จุดหลอมเหลวของโลหะ วิธีการหลอมโลหะอโลหะ: จุดหลอมเหลว ความหนาแน่น และปริมาตรจำเพาะ ตารางจุดหลอมเหลวของโลหะผสม

โลหะและโลหะผสมแต่ละชนิดมีชุดคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีเฉพาะของตนเอง ซึ่งไม่น้อยไปกว่ากันคือจุดหลอมเหลว กระบวนการนี้หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของร่างกายจากสถานะการรวมตัวหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่ง ในกรณีนี้ จากสถานะผลึกของแข็งไปเป็นสถานะของเหลว ในการหลอมโลหะจำเป็นต้องให้ความร้อนแก่โลหะจนกว่าจะถึงจุดหลอมเหลว ด้วยวิธีนี้มันยังคงอยู่ในสภาพของแข็งได้ แต่ด้วยการสัมผัสเพิ่มเติมและความร้อนที่เพิ่มขึ้น โลหะจะเริ่มละลาย หากอุณหภูมิลดลง นั่นคือ ส่วนหนึ่งของความร้อนถูกกำจัดออกไป ส่วนประกอบจะแข็งตัว

จุดหลอมเหลวสูงสุดในบรรดาโลหะ เป็นของทังสเตน: มันคือ 3422C o ต่ำสุดสำหรับปรอท: องค์ประกอบละลายแล้วที่ - 39C o ตามกฎแล้ว ไม่สามารถระบุค่าที่แน่นอนสำหรับโลหะผสมได้: มันสามารถผันผวนได้มากขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ของส่วนประกอบ โดยปกติจะเขียนเป็นช่วงตัวเลข

มันเกิดขึ้นได้อย่างไร

การหลอมโลหะทั้งหมดเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันโดยประมาณ - ด้วยความช่วยเหลือของความร้อนภายนอกหรือภายใน ครั้งแรกดำเนินการในเตาเผาความร้อน สำหรับครั้งที่สอง การให้ความร้อนแบบต้านทานจะใช้กับการผ่านของกระแสไฟฟ้าหรือการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง ตัวเลือกทั้งสองมีผลต่อโลหะในลักษณะเดียวกัน

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นก็เช่นกัน แอมพลิจูดของการสั่นด้วยความร้อนของโมเลกุล, ข้อบกพร่องของโครงตาข่ายปรากฏขึ้น ซึ่งแสดงออกในการเจริญเติบโตของความคลาดเคลื่อน การกระโดดของอะตอม และการรบกวนอื่นๆ สิ่งนี้มาพร้อมกับการสลายพันธะระหว่างอะตอมและต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง ในขณะเดียวกันชั้นกึ่งของเหลวก็ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของร่างกาย ระยะเวลาของการทำลายตาข่ายและการสะสมของข้อบกพร่องเรียกว่าการหลอมละลาย

โลหะแบ่งออกเป็น: ขึ้นอยู่กับจุดหลอมเหลว

ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหลอมเหลว เลือกและหลอมอุปกรณ์. ยิ่งคะแนนสูงเท่าไหร่ก็ยิ่งแข็งแกร่งเท่านั้น คุณสามารถค้นหาอุณหภูมิขององค์ประกอบที่คุณต้องการได้จากตาราง

ค่าที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือจุดเดือด นี่คือค่าที่กระบวนการเดือดของของเหลวเริ่มต้นขึ้นซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวที่ก่อตัวเหนือพื้นผิวเรียบของของเหลวที่กำลังเดือด โดยปกติแล้วจะสูงกว่าจุดหลอมเหลวเกือบสองเท่า

ทั้งสองค่าจะได้รับที่ความดันปกติ ในหมู่พวกเขาเอง เป็นสัดส่วนโดยตรง.

  1. ความดันเพิ่มขึ้น - ปริมาณการหลอมจะเพิ่มขึ้น
  2. ความดันลดลง - ปริมาณการหลอมลดลง

ตารางโลหะหลอมเหลวและโลหะผสม (สูงถึง 600C o)

ชื่อองค์ประกอบ การกำหนดภาษาละตินอุณหภูมิ
ละลายเดือด
ดีบุก232 ซีโอ2600 ซีโอ
ตะกั่ว327 ซีโอ1750 ซีโอ
สังกะสีสังกะสี420 ซีโอ907 ส
โพแทสเซียมเค63.6 ซีโอ759 ส
โซเดียมนา97.8 ซีโอ883 ซีโอ
ปรอทฮก- 38.9 ซ356.73 ค
ซีเซียม28.4 ซีโอ667.5 ซีโอ
บิสมัทไบ271.4 ค1564 ส
แพลเลเดียม327.5 ซีโอ1749 ส
พอโลเนียมปอ254 ค.ศ962 ส
แคดเมียมซีดี321.07 ค767 ส
รูบิเดียมบาท39.3 ซีโอ688 ส
แกลเลียมกา29.76 ค2204 ซีโอ
อินเดียมใน156.6 ซีโอ2072 ส
แทลเลียม304 ซีโอ1473 ส
ลิเธียมหลี่18.05 น1342 ส

ตารางโลหะและโลหะผสมที่หลอมละลายปานกลาง (จาก600С o ถึง 1600С o)

