Metallerin fiziksel özellikleri. Metallerin ve alaşımların erime noktası ve yoğunluğu

En küçükten (cıva için -39 °C) en yükseğe (tungsten için 3400 °C) kadar değişen metallerin erime noktası ve ayrıca 20 °C'de katı haldeki metallerin yoğunluğu ve sıvının yoğunluğu erime noktasındaki metaller, demir dışı metallerin erime tablosunda verilmiştir. .

Tablo 1. Demir dışı metallerin eritilmesi

Demir dışı metallerin kaynağı ve eritilmesi

Bakır kaynak . Cu metalinin erime sıcaklığı, çeliğin erime sıcaklığından neredeyse altı kat daha yüksektir, bakır, çeşitli gazları yoğun bir şekilde emer ve çözer, oksijenle oksitler oluşturur. Bakırlı bakır oksit II, erime noktası (1064°C) bakırın erime noktasından (1083°C) daha düşük olan bir ötektik oluşturur. Sıvı bakır katılaştığında ötektik, tane sınırları boyunca yer alır ve bakırı kırılgan ve çatlamaya eğilimli hale getirir. Bu nedenle, bakır kaynağındaki ana görev, onu kaynak havuzunun oksidasyonundan ve aktif deoksidasyonundan korumaktır.

Asetilen oksit alevi ile bakırın en yaygın gaz kaynağı, çeliklerin kaynaklanması için bir brülörden 1.5 ... 2 kat daha güçlü brülörler kullanılarak. Dolgu metali fosfor ve silikon içeren bakır çubuklardır. Ürünlerin kalınlığı 5...6 mm'den fazla ise, önce 250...300°C sıcaklığa ısıtılır. Kaynaktaki eritkenler kavrulmuş boraks veya %70 boraks ve %30 boraks karışımıdır. borik asit. Arttırmak Mekanik özellikler ve biriken metalin yapısını iyileştirmek, kaynaktan sonra bakır yaklaşık 200 ... 300 ° C sıcaklıkta dövülür. Daha sonra tekrar 500-550°C'ye ısıtılır ve suda soğutulur. Bakır ayrıca elektrotlarla elektrik arkı yöntemiyle, koruyucu gazlar akışında, bir akı tabakası altında, kapasitör makinelerinde sürtünme yöntemiyle kaynaklanır.

pirinç kaynak . Pirinç, bir bakır ve çinko alaşımıdır (%50'ye kadar). Bu durumda ana kirlilik, çinkonun buharlaşmasıdır, bunun sonucunda dikişin niteliklerini kaybeder, içinde gözenekler belirir. Pirinç, bakır gibi, esas olarak, banyo yüzeyinde bir refrakter çinko oksit filmi oluşturan ve çinkonun daha fazla yanmasını ve buharlaşmasını azaltan bir asetilen oksitleyici alev ile kaynaklanır. Akılar, bakır kaynağı ile aynı şekilde kullanılır. Banyo yüzeyinde çinko oksitleri bağlayan ve buharların kaynak havuzundan çıkmasını zorlaştıran cüruflar oluştururlar. Pirinç ayrıca koruyucu gazlarda ve kontak makinelerinde kaynaklanır.

bronz kaynak . Çoğu durumda bronz bir döküm malzemesidir, bu nedenle

kusurları düzeltirken veya onarımlar sırasında kaynak kullanılır. En yaygın kullanılan metal elektrot kaynağı. Dolgu metali, ana metalle aynı bileşime sahip çubuklardır ve akışlar veya elektrot kaplama, potasyum ve sodyumun klorür ve florür bileşikleridir.

. Düşük erime noktası (658°C), yüksek ısı iletkenliği (çeliğin ısıl iletkenliğinden yaklaşık 3 kat daha yüksek), erime noktası 2050° olan refrakter alüminyum oksitlerin oluşumu alüminyumun kaynağını engelleyen başlıca faktörlerdir. C, yani demir dışı metalleri eritme teknolojisi , bakır veya bronz gibi alüminyum eritme için uygun değildir. Ek olarak, bu oksitler hem asidik hem de bazik akılarla zayıf reaksiyona girer, bu nedenle kaynaktan zayıf bir şekilde çıkarılırlar.

