Температура кипения и плавления металлов. Температура плавления стали

При сварке происходит воздействие высокой температуры на детали, поэтому очень важно придавать значение температуре плавления металлов, учитывая её в процессе работы, так как данные показатели играют немаловажную роль в параметрах тока. В горелке, при сгорании газа в момент действия электрической дуги, создается тепловая мощь для того, чтобы подвергнуть разрушению кристаллическую решетку металла. Характеристикам плавления металлов уделяют внимание при подборе материала для сооружения узлов, подвергающихся силе трения или же конструкций из металла, которые испытывают воздействие температур.

Что такое температура плавления?

Чтобы узнать при какой температуре плавится металл, в лабораторных условиях, точку старта в начале процесса плавления вычисляют до сотой градусной доли. При этом данный показатель не находится в зависимости от усилия при давлении на деталь.

При создании определенного давления в условиях вакуума, заготовки из металла имеют одинаковую температуру плавления. Данное явление можно объяснить накоплением энергии внутри вещества, при которой разрушаются связи между молекулами.

Рекомендации

Цитаты

  1. Рамзи, Дж. А. (1 мая 1949 г.). «Новый метод определения точки замерзания малых количеств». Журнал экспериментальной биологии
    .
    26
    (1): 57–64. PMID 15406812.
  2. Haynes, п. 4.122.
  3. Температура плавления очищенной воды составляет 0,002519 ± 0,000002 ° C, см. Фейстель, Р. и Вагнер, В. (2006). «Новое уравнение состояния для H2O Ice Ih «. J. Phys. Chem. Ref. Данные
    .
    35
    (2): 1021–1047. Bibcode:2006JPCRD..35.1021F. Дои:10.1063/1.2183324.
  4. Haynes, п. 4.123.
  5. Agte, C. и Alterthum, H. (1930). «Исследования систем с карбидами при высокой температуре плавления и вклад в проблему плавления углерода». Z. Tech. Phys
    .
    11
    : 182–191.
  6. Hong, Q.-J .; ван де Валле, А. (2015). «Прогноз материала с наивысшей известной температурой плавления на основе расчетов молекулярной динамики ab initio». Phys. Ред. B
    .
    92
    (2): 020104 (R). Bibcode:2015PhRvB..92b0104H. Дои:10.1103 / PhysRevB.92.020104.
  7. Буйневич, В.С .; Непапушев, А.А .; Московских, Д.О .; Трусов, Г.В .; Кусков, К.В .; Вадченко, С.Г .; Рогачев, А.С .; Мукасян, А. (Март 2022 г.). «Производство сверхвысокотемпературного нестехиометрического карбонитрида гафния методами синтеза горением и искрового плазменного спекания». Керамика Интернэшнл
    .
    46
    (10): 16068–16073. Дои:10.1016 / j.ceramint.2020.03.158.
  8. Holman, S.W .; Lawrence, R. R .; Барр, Л. (1 января 1895 г.). «Точки плавления алюминия, серебра, золота, меди и платины». Труды Американской академии искусств и наук
    .
    31
    : 218–233. Дои:10.2307/20020628. JSTOR 20020628.
  9. ^ аб
    «Карбон».
    rsc.org
    .
  10. Точное соотношение выражается в Соотношение Клаузиуса – Клапейрона.
  11. «J10 Heat: изменение агрегатного состояния веществ через изменение теплосодержания: изменение агрегатного состояния веществ и уравнение Клапейрона-Клаузиуса». Получено 19 февраля 2008.
  12. Тонков, Е.Ю. и Понятовский, Э. Г. (2005) Фазовые превращения элементов под высоким давлением.
    , CRC Press, Бока Ратон, стр. 98 ISBN 0-8493-3367-9
  13. Браун, Р. Дж. С. и Р. Ф. С. (2000). «Точка плавления и молекулярная симметрия». Журнал химического образования
    .
    77
    (6): 724. Bibcode:2000JChEd..77..724B. Дои:10.1021 / ed077p724.
  14. Haynes, С. 6.153–155.
  15. Gilman, H .; Смит, К. Л. (1967). «Тетракис (триметилсилил) силан». Журнал металлоорганической химии
    .
    8
    (2): 245–253. Дои:10.1016 / S0022-328X (00) 91037-4.
  16. Линдеманн Ф.А. (1910). «Расчет частот колебаний молекул». Phys. Z
    .
    11
    : 609–612.
  17. Соркин, С., (2003), Точечные дефекты, структура решетки и плавление, Диссертация, Технион, Израиль.
  18. Филип Хофманн (2008). Физика твердого тела: введение
    . Wiley-VCH. п. 67. ISBN 978-3-527-40861-0 . Получено 13 марта 2011.
  19. Нельсон Д. Р. (2002), Дефекты и геометрия в физике конденсированного состояния, Издательство Кембриджского университета, ISBN 0-521-00400-4
  20. Прогноз температуры плавления с помощью SMILES. Qsardb.org. Проверено 13 сентября 2013 г.
  21. Брэдли, Жан-Клод; Ланг, Эндрю; Уильямс, Энтони; Кертин, Эван (11 августа 2011 г.). «Открытый сборник точек плавления ONS». Природа предшествует
    . Дои:10.1038 / npre.2011.6229.1.
  22. Модели точки плавления OCHEM. ochem.eu. Проверено 18 июня, 2016.
  23. Тетько, Игорь В; м. Лоу, Дэниел; Уильямс, Энтони Дж (2016). «Разработка моделей для прогнозирования данных о температуре плавления и пиролиза, связанных с несколькими сотнями тысяч соединений, добытых из ПАТЕНТОВ». Журнал химинформатики
    .
    8
    : 2. Дои:10.1186 / s13321-016-0113-у. ЧВК 4724158. PMID 26807157.

