Propiedades físicas de los metales. Punto de fusión y densidad de metales y aleaciones

El punto de fusión de los metales, que varía desde el más pequeño (-39 °C para el mercurio) hasta el más alto (3400 °C para el tungsteno), así como la densidad de los metales en estado sólido a 20 °C y la densidad del líquido metales en el punto de fusión, se dan en la tabla de fusión de metales no ferrosos .

Tabla 1. Fusión de metales no ferrosos

Soldadura y fusión de metales no ferrosos

soldadura de cobre . La temperatura de fusión del metal Cu es casi seis veces mayor que la temperatura de fusión del acero, el cobre absorbe y disuelve intensamente varios gases, formando óxidos con oxígeno. El óxido de cobre II con cobre forma un eutéctico, cuyo punto de fusión (1064°C) es más bajo que el punto de fusión del cobre (1083°C). Cuando el cobre líquido se solidifica, el eutéctico se ubica a lo largo de los límites de los granos, lo que hace que el cobre se vuelva quebradizo y propenso a agrietarse. Por lo tanto, la tarea principal en la soldadura de cobre es protegerlo de la oxidación y la desoxidación activa del baño de soldadura.

La soldadura de gas más común de cobre con una llama de óxido de acetileno utilizando quemadores que son 1,5 ... 2 veces más potentes que un quemador para soldar aceros. El metal de aporte son varillas de cobre que contienen fósforo y silicio. Si el grosor de los productos es superior a 5...6 mm, primero se calientan a una temperatura de 250...300°C. Los fundentes en soldadura son bórax tostado o una mezcla que consta de 70% de bórax y 30% ácido bórico. para impulsar propiedades mecánicas y mejorar la estructura del metal depositado, el cobre después de la soldadura se forja a una temperatura de aproximadamente 200 ... 300 ° C. Luego se vuelve a calentar a 500-550°C y se enfría en agua. El cobre también se suelda por el método de arco eléctrico con electrodos, en una corriente de gases protectores, bajo una capa de fundente, en máquinas de condensadores, por el método de fricción.

soldadura de latón . El latón es una aleación de cobre y zinc (hasta un 50%). La principal contaminación en este caso es la evaporación del zinc, como resultado de lo cual la costura pierde sus cualidades, aparecen poros en ella. El latón, como el cobre, se suelda principalmente con una llama oxidante de acetileno, que crea una película de óxido de zinc refractario en la superficie del baño, lo que reduce el desgaste y la evaporación del zinc. Los fundentes se utilizan igual que para soldar cobre. Crean escorias en la superficie del baño, que se unen a los óxidos de zinc y dificultan que los humos escapen del baño de soldadura. El latón también se suelda en gases protectores y en máquinas de contacto.

soldadura de bronce . En la mayoría de los casos, el bronce es un material de fundición, por lo que

la soldadura se utiliza para corregir defectos o durante reparaciones. La soldadura de electrodo de metal más utilizada. El metal de aporte son varillas de la misma composición que el metal base, y los fundentes o revestimiento de electrodos son compuestos de cloruro y fluoruro de potasio y sodio.

. Los principales factores que dificultan la soldadura del aluminio son su bajo punto de fusión (658°C), alta conductividad térmica (alrededor de 3 veces mayor que la conductividad térmica del acero), la formación de óxidos de aluminio refractarios, que tienen un punto de fusión de 2050° C, por lo que la tecnología de fusión de metales no ferrosos , como el cobre o el bronce no es adecuado para la fundición de aluminio. Además, estos óxidos reaccionan mal con fundentes tanto ácidos como básicos, por lo que se eliminan mal de la soldadura.

La llama de acetileno de aluminio de soldadura de gas más utilizada. EN últimos años También se ha generalizado la soldadura por arco sumergido y por arco automático a base de argón con electrodos metálicos. Para todos los métodos de soldadura, excepto para el arco de argón, se utilizan fundentes o recubrimientos de electrodos, que incluyen compuestos de fluoruro y cloruro de litio, potasio, sodio y otros elementos. Como metal de aporte para todos los métodos de soldadura se utilizan alambres o varillas de la misma composición que el metal base.

El aluminio está bien soldado por un haz de electrones en el vacío, en máquinas de contacto, por electroescoria y otros métodos.