ชื่อองค์ประกอบ การกำหนดภาษาละตินอุณหภูมิ
ละลายเดือด
อลูมิเนียมอัล660 ซีโอ2519 ส
เจอร์เมเนียม937 ส2830 ค.ศ
แมกนีเซียมมก650 ซีโอ1100 ซีโอ
เงิน960 ซีโอ2180 ส
ทอง1063 ค.ศ2660 ส
ทองแดงลูกบาศ์ก1083 ค2580 ส
เหล็กเฟ1539 ส2900 ซีโอ
ซิลิคอนศรี1415 ส2350 ส
นิกเกิลพรรณี1455 ส2913 ซีโอ
แบเรียมบา727 สพ.ศ. 2440 ค.ศ
เบริลเลียมเป็น1287 ส2471 ส
เนปทูเนียมเอ็นพี644 ค.ศ3901.85 ค
โพรแทกติเนียมป้า1572 ส4027 ส
พลูโตเนียมปู่640 ซีโอ3228 ส
แอกทิเนียมเครื่องปรับอากาศ1051 ค3198 ส
แคลเซียมแคลิฟอร์เนีย842 ค.ศ1484 ส
เรเดียมรา700 ซีโอ1736.85 ค
โคบอลต์ร่วม1495 ส2927 ค.ศ
พลวง630.63 ค1587 ส
สตรอนเทียมซีเนียร์777 ส1382 ส
ดาวยูเรนัสยู1135 ค.ศ4131 ค
แมงกานีสล้าน1246 ส2061 ส
คอนสแตนติน 1260 ส
ดูราลูมินโลหะผสมของอะลูมิเนียม แมกนีเซียม ทองแดง และแมงกานีส650 ซีโอ
อินวาร์โลหะผสมนิกเกิลเหล็ก1425 ค.ศ
ทองเหลืองโลหะผสมของทองแดงและสังกะสี1,000 ซีโอ
นิเกิลซิลเวอร์โลหะผสมของทองแดง สังกะสี และนิเกิล1100 ซีโอ
นิโครมโลหะผสมของนิกเกิล โครเมียม ซิลิกอน เหล็ก แมงกานีส และอะลูมิเนียม1400 ซีโอ
เหล็กโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน1300 Co - 1500 Co
เฟชรัลโลหะผสมของโครเมียม เหล็ก อะลูมิเนียม แมงกานีส และซิลิกอน1460 ส
เหล็กหล่อโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน1100 Co - 1300 Co

ตารางโลหะทนไฟและโลหะผสม (มากกว่า 1,600C o)

ชื่อองค์ประกอบ การกำหนดภาษาละตินอุณหภูมิ
ละลายเดือด
ทังสเตน3420 ส5555 ซีโอ
ไทเทเนียมTi1680 ซีโอ3300 ส
อิริเดียมเออร์2447 ส4428 ส
ออสเมียมออส3054 ค5012 ค
แพลทินัม1769.3 ค3825 ซีโอ
รีเนียมอีกครั้ง3186 ส5596 ส
โครเมียมCrพ.ศ. 2450 ส2671 ส
โรเดียมRhพ.ศ. 2507 ส3695 ส
รูทีเนียมรู2334 ส4150 ซีโอ
ฮาฟเนี่ยม2233 ส4603 ค
แทนทาลัมต้า3017 ส5458 ส
เทคนีเชียมทีซี2157 ส4265 ส
ทอเรียมไทย1750 ซีโอ4788 ส
วาเนเดียมวีพ.ศ. 2453 ค.ศ3407 ค
เซอร์โคเนียมZrพ.ศ. 2398 ส4409 ส
ไนโอเบียมหมายเหตุ2477 ส4744 ส
โมลิบดีนัมโม2623 ค4639 ส
ฮาฟเนียมคาร์ไบด์ 3890 ซีโอ
ไนโอเบียมคาร์ไบด์ 3760 ส
ไททาเนียมคาร์ไบด์ 3150 ส
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ 3530 ส

ในอุตสาหกรรมโลหการ หนึ่งในพื้นที่หลักคือการหล่อโลหะและโลหะผสมเนื่องจากราคาถูกและความเรียบง่ายของกระบวนการ แม่พิมพ์ที่มีโครงร่างขนาดต่างๆ ตั้งแต่เล็กไปจนถึงใหญ่สามารถหล่อได้ เหมาะสำหรับทั้งการผลิตจำนวนมากและการผลิตตามสั่ง

การหล่อเป็นหนึ่งในงานที่เก่าแก่ที่สุดกับโลหะ และเริ่มขึ้นในช่วงยุคสำริด: 7-3 พันปีก่อนคริสต์ศักราช อี ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มีการค้นพบวัสดุมากมาย ซึ่งนำไปสู่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมโรงหล่อ

ปัจจุบันมีการหล่อหลายแบบและหลายประเภทแตกต่างกันไป กระบวนการทางเทคโนโลยี. สิ่งหนึ่งที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง นั่นคือคุณสมบัติทางกายภาพของโลหะที่เปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว และสิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าการหลอมละลายเริ่มต้นที่อุณหภูมิใด ประเภทต่างๆโลหะและโลหะผสม

กระบวนการหลอมโลหะ

กระบวนการนี้หมายถึง การเปลี่ยนสถานะของสารจากของแข็งเป็นของเหลว เมื่อถึงจุดหลอมเหลว โลหะสามารถอยู่ในสถานะของแข็งและของเหลว การเพิ่มขึ้นอีกจะนำไปสู่การเปลี่ยนสถานะของวัสดุเป็นของเหลวอย่างสมบูรณ์

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างการแข็งตัว - เมื่อถึงขีดจำกัดการหลอมเหลว สารจะเริ่มเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะของแข็ง และอุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าการตกผลึกจะสมบูรณ์

ในขณะเดียวกันก็ควรจำไว้ว่า กฎนี้ใช้ได้กับโลหะเปลือยเท่านั้น โลหะผสมไม่มีขอบเขตอุณหภูมิที่ชัดเจนและทำการเปลี่ยนสถานะเป็น บางช่วง:

  1. Solidus - เส้นอุณหภูมิที่ส่วนประกอบที่หลอมละลายได้มากที่สุดของโลหะผสมเริ่มหลอมละลาย
  2. Liquidus เป็นจุดหลอมเหลวสุดท้ายของส่วนประกอบทั้งหมด ซึ่งด้านล่างจะเริ่มปรากฏผลึกแรกของโลหะผสม

เป็นไปไม่ได้ที่จะวัดจุดหลอมเหลวของสารดังกล่าวอย่างแม่นยำจุดเปลี่ยนของสถานะจะระบุช่วงเวลาที่เป็นตัวเลข

ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่โลหะเริ่มหลอมละลาย พวกเขาแบ่งออกเป็น:

  • หลอมได้สูงถึง 600 °C ได้แก่ ดีบุก สังกะสี ตะกั่ว และอื่นๆ
  • หลอมละลายปานกลาง สูงถึง 1,600 °C โลหะผสมและโลหะที่พบมากที่สุด เช่น ทอง เงิน ทองแดง เหล็ก อะลูมิเนียม
  • ทนไฟ, มากกว่า 1,600 °C. ไทเทเนียม โมลิบดีนัม ทังสเตน โครเมียม

นอกจากนี้ยังมีจุดเดือด - จุดที่โลหะหลอมเหลวเริ่มเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซ นี่คืออุณหภูมิที่สูงมาก โดยทั่วไปจะเป็น 2 เท่าของจุดหลอมเหลว

อิทธิพลของแรงกดดัน

อุณหภูมิหลอมเหลวและอุณหภูมิการแข็งตัวเท่ากับมันขึ้นอยู่กับความดันเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของมัน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้นอะตอมจะเข้าหากันและเพื่อที่จะทำลายตาข่ายคริสตัลพวกเขาจะต้องถูกย้ายออกไป ที่ความดันเพิ่มขึ้น ต้องใช้พลังงานในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนมากขึ้น และอุณหภูมิหลอมเหลวที่สอดคล้องกันจะเพิ่มขึ้น

มีข้อยกเว้นเมื่ออุณหภูมิที่ต้องใช้ในสถานะของเหลวลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น สารดังกล่าวได้แก่ น้ำแข็ง บิสมัท เจอร์เมเนียม และพลวง

ตารางจุดหลอมเหลว

สิ่งสำคัญสำหรับทุกคนที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมเหล็กกล้า ไม่ว่าจะเป็นช่างเชื่อม ช่างหล่อ ช่างถลุง หรือช่างอัญมณี จะต้องรู้อุณหภูมิที่วัสดุที่หลอมละลาย ตารางด้านล่างแสดงจุดหลอมเหลวของสารที่พบมากที่สุด

ตารางจุดหลอมเหลว โลหะและโลหะผสม

ชื่อ T pl, ° C
อลูมิเนียม660,4
ทองแดง1084,5
ดีบุก231,9
สังกะสี419,5
ทังสเตน3420
นิกเกิล1455
เงิน960
ทอง1064,4
แพลทินัม1768
ไทเทเนียม1668
ดูราลูมิน650
เหล็กกล้าคาร์บอน1100−1500
เหล็กหล่อ1110−1400
เหล็ก1539
ปรอท-38,9
เมลชิออร์1170
เซอร์โคเนียม3530
ซิลิคอน1414
นิโครม1400
บิสมัท271,4
เจอร์เมเนียม938,2
ดีบุก1300−1500
สีบรอนซ์930−1140
โคบอลต์1494
โพแทสเซียม63
โซเดียม93,8
ทองเหลือง1000
แมกนีเซียม650
แมงกานีส1246
โครเมียม2130
โมลิบดีนัม2890
ตะกั่ว327,4
เบริลเลียม1287
จะชนะ3150
เฟชรัล1460
พลวง630,6
ไทเทเนียมคาร์ไบด์3150
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์3530
แกลเลียม29,76

นอกจากโต๊ะหลอมแล้วยังมีวัสดุเสริมอีกมากมาย ตัวอย่างเช่น คำตอบสำหรับคำถาม อะไรคือจุดเดือดของเหล็กอยู่ในตารางของสารเดือด นอกจากการเดือดแล้ว โลหะยังมีคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ อีกหลายอย่าง เช่น ความแข็งแกร่ง

ความแข็งแรงของโลหะ

นอกเหนือจากความสามารถในการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวแล้ว คุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งของวัสดุคือความแข็งแรง ซึ่งเป็นความสามารถของวัตถุที่เป็นของแข็งในการต้านทานการทำลายและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ตัวบ่งชี้ความแข็งแรงหลักถือเป็นความต้านทานที่เกิดจากการแตกของชิ้นงานก่อนอบอ่อน แนวคิดของความแข็งแรงใช้ไม่ได้กับปรอทเนื่องจากอยู่ในสถานะของเหลว การกำหนดความแรงเป็นที่ยอมรับใน MPa - Mega Pascals

มีกลุ่มดังต่อไปนี้ ความแข็งแรงของโลหะ:

  • บอบบาง. ความต้านทานของพวกเขาไม่เกิน 50MPa ได้แก่ ดีบุก ตะกั่ว โลหะอัลคาไลอ่อน
  • ทนทาน 50-500 MPa ทองแดง อลูมิเนียม เหล็ก ไททาเนียม วัสดุในกลุ่มนี้เป็นพื้นฐานของโลหะผสมที่มีโครงสร้างหลายชนิด
  • ความแข็งแรงสูง มากกว่า 500 MPa ตัวอย่างเช่น โมลิบดีนัมและทังสเตน

ตารางความแข็งแรงของโลหะ

โลหะผสมที่พบมากที่สุดในชีวิตประจำวัน

ดังที่เห็นได้จากตาราง จุดหลอมเหลวของธาตุต่างๆ นั้นแตกต่างกันอย่างมาก แม้แต่วัสดุที่มักพบในชีวิตประจำวัน

