Metallide füüsikalised omadused. Metallide ja sulamite sulamistemperatuur ja tihedus

Metallide sulamistemperatuur, mis varieerub väikseimast (-39 ° C elavhõbeda puhul) kuni kõrgeima (3400 ° C volframi puhul), samuti metallide tihedus tahkes olekus temperatuuril 20 ° C ja vedeliku tihedus metallid sulamistemperatuuril, on toodud värviliste metallide sulamise tabelis .

Tabel 1. Värviliste metallide sulatamine

Värviliste metallide keevitamine ja sulatamine

Vase keevitamine . Cu metalli sulamistemperatuur on peaaegu kuus korda kõrgem terase sulamistemperatuurist, vask neelab ja lahustab intensiivselt erinevaid gaase, moodustades hapnikuga oksiide. Vaskoksiid II koos vasega moodustab eutektiku, mille sulamistemperatuur (1064°C) on madalam kui vase sulamistemperatuur (1083°C). Kui vedel vask tahkub, paikneb eutektikum piki tera piire, muutes vase rabedaks ja pragunemisohtlikuks. Seetõttu on vase keevitamise põhiülesanne kaitsta seda oksüdatsiooni ja keevisvanni aktiivse deoksüdatsiooni eest.

Kõige tavalisem vase gaasikeevitus oksüatsetüleeni leegiga, kasutades põleteid, mis on 1,5 ... 2 korda võimsamad kui teraste keevitamiseks mõeldud põleti. Täitemetalliks on vaskvardad, mis sisaldavad fosforit ja räni. Kui toodete paksus on üle 5...6 mm, kuumutatakse need esmalt temperatuurini 250...300°C. Räbustideks keevitamisel on röstitud booraks või segu, mis koosneb 70% booraksist ja 30% boorhape. Et suurendada mehaanilised omadused ja parandada ladestunud metalli struktuuri, pärast keevitamist sepistatakse vask temperatuuril umbes 200 ... 300 ° C. Seejärel kuumutatakse uuesti temperatuurini 500-550 °C ja jahutatakse vees. Vaske keevitatakse ka elektrikaare meetodil elektroodidega, kaitsvate gaaside voolus, vookihi all, kondensaatormasinatel, hõõrdemeetodil.

messingi keevitamine . Messing on vase ja tsingi (kuni 50%) sulam. Peamine reostus on sel juhul tsingi aurustumine, mille tagajärjel õmblus kaotab oma omadused, sellesse tekivad poorid. Messing, nagu vask, keevitatakse peamiselt atsetüleeni oksüdeeriva leegiga, mis tekitab vanni pinnale tulekindla tsinkoksiidi kile, mis vähendab edasist läbipõlemist ja tsingi aurustumist. Räbusteid kasutatakse samamoodi nagu vase keevitamisel. Need tekitavad vanni pinnale räbu, mis seovad tsinkoksiide ja raskendavad aurude väljapääsu keevisvannist. Messingit keevitatakse ka kaitsegaasides ja kontaktmasinatel.

pronksi keevitamine . Enamasti on pronks valumaterjal, nii et

keevitamist kasutatakse defektide parandamisel või remondi ajal. Kõige sagedamini kasutatav metallelektroodiga keevitamine. Täitemetalliks on mitteväärismetalliga sama koostisega vardad ning räbustideks ehk elektroodikatteks on kaaliumi ja naatriumi kloriid- ja fluoriidühendid.

. Peamised alumiiniumi keevitamist takistavad tegurid on selle madal sulamistemperatuur (658°C), kõrge soojusjuhtivus (umbes 3 korda kõrgem kui terase soojusjuhtivus), tulekindlate alumiiniumoksiidide teke, mille sulamistemperatuur on 2050°. C, seega värviliste metallide sulatamise tehnoloogia , näiteks vask või pronks ei sobi alumiiniumi sulatamiseks. Lisaks reageerivad need oksiidid halvasti nii happeliste kui ka aluseliste räbustitega, mistõttu eemaldatakse need keevisõmblusest halvasti.

