У металургійній промисловості одним з основних напрямків вважається лиття металів і їх сплавів через дешевизну і відносну простоту процесу. Відливатися можуть форми з будь-якими обрисами різних габаритів, від дрібних до великих; це підходить як для масового, так і для індивідуального виробництва.
Лиття є одним з найдавніших напрямків роботи з металами, і починається приблизно з бронзового століття: 7-3 тисячоліття до н. е. З тих пір було відкрито безліч матеріалів, що призводило до розвитку технології і підвищення вимог до ливарної промисловості.
У наші дні існує багато напрямків і видів лиття, що розрізняються за технологічним процесом. Одне залишається незмінним - фізична властивість металів переходити з твердого стану в рідке, і важливо знати те, при якій температурі починається плавлення різних видів металів і їх сплавів.
Процес плавлення металу
Даний процес позначає собою перехід речовини з твердого стану в рідке. При досягненні точки плавлення метал може знаходитися як в твердому, так і в рідкому стані, подальше зростання призведе до повного переходу матеріалу в рідину.
Те ж саме відбувається і при застиганні - при досягненні межі плавлення речовина почне переходити з рідкого стану в тверде, і температура не зміниться до повної кристалізації.
При цьому слід пам'ятати, що дане правило може бути застосовано тільки для чистого металу. Сплави не мають чіткої межі температур і здійснюють перехід станів в деякому діапазоні:
- Солідус - лінія температури, при якій починає плавитися самий легкоплавкий компонент сплаву.
- Ліквідус - остаточна крапка плавлення всіх компонентів, нижче якої починають з'являтися перші кристали сплаву.
Точно виміряти температуру плавлення таких речовин неможливо, точкою переходу станів вказується числовий проміжок.
Залежно від температури, при якій починається плавлення металів, їх прийнято розділяти на:
- Легкоплавкие, до 600 ° C. До них відносяться олово, цинк, свинець та інші.
- Среднеплавкие, до 1600 ° C. Більшість поширених сплавів, і такі метали як золото, срібло, мідь, залізо, алюміній.
- Тугоплавкі, понад 1600 ° C. Титан, молібден, вольфрам, хром.
Також існує і температура кипіння - точка, при досягненні якої розплавлений метал почне перехід в газоподібний стан. Це дуже висока температура, як правило, в 2 рази перевищує точку розплаву.
вплив тиску
Температура плавлення і рівна їй температура затвердіння залежать від тиску, зростаючи з його підвищенням. Це обумовлено тим, що при підвищенні тиску атоми зближуються між собою, а для руйнування кристалічної решітки їх потрібно віддалити. При підвищеному тиску потрібна велика енергія теплового руху і відповідна їй температура плавлення збільшується.
Існують винятки, коли температура, необхідна для переходу в рідкий стан, при підвищеному тиску зменшується. До таких речовин відносять лід, вісмут, германій і сурма.
Таблиця температур плавлення
Будь-якій людині, пов'язаній з металургійною промисловістю, будь то зварник, ливарник, плавильщик або ювелір, важливо знати температури, при яких відбувається розплав матеріалів, з якими він працює. У таблиці нижче вказані точки плавлення найбільш поширених речовин.
Таблиця температур плавлення металів і сплавів
| Назва | T пл, ° C |
|---|---|
| алюміній | 660, 4 |
| мідь | 1084, 5 |
| олово | 231, 9 |
| цинк | 419, 5 |
| вольфрам | 3420 |
| нікель | 1455 |
| срібло | 960 |
| золото | 1064, 4 |
| платина | 1768 |
| Титан | +1668 |
| дюралюміній | 650 |
| Вуглецева сталь | 1100-1500 |
| чавун | 1110-1400 |
| Залізо | 1539 |
| ртуть | -38, 9 |
| Мельхіор | 1170 |
| цирконій | 3530 |
| кремній | 1414 |
| Ніхром | 1400 |
| вісмут | 271, 4 |
| германій | 938, 2 |
| жесть | 1300-1500 |
| бронза | 930-1140 |
| кобальт | +1494 |
| калій | 63 |
| натрій | 93, 8 |
| латунь | 1000 |
| магній | 650 |
| Марганець | 1246 |
| хром | 2130 |
| молібден | 2890 |
| свинець | 327, 4 |
| берилій | 1 287 |
| переможе | 3150 |
| Фехраль | 1460 |
| сурма | 630, 6 |
| карбід титану | 3150 |
| карбід цирконію | 3530 |
| галій | 29, 76 |
Крім таблиці плавлення, існує багато інших допоміжних матеріалів. Наприклад, відповідь на питання, яка температура кипіння заліза лежить в таблиці кипіння речовин. Крім кипіння, у металів є ряд інших фізичних властивостей, як міцність.
міцність металів
Крім можливості переходу з твердого в рідкий стан, одним з важливих властивостей матеріалу є його міцність - можливість твердого тіла опору руйнуванню та незворотних змін форми. Основним показником міцності вважається опір виникає при розриві заготовки, попередньо відпалений. Поняття міцністю не може бути застосовано до ртуті, оскільки вона знаходиться в рідкому стані. Позначення міцності прийнято в МПа - Мега Паскалях.
Існують наступні групи міцності металів:
- Неміцні. Їх опір не перевищує 50Мпа. До них відносять олово, свинець, Мягкощелочное метали
- Міцні, 50-500МПа. Мідь, алюміній, залізо, титан. Матеріали цієї групи є основою багатьох конструкційних сплавів.
- Високоміцні, понад 500Мпа. Наприклад, молібден і вольфрам.
Таблиця міцності металів
| метал | Опір, МПа |
|---|---|
| мідь | 200-250 |
| срібло | 150 |
| олово | 27 |
| золото | 120 |
| свинець | 18 |
| цинк | 120-140 |
| магній | 120-200 |
| Залізо | 200-300 |
| алюміній | 120 |
| Титан | 580 |
Найбільш поширені в побуті сплави
Як видно з таблиці, точки плавлення елементів сильно різняться навіть у часто зустрічаються в побуті матеріалів.
Так, мінімальна температура плавлення у ртуті -38, 9 ° C, тому в умовах кімнатної температури вона вже в рідкому стані. Саме цим пояснюється те, що побутові термометри мають нижню позначку в -39 градусів Цельсія: нижче цього показника ртуть переходить в твердий стан.
Припої, найбільш поширені в побутовому застосуванні, мають в своєму складі значний відсоток вмісту олова, що має точку плавлення 231, 9 ° C, тому більша частина припоев плавиться при робочій температурі паяльника 250-400 ° C.
Крім цього, існують легкоплавкие припої з більш низькою кордоном розплаву, до 30 ° C і застосовуються тоді, коли небезпечний перегрів спаюється матеріалів. Для цих цілей існують припої з вісмутом, і плавка даних матеріалів лежить в інтервалі від 29, 7 - 120 ° C.
Розплавлення високовуглецевих матеріалів в залежності від легуючих компонентів лежить в межах від 1100 до 1500 ° C.
Точки плавлення металів та їх сплавів знаходяться в дуже широкому температурному діапазоні, від дуже низьких температур (ртуть) до кордону в кілька тисяч градусів. Знання цих показників, а так само інших фізичних властивостей дуже важливо для людей, які працюють в металургійній сфері. Наприклад, знання того, при якій температурі плавиться золото та інші метали знадобляться ювелірам, ливарникам і плавильників.