Fizička svojstva metala. Tačka topljenja i gustina metala i legura

Tačka topljenja metala, koja varira od najmanje (-39°C za živu) do najveće (3400°C za volfram), kao i gustina metala u čvrstom stanju na 20°C i gustina tečnosti metala na tački topljenja, dati su u tabeli topljenja obojenih metala .

Tabela 1. Topljenje obojenih metala

Zavarivanje i topljenje obojenih metala

Zavarivanje bakra . Temperatura topljenja Cu metala je skoro šest puta viša od temperature topljenja čelika, bakar intenzivno apsorbira i otapa različite plinove, formirajući okside s kisikom. Bakar oksid II sa bakrom formira eutektik čija je tačka topljenja (1064°C) niža od tačke topljenja bakra (1083°C). Kada se tečni bakar stvrdne, eutektik se nalazi duž granica zrna, čineći bakar krhkim i sklonim pucanju. Stoga je glavni zadatak zavarivanja bakra zaštititi ga od oksidacije i aktivne deoksidacije zavarenog bazena.

Najčešće je plinsko zavarivanje bakra oksi-acetilenskim plamenom pomoću plamenika koji su 1,5 ... 2 puta jači od plamenika za zavarivanje čelika. Dodatni metal su bakrene šipke koje sadrže fosfor i silicijum. Ako je debljina proizvoda veća od 5...6 mm, prvo se zagrijavaju na temperaturu od 250...300°C. Tokovi u zavarivanju su prženi boraks ili mješavina koja se sastoji od 70% boraksa i 30% borna kiselina. Da poveća mehanička svojstva i poboljšati strukturu deponovanog metala, bakar se nakon zavarivanja kuje na temperaturi od oko 200 ... 300 ° C. Zatim se ponovo zagreva na 500-550°C i ohladi u vodi. Bakar se takođe zavari metodom električnog luka sa elektrodama, u struji zaštitnih gasova, ispod sloja fluksa, na kondenzatorskim mašinama, metodom trenja.

zavarivanje mesinga . Mesing je legura bakra i cinka (do 50%). Glavno zagađenje u ovom slučaju je isparavanje cinka, zbog čega šav gubi svoje kvalitete, u njemu se pojavljuju pore. Mesing se, kao i bakar, uglavnom zavaruje oksidirajućim plamenom acetilena, koji stvara film vatrostalnog cink oksida na površini kupke, što smanjuje dalje izgaranje i isparavanje cinka. Tokovi se koriste isto kao i za zavarivanje bakra. Oni stvaraju šljaku na površini kupke, koja vezuje okside cinka i otežava isparenja iz bazena za varenje. Mesing se takođe zavari u zaštitnim gasovima i na kontaktnim mašinama.

zavarivanje bronze . U većini slučajeva, bronza je materijal za livenje, dakle

zavarivanje se koristi prilikom ispravljanja kvarova ili tokom popravki. Najčešće korišteno zavarivanje metalnim elektrodama. Dodatni metal su šipke istog sastava kao i osnovni metal, a tokovi ili obloge elektrode su jedinjenja hlorida i fluora kalijuma i natrijuma.

. Glavni faktori koji ometaju zavarivanje aluminijuma su njegova niska tačka topljenja (658°C), visoka toplotna provodljivost (oko 3 puta veća od toplotne provodljivosti čelika), formiranje vatrostalnih aluminijumskih oksida, koji imaju tačku taljenja od 2050°. C, dakle tehnologija topljenja obojenih metala , kao što su bakar ili bronza nije pogodan za topljenje aluminijuma. Osim toga, ovi oksidi slabo reagiraju i sa kiselim i sa bazičnim fluksovima, pa se slabo uklanjaju iz šava.

Najčešće korišteno plinsko zavarivanje aluminija acetilen plamenom. AT poslednjih godina Također je široko rasprostranjeno i automatsko lučno zavarivanje metalnim elektrodama pod potopljenim lukom i argonom. Za sve metode zavarivanja, osim za argon-luk, koriste se fluksovi ili elektrodni premazi, koji uključuju fluoridna i hloridna jedinjenja litijuma, kalija, natrijuma i drugih elemenata. Kao dodatni metal za sve metode zavarivanja koriste se žica ili šipke istog sastava kao i osnovni metal.

Aluminij je dobro zavaren elektronskim snopom u vakuumu, na kontaktnim mašinama, elektrotroskom i drugim metodama.