En yaygın olarak kullanılan gaz kaynağı alüminyum asetilen alevidir. AT son yıllar Metal elektrotlarla tozaltı ark ve argon bazlı otomatik ark kaynağı da yaygınlaştı. Argon arkı hariç tüm kaynak yöntemleri için, florür ve lityum, potasyum, sodyum ve diğer elementlerin klorür bileşiklerini içeren akılar veya elektrot kaplamaları kullanılır. Tüm kaynak yöntemleri için dolgu metali olarak, ana metalle aynı bileşime sahip tel veya çubuklar kullanılır.

Alüminyum, vakumda, kontak makinelerinde, elektro cüruf ve diğer yöntemlerle bir elektron ışını ile iyi bir şekilde kaynaklanır.

Alüminyum alaşımlı kaynak . Magnezyum ve çinko içeren alüminyum alaşımları kaynak yapılmadan kaynak yapılır.

özel komplikasyonların yanı sıra alüminyum. Bir istisna duralumin - bakır ile alüminyum alaşımlarıdır. Bu alaşımlar, su verme ve ardından yaşlandırma sonrasında termal olarak sertleştirilir. Demir dışı metallerin erime sıcaklığı 350°C'nin üzerinde olduğunda, içlerinde ısıl işlemle geri kazanılmayan bir mukavemet azalması meydana gelir. Bu nedenle, ısıdan etkilenen bölgede duralumin kaynağı yaparken, mukavemet %40 ... %50 azalır. Duralumin koruyucu gazlarda kaynak yapılırsa, bu tür bir azalma, ana metalin gücüne göre %80 ... 90'a kadar ısıl işlemle geri yüklenebilir.

Magnezyum alaşımlarının kaynağı . Gaz kaynağında, klorür akılarından farklı olarak kaynaklı bağlantıların korozyonuna neden olmayan florür akıları mutlaka kullanılır. Magnezyum alaşımlarının düşük kaliteli kaynaklarla metal elektrotlarla ark kaynağı henüz kullanılmamıştır. Magnezyum alaşımlarını kaynak yaparken, kaynağa yakın alanlarda önemli bir tane büyümesi gözlemlenir ve güçlü gelişme kaynakta sütunlu kristaller. Bu nedenle kaynaklı bağlantıların çekme dayanımı, ana metalin çekme dayanımının %55 ... 60'ı kadardır.

Tablo 2. Endüstriyel demir dışı metallerin fiziksel özellikleri

pota eritme

Metal ve metal ürünlerin üretiminin ayrılmaz bir parçası, kullanım sırasında kullanımdır. üretim süreci hem demir hem de demir dışı metallerin üretimi, eritilmesi ve yeniden eritilmesi için potalar. Potalar, çeşitli metalleri, alaşımları ve benzerlerini dökmek için metalurjik ekipmanın ayrılmaz bir parçasıdır.

Demir dışı metalleri eritmek için seramik pota, eski zamanlardan beri metalleri (bakır, bronz) eritmek için kullanılmıştır.

Kristalizasyondan sonra maddenin yeterince saf olduğundan emin olmak gerekir. Bir maddenin saflık ölçüsünü belirlemek ve belirlemek için en basit ve en etkili yöntem, erime noktasını belirlemektir ( T pl). Erime noktası, bir katının sıvı hale geldiği sıcaklık aralığıdır. Tüm saf kimyasal bileşikler, katıdan sıvıya geçiş için dar bir sıcaklık aralığına sahiptir. Saf maddeler için bu sıcaklık aralığı maksimum 1-2 o C'dir. Bir maddenin saflığının bir ölçüsü olarak erime noktasının kullanılması, safsızlıkların varlığının (1) erime noktasını düşürmesi ve ( 2) erime sıcaklığı aralığını genişletir. Örneğin, saf bir benzoik asit numunesi 120-122°C aralığında erirken, hafif kirlenmiş bir numune 114-119°C'de erir.