Kõige sagedamini kasutatav gaaskeevitus alumiiniumatsetüleeni leek. AT viimased aastad Levinud on ka sukelkaare- ja argoonipõhine automaatne kaarkeevitus metallelektroodidega. Kõigi keevitusmeetodite puhul, välja arvatud argooni kaar, kasutatakse räbusti või elektroodkatteid, mis sisaldavad liitiumi, kaaliumi, naatriumi ja muude elementide fluoriid- ja kloriidühendeid. Kõigi keevitusmeetodite täitemetallina kasutatakse mitteväärismetalliga sama koostisega traati või vardaid.

Alumiinium on hästi keevitatud elektronkiire abil vaakumis, kontaktmasinatel, elektriräbu ja muudel meetoditel.

Alumiiniumsulamite keevitamine . Magneesiumi ja tsingiga alumiiniumsulamid keevitatakse ilma

erilised tüsistused, samuti alumiinium. Erandiks on duralumiinium - alumiiniumi sulamid vasega. Need sulamid on pärast karastamist ja järgnevat vanandamist termiliselt karastatud. Kui värviliste metallide sulamistemperatuur on üle 350°C, toimub neis tugevuse langus, mida kuumtöötlemine ei taasta. Seetõttu väheneb duralumiumi keevitamisel kuumuse mõjupiirkonnas tugevus 40 ... 50%. Kui duralumiinium keevitatakse kaitsegaasides, saab sellist langust taastada kuumtöötlusega kuni 80 ... 90% mitteväärismetalli tugevuse suhtes.

Magneesiumisulamite keevitamine . Gaaskeevitamisel kasutatakse tingimata fluoriidvoogusid, mis erinevalt kloriidvoogudest ei põhjusta keevisliidete korrosiooni. Magneesiumisulamite kaarkeevitust metallelektroodidega läbi keevisõmbluste halva kvaliteediga pole veel kasutatud. Magneesiumisulamite keevitamisel täheldatakse märkimisväärset tera kasvu keevisõmbluskohtades ja tugev areng sammaskristallid keevisõmbluses. Seetõttu on keevisliidete tõmbetugevus 55 ... 60% mitteväärismetalli tõmbetugevusest.

Tabel 2. Tööstuslike värviliste metallide füüsikalised omadused

Tiigli sulamine

Metalli ja metalltoodete tootmise lahutamatuks osaks on kasutamine ajal tootmisprotsess tiiglid nii mustade kui ka värviliste metallide tootmiseks, sulatamiseks ja ümbersulatamiseks. Tiiglid on metallurgiaseadmete lahutamatu osa erinevate metallide, sulamite jms valamisel.

Keraamilist tiiglit värviliste metallide sulatamiseks on metallide (vask, pronks) sulatamiseks kasutatud juba iidsetest aegadest.

Pärast kristalliseerumist on vaja veenduda, et aine on piisavalt puhas. Lihtsaim ja tõhusaim meetod aine puhtusastme tuvastamiseks ja määramiseks on selle sulamistemperatuuri määramine ( T pl). Sulamistemperatuur on temperatuurivahemik, mille juures tahke aine muutub vedelaks. Kõigil puhastel keemilistel ühenditel on kitsas temperatuurivahemik tahkest ainest vedelaks muutumiseks. See puhaste ainete temperatuurivahemik on maksimaalselt 1-2 o C. Sulamistemperatuuri kasutamine aine puhtuse mõõtjana põhineb asjaolul, et lisandite olemasolu (1) alandab sulamistemperatuuri ja ( 2) laiendab sulamistemperatuuri vahemikku. Näiteks puhas bensoehappe proov sulab vahemikus 120–122 °C, kergelt saastunud proov aga temperatuuril 114–119 °C.