Soldadura de aleación de aluminio . Las aleaciones de aluminio con magnesio y zinc se sueldan sin

Complicaciones especiales, así como aluminio. Una excepción es el duraluminio, aleaciones de aluminio con cobre. Estas aleaciones se endurecen térmicamente después del temple y posterior envejecimiento. Cuando la temperatura de fusión de los metales no ferrosos es superior a 350°C, se produce en ellos una disminución de la resistencia, que no se restablece mediante tratamiento térmico. Por lo tanto, al soldar duraluminio en la zona afectada por el calor, la resistencia disminuye en un 40 ... 50%. Si se suelda duraluminio en gases protectores, dicha disminución puede restaurarse mediante tratamiento térmico hasta 80 ... 90% en relación con la resistencia del metal base.

Soldadura de aleaciones de magnesio . En la soldadura con gas, se utilizan necesariamente fundentes de fluoruro que, a diferencia de los fundentes de cloruro, no provocan la corrosión de las uniones soldadas. Aún no se ha utilizado la soldadura por arco de aleaciones de magnesio con electrodos metálicos debido a la mala calidad de las soldaduras. Al soldar aleaciones de magnesio, se observa un crecimiento de grano significativo en las áreas cercanas a la soldadura y fuerte desarrollo cristales columnares en la soldadura. Por lo tanto, la resistencia a la tracción de las uniones soldadas es 55 ... 60% de la resistencia a la tracción del metal base.

Tabla 2. Propiedades físicas de los metales industriales no ferrosos

Fusión en crisol

Una parte integral de la producción de metal y productos metálicos es el uso durante proceso de producción crisoles para la producción, fundición y refundición de metales ferrosos y no ferrosos. Los crisoles son una parte integral del equipo metalúrgico para fundir varios metales, aleaciones y similares.

El crisol de cerámica para fundir metales no ferrosos se ha utilizado para fundir metales (cobre, bronce) desde la antigüedad.

Después de la cristalización, es necesario asegurarse de que la sustancia sea lo suficientemente pura. El método más simple y efectivo para identificar y determinar la medida de pureza de una sustancia es determinar su punto de fusión ( T pl). El punto de fusión es el rango de temperatura en el que un sólido se vuelve líquido. Todos los compuestos químicos puros tienen un estrecho rango de temperatura de transición de sólido a líquido. Este intervalo de temperatura para sustancias puras es como máximo de 1-2 o C. El uso del punto de fusión como medida de la pureza de una sustancia se basa en el hecho de que la presencia de impurezas (1) reduce el punto de fusión y ( 2) amplía el rango de temperatura de fusión. Por ejemplo, una muestra pura de ácido benzoico se derrite en el rango de 120 a 122 °C, mientras que una muestra ligeramente contaminada se derrite a 114-119 °C.

El uso del punto de fusión para la identificación obviamente está sujeto a una gran incertidumbre, ya que hay varios millones de compuestos orgánicos e inevitablemente los puntos de fusión de muchos de ellos coinciden. Sin embargo, en primer lugar, T el pf de la sustancia obtenida en la síntesis casi siempre difiere de T pl compuestos de partida. En segundo lugar, se puede utilizar la técnica de "determinación del punto de fusión de una muestra mixta". si un T pf de una mezcla de cantidades iguales de la sustancia de prueba y una muestra conocida no difiere de T pl de este último, entonces ambas muestras son la misma sustancia.

MÉTODO PARA DETERMINAR LA TEMPERATURA DE FUSIÓN. Triturar completamente la sustancia de prueba en un polvo fino. El capilar se llena con la sustancia (de 3 a 5 mm de altura; el capilar debe tener paredes delgadas, sellado por un lado, con un diámetro interior de 0,8 a 1 mm y una altura de 3 a 4 cm). Para hacer esto, presione cuidadosamente el capilar con su extremo abierto en el polvo de la sustancia y golpee periódicamente su extremo sellado contra la superficie de la mesa de 5 a 10 veces. Para el desplazamiento completo del polvo hasta el extremo sellado del capilar, se arroja en un tubo de vidrio vertical (30 a 40 cm de largo y 0,5 a 1 cm de diámetro) sobre una superficie dura. Inserte el capilar en un casete de metal fijado en la punta del termómetro (Fig. 3.5), y coloque el termómetro con el casete en el dispositivo para determinar el punto de fusión.

