Fysikaliska egenskaper hos metaller. Smältpunkt och densitet för metaller och legeringar

Smältpunkten för metaller, som varierar från den minsta (-39 ° C för kvicksilver) till den högsta (3400 ° C för volfram), såväl som densiteten av metaller i fast tillstånd vid 20 ° C och densiteten av vätska metaller vid smältpunkten, anges i tabellen över smältande icke-järnmetaller .

Tabell 1. Smältning av icke-järnmetaller

Svetsning och smältning av icke-järnmetaller

Kopparsvetsning . Smälttemperaturen för Cu-metall är nästan sex gånger högre än smälttemperaturen för stål, koppar absorberar och löser upp olika gaser intensivt och bildar oxider med syre. Kopparoxid II med koppar bildar ett eutektikum, vars smältpunkt (1064°C) är lägre än smältpunkten för koppar (1083°C). När flytande koppar stelnar, är eutektiken placerad längs korngränserna, vilket gör koppar spröd och benägen att spricka. Därför är huvuduppgiften vid svetsning av koppar att skydda den från oxidation och aktiv deoxidation av svetsbadet.

Den vanligaste gassvetsningen av koppar med en acetylenoxidlåga med brännare som är 1,5 ... 2 gånger kraftigare än en brännare för svetsning av stål. Tillsatsmetallen är kopparstavar innehållande fosfor och kisel. Om tjockleken på produkterna är mer än 5...6 mm, värms de först till en temperatur på 250...300°C. Flussmedel vid svetsning är rostad borax eller en blandning bestående av 70 % borax och 30 % borsyra. För att öka mekaniska egenskaper och förbättra strukturen hos den deponerade metallen, koppar efter svetsning smides vid en temperatur på cirka 200 ... 300 ° C. Därefter värms den igen till 500-550°C och kyls i vatten. Koppar svetsas också med elbågsmetoden med elektroder, i en ström av skyddande gaser, under ett lager av flussmedel, på kondensatormaskiner, genom friktionsmetoden.

mässingssvetsning . Mässing är en legering av koppar och zink (upp till 50%). Den huvudsakliga föroreningen i det här fallet är förångningen av zink, som ett resultat av vilket sömmen förlorar sina egenskaper, porer uppträder i den. Mässing, liksom koppar, svetsas huvudsakligen med en acetylenoxiderande låga, vilket skapar en film av eldfast zinkoxid på ytan av badet, vilket minskar ytterligare utbränning och avdunstning av zink. Flussmedel används på samma sätt som för svetsning av koppar. De skapar slagg på ytan av badet, som binder zinkoxider och gör det svårt för ångor att komma ut från svetsbadet. Mässing svetsas även i skyddsgaser och på kontaktmaskiner.

bronssvetsning . I de flesta fall är brons ett gjutmaterial, alltså

svetsning används vid korrigering av defekter eller vid reparationer. Den mest använda metallelektrodsvetsningen. Tillsatsmetallen är stavar av samma sammansättning som basmetallen, och flussmedel eller elektrodbeläggning är klorid- och fluoridföreningar av kalium och natrium.

. De viktigaste faktorerna som hindrar svetsning av aluminium är dess låga smältpunkt (658°C), höga värmeledningsförmåga (cirka 3 gånger högre än värmeledningsförmågan hos stål), bildningen av eldfasta aluminiumoxider, som har en smältpunkt på 2050° C, så tekniken för att smälta icke-järnmetaller , som koppar eller brons är inte lämplig för aluminiumsmältning. Dessutom reagerar dessa oxider dåligt med både sura och basiska flussmedel, så de avlägsnas dåligt från svetsen.

Den vanligaste gassvetsningslågan av aluminiumacetylen. PÅ senaste åren Automatisk bågsvetsning med nedsänkt båge och argon med metallelektroder har också blivit utbredd. För alla svetsmetoder, förutom argonbåge, används flussmedel eller elektrodbeläggningar, som inkluderar fluorid- och kloridföreningar av litium, kalium, natrium och andra grundämnen. Som tillsatsmetall för alla svetsmetoder används tråd eller stänger av samma sammansättning som basmetallen.

Aluminium svetsas väl av en elektronstråle i vakuum, på kontaktmaskiner, med elektroslagg och andra metoder.