Sulamistemperatuuri kasutamine identifitseerimisel on ilmselgelt väga ebamäärane, kuna orgaanilisi ühendeid on mitu miljonit ja paratamatult langevad paljude sulamistemperatuurid kokku. Siiski, esiteks, T sünteesil saadud aine mp erineb peaaegu alati T pl lähteühendid. Teiseks saab kasutada "segaproovi sulamistemperatuuri määramise" tehnikat. Kui a T mp võrdsetest kogustest uuritavast ainest ja teadaolevast proovist ei erine T pl viimasest, siis on mõlemad proovid sama aine.

SULAMISTEMPERATUURI MÄÄRAMISE MEETOD. Tritureerige uuritav aine põhjalikult peeneks pulbriks. Kapillaar täidetakse ainega (kõrguselt 3–5 mm; kapillaar peaks olema õhukeseseinaline, ühelt poolt tihendatud, siseläbimõõduga 0,8–1 mm ja kõrgusega 3–4 cm). Selleks suruge kapillaar lahtise otsaga ettevaatlikult aine pulbri sisse ja lööge selle suletud ots perioodiliselt 5–10 korda vastu lauapinda. Pulbri täielikuks nihkumiseks kapillaari suletud otsani visatakse see kõvale pinnale vertikaalsesse klaastorusse (pikkusega 30–40 cm ja läbimõõduga 0,5–1 cm). Sisestage kapillaar termomeetri nina külge kinnitatud metallkassetti (joonis 3.5) ja asetage termomeeter koos kassetiga sulamistemperatuuri määramise seadmesse.

Seadmes soojendatakse kapillaaridega termomeetrit elektrimähise abil, mille pinge antakse läbi trafo ja küttekiiruse määrab rakendatud pinge. Esiteks kuumutatakse seadet kiirusega 4–6 ° C minutis ja 10 ° C enne eeldatavat T pl kuumutatakse kiirusega 1–2 o C minutis. Sulamistemperatuuriks loetakse ajavahemikku kristallide pehmenemisest (aine märgumisest) kuni täieliku sulamiseni.

Saadud andmed registreeritakse laboripäevikusse.

1. Destilleerimine

Destilleerimine on oluline ja laialdaselt kasutatav meetod orgaaniliste vedelike puhastamiseks ja vedelate segude eraldamiseks. See meetod seisneb vedeliku keetmises ja aurustamises ning seejärel aurude kondenseerimises destillaadiks. Kahe vedeliku, mille keemistemperatuuri erinevus on 50–70 ° C või rohkem, eraldamine võib toimuda lihtsa destilleerimisega. Kui erinevus on väiksem, tuleb fraktsioneerivat destilleerimist kasutada keerukamal seadmel. Mõned kõrge keemistemperatuuriga vedelikud lagunevad destilleerimisel. Rõhu alandamisel aga keemistemperatuur langeb, mis annab võimaluse destilleerida kõrge keemistemperatuuriga vedelikke ilma vaakumis lagunemata.

Millel metalli kristallvõre hävib ja see läheb tahkest olekust vedelasse.

Metallide sulamistemperatuur on kuumutatud metalli temperatuuri indikaator, mille saavutamisel algab protsess (sulamine). Protsess ise on kristalliseerumise vastupidine protsess ja on sellega lahutamatult seotud. Metalli sulatada? tuleb kuumutada kasutades väline allikas kuumutada sulamistemperatuurini ja seejärel jätkata soojuse tarnimist, et ületada faasisiirde energia. Fakt on see, et metallide sulamistemperatuuri väärtus näitab temperatuuri, mille juures materjal on vedeliku ja tahke aine vahelisel piiril faasitasakaalus. Sellel temperatuuril võib puhas metall eksisteerida samaaegselt nii tahkes kui vedelas olekus. Sulamisprotsessi läbiviimiseks on vaja metalli üle kuumutada veidi üle tasakaalutemperatuuri, et tekitada positiivne termodünaamiline potentsiaal. Andke protsessile hoogu.