Zavarivanje legure aluminijuma . Legure aluminijuma sa magnezijumom i cinkom su zavarene bez

posebne komplikacije, kao i aluminijum. Izuzetak je duralumin - legure aluminija s bakrom. Ove legure su termički kaljene nakon gašenja i kasnijeg starenja. Kada je temperatura topljenja obojenih metala iznad 350°C, dolazi do smanjenja čvrstoće u njima, što se ne obnavlja toplinskom obradom. Stoga, pri zavarivanju duraluminija u zoni zahvaćenom toplinom, čvrstoća se smanjuje za 40 ... 50%. Ako je duralumin zavaren u zaštitnim plinovima, tada se takvo smanjenje može vratiti toplinskom obradom do 80 ... 90% u odnosu na čvrstoću osnovnog metala.

Zavarivanje legura magnezijuma . U plinskom zavarivanju obavezno se koriste fluoridni tokovi koji, za razliku od hloridnih, ne izazivaju koroziju zavarenih spojeva. Elektrolučno zavarivanje legura magnezijuma metalnim elektrodama zbog lošeg kvaliteta zavarenih spojeva još nije korišćeno. Prilikom zavarivanja magnezijumskih legura uočava se značajan rast zrna u područjima koja su blizu zavara i snažan razvoj stubasti kristali u zavaru. Stoga je vlačna čvrstoća zavarenih spojeva 55 ... 60% vlačne čvrstoće osnovnog metala.

Tabela 2. Fizička svojstva industrijskih obojenih metala

Topljenje lonca

Sastavni dio proizvodnje metala i metalnih proizvoda je upotreba pri proizvodni proces lončići za proizvodnju, topljenje i pretapanje obojenih i obojenih metala. Lonci su sastavni dio metalurške opreme za livenje raznih metala, legura i slično.

Keramički lončić za topljenje obojenih metala koristi se za topljenje metala (bakar, bronza) od davnina.

Nakon kristalizacije, potrebno je osigurati da je supstanca dovoljno čista. Najjednostavniji i najefikasniji metod za identifikaciju i određivanje mjere čistoće supstance je određivanje njene tačke topljenja ( T pl). Tačka topljenja je temperaturni raspon u kojem čvrsta tvar postaje tečna. Sva čista hemijska jedinjenja imaju uski temperaturni opseg prelaza iz čvrstog u tečnost. Ovaj temperaturni raspon za čiste supstance je maksimalno 1-2 o C. Upotreba tačke topljenja kao mere čistoće supstance zasniva se na činjenici da prisustvo nečistoća (1) snižava tačku topljenja i ( 2) proširuje raspon temperature topljenja. Na primjer, čisti uzorak benzojeve kiseline topi se u rasponu od 120-122°C, dok se malo kontaminirani uzorak topi na 114-119°C.

Upotreba tačke topljenja za identifikaciju je očigledno podložna velikoj nesigurnosti, budući da postoji nekoliko miliona organskih jedinjenja, a tačke topljenja mnogih od njih se neizbežno poklapaju. Međutim, prvo, T mp supstance dobijene u sintezi skoro uvek se razlikuje od T pl početna jedinjenja. Drugo, može se koristiti tehnika "određivanja tačke topljenja miješanog uzorka". Ako a T mp mješavine jednakih količina ispitivane tvari i poznatog uzorka se ne razlikuje od T pl od potonjeg, onda su oba uzorka ista supstanca.

METODA ZA ODREĐIVANJE TEMPERATURE TAPLJENJA. Temeljito izmrvite ispitivanu supstancu u fini prah. Kapilara je ispunjena supstancom (visine 3-5 mm; kapilara treba da bude tankih zidova, zatvorena sa jedne strane, unutrašnjeg prečnika 0,8-1 mm i visine 3-4 cm). Da biste to učinili, pažljivo pritisnite kapilaru otvorenim krajem u prah supstance i povremeno udarite zatvorenim krajem o površinu stola 5-10 puta. Da bi se prah potpuno istisnuo do zatvorenog kraja kapilare, baca se u vertikalnu staklenu cijev (30-40 cm dužine i 0,5-1 cm u prečniku) na tvrdu površinu. Ubacite kapilaru u metalnu kasetu pričvršćenu na nos termometra (slika 3.5), a termometar sa kasetom postavite u uređaj za određivanje tačke topljenja.