ดังนั้นจุดหลอมเหลวต่ำสุดของปรอทคือ -38.9 ° C ดังนั้นที่อุณหภูมิห้องจึงอยู่ในสถานะของเหลว สิ่งนี้อธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องวัดอุณหภูมิในครัวเรือนมีเครื่องหมายต่ำกว่า -39 องศาเซลเซียส: ต่ำกว่าตัวบ่งชี้นี้ ปรอทจะเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง

บัดกรีที่ใช้บ่อยที่สุดใน ใช้ในบ้านมีส่วนประกอบของเนื้อหาดีบุกซึ่งมีจุดหลอมเหลว 231.9 ° C ในองค์ประกอบของพวกเขาดังนั้นบัดกรีส่วนใหญ่จึงละลายที่อุณหภูมิการทำงานของหัวแร้ง 250−400 ° C

นอกจากนี้ยังมีสารบัดกรีหลอมละลายต่ำที่มีขอบเขตการหลอมต่ำกว่า สูงถึง 30 ° C และใช้เมื่อวัสดุบัดกรีร้อนเกินไปจนเป็นอันตราย เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้มีการบัดกรีด้วยบิสมัทและการหลอมของวัสดุเหล่านี้อยู่ในช่วง 29.7 - 120 ° C

การหลอมละลายของวัสดุคาร์บอนสูงขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของโลหะผสม อยู่ในช่วงตั้งแต่ 1,100 ถึง 1,500 °C

จุดหลอมเหลวของโลหะและโลหะผสมอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก ตั้งแต่ อุณหภูมิต่ำ(ปรอท) ถึงขีด จำกัด หลายพันองศา ความรู้เกี่ยวกับตัวบ่งชี้เหล่านี้รวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับผู้ที่ทำงานในสาขาโลหะวิทยา ตัวอย่างเช่น การรู้ว่าทองและโลหะอื่นๆ หลอมละลายที่อุณหภูมิเท่าใดจะเป็นประโยชน์กับช่างทำอัญมณี ช่างหล่อ และช่างถลุงแร่

อุณหภูมิหลอมเหลวเหล็กบริสุทธิ์ทางเคมีคือ 1539 o C เหล็กบริสุทธิ์ทางเทคนิคที่ได้จากการกลั่นออกซิเดชันประกอบด้วยออกซิเจนจำนวนหนึ่งที่ละลายในโลหะ ด้วยเหตุนี้ จุดหลอมเหลวจึงลดลงถึง 1,530 o C

จุดหลอมเหลวของเหล็กจะต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กเสมอเนื่องจากมีสิ่งสกปรกอยู่ในนั้น โลหะที่ละลายในเหล็ก (Mn, Cr, Ni. Co, Mo, V ฯลฯ) ลดจุดหลอมเหลวของโลหะลง 1 - 3 ° C ต่อ 1% ของธาตุที่แนะนำ และธาตุจากกลุ่มของเมทัลลอยด์ (C , O, S, P และอื่นๆ) ที่ 30 - 80 o C.

ในช่วงเวลาส่วนใหญ่ของการหลอมเหลว จุดหลอมเหลวของโลหะจะเปลี่ยนแปลงโดยส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาณคาร์บอน ที่ความเข้มข้นของคาร์บอน 0.1 - 1.2% ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับการเก็บผิวสำเร็จในหน่วยการผลิตเหล็ก อุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะที่มีความแม่นยำเพียงพอสำหรับการใช้งานจริงสามารถประมาณได้จากสมการ

ความร้อนของการหลอมรวมของเหล็กคือ 15200 J/mol หรือ 271.7 kJ/kg.

จุดเดือดของเหล็กในสิ่งพิมพ์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีค่าเท่ากับ 2,735 o C อย่างไรก็ตามผลการศึกษาได้รับการตีพิมพ์ตามที่จุดเดือดของเหล็กสูงกว่ามาก (สูงถึง 3230 o C)

ความร้อนจากการระเหยของเหล็กเท่ากับ 352.5 กิโลจูล/โมล หรือ 6300 กิโลจูล/กก.

ความดันไออิ่มตัวของเหล็ก(P Fe , Pa) สามารถประมาณได้โดยใช้สมการ

โดยที่ T คืออุณหภูมิของโลหะ K

ผลการคำนวณความดันไออิ่มตัวของเหล็กที่อุณหภูมิต่าง ๆ รวมทั้งปริมาณฝุ่นในเฟสก๊าซออกซิไดซ์เหนือโลหะ ( เอ็กซ์, g/m3) แสดงไว้ในตาราง 1.1

ตารางที่ 1.1– ความดันไออิ่มตัวของปริมาณเหล็กและฝุ่นของก๊าซที่อุณหภูมิต่างกัน

ตามมาตรฐานสุขอนามัยที่มีอยู่ ปริมาณฝุ่นในก๊าซที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศไม่ควรเกิน 0.1 g/m 3 . จากข้อมูลในตารางที่ 1.1 จะเห็นได้ว่าที่อุณหภูมิ 1600°C ปริมาณฝุ่นของก๊าซเหนือพื้นผิวเปิดของโลหะจะสูงกว่าค่าที่อนุญาต ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำความสะอาดก๊าซจากฝุ่นละอองซึ่งประกอบด้วยออกไซด์ของเหล็กเป็นส่วนใหญ่

ความหนืดไดนามิก. ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดไดนามิกของของเหลว () ถูกกำหนดจากอัตราส่วน

โดยที่ F คือแรงปฏิสัมพันธ์ของเลเยอร์เคลื่อนที่สองชั้น N;

S คือพื้นที่สัมผัสระหว่างชั้น m2;