Metallide sulamistemperatuur on konstantne ainult puhaste ainete puhul. Lisandite olemasolu nihutab tasakaalupotentsiaali ühes või teises suunas. Seda seetõttu, et lisanditega metall moodustab teistsuguse kristallvõre ja neis olevate aatomite vastasmõju erineb puhastel materjalidel esinevatest.Sõltuvalt sulamistemperatuurist jaotatakse metallid sulavateks (kuni 600 °C, nt. gallium , elavhõbe), kesksulav (600-1600°С, vask, alumiinium) ja tulekindel (>1600°С, volfram, molübdeen).

AT kaasaegne maailm puhtaid metalle kasutatakse harva, kuna nende valik on piiratud füüsikalised omadused. Tööstus on pikka aega ja tihedalt kasutatud erinevaid kombinatsioone metallid - sulamid, mille sordid ja omadused on palju suuremad. Erinevaid sulameid moodustavate metallide sulamistemperatuur erineb samuti nende sulami sulamistemperatuurist. Ainete erinevad kontsentratsioonid määravad nende sulamise või kristalliseerumise järjekorra. Kuid on olemas tasakaalukontsentratsioonid, mille juures sulami moodustavad metallid tahkuvad või sulavad üheaegselt, see tähendab, et nad käituvad nagu homogeenne materjal. Selliseid sulameid nimetatakse eutektilisteks.

Sulamistemperatuuri teadmine on metalliga töötamisel väga oluline, see väärtus on vajalik nii tootmisel, sulamite parameetrite arvutamisel kui ka metalltoodete töötamisel, kui toote valmistamise materjali faasisiirdetemperatuur määrab kindlaks. selle kasutamise piirangud. Mugavuse huvides on need andmed kokku võetud üheks metallide sulatamiseks - kokkuvõtlik tulemus füüsiline uurimine erinevate metallide omadused. Sarnased tabelid on ka sulamite jaoks. Metallide sulamistemperatuur sõltub oluliselt ka rõhust, seega on tabelis toodud andmed olulised konkreetse rõhu väärtuse puhul (tavaliselt on see normaalsetes tingimustes kui rõhk on 101,325 kPa). Mida kõrgem on rõhk, seda kõrgem on sulamistemperatuur ja vastupidi.

Metallurgiatööstuses on protsessi odavuse ja suhtelise lihtsuse tõttu üheks põhivaldkonnaks metallide ja nende sulamite valamine. Valada saab mis tahes erineva mõõtmega vorme, alates väikestest kuni suurteni; see sobib nii masstootmiseks kui ka kohandatud tootmiseks.

Valamine on üks vanimaid metallidega töötamise valdkondi ja algab umbes pronksiajal: 7-3 aastatuhandel eKr. e. Sellest ajast peale on avastatud palju materjale, mis on toonud kaasa tehnoloogia arengu ja suurenenud nõudmised valutööstusele.

Tänapäeval on palju valusuundi ja -tüüpe, mis erinevad üksteisest tehnoloogiline protsess. Üks asi jääb muutumatuks - metallide füüsikaline omadus muutuda tahkest vedelaks ja on oluline teada, millisel temperatuuril sulamine algab erinevad tüübid metallid ja nende sulamid.

metalli sulatusprotsess

See protsess viitab aine üleminekule tahkest olekust vedelasse. Sulamistemperatuuri saavutamisel võib metall olla nii tahkes kui ka vedelas olekus, edasine tõus toob kaasa materjali täieliku ülemineku vedelikuks.

Sama juhtub ka tahkumisel - sulamispiiri saavutamisel hakkab aine liikuma vedelast olekust tahkesse olekusse ja temperatuur ei muutu kuni täieliku kristalliseerumiseni.

Samas tuleb meeles pidada, et see reegel kehtib ainult metallile. Sulamitel pole selget temperatuuripiiri ja need muudavad olekuid teatud vahemikus:

1. Solidus - temperatuurijoon, mille juures sulami kõige sulavam komponent hakkab sulama.
2. Liquidus on kõigi komponentide lõplik sulamistemperatuur, millest madalamal hakkavad ilmuma sulami esimesed kristallid.

