Punctul de topire al metalelor. Metode de topire a metalelor neferoase: punctul de topire, densitatea și volumul specific Tabelul punctului de topire al aliajelor

Fiecare metal și aliaj are propriul său set unic de proprietăți fizice și chimice, dintre care nu în ultimul rând este punctul de topire. Procesul în sine înseamnă trecerea unui corp de la o stare de agregare la alta, în acest caz, de la o stare solidă cristalină la una lichidă. Pentru a topi un metal, este necesar să-i aplici căldură până când se atinge temperatura de topire. Cu el, poate rămâne în stare solidă, dar odată cu expunerea ulterioară și căldura crescută, metalul începe să se topească. Dacă temperatura este scăzută, adică o parte din căldură este îndepărtată, elementul se va întări.

Cel mai înalt punct de topire al oricărui metal aparține tungstenului: este 3422C o, cea mai scăzută este pentru mercur: elementul se topește deja la -39C o. De regulă, nu este posibil să se determine valoarea exactă pentru aliaje: aceasta poate varia semnificativ în funcție de procentul de componente. Ele sunt de obicei scrise ca un interval numeric.

Cum se întâmplă

Topirea tuturor metalelor are loc aproximativ în același mod - folosind încălzirea externă sau internă. Primul se realizează într-un cuptor termic pentru al doilea, încălzirea rezistivă este utilizată prin trecerea unui curent electric sau încălzire prin inducție într-un câmp electromagnetic de înaltă frecvență. Ambele opțiuni afectează metalul aproximativ în mod egal.

Pe măsură ce temperatura crește, amplitudinea vibrațiilor termice ale moleculelor, apar defecte structurale în rețea, exprimate în creșterea dislocațiilor, salturi atomice și alte perturbări. Aceasta este însoțită de ruperea legăturilor interatomice și necesită o anumită cantitate de energie. În același timp, pe suprafața corpului se formează un strat cvasi-lichid. Perioada de distrugere a rețelei și de acumulare a defectelor se numește topire.

În funcție de punctul lor de topire, metalele sunt împărțite în:

În funcție de punctul de topire este de asemenea selectat aparatul de topire. Cu cât indicatorul este mai mare, cu atât ar trebui să fie mai puternic. Puteți afla temperatura elementului de care aveți nevoie din tabel.

O altă cantitate importantă este punctul de fierbere. Aceasta este valoarea la care începe procesul de fierbere a lichidelor, corespunde temperaturii aburului saturat care se formează deasupra suprafeței plane a lichidului în fierbere. De obicei, este aproape de două ori punctul de topire.

Ambele valori sunt de obicei date la presiune normală. Între ei ei direct proporțională.

1. Pe măsură ce presiunea crește, cantitatea de topire crește.
2. Pe măsură ce presiunea scade, cantitatea de topire scade.

Tabel de metale și aliaje cu punct de topire scăzut (până la 600C o)

Numele articolului	denumire latină	Temperaturile
		Topire	Fierbere
Staniu	Sn	232 C aproximativ	2600 C aproximativ
Duce	Pb	327 C aproximativ	1750 C aproximativ
Zinc	Zn	420 C o	907 C o
Potasiu	K	63,6 C o	759 C o
Sodiu	N / A	97,8 C o	883 C aproximativ
Mercur	Hg	- 38,9 C o	356,73 C o
cesiu	Cs	28,4 C o	667,5 C o
Bismut	Bi	271,4 C o	1564 C aproximativ
Paladiu	Pd	327,5 C o	1749 C aproximativ
Poloniu	Po	254 C aproximativ	962 C aproximativ
Cadmiu	CD	321,07 C o	767 C o
Rubidiu	Rb	39,3 C o	688 C aproximativ
Galiu	Ga	29,76 C o	2204 C aproximativ
Indiu	În	156,6 C o	2072 C aproximativ
Taliu	Tl	304 C aproximativ	1473 C aproximativ
Litiu	Li	18,05 C o	1342 C aproximativ

Tabelul metalelor și aliajelor cu topire medie (de la 600C o până la 1600C o)