Tanımlama için erime noktasının kullanılması, açıkçası büyük bir belirsizliğe tabidir, çünkü birkaç milyon organik bileşik vardır ve kaçınılmaz olarak birçoğunun erime noktaları çakışmaktadır. Ancak, öncelikle, T sentezde elde edilen maddenin mp'si hemen hemen her zaman farklıdır. T pl başlangıç ​​bileşikleri. İkinci olarak, "karışık bir numunenin erime noktasının belirlenmesi" tekniği kullanılabilir. Eğer bir T eşit miktarlarda test maddesi ve bilinen bir numunenin karışımının mp'si, T pl ikincisi, o zaman her iki numune de aynı maddedir.

ERİME SICAKLIĞINI BELİRLEME YÖNTEMİ. Test maddesini ince bir toz halinde iyice ezin. Kılcal madde ile doldurulur (3–5 mm yüksekliğinde; kılcal damar ince duvarlı, bir tarafta sızdırmaz, 0,8–1 mm iç çap ve 3-4 cm yükseklikte olmalıdır). Bunu yapmak için, açık ucu ile kılcal damarı maddenin tozuna dikkatlice bastırın ve sızdırmaz ucunu periyodik olarak masa yüzeyine 5-10 kez vurun. Tozun kılcal damarın kapalı ucuna tamamen yer değiştirmesi için, sert bir yüzey üzerinde dikey bir cam tüpe (30-40 cm uzunluğunda ve 0,5-1 cm çapında) atılır. Kılcal boruyu termometre burnu üzerine sabitlenmiş metal bir kasete yerleştirin (Şekil 3.5) ve erime noktasının belirlenmesi için termometreyi kasetle birlikte cihaza yerleştirin.

Cihazda, kılcal damarlı bir termometre, voltajı bir transformatör aracılığıyla sağlanan bir elektrik bobini tarafından ısıtılır ve ısıtma hızı, uygulanan voltaj tarafından belirlenir. İlk olarak cihaz dakikada 4–6°C, beklenenden 10°C daha önce ısıtılır. T pl dakikada 1-2 o C oranında ısıtılır. Erime sıcaklığı, kristallerin yumuşamasından (maddenin ıslanmasından) tamamen erimesine kadar geçen aralık olarak alınır.

Elde edilen veriler laboratuvar günlüğüne kaydedilir.

1. Damıtma

Damıtma, organik sıvıları saflaştırmak ve sıvı karışımları ayırmak için önemli ve yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntem, sıvının kaynatılıp buharlaştırılmasından ve ardından buharların bir damıtık halinde yoğunlaştırılmasından oluşur. 50-70 ° C veya daha fazla kaynama noktası farkı olan iki sıvının ayrılması basit damıtma ile gerçekleştirilebilir. Fark daha küçükse, daha karmaşık bir cihazda fraksiyonel damıtma kullanılmalıdır. Kaynama noktaları yüksek olan bazı sıvılar damıtma sırasında ayrışır. Bununla birlikte, basınç düşürüldüğünde, kaynama noktası düşer, bu da yüksek kaynama noktalı sıvıların bir vakumda bozunmadan damıtılmasını mümkün kılar.

Metalin kristal kafesi bozulur ve katı halden sıvı hale geçer.

Metallerin erime noktası, ısıtılan metalin sıcaklığının bir göstergesidir ve ulaşıldığında işlemin (erime) başladığı yerdir. Sürecin kendisi kristalleşmenin tersidir ve ayrılmaz bir şekilde onunla bağlantılıdır. Metali eritmek için mi? kullanılarak ısıtılmalıdır. dış kaynak erime noktasına kadar ısı ve daha sonra faz geçişinin enerjisinin üstesinden gelmek için ısı kaynağına devam edin. Gerçek şu ki, metallerin erime noktasının değeri, sıvı ve katı arasındaki sınırda, malzemenin faz dengesinde olacağı sıcaklığı gösterir. Bu sıcaklıkta, saf bir metal aynı anda hem katı hem de sıvı halde bulunabilir. Eritme işlemini gerçekleştirmek için, pozitif bir termodinamik potansiyel sağlamak için metali denge sıcaklığının biraz üzerinde aşırı ısıtmak gerekir. Sürece bir destek verin.