Selliste ainete sulamistemperatuuri on võimatu täpselt mõõta, olekute üleminekupunkt näitab numbrilist intervalli.

Sõltuvalt temperatuurist, mille juures metallide sulamine algab, jagatakse need tavaliselt järgmisteks osadeks:

• Sulatav, kuni 600 °C. Nende hulka kuuluvad tsink, plii ja teised.
• Keskmiselt sulav, kuni 1600 °C. Levinumad sulamid ja metallid nagu kuld, hõbe, vask, raud, alumiinium.
• Tulekindel, üle 1600 °C. Titaan, molübdeen, volfram, kroom.

Samuti on olemas keemispunkt – punkt, kus sulametall hakkab üle minema gaasilisse olekusse. See on väga soojust, tavaliselt 2 korda suurem sulamistemperatuurist.

Rõhu mõju

Sulamistemperatuur ja sellega võrdne tahkumistemperatuur sõltuvad rõhust, suurenedes selle tõusuga. Selle põhjuseks on asjaolu, et rõhu tõustes lähenevad aatomid üksteisele ja kristallvõre hävitamiseks tuleb need eemale viia. Kell kõrge vererõhk soojusliikumise energiat on vaja rohkem ja sellele vastav sulamistemperatuur tõuseb.

On erandeid, kui vedelasse olekusse minekuks vajalik temperatuur langeb rõhu tõusuga. Selliste ainete hulka kuuluvad jää, vismut, germaanium ja antimon.

Sulamistemperatuuri tabel

Kõigil terasetööstusega seotud isikutel, olgu see siis keevitaja, valutööline, sulataja või juveliir, on oluline teada temperatuure, mille juures materjalid, millega nad töötavad, sulavad. Allolevas tabelis on loetletud levinumate ainete sulamistemperatuurid.

Metallide ja sulamite sulamistemperatuuride tabel

Lisaks sulatuslauale on palju muid abimaterjale. Näiteks küsimusele, milline on raua keemispunkt, peitub vastus keemisainete tabelis. Lisaks keemisele on metallidel mitmeid muid füüsikalisi omadusi, näiteks tugevus.

Lisaks võimalusele minna üle tahkest olekust vedelasse on üks olulised omadused materjal on selle tugevus – võimalus tahke keha vastupidavus murdumisele ja pöördumatutele kujumuutustele. Peamiseks tugevusnäitajaks peetakse eellõõmutatud tooriku purunemisel tekkivat takistust. Tugevuse mõiste ei kehti elavhõbeda kohta, kuna see on vedelas olekus. Tugevuse tähistus on aktsepteeritud MPa - Mega Pascals.

Olemas järgmised rühmad metalli tugevus:

• Habras. Nende takistus ei ületa 50 MPa. Nende hulka kuuluvad tina, plii, pehmed leelismetallid
• Vastupidav, 50-500 MPa. Vask, alumiinium, raud, titaan. Selle rühma materjalid on paljude struktuursete sulamite aluseks.
• Kõrge tugevusega, üle 500 MPa. Näiteks molübdeeni ja.

Metalli tugevustabel

Levinumad sulamid igapäevaelus

Nagu tabelist näha, on elementide sulamistemperatuurid väga erinevad isegi igapäevaelus sageli leiduvate materjalide puhul.

Niisiis, minimaalne temperatuur Elavhõbeda sulamistemperatuur on -38,9 °C, seega on see toatemperatuuril juba vedelas olekus. See seletab asjaolu, et majapidamistermomeetritel on madalam -39 kraadi Celsiuse järgi: selle indikaatori all muutub elavhõbe tahkeks olekuks.

Joodised, mida kasutatakse kõige sagedamini koduseks kasutamiseks, mille koostises on märkimisväärne protsent tinasisaldusest, mille sulamistemperatuur on 231,9 °C, seega enamik joodis sulab jootekolvi töötemperatuuril 250−400°C.