Numele articolului	denumire latină	Temperaturile
		Topire	Fierbere
Aluminiu	Al	660 C o	2519 C aproximativ
germaniu	Ge	937 C aproximativ	2830 C aproximativ
Magneziu	Mg	650 C o	1100 C aproximativ
Argint	Ag	960 C o	2180 C aproximativ
Aur	Au	1063 C o	2660 C aproximativ
Cupru	Cu	1083 C aproximativ	2580 C aproximativ
Fier	Fe	1539 C aproximativ	2900 C aproximativ
Siliciu	Si	1415 C aproximativ	2350 C aproximativ
Nichel	Ni	1455 C aproximativ	2913 C aproximativ
Bariu	Ba	727 C aproximativ	1897 C aproximativ
Beriliu	Fi	1287 C aproximativ	2471 C aproximativ
Neptuniu	Np	644 C aproximativ	3901,85 C o
Protactiniu	Pa	1572 C aproximativ	4027 C aproximativ
Plutoniu	Pu	640 C o	3228 C aproximativ
actiniu	Ac	1051 C aproximativ	3198 C aproximativ
Calciu	Ca	842 C aproximativ	1484 C aproximativ
Radiu	Ra	700 C o	1736,85 C o
Cobalt	Co	1495 C aproximativ	2927 C aproximativ
Antimoniu	Sb	630,63 C o	1587 C aproximativ
Stronţiu	Sr	777 C aproximativ	1382 C aproximativ
Uranus	U	1135 C aproximativ	4131 C aproximativ
Mangan	Mn	1246 C aproximativ	2061 C aproximativ
Constantin		1260 C aproximativ
Duraluminiu	Aliaj de aluminiu, magneziu, cupru și mangan	650 C o
Invar	Aliaj de fier nichel	1425 C aproximativ
Alamă	Aliaj de cupru și zinc	1000 C o
Nichel-argint	Aliaj de cupru, zinc și nichel	1100 C aproximativ
Nicrom	Aliaj de nichel, crom, siliciu, fier, mangan și aluminiu	1400 C aproximativ
Oţel	Aliaj fier-carbon	1300 C o - 1500 C o
Fechral	Aliaj de crom, fier, aluminiu, mangan și siliciu	1460 C aproximativ
Fontă	Aliaj fier-carbon	1100 C o - 1300 C o

Tabel de metale și aliaje refractare (peste 1600C o)

Numele articolului	denumire latină	Temperaturile
		Topire	Fierbere
Tungsten	W	3420 C aproximativ	5555 C aproximativ
Titan	Ti	1680 C aproximativ	3300 C aproximativ
Iridiu	Ir	2447 C aproximativ	4428 C aproximativ
Osmiu	Os	3054 C aproximativ	5012 C aproximativ
Platină	Pt	1769,3 C o	3825 C aproximativ
reniu	Re	3186 C aproximativ	5596 C aproximativ
Crom	Cr	1907 C aproximativ	2671 C aproximativ
Rodiu	Rh	1964 C aproximativ	3695 C aproximativ
Ruteniu	Ru	2334 C aproximativ	4150 C aproximativ
hafniu	Hf	2233 C aproximativ	4603 C aproximativ
Tantal	Ta	3017 C aproximativ	5458 C aproximativ
Tehnețiu	Tc	2157 C aproximativ	4265 C aproximativ
Toriu	Th	1750 C aproximativ	4788 C aproximativ
Vanadiu	V	1910 C aproximativ	3407 C aproximativ
zirconiu	Zr	1855 C aproximativ	4409 C o
Niobiu	Nb	2477 C aproximativ	4744 C aproximativ
Molibden	Lu	2623 C aproximativ	4639 C aproximativ
Carburi de hafniu		3890 C aproximativ
Carburi de niobiu		3760 C aproximativ
Carburi de titan		3150 C aproximativ
Carburi de zirconiu		3530 C aproximativ

În industria metalurgică, unul dintre domeniile principale este turnarea metalelor și aliajelor acestora datorită costului scăzut și simplității relative a procesului. Pot fi turnate forme cu orice formă și dimensiuni variate, de la mic la mare; Este potrivit atât pentru producția de masă, cât și pentru producția personalizată.

Turnarea este una dintre cele mai vechi domenii de lucru cu metale și începe în jurul epocii bronzului: mileniul 7-3 î.Hr. e. De atunci, multe materiale au fost descoperite, ceea ce a condus la progrese în tehnologie și la cerințe crescute pentru industria turnătoriei.