Aluminiumlegeringssvetsning . Aluminiumlegeringar med magnesium och zink svetsas utan

speciella komplikationer, samt aluminium. Ett undantag är duralumin - legeringar av aluminium med koppar. Dessa legeringar är termiskt härdade efter härdning och efterföljande åldring. När smälttemperaturen för icke-järnmetaller är över 350°C uppstår en minskning av styrkan i dem, som inte återställs genom värmebehandling. Därför, vid svetsning av duralumin i den värmepåverkade zonen, minskar styrkan med 40 ... 50%. Om duralumin svetsas i skyddsgaser, kan en sådan minskning återställas genom värmebehandling upp till 80 ... 90% i förhållande till basmetallens styrka.

Svetsning av magnesiumlegeringar . Vid gassvetsning används nödvändigtvis fluorflussmedel, som till skillnad från kloridflussmedel inte orsakar korrosion av svetsfogar. Bågsvetsning av magnesiumlegeringar med metallelektroder genom den dåliga kvaliteten på svetsar har ännu inte använts. Vid svetsning av magnesiumlegeringar observeras en betydande korntillväxt i områden nära svetsning och stark utveckling kolumnformiga kristaller i svetsen. Därför är draghållfastheten hos svetsade fogar 55 ... 60 % av basmetallens draghållfasthet.

Tabell 2. Fysiska egenskaper hos industriella icke-järnmetaller

Smältdegel

En integrerad del av tillverkningen av metall och metallprodukter är användningen under produktionsprocess deglar för produktion, smältning och omsmältning av både järnhaltiga och icke-järnhaltiga metaller. Deglar är en integrerad del av metallurgisk utrustning för gjutning av olika metaller, legeringar och liknande.

Keramisk degel för smältning av icke-järnmetaller har använts för att smälta metaller (koppar, brons) sedan urminnes tider.

Efter kristallisation är det nödvändigt att se till att ämnet är tillräckligt rent. Den enklaste och mest effektiva metoden för att identifiera och bestämma ett ämnes renhetsmått är att bestämma dess smältpunkt ( T pl). Smältpunkten är det temperaturintervall vid vilket ett fast ämne blir flytande. Alla rena kemiska föreningar har ett smalt temperaturintervall för övergång från fast till flytande. Detta temperaturintervall för rena ämnen är maximalt 1-2 o C. Användningen av smältpunkten som mått på ett ämnes renhet baseras på det faktum att närvaron av föroreningar (1) sänker smältpunkten och (1) 2) utökar smälttemperaturområdet. Till exempel smälter ett rent prov av bensoesyra i intervallet 120–122°C, medan ett lätt förorenat prov smälter vid 114–119°C.

Användningen av smältpunkt för identifiering är uppenbarligen föremål för stor osäkerhet, eftersom det finns flera miljoner organiska föreningar, och oundvikligen sammanfaller smältpunkterna för många av dem. Men för det första, T mp för ämnet som erhålls i syntesen skiljer sig nästan alltid från T pl utgångsföreningar. För det andra kan tekniken att "bestämma smältpunkten för ett blandat prov" användas. Om en T mp av en blandning av lika mängder av testämnet och ett känt prov skiljer sig inte från T pl av det senare, då är båda proverna samma substans.

METOD FÖR BESTÄMNING AV SMELTTEMPERATUREN. Triturera testsubstansen noggrant till ett fint pulver. Kapillären fylls med ämnet (med 3–5 mm höjd; kapillären ska vara tunnväggig, förseglad på ena sidan, med en innerdiameter på 0,8–1 mm och en höjd av 3–4 cm). För att göra detta, tryck försiktigt in kapillären med dess öppna ände i pulvret av ämnet och slå med jämna mellanrum den förseglade änden mot bordsytan 5–10 gånger. För att helt förskjuta pulvret till den förseglade änden av kapillären, kastas det i ett vertikalt glasrör (30–40 cm långt och 0,5–1 cm i diameter) på en hård yta. Sätt in kapillären i en metallkassett fäst på termometerns nos (fig. 3.5), och placera termometern med kassetten i enheten för att bestämma smältpunkten.