Metallerin erime noktası sadece saf maddeler için sabittir. Safsızlıkların mevcudiyeti, denge potansiyelini bir yöne veya diğerine kaydıracaktır. Bunun nedeni, safsızlıkları olan metalin farklı bir kristal kafes oluşturması ve içlerindeki atomların etkileşim kuvvetlerinin saf malzemelerde bulunanlardan farklı olmasıdır.Ergime noktasına bağlı olarak metaller eriyebilir (600 °C'ye kadar, örneğin galyum , cıva), orta derecede eriyen (600-1600°С, bakır, alüminyum) ve refrakter (>1600°С, tungsten, molibden).

AT modern dünya saf metaller, sınırlı bir aralığa sahip oldukları için nadiren kullanılırlar. fiziksel özellikler. Sektörün uzun süredir yoğun olarak kullandığı çeşitli kombinasyonlar metaller - çeşitleri ve özellikleri çok daha büyük olan alaşımlar. Çeşitli alaşımları oluşturan metallerin erime noktası, alaşımlarının erime noktasından da farklı olacaktır. Farklı madde konsantrasyonları, erime veya kristalleşme sırasını belirler. Ancak alaşımı oluşturan metallerin aynı anda katılaştığı veya eridiği, yani homojen bir malzeme gibi davrandıkları denge konsantrasyonları vardır. Bu tür alaşımlara ötektik denir.

Metalle çalışırken erime sıcaklığının bilinmesi çok önemlidir, bu değer hem üretimde, alaşımların parametrelerinin hesaplanmasında hem de metal ürünlerin çalışmasında, ürünün yapıldığı malzemenin faz geçiş sıcaklığı belirlediğinde gereklidir. kullanımındaki sınırlamalar. Kolaylık sağlamak için, bu veriler tek bir metal eritme işleminde özetlenmiştir - özet bir sonuç fiziksel araştırmaçeşitli metallerin özellikleri. Alaşımlar için de benzer tablolar vardır. Metallerin erime noktası da önemli ölçüde basınca bağlıdır, bu nedenle tablodaki veriler belirli bir basınç değeriyle ilgilidir (genellikle bu normal koşullar basınç 101.325 kPa olduğunda). Basınç ne kadar yüksek olursa, erime noktası o kadar yüksek olur ve bunun tersi de geçerlidir.

Metalurji endüstrisinde, işlemin ucuzluğu ve göreceli basitliği nedeniyle ana alanlardan biri metallerin ve alaşımlarının dökümüdür. Küçükten büyüğe, çeşitli boyutlarda herhangi bir dış hatlara sahip kalıplar dökülebilir; hem seri üretime hem de özel üretime uygundur.

Döküm, metallerle yapılan en eski çalışma alanlarından biridir ve Bronz Çağı civarında başlar: MÖ 7-3 binyıl. e. O zamandan beri, teknolojideki gelişmelere ve döküm endüstrisinde artan taleplere yol açan birçok malzeme keşfedildi.

Günümüzde, farklı şekillerde birçok döküm yönü ve türü vardır. teknolojik süreç. Bir şey değişmeden kalır - metallerin katıdan sıvıya geçme fiziksel özelliği ve erimenin hangi sıcaklıkta başladığını bilmek önemlidir. farklı şekiller metaller ve bunların alaşımları.

metal eritme işlemi

Bu süreç, bir maddenin katı halden sıvı hale geçişini ifade eder. Erime noktasına ulaşıldığında, metal hem katı hem de sıvı halde olabilir, daha fazla bir artış, malzemenin bir sıvıya tam geçişine yol açacaktır.

Aynı şey katılaşma sırasında da olur - erime sınırına ulaşıldığında, madde sıvı halden katı hale geçmeye başlayacak ve kristalleşme tamamlanana kadar sıcaklık değişmeyecektir.

Aynı zamanda unutulmamalıdır ki bu kural sadece çıplak metal için geçerlidir. Alaşımların net bir sıcaklık sınırı yoktur ve belirli bir aralıkta durum geçişi yapar:

1. Solidus - alaşımın en eriyebilir bileşeninin erimeye başladığı sıcaklık çizgisi.
2. Liquidus, altında alaşımın ilk kristallerinin görünmeye başladığı tüm bileşenlerin son erime noktasıdır.