În zilele noastre, există multe direcții și tipuri de turnare, care diferă proces tehnologic. Un lucru rămâne neschimbat - proprietatea fizică a metalelor de a trece de la solid la lichid și este important să știm la ce temperatură începe topirea diferite tipuri metale și aliajele acestora.

Procesul de topire a metalelor

Acest proces denotă trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă. Când se atinge punctul de topire, metalul poate fi în stare solidă sau lichidă, o creștere suplimentară va duce la trecerea completă a materialului într-un lichid.

Același lucru se întâmplă și la solidificare - când se atinge limita de topire, substanța va începe să treacă de la starea lichidă la starea solidă, iar temperatura nu se va schimba până la cristalizarea completă.

Trebuie amintit că această regulă aplicabil numai pentru metal pur. Aliajele nu au o limită clară de temperatură și suferă tranziții de stare oarecare gamă:

1. Solidus este linia de temperatură la care cea mai fuzibilă componentă a aliajului începe să se topească.
2. Liquidus este punctul final de topire al tuturor componentelor, sub care încep să apară primele cristale de aliaj.

Este imposibil să se măsoare cu precizie punctul de topire al unor astfel de substanțe; punctul de tranziție a stării este indicat printr-un interval numeric.

În funcție de temperatura la care metalele încep să se topească, ele sunt de obicei împărțite în:

• Cu punct de topire scăzut, până la 600 °C. Acestea includ staniu, zinc, plumb și altele.
• Topire medie, până la 1600 °C. Cele mai comune aliaje și metale precum aurul, argintul, cuprul, fierul, aluminiul.
• Refractar, peste 1600 °C. Titan, molibden, wolfram, crom.

Există, de asemenea, un punct de fierbere - punctul în care metalul topit începe să treacă într-o stare gazoasă. Aceasta este o temperatură foarte ridicată, de obicei de 2 ori punctul de topire.

Efectul presiunii

Temperatura de topire și temperatura egală de solidificare depind de presiune, crescând odată cu creșterea acesteia. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea presiunii, atomii se apropie unul de celălalt și pentru distrugere rețea cristalină trebuie mutate. La presiune crescută, este necesară o energie termică mai mare și temperatura de topire corespunzătoare crește.

Există excepții când temperatura necesară transformării în stare lichidă scade odată cu creșterea presiunii. Astfel de substanțe includ gheață, bismut, germaniu și antimoniu.

Tabelul punctelor de topire

Este important pentru oricine implicat în industria metalurgică, fie că este sudor, turnător, topitor sau bijutier, să cunoască temperaturile la care se topesc materialele cu care lucrează. Tabelul de mai jos prezintă punctele de topire ale celor mai comune substanțe.

Tabelul punctelor de topire metale si aliaje

Nume	T pl, °C
Aluminiu	660,4
Cupru	1084,5
Staniu	231,9
Zinc	419,5
Tungsten	3420
Nichel	1455
Argint	960
Aur	1064,4
Platină	1768
Titan	1668
Duraluminiu	650
Oțel carbon	1100−1500
Fontă	1110−1400
Fier	1539
Mercur	-38,9
Cupronickel	1170
zirconiu	3530
Siliciu	1414
Nicrom	1400
Bismut	271,4
germaniu	938,2
Staniu	1300−1500
Bronz	930−1140
Cobalt	1494
Potasiu	63
Sodiu	93,8
Alamă	1000
Magneziu	650
Mangan	1246
Crom	2130
Molibden	2890
Duce	327,4
Beriliu	1287
Va câștiga	3150
Fechral	1460
Antimoniu	630,6
carbură de titan	3150
carbură de zirconiu	3530
Galiu	29,76

Pe lângă masa de topire, există multe alte materiale suport. De exemplu, răspunsul la întrebarea care este punctul de fierbere al fierului se află în tabelul substanțelor de fierbere. Pe lângă fierbere, metalele au o serie de altele proprietăți fizice ca puterea.