En el dispositivo, un termómetro con capilares se calienta mediante una bobina eléctrica, cuyo voltaje se suministra a través de un transformador, y la tasa de calentamiento está determinada por el voltaje aplicado. Primero, el dispositivo se calienta a una velocidad de 4 a 6 °C por minuto y 10 °C antes de lo esperado. T pl se calienta a una velocidad de 1 a 2 o C por minuto. La temperatura de fusión se toma como el intervalo desde el reblandecimiento de los cristales (humectación de la sustancia) hasta su fusión completa.

Los datos obtenidos se registran en el diario del laboratorio.

1. Destilación

La destilación es un método importante y ampliamente utilizado para purificar líquidos orgánicos y separar mezclas líquidas. Este método consiste en hervir y evaporar el líquido y luego condensar los vapores en un destilado. La separación de dos líquidos con una diferencia de punto de ebullición de 50–70 °C o más se puede realizar por destilación simple. Si la diferencia es menor, se debe utilizar la destilación fraccionada en un aparato más sofisticado. Algunos líquidos con puntos de ebullición altos se descomponen durante la destilación. Sin embargo, cuando se reduce la presión, el punto de ebullición disminuye, lo que hace posible destilar líquidos de alto punto de ebullición sin descomposición en el vacío.

En el que se destruye la red cristalina del metal y pasa del estado sólido al estado líquido.

El punto de fusión de los metales es un indicador de la temperatura del metal calentado, al alcanzar el cual comienza el proceso (fusión). El proceso en sí es el reverso de la cristalización y está indisolublemente ligado a él. para fundir metal? debe calentarse usando fuente externa calor hasta el punto de fusión, y luego continuar el suministro de calor para superar la energía de la transición de fase. El hecho es que el valor mismo del punto de fusión de los metales indica la temperatura a la que el material estará en equilibrio de fase, en el límite entre el líquido y el sólido. A esta temperatura, un metal puro puede existir simultáneamente en estado sólido y líquido. Para llevar a cabo el proceso de fusión, es necesario sobrecalentar el metal ligeramente por encima de la temperatura de equilibrio para proporcionar un potencial termodinámico positivo. Dar un impulso al proceso.

El punto de fusión de los metales es constante solo para sustancias puras. La presencia de impurezas cambiará el potencial de equilibrio en una dirección u otra. Esto se debe a que el metal con impurezas forma una red cristalina diferente, y las fuerzas de interacción de los átomos en ellos diferirán de las presentes en los materiales puros.Dependiendo del punto de fusión, los metales se dividen en fusibles (hasta 600 ° C, como galio, mercurio), punto de fusión medio (600-1600°С, cobre, aluminio) y refractario (>1600°С, tungsteno, molibdeno).

EN mundo moderno los metales puros rara vez se usan debido a que tienen un rango limitado propiedades físicas. La industria ha usado larga y densamente varias combinaciones metales: aleaciones, variedades y características que son mucho más grandes. El punto de fusión de los metales que componen las diversas aleaciones también diferirá del punto de fusión de su aleación. Diferentes concentraciones de sustancias determinan el orden de su fusión o cristalización. Pero existen concentraciones de equilibrio en las que los metales que componen la aleación solidifican o funden simultáneamente, es decir, se comportan como un material homogéneo. Tales aleaciones se llaman eutécticas.

Conocer la temperatura de fusión es muy importante cuando se trabaja con metal, este valor es necesario tanto en la producción, para calcular los parámetros de las aleaciones, como en la operación de productos metálicos, cuando determina la temperatura de transición de fase del material del que está hecho el producto. las limitaciones en su uso. Por conveniencia, estos datos se resumen en una sola fusión de metales: un resultado resumido investigación física Características de varios metales. También hay tablas similares para aleaciones. El punto de fusión de los metales también depende significativamente de la presión, por lo que los datos de la tabla son relevantes para un valor de presión específico (por lo general, esto es condiciones normales cuando la presión es de 101,325 kPa). A mayor presión, mayor punto de fusión y viceversa.

En la industria metalúrgica, una de las áreas principales es la fundición de metales y sus aleaciones debido al bajo costo y relativa simplicidad del proceso. Se pueden moldear moldes con cualquier contorno de varias dimensiones, desde pequeños hasta grandes; es adecuado tanto para la producción en masa como para la producción personalizada.