Bu tür maddelerin erime noktasını doğru bir şekilde ölçmek imkansızdır; durumların geçiş noktası sayısal aralığı gösterir.

Metallerin erimesinin başladığı sıcaklığa bağlı olarak, genellikle ayrılırlar:

• Eriyebilir, 600 °C'ye kadar. Bunlar çinko, kurşun ve diğerlerini içerir.
• Orta derecede erime, 1600 °C'ye kadar. En yaygın alaşımlar ve altın, gümüş, bakır, demir, alüminyum gibi metaller.
• Refrakter, 1600 °C'nin üzerinde. Titanyum, molibden, tungsten, krom.

Ayrıca bir kaynama noktası vardır - erimiş metalin gaz haline geçmeye başladığı nokta. Bu çok sıcaklık, tipik olarak erime noktasının 2 katı.

Basınç etkisi

Erime sıcaklığı ve buna eşit katılaşma sıcaklığı, basıncın artmasıyla birlikte artan basınca bağlıdır. Bunun nedeni, basınç arttıkça atomların birbirine yaklaşması ve kristal kafesi yok etmek için uzaklaşmaları gerektiğidir. saat yüksek kan basıncı daha fazla termal hareket enerjisi gerekir ve buna karşılık gelen erime sıcaklığı artar.

Sıvı hale geçmek için gereken sıcaklığın artan basınçla azaldığı istisnalar vardır. Bu tür maddeler arasında buz, bizmut, germanyum ve antimon bulunur.

Erime noktası tablosu

Kaynakçı, dökümhane işçisi, izabeci veya kuyumcu olsun, çelik endüstrisinde yer alan herkesin, çalıştıkları malzemelerin eridiği sıcaklıkları bilmesi önemlidir. Aşağıdaki tablo en yaygın maddelerin erime noktalarını listeler.

Metallerin ve alaşımların erime noktaları tablosu

Eritme tablasının yanı sıra birçok yardımcı malzeme daha bulunmaktadır. Örneğin, demirin kaynama noktası nedir sorusunun cevabı, kaynayan maddeler tablosunda yatmaktadır. Kaynamaya ek olarak, metallerin mukavemet gibi bir dizi başka fiziksel özelliği vardır.

Katı halden sıvı hale geçebilme özelliğine ek olarak, önemli özellikler malzeme gücüdür - olasılık sağlam vücut kırılmaya ve geri dönüşü olmayan şekil değişikliklerine karşı direnç. Mukavemetin ana göstergesi, önceden tavlanmış iş parçasının kopmasından kaynaklanan direnç olarak kabul edilir. Mukavemet kavramı, sıvı halde olduğu için cıva için geçerli değildir. Mukavemet tanımı MPa - Mega Pascal'da kabul edilir.

Mevcut takip eden gruplar metal gücü:

• Kırılgan. Dirençleri 50MPa'yı geçmez. Bunlara kalay, kurşun, yumuşak alkali metaller dahildir.
• Dayanıklı, 50-500 MPa. Bakır, alüminyum, demir, titanyum. Bu grubun malzemeleri birçok yapısal alaşımın temelidir.
• Yüksek mukavemetli, 500 MPa'nın üzerinde. Örneğin, molibden ve.

Metal mukavemet tablosu

Günlük yaşamda en yaygın alaşımlar

Tablodan da görülebileceği gibi, elementlerin erime noktaları, günlük yaşamda sıklıkla bulunan malzemeler için bile büyük farklılıklar göstermektedir.

Yani, minimum sıcaklık Merkür -38.9 °C'lik bir erime noktasına sahiptir, bu nedenle oda sıcaklığında zaten sıvı haldedir. Bu, ev termometrelerinin -39 santigrat derece daha düşük bir işarete sahip olduğunu açıklar: bu göstergenin altında cıva katı hale dönüşür.

