит коренное перестраивание решетки до состояния жидкости. Металлические изделия и изделия из сплавов имеют следующие особенности:
• Они редко встречаются в натуральном виде, т.е. без примесей. Именно состав определяет, какой должна быть температура плавки. В пример можно взять олово, в которое добавляют включения серебра. Благодаря примесям материал начинает становится устойчивым к воздействию температуры.
• Существуют такие сплавы, которые из-за химического состава трансформируются в жидкое состояние, когда столбик термометра поднимается чуть выше отметки в + 1 500 °C. Есть и такие сплавы, которые «держатся», если их нагревать до 30 000 °C.
• Стоит учитывать тот факт, что одним из наиболее важных свойств веществ является их точка плавления. В качестве примера можно привести авиационную технику.

Как происходит процесс

Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой – плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты

. Воздействие при этом примерно одинаковое.

Когда происходит нагревание

, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются
структурные дефекты решётки
, сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.

В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:

1. легкоплавкие – до 600 °C: свинец, цинк, олово;
2. среднеплавкие – от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
3. тугоплавкие – от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.

Вторая важная величина – градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.

Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.

Типы сплавов металлов

Типы металлических сплавов различаются на основе температуры плавления, поэтому выделяют следующие варианты сплава:

• Легкоплавкий (олово, цинк, свинец, висмут) с температурой плавления не больше 600 °C.
• Среднеплавкий (алюминий, магний, никель, железо) с температурой 600 — 1 600 °C.
• Тугоплавкий (молибден, вольфрам, титан) с температурой более 1 600 °C.

Далее расскажем немного о разновидностях сталей, о сплаве вуда и припоях.

Особенности углеродистой стали

В данном материале содержится примесь углерода, примерно 2,13 %. При этом он лишен легирующих добавок, но есть примеси кремния, марганца и магния.

Особенности легированной стали

Помимо содержания углерода и железа в неё добавляют дополнительные элементы, улучшающие её свойства.

Особенности нержавейки

Нержавеющая сталь отлична от углеродистой из-за содержания элемента хрома в своем составе, благодаря свойствам которого она не подвержена окислению, а, следовательно, покрытию ржавчиной.

Особенности инструментальной стали

Также обладает углеродистым составом (0,8 – 0,9 %). Демонстрирует твердость, прочность, хорошо поддаются обработке. Используется в изготовлении инструментов, например, медицинских.

Сплав Вуда

Представляет собой материал, применяемый при паянии деталей для радиоприемников, а также в гальванической пластике, при работе в лабораторных условиях с ядохимикатами.

Сплавы для пайки

Другое их название – припои. Материалы для припоев бывают различными. Все зависит от того, что входит в состав материалов, которые необходимо соединить. К примеру, алюминий требует один сплав припоя, а вот медь уже совершенно другой.

Библиографический список

1. Kawakami К., Kitagava Т., Miyashita Y. et al. II Nippon Kokan Technical Report.Overseas. 1982. V. 36. P. 26…27.
2. SchreweH. II Verlag Stakleisen mbH. Dusseldorf, 1987. S. 104.
3. Deuxieme Conference Mondial des Founders a models perdus. Dusseldorf, 1…4 June, 1960.
4. AymardJ. P., DetrezP. IIFouderie 330. Janvier, 1974. P. 11…24.
5. Hirai M., Kanamru K., Mori H. IITetsu to Hagane 52 (1969). P. 85.
6. Roeser Wm. R, Wensel H. T. Freezing Temperatures of High-Purity Iron and Some Steels // Journal of Research of the Na­tional Bureau of Standards. 1941. V. 26. P. 273…287.
7. KagavaA., Okamota T. Influence of alloying elements on tem­perature and composition for peritectic reaction in plain carbon steel // Material science and technology. October 1986. V. 2. №10. P. 997…1008.
8. Andrews K. W. Solidification ranges of steel // A note submitted to the alloy phase diagram date Committee of the Metals Soci­ety, 1981. P. 1…8.
9. WolfM. //Zurich, 1982. S. 37…49.
10. Howe A. A. II Ironmaking and Steelmaking. 1988. V. 16. №3. P. 134…142.
11. Jerkontoret.//Stockholm, 1977. P. 117.
12. Schiirmann E., Schweinichen J. V., Volker R. u. a. II Giesserei-Forschung 39, Jahrgang 1987. H. 4. S. 133…136.
13. SugdenA. А. В., Bhadeshia H. K. D. H. II Material science and technology. October 1989. V. 5. № 10. P. 977…984.