คือความเร็วเกรเดียนต์ของชั้นของเหลวตามแนวปกติถึงทิศทางการไหล s -1

ความหนืดแบบไดนามิกของโลหะผสมเหล็กมักจะแตกต่างกันไปภายใน 0.001 - 0.005 Pa s ค่าของมันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและเนื้อหาของสิ่งเจือปนซึ่งส่วนใหญ่เป็นคาร์บอน เมื่อโลหะร้อนเกินไปจนเกินจุดหลอมเหลวที่สูงกว่า 25 - 30 °C ผลกระทบของอุณหภูมิจะไม่สำคัญ

ความหนืดจลนศาสตร์ของไหลคืออัตราการถ่ายโอนโมเมนตัมในการไหลของมวลหนึ่งหน่วย ค่าของมันถูกกำหนดจากสมการ

ความหนาแน่นของของเหลวอยู่ที่ไหน กก. / ม. 3 .

ค่าความหนืดไดนามิกของเหล็กเหลวมีค่าใกล้เคียงกับ 6 10 -7 m 2 /s

ความหนาแน่นของเหล็กที่ 1,550 - 1,650 ° C คือ 6,700 - 6,800 กก. / ลบ.ม. ที่อุณหภูมิการตกผลึก ความหนาแน่นของโลหะเหลวจะใกล้เคียงกับ 6850 กก./ลบ.ม. ความหนาแน่นของเหล็กแข็งที่อุณหภูมิการตกผลึกคือ 7450 กก. / ลบ.ม. ที่อุณหภูมิห้อง - 7800 กก. / ลบ.ม.

ในบรรดาสิ่งเจือปนทั่วไป คาร์บอนและซิลิกอนมีอิทธิพลมากที่สุดต่อความหนาแน่นของเหล็กที่หลอมละลาย โดยลดความหนาแน่นลง ดังนั้นองค์ประกอบปกติของเหล็กหล่อเหลวจึงมีความหนาแน่น 6200 - 6400 กก. / ลบ.ม. ของแข็งที่อุณหภูมิห้อง - 7,000 - 7200 กก. / ลบ.ม.

ความหนาแน่นของเหล็กเหลวและของแข็งอยู่ที่ตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างความหนาแน่นของเหล็กและเหล็กหล่อและอยู่ที่ 6500 - 6600 และ 7500 - 7600 กก. / ลบ.ม. ตามลำดับ

ความร้อนจำเพาะโลหะเหลวแทบไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในการคำนวณโดยประมาณ ค่าของมันสามารถเท่ากับ 0.88 kJ/(kg K) สำหรับเหล็กหล่อ และ 0.84 kJ/(kg K) สำหรับเหล็ก

แรงตึงผิวของเหล็กมีค่าสูงสุดที่อุณหภูมิประมาณ 1,550 ° C ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นและต่ำกว่าค่าจะลดลง สิ่งนี้ทำให้เหล็กแตกต่างจากโลหะส่วนใหญ่ซึ่งมีแรงตึงผิวลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

แรงตึงผิวของโลหะผสมเหล็กเหลวจะแปรผันตามองค์ประกอบทางเคมีและอุณหภูมิ โดยปกติจะแตกต่างกันไปภายใน 1,000 - 1800 mJ / m 2 (รูปที่ 1.1)

ในอุตสาหกรรมโลหการ หนึ่งในพื้นที่หลักคือการหล่อโลหะและโลหะผสมเนื่องจากราคาถูกและความเรียบง่ายของกระบวนการ แม่พิมพ์ที่มีโครงร่างขนาดต่างๆ ตั้งแต่เล็กไปจนถึงใหญ่สามารถหล่อได้ เหมาะสำหรับทั้งการผลิตจำนวนมากและการผลิตตามสั่ง

การหล่อเป็นหนึ่งในงานที่เก่าแก่ที่สุดกับโลหะ และเริ่มขึ้นในช่วงยุคสำริด: 7-3 พันปีก่อนคริสต์ศักราช อี ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มีการค้นพบวัสดุมากมาย ซึ่งนำไปสู่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมโรงหล่อ

ทุกวันนี้มีหลายทิศทางและหลายประเภทของการหล่อซึ่งแตกต่างกันในกระบวนการทางเทคโนโลยี สิ่งหนึ่งที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง - คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะที่จะเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว และสิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าการหลอมโลหะประเภทต่างๆ และโลหะผสมของพวกมันเริ่มต้นที่อุณหภูมิเท่าใด

กระบวนการหลอมโลหะ

กระบวนการนี้หมายถึงการเปลี่ยนสถานะของสารจากสถานะของแข็งเป็นของเหลว เมื่อถึงจุดหลอมเหลว โลหะสามารถอยู่ในสถานะของแข็งและของเหลว การเพิ่มขึ้นอีกจะนำไปสู่การเปลี่ยนสถานะของวัสดุเป็นของเหลวอย่างสมบูรณ์

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างการแข็งตัว - เมื่อถึงขีดจำกัดการหลอมเหลว สารจะเริ่มเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะของแข็ง และอุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าการตกผลึกจะสมบูรณ์

ควรจำไว้ว่ากฎนี้ใช้กับโลหะบริสุทธิ์เท่านั้น โลหะผสมไม่มีขอบเขตอุณหภูมิที่ชัดเจนและทำการเปลี่ยนสถานะในช่วงที่กำหนด:

  1. Solidus - เส้นอุณหภูมิที่ส่วนประกอบที่หลอมละลายได้มากที่สุดของโลหะผสมเริ่มหลอมละลาย
  2. Liquidus เป็นจุดหลอมเหลวสุดท้ายของส่วนประกอบทั้งหมด ซึ่งด้านล่างจะเริ่มปรากฏผลึกแรกของโลหะผสม