En yaygın olarak kullanılan lehimler evde kullanım, bileşimlerinde 231.9 ° C'lik bir erime noktasına sahip olan kalay içeriğinin önemli bir yüzdesine sahiptir, bu nedenle çoğu lehim, havyanın 250−400°C çalışma sıcaklığında erir.

Ayrıca, 30 ° C'ye kadar daha düşük bir erime sınırına sahip düşük erime noktalı lehimler vardır ve lehimli malzemelerin aşırı ısınmasının tehlikeli olduğu durumlarda kullanılır. Bu amaçlar için bizmutlu lehimler vardır ve bu malzemelerin erimesi 29.7 - 120 ° C arasındadır.

Alaşım bileşenlerine bağlı olarak yüksek karbonlu malzemelerin erimesi 1100 ila 1500 °C aralığındadır.

Metallerin ve alaşımlarının erime noktaları çok geniş bir sıcaklık aralığındadır. Düşük sıcaklık(cıva) birkaç bin derece sınırına kadar. Bu göstergelerin bilgisi ve diğer fiziksel özellikler, metalurji alanında çalışan insanlar için çok önemlidir. Örneğin, altının ve diğer metallerin hangi sıcaklıkta eridiğini bilmek kuyumcular, dökümcüler ve dökümcüler için faydalı olacaktır.

Her metal ve alaşımın kendine özgü fiziksel ve kimyasal özellikler, en önemlisi erime noktasıdır. Sürecin kendisi, vücudun bir kümelenme durumundan diğerine, bu durumda katı kristal halinden sıvı hale geçişi anlamına gelir. Bir metali eritmek için, erime noktasına ulaşılana kadar ona ısı vermek gerekir. Bununla birlikte, hala katı halde kalabilir, ancak daha fazla maruz kalma ve ısı artışı ile metal erimeye başlar. Sıcaklık düşürülürse, yani ısının bir kısmı çıkarılırsa, eleman sertleşir.

Metaller arasında en yüksek erime noktası tungsten'e ait: 3422C o, en düşük cıva için: element zaten - 39C o'da eriyor. Kural olarak, alaşımların tam değerini belirlemek mümkün değildir: bileşenlerin yüzdesine bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Genellikle bir sayı aralığı olarak yazılırlar.

nasıl oluyor

Tüm metallerin erimesi yaklaşık olarak aynı şekilde gerçekleşir - harici veya dahili ısıtma yardımıyla. Birincisi bir termal fırında gerçekleştirilir, ikincisi için geçerken dirençli ısıtma kullanılır elektrik akımı veya yüksek frekanslı bir elektromanyetik alanda indüksiyonla ısıtma. Her iki seçenek de metali yaklaşık olarak aynı şekilde etkiler.

Sıcaklık arttıkça da artar moleküllerin termal titreşimlerinin genliği, çıkıkların büyümesinde, atomların sıçramasında ve diğer rahatsızlıklarda ifade edilen yapısal kafes kusurları ortaya çıkar. Buna atomlar arası bağların kırılması eşlik eder ve belirli bir miktarda enerji gerektirir. Aynı zamanda, vücudun yüzeyinde yarı sıvı bir tabaka oluşur. Kafesin tahrip olma süresi ve kusurların birikmesine erime denir.

Erime noktasına bağlı olarak, metaller ayrılır:

Erime sıcaklığına bağlı olarak seç ve eritme aparatı. Puan ne kadar yüksekse, o kadar güçlü olmalıdır. İhtiyacınız olan elementin sıcaklığını tablodan öğrenebilirsiniz.

Bir diğer önemli değer ise kaynama noktasıdır. Bu, sıvıların kaynama sürecinin başladığı değerdir, sıcaklığa karşılık gelir. doymuş buhar Kaynayan bir sıvının düz bir yüzeyinin üzerinde oluşan. Genellikle erime noktasının neredeyse iki katıdır.

Her iki değer de genellikle normal basınç. kendi aralarında doğrudan orantılı.

1. Basınç artar - erime miktarı artacaktır.
2. Basınç düşer - erime miktarı azalır.

Eriyebilir metaller ve alaşımlar tablosu (600C o'ye kadar)

Orta eriyen metaller ve alaşımlar tablosu (600C o ila 1600C o arası)