Задать интересующий Вас вопрос, написать комментарий к данной статье Вы можете здесь. Напишите нам и мы обязательно ответим.

Переплавка алюминиевых банок в домашних условиях

Сегодня мы рассмотрим способ переплавки алюминиевых банок при помощи простой маленькой плавильной печи в домашних условиях. На этот раз мы используем наш высокотехнологичный задний двор и ведро с банками из под газировки или пива. Чтобы изготовить поделки из алюминия, а точнее из банок, начнем с того, что достанем нашу мини-плавильню, которая уже сделана ранее и большой мешок угольных брикетов. Их обычно используют для барбекю. Когда несколько углей распределены на дне плавильни, можно добавить тигель, сделанный из стального огнетушителя.

Только взгляните, что продают в этом китайском магазине.

Если поместить тигель на слой угля, банки будут переплавляться быстрее. Теперь присоединим стальную трубку через отверстие для подвода воздуха. Так будет обеспечена температура, достаточная для плавки, но нам все еще нужно найти способ загнать воздух внутрь. Для этого отлично подойдет бытовой фен, который можно купить в любом магазине.

Соединим фен с куском ПВХ трубки, используя две муфты на три сантиметра, чтобы присоединить с одной стороны стальную трубку, а с другой облегчить отсоединение фена. Всю конструкцию очень легко разобрать и поместить в 20 литровое ведро.

Воздуходувка находится под нужным углом, не помешает подпереть ее, чтобы она не отошла. Так вы сохраните стенки в целости и значительно увеличите срок службы плавильни. Теперь, когда плавильня готова, наполним ее доверху углем. Можно использоват ь пропановую горелку, потому что она нагревает все очень быстро. Угли горят, так что давайте включим фен на низкой мощности и направим на уголь кислород, чтобы как следует все разогреть. Как видите, сделанная нами крышка сохраняет жар и температура растет. Тигель и отверстия в центре крышки точно подогнаны.

Теперь возьмем алюминиевые банки, приготовленные для переплавки и стальные щипцы. Через 10 минут плавильня предельно разогрета. Видно, что стальной тигель светится оранжевым, это значит, что все готово. Тигель имеет 8 сантиметров в диаметре и поэтому отлично подходит для плавки банок из-под напитков и при температуре более 500 градусов по Цельсию они плавятся всего за пару секунд. Доведем мощность плавильни до полной, чтобы как можно быстрее все расплавить. Производительность устройства в среднем 10-12 банок в минуту.

Приятно то, что банки могут быть и грязными и покрашенными, с остатками газировки. Не важно, как мы скоро увидим, мини-плавильня поглощает все подряд дает на выходе чистый жидкий алюминий. По опыту 35-45 банок достаточно для производства 450 грамм алюминия. Если банки сначала раздавить, то можно даже не снимать крышку, а это значит, что в ходе плавки окислится еще меньше металла. После расплавления 50 банок тигель оказывается полным, но внутри много отходов, которые нам не нужны.

Хороший способ изолировать алюминий – взять стальную форму. Для начала осторожно вытащим тигель, убедившись что очено надежно захватили его стальными щипцами. Затем очень медленно перельем расплав в стальную форму. Как видите, шлак остается в тени или и действуют почти как фильтр, не давая твердым частицам покинуть его. Отделив то, что нам нужно, мы можем постучать тигель об кусок цемента и удалить шлак. Очистив тигель, мы можем сразу же использовать его снова.

Для забавы были расплавлены еще несколько банок, чтобы наполнить новую форму для кексов. Цель в том, чтобы придать слиткам красивый необычный внешний вид. Форма из стали, но порой вспыхивает огонь. Это сгорает противопригарное покрытие. Но так будет только в первый раз. После нескольких минут слитки начинают твердеть но они все еще ужасно горячие настолько, что бумага от них мгновенно вспыхивает. Хорошо будет запастись ведром с водой, чтобы их охладить. Брошенные в холодную воду слитки все еще горячие, чтобы мгновенно ее вскипятить, но примерно через 10 секунд они охлаждается и их уже можно достать руками.