เป็นไปไม่ได้ที่จะวัดจุดหลอมเหลวของสารดังกล่าวอย่างแม่นยำจุดเปลี่ยนของสถานะจะระบุช่วงเวลาที่เป็นตัวเลข

ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่การหลอมโลหะเริ่มต้น พวกเขามักจะแบ่งออกเป็น:

  • หลอมได้สูงถึง 600 °C ได้แก่สังกะสี ตะกั่ว และอื่นๆ
  • หลอมละลายปานกลาง สูงถึง 1,600 °C โลหะผสมและโลหะที่พบมากที่สุด เช่น ทอง เงิน ทองแดง เหล็ก อะลูมิเนียม
  • ทนไฟ, มากกว่า 1,600 °C. ไทเทเนียม โมลิบดีนัม ทังสเตน โครเมียม

นอกจากนี้ยังมีจุดเดือด - จุดที่โลหะหลอมเหลวเริ่มเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซ นี่คืออุณหภูมิที่สูงมาก โดยทั่วไปจะเป็น 2 เท่าของจุดหลอมเหลว

อิทธิพลของแรงกดดัน

อุณหภูมิหลอมเหลวและอุณหภูมิการแข็งตัวเท่ากับมันขึ้นอยู่กับความดันเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของมัน นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้นอะตอมจะเข้าหากันและเพื่อที่จะทำลายตาข่ายคริสตัลพวกเขาจะต้องถูกย้ายออกไป ที่ความดันเพิ่มขึ้น ต้องใช้พลังงานในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนมากขึ้น และอุณหภูมิหลอมเหลวที่สอดคล้องกันจะเพิ่มขึ้น

มีข้อยกเว้นเมื่ออุณหภูมิที่ต้องใช้ในสถานะของเหลวลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้น สารดังกล่าวได้แก่ น้ำแข็ง บิสมัท เจอร์เมเนียม และพลวง

ตารางจุดหลอมเหลว

สิ่งสำคัญสำหรับทุกคนที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมเหล็กกล้า ไม่ว่าจะเป็นช่างเชื่อม ช่างหล่อ ช่างถลุง หรือช่างอัญมณี จะต้องรู้อุณหภูมิที่วัสดุที่หลอมละลาย ตารางด้านล่างแสดงจุดหลอมเหลวของสารที่พบมากที่สุด

ตารางจุดหลอมเหลวของโลหะและโลหะผสม

ชื่อ T pl, ° C
อลูมิเนียม 660,4
ทองแดง 1084,5
ดีบุก 231,9
สังกะสี 419,5
ทังสเตน 3420
นิกเกิล 1455
เงิน 960
ทอง 1064,4
แพลทินัม 1768
ไทเทเนียม 1668
ดูราลูมิน 650
เหล็กกล้าคาร์บอน 1100−1500
1110−1400
เหล็ก 1539
ปรอท -38,9
เมลชิออร์ 1170
เซอร์โคเนียม 3530
ซิลิคอน 1414
นิโครม 1400
บิสมัท 271,4
เจอร์เมเนียม 938,2
ดีบุก 1300−1500
สีบรอนซ์ 930−1140
โคบอลต์ 1494
โพแทสเซียม 63
โซเดียม 93,8
ทองเหลือง 1000
แมกนีเซียม 650
แมงกานีส 1246
โครเมียม 2130
โมลิบดีนัม 2890
ตะกั่ว 327,4
เบริลเลียม 1287
จะชนะ 3150
เฟชรัล 1460
พลวง 630,6
ไทเทเนียมคาร์ไบด์ 3150
เซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ 3530
แกลเลียม 29,76

นอกจากโต๊ะหลอมแล้วยังมีวัสดุเสริมอีกมากมาย ตัวอย่างเช่น คำตอบสำหรับคำถาม อะไรคือจุดเดือดของเหล็กอยู่ในตารางของสารเดือด นอกจากการเดือดแล้ว โลหะยังมีคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ อีกหลายอย่าง เช่น ความแข็งแกร่ง

นอกเหนือจากความสามารถในการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวแล้ว คุณสมบัติที่สำคัญประการหนึ่งของวัสดุคือความแข็งแรง ซึ่งเป็นความสามารถของวัตถุที่เป็นของแข็งในการต้านทานการทำลายและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ตัวบ่งชี้ความแข็งแรงหลักถือเป็นความต้านทานที่เกิดจากการแตกของชิ้นงานก่อนอบอ่อน แนวคิดของความแข็งแรงใช้ไม่ได้กับปรอทเนื่องจากอยู่ในสถานะของเหลว การกำหนดความแรงเป็นที่ยอมรับใน MPa - Mega Pascals

มีกลุ่มโลหะที่มีความแข็งแรงดังต่อไปนี้:

  • บอบบาง. ความต้านทานของพวกเขาไม่เกิน 50MPa ได้แก่ ดีบุก ตะกั่ว โลหะอัลคาไลอ่อน
  • ทนทาน 50-500 MPa ทองแดง อลูมิเนียม เหล็ก ไททาเนียม วัสดุในกลุ่มนี้เป็นพื้นฐานของโลหะผสมที่มีโครงสร้างหลายชนิด
  • ความแข็งแรงสูง มากกว่า 500 MPa ตัวอย่างเช่น โมลิบดีนัมและ

ตารางความแข็งแรงของโลหะ

โลหะผสมที่พบมากที่สุดในชีวิตประจำวัน

ดังที่เห็นได้จากตาราง จุดหลอมเหลวของธาตุต่างๆ นั้นแตกต่างกันอย่างมาก แม้แต่วัสดุที่มักพบในชีวิตประจำวัน