I enheten värms en termometer med kapillärer av en elektrisk spole, spänningen till vilken matas genom en transformator, och uppvärmningshastigheten bestäms av den applicerade spänningen. Först värms enheten upp med en hastighet av 4–6 ° C per minut och 10 ° C före den förväntade T pl värms upp med en hastighet av 1–2 o C per minut. Smälttemperaturen tas som intervallet från uppmjukningen av kristallerna (vätning av ämnet) till deras fullständiga smältning.

De erhållna uppgifterna registreras i laboratoriejournalen.

1. Destillering

Destillation är en viktig och mycket använd metod för att rena organiska vätskor och separera flytande blandningar. Denna metod består i att koka och indunsta vätskan och sedan kondensera ångorna till ett destillat. Separationen av två vätskor med en kokpunktsskillnad på 50–70 ° C eller mer kan utföras genom enkel destillation. Om skillnaden är mindre måste fraktionerad destillation användas på en mer sofistikerad apparat. Vissa vätskor med höga kokpunkter sönderdelas under destillation. Men när trycket sänks sjunker kokpunkten, vilket gör det möjligt att destillera högkokande vätskor utan sönderdelning i vakuum.

Vid vilken metallens kristallgitter förstörs och det går från fast tillstånd till flytande tillstånd.

Smältpunkten för metaller är en indikator på temperaturen hos den upphettade metallen, när processen (smältningen) börjar när den når den. Processen i sig är motsatsen till kristallisation och är oupplösligt kopplad till den. Att smälta metall? måste värmas med extern källa värme till smältpunkten, och sedan fortsätta tillförseln av värme för att övervinna energin från fasövergången. Faktum är att själva värdet på smältpunkten för metaller indikerar temperaturen vid vilken materialet kommer att vara i fasjämvikt, vid gränsen mellan vätskan och den fasta substansen. Vid denna temperatur kan en ren metall existera samtidigt i både fast och flytande tillstånd. För att genomföra smältprocessen är det nödvändigt att överhetta metallen något över jämviktstemperaturen för att ge en positiv termodynamisk potential. Ge processen ett lyft.

Smältpunkten för metaller är konstant endast för rena ämnen. Närvaron av föroreningar kommer att förskjuta jämviktspotentialen i en eller annan riktning. Detta beror på att metallen med föroreningar bildar ett annat kristallgitter, och atomernas samverkanskrafter i dem kommer att skilja sig från de som finns i rena material. Beroende på smältpunkten delas metaller in i smältbara (upp till 600 ° C, som t.ex. gallium, kvicksilver), medelsmältande (600-1600°С, koppar, aluminium) och eldfast (>1600°С, volfram, molybden).

PÅ modern värld rena metaller används sällan på grund av att de har ett begränsat utbud fysikaliska egenskaper. Branschen har länge och tätt använt olika kombinationer metaller - legeringar, varianter och egenskaper som är mycket större. Smältpunkten för metallerna som utgör de olika legeringarna kommer också att skilja sig från smältpunkten för deras legering. Olika koncentrationer av ämnen bestämmer ordningen för deras smältning eller kristallisation. Men det finns jämviktskoncentrationer där metallerna som utgör legeringen stelnar eller smälter samtidigt, det vill säga de beter sig som ett homogent material. Sådana legeringar kallas eutektiska.

Att känna till smälttemperaturen är mycket viktigt när man arbetar med metall, detta värde är nödvändigt både i produktionen, för att beräkna parametrarna för legeringar och vid driften av metallprodukter, när fasövergångstemperaturen för materialet som produkten är gjord av bestämmer begränsningarna i dess användning. För enkelhetens skull är dessa data sammanfattade i en enda smältning av metaller - ett sammanfattande resultat fysisk forskning egenskaper hos olika metaller. Det finns också liknande tabeller för legeringar. Smältpunkten för metaller beror också väsentligt på trycket, så data i tabellen är relevanta för ett specifikt tryckvärde (vanligtvis detta normala förhållanden när trycket är 101,325 kPa). Ju högre tryck desto högre smältpunkt och vice versa.

Inom den metallurgiska industrin är ett av huvudområdena gjutning av metaller och deras legeringar på grund av processens billighet och relativa enkelhet. Formar med alla konturer av olika dimensioner, från små till stora, kan gjutas; den är lämplig för både massproduktion och kundanpassad produktion.