Rezistența metalelor

Pe lângă capacitatea de a trece de la starea solidă la starea lichidă, una dintre proprietățile importante ale unui material este rezistența sa - capacitatea unui corp solid de a rezista distrugerii și modificărilor ireversibile de formă. Principalul indicator al rezistenței este rezistența care apare atunci când o piesă de prelucrat precoacetă se rupe. Conceptul de rezistență nu se aplică mercurului deoarece este în stare lichidă. Denumirea puterii este acceptată în MPa - Mega Pascals.

Există următoarele grupuri rezistența metalelor:

• Fragil. Rezistența lor nu depășește 50MPa. Acestea includ staniu, plumb, metale moi-alcaline
• Durabil, 50-500 MPa. Cupru, aluminiu, fier, titan. Materialele din acest grup stau la baza multor aliaje structurale.
• Rezistență ridicată, peste 500 MPa. De exemplu, molibden și wolfram.

Masa de rezistenta a metalului

Cele mai comune aliaje în viața de zi cu zi

După cum se poate observa din tabel, punctele de topire ale elementelor variază foarte mult chiar și între materialele întâlnite în mod obișnuit în viața de zi cu zi.

Astfel, punctul minim de topire al mercurului este de -38,9 °C, deci la temperatura camerei acesta este deja în stare lichidă. Așa se explică de ce termometrele de uz casnic au o notă mai mică de -39 de grade Celsius: sub acest indicator, mercurul se transformă în stare solidă.

Lipiturile cele mai comune în uz casnic, conțin un procent semnificativ de staniu, care are un punct de topire de 231,9 °C, astfel încât majoritatea lipiturii se topesc la temperatura de funcționare a fierului de lipit 250−400 °C.

În plus, există lipituri cu punct de topire scăzut, cu o limită de topire inferioară, de până la 30 °C, și sunt utilizate atunci când supraîncălzirea materialelor care sunt lipite este periculoasă. În aceste scopuri, există lipituri cu bismut, iar topirea acestor materiale se află în intervalul 29,7 - 120 °C.

Topirea materialelor cu conținut ridicat de carbon, în funcție de componentele de aliere, variază de la 1100 la 1500 °C.

Punctele de topire ale metalelor și aliajelor lor sunt într-un interval de temperatură foarte larg, de la foarte temperaturi scăzute(mercur) la o limită de câteva mii de grade. Cunoașterea acestor indicatori, precum și a altor proprietăți fizice, este foarte importantă pentru persoanele care lucrează în domeniul metalurgic. De exemplu, cunoașterea temperaturii la care aurul și alte metale se topesc vor fi utile bijutierii, turnătorii și topitorii.

Punct de topire fierul chimic pur este 1539 o C. Fierul tehnic pur, obținut ca urmare a rafinării oxidative, conține o anumită cantitate de oxigen dizolvat în metal. Din acest motiv, punctul său de topire scade la 1530 o C.

Punctul de topire al oțelului este întotdeauna mai mic decât punctul de topire al fierului datorită prezenței impurităților în acesta. Metalele dizolvate în fier (Mn, Cr, Ni. Co, Mo, V etc.) scad punctul de topire al metalului cu 1 - 3 o C la 1% din elementul introdus, iar elementele din grupa metaloizilor (C). , O, S, P și etc.) la 30 – 80 o C.

Pe cea mai mare parte a duratei totale a topiturii, temperatura de topire a metalului se modifică în principal ca urmare a modificărilor conținutului de carbon. La o concentrație de carbon de 0,1 - 1,2%, care este tipică pentru finisarea topirii în unități de topire a oțelului, temperatura de topire a metalului poate fi estimată cu suficientă precizie pentru scopuri practice din ecuație

Căldura de topire a fierului este 15200 J/mol sau 271,7 kJ/kg.

Punctul de fierbere al fieruluiîn publicaţiile recente este dat ca 2735 o C. S-au publicat însă rezultate ale cercetării conform cărora punctul de fierbere al fierului este mult mai mare (până la 3230 o C).

Căldura de vaporizare a fierului este 352,5 kJ/mol sau 6300 kJ/kg.

Presiunea vaporilor saturati ai fierului(P Fe , Pa) poate fi estimat folosind ecuația

unde T este temperatura metalului, K.