ดังนั้นจุดหลอมเหลวต่ำสุดของปรอทคือ -38.9 ° C ดังนั้นที่อุณหภูมิห้องจึงอยู่ในสถานะของเหลว สิ่งนี้อธิบายข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องวัดอุณหภูมิในครัวเรือนมีเครื่องหมายต่ำกว่า -39 องศาเซลเซียส: ต่ำกว่าตัวบ่งชี้นี้ ปรอทจะเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง

โลหะบัดกรีที่ใช้กันทั่วไปในบ้านมีเปอร์เซ็นต์ของดีบุกซึ่งมีจุดหลอมเหลว 231.9 ° C ดังนั้นบัดกรีส่วนใหญ่จึงละลายที่อุณหภูมิการทำงานของหัวแร้ง 250-400 ° C

นอกจากนี้ยังมีสารบัดกรีหลอมละลายต่ำที่มีขอบเขตการหลอมต่ำกว่า สูงถึง 30 ° C และใช้เมื่อวัสดุบัดกรีร้อนเกินไปจนเป็นอันตราย เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้มีการบัดกรีด้วยบิสมัทและการหลอมของวัสดุเหล่านี้อยู่ในช่วง 29.7 - 120 ° C

การหลอมละลายของวัสดุคาร์บอนสูงขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของโลหะผสม อยู่ในช่วงตั้งแต่ 1,100 ถึง 1,500 °C

จุดหลอมเหลวของโลหะและโลหะผสมอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก ตั้งแต่อุณหภูมิต่ำมาก (ปรอท) จนถึงขีดจำกัดหลายพันองศา ความรู้เกี่ยวกับตัวบ่งชี้เหล่านี้รวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ เป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับผู้ที่ทำงานในสาขาโลหะวิทยา ตัวอย่างเช่น การรู้ว่าทองและโลหะอื่นๆ หลอมละลายที่อุณหภูมิเท่าใดจะเป็นประโยชน์กับช่างทำอัญมณี ช่างหล่อ และช่างถลุงแร่

อุณหภูมิหลอมเหลวของเหล็กเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของเทคโนโลยีการผลิตโลหะและโลหะผสม เมื่อทำการหลอมวัตถุดิบทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมีแร่และโลหะ

องค์ประกอบทางเคมีที่พบมากที่สุดในโลก

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของเหล็ก

  • ธาตุเคมีหมายเลข 26 มีมากที่สุดในระบบสุริยะ จากการศึกษา ปริมาณธาตุเหล็กในแกนโลกอยู่ที่ 79–85.5% ในแง่ของความชุกในเปลือกโลก มันเป็นรองจากอลูมิเนียมเท่านั้น
  • โลหะในรูปแบบบริสุทธิ์มีสีขาวและมีสีเงินเป็นพลาสติก การปรากฏตัวของสิ่งเจือปนกำหนดพารามิเตอร์ทางกายภาพ เหล็กมีแนวโน้มที่จะทำปฏิกิริยากับแม่เหล็ก
  • องค์ประกอบทางเคมีนี้มีลักษณะหลากหลายซึ่งเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน มีการสังเกตความเข้มข้นของโลหะที่เพิ่มขึ้นในบริเวณที่มีการปะทุของหิน เงินฝากอุตสาหกรรมเกิดขึ้นจากกระบวนการภายนอกและภายในที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก
  • น้ำในแม่น้ำมีโลหะประมาณ 2 มก./ล. ในขณะที่ตัวบ่งชี้สำหรับน้ำทะเลมีน้อยกว่า 100–1,000 เท่า
  • เหล็กมีระดับของการเกิดออกซิเดชันหลายระดับ ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณลักษณะธรณีเคมีในสภาพแวดล้อมเฉพาะ ในรูปแบบที่เป็นกลาง พบโลหะในแกนโลก
  • เหล็กออกไซด์เป็นรูปแบบหลักที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ และเหล็กออกไซด์จะอยู่ที่ส่วนบนสุดของเปลือกโลกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการก่อตัวของตะกอน
  • เนื้อหาขององค์ประกอบทางเคมีหมายเลข 26 ในแร่ธาตุที่มีองค์ประกอบไม่เสถียรเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง การเดือดเกิดขึ้นเมื่อได้รับความร้อนถึง + 2861 ° C ความร้อนจำเพาะของฟิวชันคือ 247.1 กิโลจูล/กก.

การทำเหมืองโลหะ

ในบรรดาสินแร่ที่มีธาตุเหล็กเป็นวัตถุดิบในการ การผลิตภาคอุตสาหกรรมเป็น:

  • ออกไซด์;
  • เกอไธต์;
  • แม่เหล็ก

เกอเอไทต์และไฮโดรโกเอไทต์ก่อตัวขึ้นในเปลือกโลกขนาดหลายร้อยเมตรที่ผุกร่อน ในเขตหิ้งและทะเลสาบ สารละลายคอลลอยด์ของแร่ธาตุก่อตัวเป็นโอไลต์ (แร่เหล็กถั่ว) อันเป็นผลมาจากการตกตะกอน

ไพไรต์และไพร์โรไทต์เป็นแร่ธาตุเหล็กที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตกรดซัลฟิวริก

แร่ธาตุเหล็กทั่วไปยังรวมถึง:

  • ไซด์ไรต์;
  • เลลิงไนท์;
  • มาร์คาไซต์;
  • อิลเมไนต์;
  • จาโรไซต์

แร่เมลแลนเทอไรต์ซึ่งเป็นผลึกสีเขียวที่เปราะบางและมีความแวววาวคล้ายแก้ว ถูกใช้ในอุตสาหกรรมยาเพื่อผลิตสารเตรียมที่มีธาตุเหล็ก

เงินฝากหลักของโลหะนี้อยู่ในบราซิล เมื่อเร็ว ๆ นี้ ความสนใจมุ่งไปที่การหาประโยชน์จากก้อนที่อยู่ก้นทะเลซึ่งมีธาตุเหล็กและแมงกานีส

เหล็กหลอม

อะไรเป็นตัวกำหนดจุดหลอมเหลวของเหล็ก?