Используем форму для мини-кексов, чтобы сделать слитки меньшего размера. В результате получились очень милые маленькие кексики. Назначение слитков том, чтобы иметь чистый металл наготове, когда вы захотите что то сделать. Теперь при необходимости нужно всего лишь бросить пару слитков в чистый тигель. При такой конфигурации слитки расплавятся за 5-10 минут. При использовании слитков нам не нужно избавляться от шлаков, разве что от тонкой пленки оксида алюминия, а значит тигель полон готового к отливке жидкого алюминия.

Нальем алюминий в песок, в котором сделана специальная форма, которая сгорает, вбирая 900 грамм жидкого металла. Через 10 минут металл достаточно тверд, чтобы зацепить его щипцами. Мы можем сломать форму и вытащить наши литье. По ссылке в начале статьи вы сможете увидеть, как меч отливался более подробно.

Измельчение лома алюминиевых банок

Обычно алюминиевые банки поступают на переплавку в виде брикетов весом до 400 кг и плотностью не более 500 кг/м3. Эти брикеты удобны для транспортировки, но не годятся для прямой загрузки в печь для переплавки в материалы, которые пойдут на изготовление новых банок. Поэтому эти брикеты подвергают измельчению и сортировке, чтобы убедиться, что в них нет жидкостей или взрывоопасных материалов. Это очень важно для обеспечения безопасности литейщиков и сохранности литейного оборудования. Для этого применяют специальные измельчающую машину – шредер.

Производство алюминиевых банок

Алюминиевые ленты для корпусов и крышек банок поставляют производителям банок. В результате процесса производства алюминиевых банок около 20 % алюминиевой ленты (или 13 % от исходного расплава) возвращается производителю слитков в виде производственных отходов – остатков листов с отверстиями на месте вырезанных заготовок для корпусов и крышек банок. В целом, около 55 % количества исходного расплава в миксере уходит во внутренний, производственный лом. Если бы все банки возвращались в виде алюминиевого лома, то для замыкания цикла переработки старых алюминиевых банок в новые нужно было пополнять только потери алюминия от угара – всего несколько процентов.

Обработка стали для получения специальных свойств

Чтобы придавать материалу определённые свойства или изменять их, применяют легирующие элементы и различные виды обработки.

В качестве легирующих элементов выступают некоторые металлы. Ими могут быть хром, алюминий, никель, молибден

и другие. Таким образом, добиваются определённых электрических, магнитных или механических свойств, а также коррозионной устойчивости. Так, нержавеющая сталь получается, если она была легирована хромом.

Изменяются свойства стали путём обработки:

• термомеханической (ковка, прокатка);
• термическая (отжиг, закалка);
• химикотермической (азотирование, цементизация).

Термическая обработка имеет в своей основе свойство полиморфизма – при нагреве и охлаждении кристаллическая решётка способная менять своё строение. Это свойство характерно основе стали – железу, потому присуще и ей.

Разные виды элементов, которые могут присутствовать в стали

Углерод

. С повышением процентного содержания в стали этого элемента увеличивается её прочность и твёрдость. Но идут потери в пластичности.

Сера

. Эта примесь вредна, так как вместе с железом она образует сернистое железо. Из-за него в материале возникают трещины как следствие потери связей между зёрнами при обработке высокой температурой и под воздействием давления. Негативно наличие серы сказывается и на прочности стали, её пластичности, износостойкости, коррозийной стойкости.

Феррит

. Это железо, которое обладает объемноцентрированной кристаллической решёткой. Характерно, что сплавы с его наличием выходят мягкими и обладают пластичной микроструктурой.

Фосфор

. Если сера уменьшает прочность при высоких температурах, то фосфор придаёт стали хрупкости при температурах пониженных. Тем не менее есть группа сталей, в которой повышено содержание этого, казалось бы, вредного элемента. Изделия из такого металла очень легко поддаются резке.

Цементит

, он же карбид железа. Его влияние противоположно к влиянию феррита. Сталь становится твёрдой и хрупкой.