Rezultatele calculării presiunii de vapori saturați a fierului la diferite temperaturi, precum și conținutul de praf în faza de gaz oxidant deasupra metalului ( X, g/m 3) sunt prezentate în Tabelul 1.1.

Tabelul 1.1– Presiunea vaporilor saturati ai fierului si continutul de praf al gazelor la diferite temperaturi

Conform existente standardele sanitare Conținutul de praf din gazele emise în atmosferă nu trebuie să depășească 0,1 g/m3. Din datele din Tabelul 1.1 este clar că la 1600 o C conținutul de praf al gazelor deasupra suprafeței deschise a metalului este mai mare decât valorile admise. Prin urmare, este necesară purificarea gazelor din praf, constând în principal din oxizi de fier.

Vâscozitate dinamică. Coeficientul de vâscozitate dinamică a lichidului () se determină din relație

unde F este forța de interacțiune între două straturi în mișcare, N;

S – aria de contact a straturilor, m2;

– gradientul de viteză al straturilor de lichid normal pe direcția curgerii, s -1.

Vâscozitatea dinamică a aliajelor de fier variază de obicei în intervalul 0,001 - 0,005 Pa s. Valoarea acestuia depinde de temperatură și de conținutul de impurități, în principal carbon. Când metalul este supraîncălzit peste punctul de topire peste 25 - 30 o C, influența temperaturii nu este semnificativă.

Vâscozitatea cinematică fluidul este viteza de transfer de impuls într-un flux de masă unitar. Valoarea acestuia este determinată din ecuație

unde este densitatea lichidului, kg/m3.

Valoarea vâscozităţii dinamice a fierului lichid este apropiată de 6 10 -7 m 2 /s.

Densitatea fierului la 1550 - 1650 o C este egal cu 6700 - 6800 kg/m 3. La temperatura de cristalizare, densitatea metalului lichid este apropiată de 6850 kg/m3. Densitatea fierului solid la temperatura de cristalizare este de 7450 kg/m3, la temperatura camerei - 7800 kg/m3.

Dintre impuritățile comune, carbonul și siliciul au cea mai mare influență asupra densității topiturii de fier, reducând-o. Prin urmare, fonta lichidă de compoziție obișnuită are o densitate de 6200–6400 kg/m3, fonta solidă la temperatura camerei are o densitate de 7000–7200 kg/m3.

Densitatea oțelului lichid și solid ocupă o poziție intermediară între densitățile fierului și fontei și este de 6500 - 6600 și respectiv 7500 - 7600 kg/m 3 .

Căldura specifică metalul lichid este practic independent de temperatură. În calculele de estimare, valoarea sa poate fi luată egală cu 0,88 kJ/(kg K) pentru fontă și 0,84 kJ/(kg K) pentru oțel.

Tensiunea superficială a fierului are o valoare maximă la o temperatură de aproximativ 1550 o C. În regiunea temperaturilor mai mari şi mai scăzute, valoarea sa scade. Acest lucru distinge fierul de majoritatea metalelor, care se caracterizează printr-o scădere a tensiunii superficiale odată cu creșterea temperaturii.

Tensiunea superficială a aliajelor lichide de fier variază semnificativ în funcție de compoziția chimică și temperatură. De obicei variază între 1000 – 1800 mJ/m2 (Figura 1.1).

În industria metalurgică, unul dintre domeniile principale este turnarea metalelor și aliajelor acestora datorită costului scăzut și simplității relative a procesului. Pot fi turnate forme cu orice formă și dimensiuni variate, de la mic la mare; Este potrivit atât pentru producția de masă, cât și pentru producția personalizată.

Turnarea este una dintre cele mai vechi domenii de lucru cu metale și începe în jurul epocii bronzului: mileniul 7-3 î.Hr. e. De atunci, multe materiale au fost descoperite, ceea ce a condus la progrese în tehnologie și la cerințe crescute pentru industria turnătoriei.

În zilele noastre, există multe direcții și tipuri de turnare, care diferă în procesul tehnologic. Un lucru rămâne neschimbat - proprietatea fizică a metalelor de a trece de la o stare solidă la una lichidă și este important să știm la ce temperatură începe topirea diferitelor tipuri de metale și aliajele lor.