Gjutning är ett av de äldsta arbetsområdena med metaller, och börjar kring bronsåldern: 7-3 årtusende f.Kr. e. Sedan dess har många material upptäckts, vilket lett till tekniska framsteg och ökade krav på gjuteriindustrin.

Nuförtiden finns det många riktningar och typer av gjutning, som skiljer sig åt teknisk process. En sak förblir oförändrad - metallernas fysiska egenskap att gå från fast till flytande, och det är viktigt att veta vid vilken temperatur smältningen börjar olika typer metaller och deras legeringar.

metallsmältningsprocess

Denna process hänvisar till övergången av ett ämne från ett fast till ett flytande tillstånd. När smältpunkten uppnås kan metallen vara i både fast och flytande tillstånd, en ytterligare ökning kommer att leda till en fullständig övergång av materialet till en vätska.

Samma sak händer under stelningen - när smältgränsen nås kommer ämnet att börja gå från flytande tillstånd till fast tillstånd, och temperaturen ändras inte förrän fullständig kristallisering.

Samtidigt bör man komma ihåg det denna regel endast tillämplig på ren metall. Legeringar har ingen tydlig temperaturgräns och gör en övergång av tillstånd inom ett visst område:

1. Solidus - temperaturlinjen vid vilken den mest smältbara komponenten i legeringen börjar smälta.
2. Liquidus är den slutliga smältpunkten för alla komponenter, under vilken de första kristallerna av legeringen börjar dyka upp.

Det är omöjligt att exakt mäta smältpunkten för sådana ämnen; övergångspunkten för tillstånden indikerar det numeriska intervallet.

Beroende på temperaturen vid vilken smältningen av metaller börjar delas de vanligtvis in i:

• Smältbar, upp till 600 °C. Dessa inkluderar zink, bly och andra.
• Medelsmältande, upp till 1600 °C. Vanligaste legeringar och metaller som guld, silver, koppar, järn, aluminium.
• Eldfast, över 1600 °C. Titan, molybden, volfram, krom.

Det finns också en kokpunkt - punkten där den smälta metallen börjar övergå till ett gasformigt tillstånd. Detta är väldigt värme typiskt 2 gånger smältpunkten.

Tryckpåverkan

Smälttemperaturen och stelningstemperaturen lika med den beror på trycket och ökar med dess ökning. Detta beror på att när trycket ökar närmar sig atomerna varandra och för att förstöra kristallgittret måste de flyttas bort. På högt blodtryck mer energi av termisk rörelse krävs och smälttemperaturen som motsvarar den ökar.

Det finns undantag när temperaturen som krävs för att gå in i flytande tillstånd minskar med ökat tryck. Sådana ämnen inkluderar is, vismut, germanium och antimon.

Smältpunktstabell

Det är viktigt för alla som är involverade i stålindustrin, oavsett om de är svetsare, gjuteriarbetare, smältare eller juvelerare, att veta vid vilka temperaturer materialen de arbetar med smälter. Tabellen nedan listar smältpunkterna för de vanligaste ämnena.

Tabell över smältpunkter för metaller och legeringar

Förutom smältbordet finns det många andra hjälpmaterial. Till exempel, svaret på frågan, vad är kokpunkten för järn ligger i tabellen över kokande ämnen. Förutom att koka har metaller en rad andra fysikaliska egenskaper, såsom styrka.

Förutom förmågan att övergå från ett fast till ett flytande tillstånd, en av viktiga egenskaper material är dess styrka - möjligheten fast kropp motståndskraft mot fraktur och irreversibla formförändringar. Huvudindikatorn på hållfasthet anses vara motståndet som uppstår vid brott på arbetsstycket, förglödgat. Begreppet styrka gäller inte kvicksilver, eftersom det är i flytande tillstånd. Beteckningen på styrka accepteras i MPa - Mega Pascals.

Existera följande grupper metallstyrka:

• Ömtålig. Deras motstånd överstiger inte 50 MPa. Dessa inkluderar tenn, bly, mjuka alkalimetaller
• Hållbar, 50-500 MPa. Koppar, aluminium, järn, titan. Materialen i denna grupp är grunden för många strukturella legeringar.
• Höghållfast, över 500 MPa. Till exempel molybden och.