U uređaju se termometar s kapilarama zagrijava električnim namotajem, na koji se napaja preko transformatora, a brzina zagrijavanja je određena primijenjenim naponom. Prvo, uređaj se zagrijava brzinom od 4-6 °C u minuti i 10 °C prije očekivanog T pl se zagrijava brzinom od 1–2 o C u minuti. Temperatura topljenja se uzima kao interval od omekšavanja kristala (kvašenje supstance) do njihovog potpunog topljenja.

Dobijeni podaci se evidentiraju u laboratorijskom dnevniku.

1. Destilacija

Destilacija je važna i široko korišćena metoda za prečišćavanje organskih tečnosti i odvajanje tečnih smeša. Ova metoda se sastoji od ključanja i isparavanja tečnosti, a zatim kondenzacije para u destilat. Odvajanje dvije tekućine s razlikom u tački ključanja od 50-70 ° C ili više može se provesti jednostavnom destilacijom. Ako je razlika manja, frakciona destilacija se mora koristiti na sofisticiranijoj aparaturi. Neke tečnosti sa visokim tačkama ključanja se razlažu tokom destilacije. Međutim, kada se pritisak smanji, tačka ključanja se smanjuje, što omogućava destilaciju tečnosti visokog ključanja bez raspadanja u vakuumu.

Pri čemu se kristalna rešetka metala razara i on prelazi iz čvrstog u tekuće stanje.

Tačka topljenja metala je pokazatelj temperature zagrijanog metala, po dostizanju koje počinje proces (topljenje). Sam proces je obrnut od kristalizacije i neraskidivo je povezan s njom. Da istopim metal? mora se zagrijati pomoću eksterni izvor zagrijati do tačke topljenja, a zatim nastaviti s dovodom topline kako bi se savladala energija faznog prijelaza. Činjenica je da sama vrijednost tačke topljenja metala ukazuje na temperaturu na kojoj će materijal biti u faznoj ravnoteži, na granici između tekućine i čvrste tvari. Na ovoj temperaturi, čisti metal može istovremeno postojati u čvrstom i tekućem stanju. Za izvođenje procesa topljenja potrebno je pregrijati metal nešto iznad ravnotežne temperature kako bi se osigurao pozitivan termodinamički potencijal. Dajte poticaj procesu.

Tačka topljenja metala je konstantna samo za čiste supstance. Prisustvo nečistoća će pomjeriti potencijal ravnoteže u jednom ili drugom smjeru. To je zato što metal sa nečistoćama formira drugačiju kristalnu rešetku, a sile interakcije atoma u njima će se razlikovati od onih prisutnih u čistim materijalima.U zavisnosti od tačke topljenja, metali se dele na topljive (do 600°C, kao npr. galijum, živa), srednje topljive (600-1600°C, bakar, aluminijum) i vatrostalne (>1600°C, volfram, molibden).

AT savremeni svetčisti metali se rijetko koriste zbog činjenice da imaju ograničen domet fizička svojstva. Industrija se dugo i gusto koristi razne kombinacije metali - legure, čije su vrste i karakteristike mnogo veće. Tačka topljenja metala koji čine različite legure također će se razlikovati od tačke topljenja njihove legure. Različite koncentracije tvari određuju redoslijed njihovog topljenja ili kristalizacije. Ali postoje ravnotežne koncentracije pri kojima se metali koji čine leguru istovremeno skrućuju ili tope, odnosno ponašaju se kao homogeni materijal. Takve legure se nazivaju eutektičke.

Poznavanje temperature topljenja je veoma važno pri radu s metalom, ova vrijednost je neophodna kako u proizvodnji, za proračun parametara legura, tako i u radu metalnih proizvoda, kada temperatura faznog prijelaza materijala od kojeg se proizvodi proizvod određuje ograničenja u njegovoj upotrebi. Radi praktičnosti, ovi podaci su sažeti u jednom topljenju metala - zbirni rezultat fizičko istraživanje karakteristike raznih metala. Postoje i slične tablice za legure. Tačka topljenja metala također značajno ovisi o tlaku, pa su podaci u tabeli relevantni za određenu vrijednost pritiska (obično ovo normalnim uslovima kada je pritisak 101,325 kPa). Što je pritisak veći, to je viša tačka topljenja, i obrnuto.

U metalurškoj industriji jedno od glavnih područja je livenje metala i njihovih legura zbog jeftinosti i relativne jednostavnosti procesa. Mogu se lijevati kalupi s bilo kojim obrisima različitih dimenzija, od malih do velikih; pogodan je i za masovnu proizvodnju i za prilagođenu proizvodnju.