Procesul de topire a metalelor

Acest proces se referă la trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă. Când se atinge punctul de topire, metalul poate fi în stare solidă sau lichidă, o creștere suplimentară va duce la trecerea completă a materialului într-un lichid.

Același lucru se întâmplă și la solidificare - când se atinge limita de topire, substanța va începe să treacă de la starea lichidă la starea solidă, iar temperatura nu se va schimba până la cristalizarea completă.

Trebuie amintit că această regulă se aplică numai metalului pur. Aliajele nu au o limită clară de temperatură și suferă tranziții de stare într-un anumit interval:

1. Solidus este linia de temperatură la care cea mai fuzibilă componentă a aliajului începe să se topească.
2. Liquidus este punctul final de topire al tuturor componentelor, sub care încep să apară primele cristale de aliaj.

Este imposibil să se măsoare cu precizie punctul de topire al unor astfel de substanțe; punctul de tranziție a stării este indicat printr-un interval numeric.

În funcție de temperatura la care metalele încep să se topească, acestea sunt de obicei împărțite în:

• Cu punct de topire scăzut, până la 600 °C. Acestea includ zinc, plumb și altele.
• Topire medie, până la 1600 °C. Cele mai comune aliaje și metale precum aurul, argintul, cuprul, fierul, aluminiul.
• Refractar, peste 1600 °C. Titan, molibden, wolfram, crom.

Există, de asemenea, un punct de fierbere - punctul în care metalul topit începe să treacă într-o stare gazoasă. Aceasta este o temperatură foarte ridicată, de obicei de 2 ori punctul de topire.

Efectul presiunii

Temperatura de topire și temperatura egală de solidificare depind de presiune, crescând odată cu creșterea acesteia. Acest lucru se datorează faptului că, odată cu creșterea presiunii, atomii se apropie unul de celălalt și, pentru a distruge rețeaua cristalină, trebuie îndepărtați. La presiune crescută, este necesară o energie termică mai mare și temperatura de topire corespunzătoare crește.

Există excepții când temperatura necesară transformării în stare lichidă scade odată cu creșterea presiunii. Astfel de substanțe includ gheață, bismut, germaniu și antimoniu.

Tabelul punctelor de topire

Este important pentru oricine implicat în industria metalurgică, fie că este sudor, turnător, topitor sau bijutier, să cunoască temperaturile la care se topesc materialele cu care lucrează. Tabelul de mai jos prezintă punctele de topire ale celor mai comune substanțe.

Tabelul temperaturilor de topire a metalelor și aliajelor

Nume	T pl, °C
Aluminiu	660,4
Cupru	1084,5
Staniu	231,9
Zinc	419,5
Tungsten	3420
Nichel	1455
Argint	960
Aur	1064,4
Platină	1768
Titan	1668
Duraluminiu	650
Oțel carbon	1100−1500
	1110−1400
Fier	1539
Mercur	-38,9
Cupronickel	1170
zirconiu	3530
Siliciu	1414
Nicrom	1400
Bismut	271,4
germaniu	938,2
Staniu	1300−1500
Bronz	930−1140
Cobalt	1494
Potasiu	63
Sodiu	93,8
Alamă	1000
Magneziu	650
Mangan	1246
Crom	2130
Molibden	2890
Duce	327,4
Beriliu	1287
Va câștiga	3150
Fechral	1460
Antimoniu	630,6
carbură de titan	3150
carbură de zirconiu	3530
Galiu	29,76

Pe lângă masa de topire, există multe alte materiale suport. De exemplu, răspunsul la întrebarea care este punctul de fierbere al fierului se află în tabelul substanțelor de fierbere. Pe lângă fierbere, metalele au o serie de alte proprietăți fizice, cum ar fi rezistența.

Pe lângă capacitatea de a trece de la starea solidă la starea lichidă, una dintre proprietățile importante ale unui material este rezistența sa - capacitatea unui corp solid de a rezista distrugerii și modificărilor ireversibile de formă. Principalul indicator al rezistenței este rezistența care apare atunci când o piesă de prelucrat precoacetă se rupe. Conceptul de rezistență nu se aplică mercurului deoarece este în stare lichidă. Denumirea puterii este acceptată în MPa - Mega Pascals.