La fundición es una de las áreas más antiguas de trabajo con metales, y comienza alrededor de la Edad del Bronce: 7-3 milenio antes de Cristo. mi. Desde entonces, se han descubierto muchos materiales, lo que ha dado lugar a avances tecnológicos y mayores exigencias en la industria de la fundición.

Hoy en día, hay muchas direcciones y tipos de fundición, que difieren en proceso tecnológico. Una cosa permanece sin cambios: la propiedad física de los metales para pasar de sólido a líquido, y es importante saber a qué temperatura comienza la fusión. diferentes tipos metales y sus aleaciones.

proceso de fusión de metales

Este proceso se refiere a la transición de una sustancia de un estado sólido a un estado líquido. Cuando se alcanza el punto de fusión, el metal puede estar tanto en estado sólido como líquido, un aumento adicional conducirá a una transición completa del material a líquido.

Lo mismo sucede durante la solidificación: cuando se alcanza el límite de fusión, la sustancia comenzará a pasar de un estado líquido a un estado sólido y la temperatura no cambiará hasta la cristalización completa.

Al mismo tiempo, debe recordarse que Esta regla solo aplicable al metal desnudo. Las aleaciones no tienen un límite de temperatura claro y hacen una transición de estados en un cierto rango:

1. Solidus: la línea de temperatura en la que el componente más fusible de la aleación comienza a fundirse.
2. Liquidus es el punto de fusión final de todos los componentes, por debajo del cual comienzan a aparecer los primeros cristales de la aleación.

Es imposible medir con precisión el punto de fusión de tales sustancias, el punto de transición de los estados indica el intervalo numérico.

Dependiendo de la temperatura a la que comience la fusión de los metales, se suelen dividir en:

• Fusible, hasta 600 °C. Estos incluyen zinc, plomo y otros.
• Punto de fusión medio, hasta 1600 °C. Aleaciones más comunes, y metales como oro, plata, cobre, hierro, aluminio.
• Refractario, más de 1600 °C. Titanio, molibdeno, tungsteno, cromo.

También hay un punto de ebullición, el punto en el que el metal fundido comienza a pasar a un estado gaseoso. Esto es muy calor, típicamente 2 veces el punto de fusión.

Influencia de la presión

La temperatura de fusión y la temperatura de solidificación igual a ella dependen de la presión, aumentando con su aumento. Esto se debe al hecho de que a medida que aumenta la presión, los átomos se acercan entre sí y, para destruir la red cristalina, deben alejarse. En Alta presión sanguínea se requiere más energía de movimiento térmico y la temperatura de fusión correspondiente aumenta.

Hay excepciones cuando la temperatura requerida para pasar al estado líquido disminuye con el aumento de la presión. Tales sustancias incluyen hielo, bismuto, germanio y antimonio.

Tabla de puntos de fusión

Es importante para cualquier persona involucrada en la industria del acero, ya sea un soldador, un trabajador de una fundición, un fundidor o un joyero, conocer las temperaturas a las que se funden los materiales con los que trabajan. La siguiente tabla enumera los puntos de fusión de las sustancias más comunes.

Tabla de puntos de fusión de metales y aleaciones

Además de la mesa de fusión, existen muchos otros materiales auxiliares. Por ejemplo, la respuesta a la pregunta cuál es el punto de ebullición del hierro se encuentra en la tabla de sustancias en ebullición. Además de hervir, los metales tienen otras propiedades físicas, como la resistencia.

Además de la capacidad de pasar de un estado sólido a un estado líquido, uno de propiedades importantes material es su fuerza - la posibilidad cuerpo solido resistencia a la fractura y cambios irreversibles en la forma. Se considera que el principal indicador de resistencia es la resistencia que surge de la ruptura de la pieza de trabajo, prerrecocida. El concepto de fuerza no se aplica al mercurio, ya que se encuentra en estado líquido. La designación de fuerza se acepta en MPa - Mega Pascales.

Existir siguientes grupos fuerza del metal:

• Frágil. Su resistencia no supera los 50 MPa. Estos incluyen estaño, plomo, metales alcalinos blandos
• Duradero, 50-500 MPa. Cobre, aluminio, hierro, titanio. Los materiales de este grupo son la base de muchas aleaciones estructurales.
• Alta resistencia, más de 500 MPa. Por ejemplo, molibdeno y.

Tabla de resistencia de metales

Las aleaciones más comunes en la vida cotidiana.