การผลิตโลหะมีเทคโนโลยีต่าง ๆ สำหรับการสกัดจากวัตถุดิบแร่ การถลุงเหล็กที่พบมากที่สุดคือวิธีเตาหลอมเหล็ก

ก่อนที่โลหะจะถูกถลุง จะมีการลดลงในเตาเผาที่อุณหภูมิ +2000 °C ในการแยกสิ่งเจือปน จะมีการเติมฟลักซ์ซึ่งจะสลายตัวเมื่อได้รับความร้อนเป็นออกไซด์ ตามด้วยการรวมตัวกับซิลิกอนไดออกไซด์และการก่อตัวของตะกรัน

นอกจากวิธีเตาหลอมเหล็กแล้ว การถลุงแร่เหล็กด้วยการเผาแร่ที่บดด้วยดินเหนียว ส่วนผสมถูกสร้างเป็นเม็ดและผ่านกระบวนการในเตาหลอมไฮโดรเจน การถลุงเหล็กเพิ่มเติมจะดำเนินการในเตาไฟฟ้า

การผลิตโลหะผสมในเตาหลอม

คุณสมบัติของโลหะขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของวัสดุ สำหรับเหล็กบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ จุดหลอมเหลวคือ +1539 °C กำมะถันเป็นสิ่งเจือปนที่เป็นอันตราย สามารถสกัดได้จากสารละลายของเหลวเท่านั้น วัสดุบริสุทธิ์ทางเคมีได้มาจากการอิเล็กโทรไลซิสของเกลือโลหะ

โลหะผสม

ในรูปแบบบริสุทธิ์ วัสดุนี้มีความอ่อน ดังนั้นคาร์บอนจึงถูกเพิ่มเข้าไปในองค์ประกอบเพื่อเพิ่มความแข็งแรง

ในทางโลหะวิทยา โลหะผสมเหล็กเรียกว่าโลหะเหล็ก

คุณสมบัติของวัสดุจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของมัด จุดหลอมเหลวของเหล็กยังเปลี่ยนแปลงเมื่อมีส่วนประกอบของการมัด

ความร้อนจำเพาะของการหลอมเหล็กคือ 84 กิโลจูล ตัวบ่งชี้นี้หมายความว่าที่อุณหภูมิหลอมละลายของเหล็ก จำเป็นต้องใช้พลังงาน 84 กิโลจูลในการถ่ายโอนโลหะผสม 1 กิโลกรัมจากผลึกไปสู่สถานะของเหลว

สารประกอบของโลหะหลายชนิดเป็นโลหะผสม ความร้อนจำเพาะของฟิวชัน เหล็กหล่อคือ 96–140 กิโลจูล เหล็กหล่อประกอบด้วยคาร์บอนสูงถึง 4% แมงกานีส 1.5% ซิลิคอนสูงถึง 4.5% และสิ่งสกปรกในรูปของกำมะถันและฟอสฟอรัส มีโลหะผสมสีขาวและสีเทา

ในสีขาว คาร์บอนบางส่วนอยู่ในสารประกอบเหล็กคาร์ไบด์ โลหะผสมนี้เปราะและแข็ง มีไว้สำหรับการผลิตโครงสร้างและชิ้นส่วน

โลหะผสมสีเทาที่มีคาร์บอนในรูปของกราไฟต์นั้นง่ายต่อการตัดเฉือน เหล็กหล่อหลอมจากแร่เหล็กในเตาหลอมเหล็ก การหลอมแร่จะมาพร้อมกับปฏิกิริยารีดักชันของเหล็กจากออกไซด์กับคาร์บอน

สารส่วนใหญ่สามารถละลายได้ด้วยปริมาตรที่เพิ่มขึ้นเมื่อได้รับความร้อน สำหรับเหล็กหล่อที่มีปริมาตร 1,000 cm³ ตัวเลขนี้จะอยู่ที่ 988–994 cm³

เหล็กหล่อเป็นวัตถุดิบในการผลิตเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน (ไม่เกิน 2.14%)

ตามองค์ประกอบทางเคมี เหล็กมีความแตกต่าง:

  • โลหะผสม;
  • คาร์บอน.

เหล็กกล้าคาร์บอนมีสิ่งเจือปนของกำมะถัน ฟอสฟอรัส และซิลิกอน มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าต่ำ มีความแข็งแรงต่ำ และไวต่อการกัดกร่อนได้ง่าย

การมีสารเติมแต่งมัดทำให้เหล็กมีคุณสมบัติทางเทคนิคใหม่ เนื่องจากส่วนประกอบเพิ่มเติมใช้:

  • โมลิบดีนัม;
  • นิกเกิล;
  • ทังสเตน;
  • โครเมียม;
  • วานาเดียม

ส่วนประกอบของเหล็กโลหะผสมสูงประกอบด้วยสารเติมแต่งไม่เกิน 10% โลหะผสมมีความทนทาน เทคโนโลยีการผลิตเหล็กจากเหล็กหล่อทำให้ได้วัสดุคุณภาพสูงสำหรับการผลิต:


เหล็กใช้เป็นวัตถุดิบในอุตสาหกรรมต่างๆ หากไม่มีสิ่งนี้ ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงอุตสาหกรรมอากาศยาน การต่อเรือ อุตสาหกรรมยานยนต์ และพื้นที่การผลิตอื่นๆ อีกมากมาย




สูงสุด