Există următoarele grupuri de rezistență ale metalelor:

• Fragil. Rezistența lor nu depășește 50MPa. Acestea includ staniu, plumb, metale moi-alcaline
• Durabil, 50-500 MPa. Cupru, aluminiu, fier, titan. Materialele din acest grup stau la baza multor aliaje structurale.
• Rezistență ridicată, peste 500 MPa. De exemplu, molibden și .

Masa de rezistenta a metalului

Cele mai comune aliaje în viața de zi cu zi

După cum se poate observa din tabel, punctele de topire ale elementelor variază foarte mult chiar și între materialele întâlnite în mod obișnuit în viața de zi cu zi.

Astfel, punctul minim de topire al mercurului este de -38,9 °C, deci la temperatura camerei acesta este deja în stare lichidă. Așa se explică de ce termometrele de uz casnic au o notă mai mică de -39 de grade Celsius: sub acest indicator, mercurul se transformă în stare solidă.

Cele mai obișnuite lipituri de uz casnic conțin un procent semnificativ de staniu, care are un punct de topire de 231,9 °C, astfel încât majoritatea lipiturii se topesc la temperatura de funcționare a fierului de lipit 250−400 °C.

În plus, există lipituri cu punct de topire scăzut, cu o limită de topire inferioară, de până la 30 °C, și sunt utilizate atunci când supraîncălzirea materialelor care sunt lipite este periculoasă. În aceste scopuri, există lipituri cu bismut, iar topirea acestor materiale se află în intervalul 29,7 - 120 °C.

Topirea materialelor cu conținut ridicat de carbon, în funcție de componentele de aliere, variază de la 1100 la 1500 °C.

Punctele de topire ale metalelor și aliajelor lor sunt într-un interval de temperatură foarte larg, de la temperaturi foarte scăzute (mercur) până la câteva mii de grade. Cunoașterea acestor indicatori, precum și a altor proprietăți fizice, este foarte importantă pentru persoanele care lucrează în domeniul metalurgic. De exemplu, cunoașterea temperaturii la care aurul și alte metale se topesc vor fi utile bijutierii, turnătorii și topitorii.

Punctul de topire al fierului este un indicator important al tehnologiei de producție a metalului și a aliajelor acestuia. La topirea materiilor prime, fizice si proprietăți chimice minereu și metal.

Cel mai comun element chimic de pe Pământ.

Proprietățile fizice și chimice ale fierului

• Elementul chimic numărul 26 este cel mai abundent din sistemul solar. Conform cercetărilor, conținutul de fier din nucleul Pământului este de 79–85,5%. În ceea ce privește abundența în scoarța planetei, este al doilea după aluminiu.
• Metalul în forma sa pură este alb cu o tentă argintie și se distinge prin ductilitate. Prezența impurităților îi determină parametrii fizici. Fierul tinde să reacționeze la un magnet.
• Acest element chimic este caracterizat de polimorfism, care apare atunci când este încălzit. Se observă concentrații crescute de metal în zonele cu erupții de rocă. Depozitele industriale se formează ca urmare a proceselor externe și interne care au loc în scoarța terestră.
• Apa râului conține aproximativ 2 mg/l de metal, iar cifra pentru apa de mare este de 100-1000 de ori mai mică.
• Fierul are mai multe stări de oxidare, care îi determină caracteristicile geochimice într-un anumit mediu. În forma sa neutră, metalul se găsește în miezul Pământului.
• Oxidul de fier este forma principală găsită în natură, iar oxidul de fier este situat în partea superioară a scoarței terestre, ca parte a formațiunilor sedimentare.
• Conținutul elementului chimic nr. 26 în minerale cu compoziție instabilă crește odată cu scăderea gradientului de temperatură. Fierberea are loc când este încălzită la + 2861 °C. Căldura specifică de fuziune este de 247,1 KJ/kg.

Exploatarea metalelor

Dintre minereurile care conțin fier, materia primă pt producție industrială sunt:

• hematit;
• goethit;
• magnetit.

Goethit și hidrogoethite formează formațiuni în scoarța de intemperii care au o dimensiune de sute de metri. În zona de raft și lacuri, soluțiile coloidale de minerale formează ooliți (minereuri de fier leguminoase) ca urmare a precipitațiilor.