Como se puede ver en la tabla, los puntos de fusión de los elementos varían mucho incluso para los materiales que se encuentran a menudo en la vida cotidiana.

Asi que, temperatura mínima El mercurio tiene un punto de fusión de -38,9 °C, por lo que a temperatura ambiente ya se encuentra en estado líquido. Esto explica el hecho de que los termómetros domésticos tengan una marca inferior de -39 grados centígrados: por debajo de este indicador, el mercurio se convierte en estado sólido.

Las soldaduras más utilizadas en uso doméstico, tienen en su composición un porcentaje significativo del contenido de estaño, el cual tiene un punto de fusión de 231,9 °C, por lo tanto La mayoría de la soldadura se derrite a la temperatura de funcionamiento del soldador 250−400°C.

Además, existen soldaduras de bajo punto de fusión con un límite de fusión más bajo, hasta 30 °C, y se utilizan cuando el sobrecalentamiento de los materiales soldados es peligroso. Para estos fines, existen soldaduras con bismuto, y la fusión de estos materiales se encuentra en el rango de 29,7 a 120 ° C.

La fusión de materiales con alto contenido de carbono, dependiendo de los componentes de la aleación, se encuentra en el rango de 1100 a 1500 °C.

Los puntos de fusión de los metales y sus aleaciones se encuentran en un rango de temperatura muy amplio, desde muy temperaturas bajas(mercurio) hasta el límite de varios miles de grados. El conocimiento de estos indicadores, así como de otras propiedades físicas, es muy importante para las personas que trabajan en el campo metalúrgico. Por ejemplo, saber a qué temperatura se funden el oro y otros metales será útil para joyeros, fundidores y fundidores.

Cada metal y aleación tiene su propio conjunto único de características físicas y propiedades químicas, no menos importante de los cuales es el punto de fusión. El proceso en sí significa la transición del cuerpo de un estado de agregación a otro, en este caso, de un estado sólido cristalino a uno líquido. Para fundir un metal, es necesario suministrarle calor hasta alcanzar el punto de fusión. Con él, aún puede permanecer en estado sólido, pero con una mayor exposición y un aumento del calor, el metal comienza a derretirse. Si se baja la temperatura, es decir, se quita parte del calor, el elemento se endurecerá.

El punto de fusión más alto entre los metales. pertenece al tungsteno: es 3422C o, el más bajo es para mercurio: el elemento ya se funde a - 39C o. Como regla general, no es posible determinar el valor exacto de las aleaciones: puede variar significativamente según el porcentaje de componentes. Por lo general, se escriben como un intervalo de números.

como esta pasando

La fusión de todos los metales ocurre aproximadamente de la misma manera, con la ayuda de un calentamiento externo o interno. La primera se realiza en un horno térmico, para la segunda se utiliza calentamiento resistivo al pasar corriente eléctrica o calentamiento por inducción en un campo electromagnético de alta frecuencia. Ambas opciones afectan al metal de la misma manera.

A medida que aumenta la temperatura, también lo hace amplitud de las vibraciones térmicas de las moléculas, aparecen defectos de red estructural, que se expresan en el crecimiento de dislocaciones, saltos de átomos y otras perturbaciones. Esto va acompañado de la ruptura de los enlaces interatómicos y requiere una cierta cantidad de energía. Al mismo tiempo, se forma una capa casi líquida en la superficie del cuerpo. El período de destrucción de la red y la acumulación de defectos se denomina fusión.

Según el punto de fusión, los metales se dividen en:

Según el punto de fusión elegir y aparato de fusión. Cuanto más alto sea el puntaje, más fuerte debería ser. Puede averiguar la temperatura del elemento que necesita en la tabla.

Otro valor importante es el punto de ebullición. Este es el valor en el que comienza el proceso de ebullición de líquidos, corresponde a la temperatura vapor saturado, que se forma sobre una superficie plana de un líquido hirviendo. Por lo general, es casi el doble del punto de fusión.

Ambos valores suelen darse en presión normal. entre ellos ellos directamente proporcional.

1. La presión aumenta: la cantidad de fusión aumentará.
2. La presión disminuye, la cantidad de fusión disminuye.

Tabla de metales y aleaciones fusibles (hasta 600C o)

Tabla de metales y aleaciones de punto de fusión medio (desde 600С o hasta 1600С o)