Livanje je jedno od najstarijih oblasti rada sa metalima, a počinje oko bronzanog doba: 7-3 milenijuma pre nove ere. e. Od tada su otkriveni mnogi materijali, što je dovelo do napretka u tehnologiji i povećanih zahtjeva u industriji ljevaonice.

Danas postoji mnogo pravaca i vrsta livenja, koji se razlikuju tehnološki proces. Jedna stvar ostaje nepromijenjena - fizička osobina metala da pređu iz čvrstog u tekuće stanje, a važno je znati na kojoj temperaturi počinje topljenje različite vrste metala i njihovih legura.

proces topljenja metala

Ovaj proces se odnosi na prijelaz tvari iz čvrstog u tekuće stanje. Kada se dostigne tačka topljenja, metal može biti i u čvrstom i u tekućem stanju, dalje povećanje će dovesti do potpunog prelaska materijala u tečnost.

Ista stvar se dešava i tokom skrućivanja - kada se dostigne granica topljenja, supstanca će početi da prelazi iz tekućeg u čvrsto stanje, a temperatura se neće promeniti do potpune kristalizacije.

U isto vrijeme, to treba imati na umu ovo pravilo primjenjiv samo na goli metal. Legure nemaju jasnu temperaturnu granicu i vrše prijelaz stanja u određenom rasponu:

1. Solidus - temperaturna linija na kojoj se najtopljivija komponenta legure počinje topiti.
2. Liquidus je konačna tačka topljenja svih komponenti, ispod koje počinju da se pojavljuju prvi kristali legure.

Nemoguće je precizno izmjeriti tačku topljenja takvih supstanci; prelazna tačka stanja označava numerički interval.

Ovisno o temperaturi na kojoj počinje topljenje metala, obično se dijele na:

• Topljivo, do 600 °C. To uključuje cink, olovo i druge.
• Srednje topljivo, do 1600 °C. Najčešće legure i metali kao što su zlato, srebro, bakar, gvožđe, aluminijum.
• Vatrostalna, preko 1600 °C. Titanijum, molibden, volfram, hrom.

Postoji i tačka ključanja - tačka u kojoj rastopljeni metal počinje da prelazi u gasovito stanje. Ovo je veoma toplota, obično 2 puta više od tačke topljenja.

Uticaj pritiska

Temperatura topljenja i temperatura očvršćavanja koja joj je jednaka zavise od pritiska, koji se povećava sa njegovim povećanjem. To je zbog činjenice da se s povećanjem tlaka atomi približavaju jedan drugome, a kako bi se uništila kristalna rešetka, moraju se udaljiti. At visok krvni pritisak potrebna je veća energija toplotnog kretanja i temperatura topljenja koja joj odgovara raste.

Postoje izuzeci kada se temperatura potrebna za prelazak u tečno stanje smanjuje s povećanim pritiskom. Takve tvari uključuju led, bizmut, germanij i antimon.

Tabela tačke topljenja

Važno je za svakoga tko je uključen u industriju čelika, bilo da je zavarivač, ljevaonik, topionica ili draguljar, da zna temperature na kojima se tope materijali s kojima rade. U tabeli ispod su navedene tačke topljenja najčešćih supstanci.

Tabela tačaka topljenja metala i legura

Osim stola za topljenje, postoji mnogo drugih pomoćnih materijala. Na primjer, odgovor na pitanje, koja je tačka ključanja gvožđa, nalazi se u tabeli ključanja materija. Osim ključanja, metali imaju niz drugih fizičkih svojstava, poput čvrstoće.

Pored sposobnosti prelaska iz čvrstog u tečno stanje, jedan od važna svojstva materijal je njegova snaga - mogućnost čvrsto telo otpornost na lom i nepovratne promjene oblika. Glavnim pokazateljem čvrstoće smatra se otpor koji nastaje lomljenjem prethodno žarenog obratka. Koncept snage se ne odnosi na živu, jer je u tečnom stanju. Oznaka jačine je prihvaćena u MPa - Mega Pascalima.

Postoji sledeće grupečvrstoća metala:

• Fragile. Njihov otpor ne prelazi 50MPa. To uključuje kalaj, olovo, meke alkalne metale
• Izdržljiv, 50-500 MPa. Bakar, aluminijum, gvožđe, titanijum. Materijali ove grupe su osnova mnogih strukturnih legura.
• Visoke čvrstoće, preko 500 MPa. Na primjer, molibden i.