Lisaks on madala sulamispiiriga, kuni 30 ° C, madala sulamistemperatuuriga jooteid ja neid kasutatakse siis, kui joodetud materjalide ülekuumenemine on ohtlik. Nendel eesmärkidel on vismutiga joodised ja nende materjalide sulamistemperatuur on vahemikus 29,7–120 ° C.

Suure süsinikusisaldusega materjalide sulamistemperatuur on sõltuvalt legeerivatest komponentidest vahemikus 1100–1500 °C.

Metallide ja nende sulamite sulamistemperatuurid on väga laias temperatuurivahemikus alates väga madalad temperatuurid(elavhõbe) mitme tuhande kraadi piirini. Nende näitajate ja ka muude füüsikaliste omaduste tundmine on metallurgia valdkonnas töötavate inimeste jaoks väga oluline. Näiteks on kulla ja muude metallide sulamistemperatuuri teadmine kasulik juveliiridele, rullikutele ja sulatajatele.

Igal metallil ja sulamil on oma ainulaadne füüsikaliste ja keemilised omadused, millest mitte vähemtähtis on sulamistemperatuur. Protsess ise tähendab keha üleminekut ühest agregatsiooniseisundist teise, antud juhul tahkest kristalsest olekust vedelasse. Metalli sulatamiseks on vaja seda soojusega varustada kuni sulamistemperatuuri saavutamiseni. Sellega võib see siiski jääda tahkeks, kuid edasise kokkupuute ja kuumuse suurenemisega hakkab metall sulama. Kui temperatuuri alandatakse, st osa soojusest eemaldatakse, siis element kõveneb.

Metallide seas kõrgeim sulamistemperatuur kuulub volframile: see on 3422C o, madalaim on elavhõbeda jaoks: element sulab juba -39C o juures. Reeglina ei ole sulamite puhul võimalik täpset väärtust määrata: see võib oluliselt kõikuda sõltuvalt komponentide protsendist. Tavaliselt kirjutatakse need numbrivahemikuna.

Kuidas see toimub

Kõikide metallide sulamine toimub ligikaudu samal viisil - välise või sisemise kuumutamise abil. Esimene viiakse läbi termilises ahjus, teise jaoks kasutatakse läbimisel takistuskütet elektrivool või induktsioonkuumutamine kõrgsageduslikus elektromagnetväljas. Mõlemad valikud mõjutavad metalli ligikaudu samal viisil.

Kui temperatuur tõuseb, siis tõuseb ka molekulide termiliste vibratsioonide amplituud, tekivad struktuurvõre defektid, mis väljenduvad dislokatsioonide kasvus, aatomite hüppamises ja muudes häiretes. Sellega kaasneb aatomitevaheliste sidemete katkemine ja see nõuab teatud energiahulka. Samal ajal moodustub keha pinnale kvaasivedel kiht. Võre hävimise ja defektide kuhjumise perioodi nimetatakse sulamiseks.

Sõltuvalt sulamistemperatuurist jagunevad metallid järgmisteks osadeks:

Sõltuvalt sulamistemperatuurist valida ja sulatusaparaat. Mida kõrgem on skoor, seda tugevam see peaks olema. Vajaliku elemendi temperatuuri saate teada tabelist.

Teine oluline väärtus on keemistemperatuur. See on väärtus, millest algab vedelike keetmise protsess, see vastab temperatuurile küllastunud aur, mis moodustub keeva vedeliku tasase pinna kohal. Tavaliselt on see peaaegu kaks korda kõrgem kui sulamistemperatuur.

Mõlemad väärtused on tavaliselt antud normaalne rõhk. Omavahel nad võrdeline.

1. Rõhk suureneb - sulamise hulk suureneb.
2. Rõhk väheneb - sulamise hulk väheneb.

Sulavate metallide ja sulamite tabel (kuni 600C o)

Keskmise sulamistemperatuuriga metallide ja sulamite tabel (600C o kuni 1600C o)