Pirita și pirotita, minerale de fier care apar pe scară largă în natură, sunt folosite ca materii prime pentru producerea acidului sulfuric.

Mineralele de fier frecvent întâlnite includ, de asemenea:

• siderit;
• lelingita;
• marcasit;
• ilmenit;
• este violent.

Melanteritul mineral, care este cristale verzi fragile, cu un luciu sticlos, este utilizat în industria farmaceutică pentru producerea preparatelor care conțin fier.

Principalul zăcământ al acestui metal este situat în Brazilia. Recent, atenția s-a concentrat asupra nodulilor minieri prezenți pe fundul mării care conțin fier și mangan.

Fier de topire

Ce determină punctul de topire al fierului?

Producția de metal implică diverse tehnologii pentru extragerea acestuia din materii prime minereu. Cea mai comună metodă de topire a fierului este metoda furnalului.

Înainte de topirea metalului, acesta este redus într-un cuptor la o temperatură de +2000 °C. Pentru a extrage impuritățile, se adaugă flux, care se descompune atunci când este încălzit la un oxid, urmat de combinarea cu dioxid de siliciu și formarea de zgură.

Pe lângă metoda furnalului, topirea fierului se realizează prin prăjirea minereului zdrobit cu argilă. Amestecul este transformat în pelete și procesat într-un cuptor de reducere a hidrogenului. Topirea în continuare a fierului se realizează în cuptoare electrice.

Producția de aliaje în cuptoare.

Proprietățile unui metal depind de puritatea materialului. Pentru fierul tehnic pur, punctul de topire este de +1539 °C. Sulful este o impuritate dăunătoare. Poate fi extras doar dintr-o soluție lichidă. Materialul chimic pur este obținut prin electroliza sărurilor metalice.

Aliaje metalice

În forma sa pură, acest material este moale, astfel încât carbonul este adăugat în compoziție pentru a crește rezistența.

În metalurgie, aliajele de fier sunt numite metale feroase.

În funcție de componentele aliajului, proprietățile materialelor se modifică. Punctul de topire al fierului se modifică și în prezența componentelor din aliaj.

Căldura specifică de topire a oțelului este de 84 kJ. Acest indicator înseamnă că, la temperatura de topire a oțelului, sunt necesare 84 kJ de energie pentru a transfera 1 kg de aliaj dintr-o stare cristalină în stare lichidă.

Compușii diferitelor metale formează aliaje. Căldura specifică de fuziune fontă este 96–140 kJ. Fonta conține până la 4% carbon, 1,5% mangan, până la 4,5% siliciu și impurități sub formă de sulf și fosfor. Există aliaje albe și gri.

În alb, o parte din carbon se află în compusul de carbură de fier. Acest aliaj este fragil și dur. Este destinat fabricării de structuri și piese.

Un aliaj gri care conține carbon sub formă de grafit, este ușor de prelucrat. Fonta brută este topită din minereu de fier în furnalele înalte. Topirea minereului este însoțită de reacția de reducere a fierului din oxizi cu carbon.

Majoritatea substanțelor se pot topi cu creșterea volumului atunci când sunt încălzite. Pentru fonta cu un volum de 1000 cm³, această cifră este de 988–994 cm³.

Fonta este o materie primă pentru producția de oțel, caracterizată prin conținut de carbon (nu mai mare de 2,14%).

Oțelul este clasificat în funcție de compoziția sa chimică:

• aliat;
• carbon

Oțelul carbon conține impurități de sulf, fosfor și siliciu. Se caracterizează prin proprietăți electrice scăzute, rezistență scăzută și este ușor susceptibil la coroziune.

Prezența aditivilor din aliaj conferă oțelului noi proprietăți tehnice. Următoarele sunt utilizate ca componente suplimentare:

• molibden;
• nichel;
• tungsten;
• crom;
• vanadiu.

Oțelul înalt aliat nu conține mai mult de 10% aditivi. Aliajul este durabil. Tehnologia de producere a oțelului din fontă ne permite să obținem material de înaltă calitate pentru producerea:

Oțelul este folosit ca materie primă în diverse industrii. Fără ea, este imposibil să ne imaginăm producția de avioane, construcțiile navale, industria auto și multe alte domenii de producție.