Tabela čvrstoće metala

Najčešće legure u svakodnevnom životu

Kao što se može vidjeti iz tabele, tačke topljenja elemenata uvelike variraju čak i za materijale koji se često nalaze u svakodnevnom životu.

dakle, minimalna temperaturaŽiva ima tačku topljenja od -38,9 °C, tako da je na sobnoj temperaturi već u tečnom stanju. Ovo objašnjava činjenicu da kućni termometri imaju nižu oznaku od -39 stepeni Celzijusa: ispod ovog pokazatelja živa prelazi u čvrsto stanje.

Lemovi koji se najčešće koriste u domaću upotrebu, imaju u svom sastavu značajan procenat sadržaja kalaja, koji ima tačku topljenja 231,9°C, stoga večina lem se topi na radnoj temperaturi lemilice 250−400°C.

Osim toga, postoje nisko topljivi lemovi s donjom granicom taljenja, do 30 ° C, a koriste se kada je pregrijavanje lemljenih materijala opasno. Za ove namjene postoje lemovi sa bizmutom, a topljenje ovih materijala je u rasponu od 29,7 - 120 ° C.

Topljenje visokougljičnih materijala, u zavisnosti od legirajućih komponenti, kreće se u rasponu od 1100 do 1500 °C.

Tačke topljenja metala i njihovih legura su u vrlo širokom temperaturnom rasponu, od vrlo niske temperature(živa) do granice od nekoliko hiljada stepeni. Poznavanje ovih pokazatelja, kao i drugih fizičkih svojstava, veoma je važno za ljude koji rade u oblasti metalurgije. Na primjer, saznanje na kojoj temperaturi se tope zlato i drugi metali će biti korisno zlatarima, ljevačima i topionicama.

Svaki metal i legura ima svoj jedinstveni skup fizičkih i hemijska svojstva, od kojih je ne manje važno tačka topljenja. Sam proces znači prijelaz tijela iz jednog agregatnog stanja u drugo, u ovom slučaju iz čvrstog kristalnog stanja u tekuće. Da bi se metal topio, potrebno je da mu se dovede toplota dok se ne postigne tačka topljenja. S njim i dalje može ostati u čvrstom stanju, ali s daljnjim izlaganjem i povećanjem topline, metal se počinje topiti. Ako se temperatura snizi, odnosno ukloni dio topline, element će se stvrdnuti.

Najviša tačka topljenja među metalima pripada volframu: ona je 3422C o, najniža je za živu: element se topi već na -39C o. Po pravilu, nije moguće odrediti tačnu vrijednost za legure: ona može značajno varirati ovisno o postotku komponenti. Obično se pišu kao raspon brojeva.

Kako se to dešava

Topljenje svih metala odvija se na približno isti način - uz pomoć vanjskog ili unutrašnjeg grijanja. Prvi se izvodi u termalnoj peći, za drugi se pri prolasku koristi otporno grijanje električna struja ili indukcijsko grijanje u visokofrekventnom elektromagnetnom polju. Obje opcije utiču na metal na približno isti način.

Kako temperatura raste, tako se i povećava amplituda termičkih vibracija molekula, pojavljuju se strukturni defekti rešetke koji se izražavaju u rastu dislokacija, skokovima atoma i drugim poremećajima. Ovo je praćeno prekidom međuatomskih veza i zahtijeva određenu količinu energije. Istovremeno se na površini tijela formira kvazitečni sloj. Period uništavanja rešetke i nakupljanja defekata naziva se topljenje.

Ovisno o tački topljenja, metali se dijele na:

U zavisnosti od tačke topljenja odabrati i aparat za topljenje. Što je rezultat veći, to bi trebao biti jači. Iz tabele možete saznati temperaturu elementa koji vam je potreban.

Druga važna vrijednost je tačka ključanja. Ovo je vrijednost na kojoj počinje proces ključanja tekućine, odgovara temperaturi zasićena para, koji se formira iznad ravne površine kipuće tečnosti. Obično je skoro dvostruko veći od tačke topljenja.

Obje vrijednosti se obično daju na normalan pritisak. Između sebe oni direktno proporcionalno.

1. Pritisak se povećava - količina topljenja će se povećati.
2. Pritisak se smanjuje - smanjuje se količina topljenja.

Tabela topljivih metala i legura (do 600C o)

Tabela srednje topljivih metala i legura (od 600C o do 1600C o)