Styrkebord i metall

De vanligaste legeringarna i vardagen

Som framgår av tabellen varierar grundämnenas smältpunkter mycket även för material som ofta finns i vardagen.

Så, lägsta temperatur Kvicksilver har en smältpunkt på -38,9 °C, så vid rumstemperatur är det redan i flytande tillstånd. Detta förklarar det faktum att hushållstermometrar har ett lägre märke på -39 grader Celsius: under denna indikator förvandlas kvicksilver till ett fast tillstånd.

Löd som oftast används i hushållsbruk, har i sin sammansättning en betydande andel av innehållet av tenn, som har en smältpunkt på 231,9 ° C, därför mest av lod smälter vid lödkolvens arbetstemperatur 250−400°C.

Dessutom finns det lågsmältande lod med en lägre smältgräns, upp till 30 ° C, och används när överhettning av de lödda materialen är farlig. För dessa ändamål finns det lod med vismut, och smältningen av dessa material ligger i intervallet från 29,7 - 120 ° C.

Smältningen av högkolhaltiga material, beroende på legeringskomponenterna, ligger i intervallet från 1100 till 1500 °C.

Smältpunkterna för metaller och deras legeringar ligger inom ett mycket brett temperaturområde, från mycket låga temperaturer(kvicksilver) till gränsen för flera tusen grader. Kunskap om dessa indikatorer, såväl som andra fysiska egenskaper, är mycket viktigt för personer som arbetar inom det metallurgiska området. Till exempel att veta vid vilken temperatur guld och andra metaller smälter kommer att vara användbart för juvelerare, gjutmaskiner och smältverk.

Varje metall och legering har sin egen unika uppsättning fysiska och kemiska egenskaper, varav inte minst smältpunkten. Själva processen innebär kroppens övergång från ett aggregationstillstånd till ett annat, i detta fall från ett fast kristallint tillstånd till ett flytande. För att smälta en metall är det nödvändigt att tillföra värme till den tills smältpunkten uppnås. Med det kan det fortfarande förbli i fast tillstånd, men med ytterligare exponering och en ökning av värmen börjar metallen smälta. Om temperaturen sänks, det vill säga en del av värmen tas bort, kommer elementet att härda.

Högsta smältpunkten bland metaller tillhör volfram: det är 3422C o, det lägsta är för kvicksilver: grundämnet smälter redan vid - 39C o. Som regel är det inte möjligt att bestämma det exakta värdet för legeringar: det kan variera avsevärt beroende på andelen komponenter. De skrivs vanligtvis som ett nummerspann.

Hur går det till

Smältningen av alla metaller sker på ungefär samma sätt - med hjälp av extern eller intern uppvärmning. Den första utförs i en termisk ugn, för den andra används resistiv uppvärmning vid passering elektrisk ström eller induktionsuppvärmning i ett högfrekvent elektromagnetiskt fält. Båda alternativen påverkar metallen på ungefär samma sätt.

I takt med att temperaturen ökar, så ökar det också amplitud av termiska vibrationer av molekyler, uppträder strukturella gitterdefekter, vilka uttrycks i tillväxten av dislokationer, hoppning av atomer och andra störningar. Detta åtföljs av brytning av interatomära bindningar och kräver en viss mängd energi. Samtidigt bildas ett kvasi-vätskeskikt på kroppens yta. Perioden för förstörelse av gittret och ackumuleringen av defekter kallas smältning.

Beroende på smältpunkten delas metaller in i:

Beroende på smältpunkten välja och smälta apparater. Ju högre poäng, desto starkare bör den vara. Du kan ta reda på temperaturen på elementet du behöver från bordet.

Ett annat viktigt värde är kokpunkten. Detta är värdet vid vilket processen att koka vätskor börjar, det motsvarar temperaturen Mättad ånga, som bildas ovanför en plan yta av en kokande vätska. Vanligtvis är den nästan dubbelt så hög som smältpunkten.

Båda värdena anges vanligtvis till normalt tryck. Inbördes de direkt proportionerlig.

1. Trycket ökar - mängden smältning kommer att öka.
2. Trycket minskar - mängden smältning minskar.

Tabell över smältbara metaller och legeringar (upp till 600C o)

Tabell över medelsmältande metaller och legeringar (från 600º o till 1600º o)