Источники

Процитированные работы

  • Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике
    (92-е изд.). CRC Press. ISBN 978-1439855119 .

Разница между температурой плавления и кипения

Температурой плавления металлов называют точку перехода твердокристаллического вещества в жидкое состояние. В составе расплава у молекул нет собственного места расположения, они удерживаются за счет силы притяжения, поэтому в разжиженном состоянии сохраняется объем, но теряется форма.

В процессе кипения происходит потеря молекулярного объема, а молекулы вяло взаимодействуют друг с другом, двигаясь хаотично в разных направлениях, отставая от поверхности. Температурой кипения называется процесс, при котором уровень давления металлического пара уравновешивается с давлением внешней среды.

Правило Карнелли

В органическая химия, Правило Карнелли

, основанная в 1882 г. Томас Карнелли, утверждает, что
высоко молекулярная симметрия связана с высокой температурой плавления
.[13] Карнелли основал свое правило на исследовании 15 000 химических соединений. Например, для трех структурные изомеры с молекулярная формула C5ЧАС12 температура плавления увеличивается в серии изопентан -160 ° С (113 К) н-пентан −129,8 ° С (143 К) и неопентан -16,4 ° С (256,8 К).[14] Точно так же в ксилолы а также дихлорбензолы температура плавления увеличивается на порядок мета, орто и затем пара. Пиридин имеет более низкую симметрию, чем бензол следовательно, его температура ниже, но температура плавления снова увеличивается с диазин и триазины. Многие клеточные соединения, такие как адамантан и кубан с высокой симметрией имеют относительно высокие температуры плавления.

Высокая температура плавления является следствием высокого теплота плавления, низкий энтропия плавленияили их комбинацию. В высокосимметричных молекулах кристаллическая фаза плотно упакована с множеством эффективных межмолекулярных взаимодействий, приводящих к более высокому изменению энтальпии при плавлении.

Как и многие соединения с высокой симметрией, тетракис (триметилсилил) силан имеет очень высокую температуру плавления (т.пл.) 319-321 ° C. Он имеет тенденцию к возвышенному, поэтому m.p. Для определения требуется, чтобы образец был запечатан в пробирке.[15]

Температура плавления различных металлов

Согласно знаниям из раздела физики, процесс превращения твердого вещества в жидкое имеется лишь у тел с кристаллической решеткой. Температура плавления металлов и сплавов возникает в различном диапазоне значений. Но, с точностью высчитать пограничную температуру фазовых состояний у сплавов весьма проблематично. У чистых элементов имеет значимость каждый градус, если это составы с легкой плавкостью.

Железо

Температура плавления железных составов должна быть высокой. Если элемент обладает технической чистотой, то он плавится при температуре 1 539 °C. В составе его вещества присутствуют включения серы, поэтому для её извлечения необходимо жидкое состояние. Также очищенное железо получается в процессе электролиза солей металла.

Чугун

Чугун считается самым лучшим материалом для плавления. Он имеет хорошие показатели жидкой текучести и усадки, поэтому его эффективно использовать в процессе литья. Ниже будут приведены показатели температурного кипения чугуна:

Серая разновидность чугуна, у которой температурный режим доходит до отметки 1 260 °C. А при разливе его в формы, увеличивается до 1 400 °C.

Белая разновидность чугуна, у которого температура поднимается до 1 350 °C.

Одним из немаловажных моментов является то, что температура, которой обладает чугун, на 400 единиц меньше той же стали. Поэтому процесс обработки данного материала менее энергозатратен.

Сталь, температура плавления

Средняя температура плавления стали составляет 1400 °C.

Сталью называется железосодержащий сплав с включением углерода. Её основной характеристикой является прочность. Это достигается за счет того, что она долгое время сохраняет параметры объема и формы. При этом расположение молекул в веществе находится в сбалансированном состоянии. Именно поэтому достигается равновесие между силой притяжения и силой отталкивания.

Диапазон плавления стали выше, чем у чугуна, поэтому она более энергозатратна.

Нержавеющая сталь

Температура плавления нержавеющей стали колеблется в среднем диапазоне между чугуном и сталью. Нержавеющей сталью называется вещество из легированной стали, обладающее антикоррозийными свойствами за счет содержания хрома в своем составе от 11% процентов и больше.

Показатели температуры плавления нержавейки составляют от 1 300 до 15 000 °C.

Алюминий и медь

Температура плавления алюминия составляет 6 600 °C, поэтому он зарекомендовал себя в качестве одного из среднеплавких металлов. Плавление чистых медных составов происходит при температуре 10 830 °C, а сплавов – 930 — 11 400 °C.

Серебро и золото

Серебро в чистом виде плавится при температуре 9 620 °C. При этом при температуре плавления серебра, оно может сравниться с температурой плавления в градусах со сплавами из меди.

Золото плавится при температуре в 10 640 °C.

Ртуть

Ртуть обладает самой низкой температурой плавления с отрицательным значением. Она составляет — 38,80 °C.

Электропроводность:

Все металлы хорошо проводят электрический ток, обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля.

Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также и натрий. В экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Таблица температур плавления

Легкоплавкие металлы
Литий+ 180 °C
Калий+ 63,60 °C
Индий+ 156,60 °C
Олово+ 2 320 °C
Таллий+ 3 040 °C
Кадмий+ 3 210 °C
Свинец+ 3 270 °C
Цинк+ 4 200 °C
Среднеплавкие металлы
Магний+ 6 500 °C
Алюминий+ 6 600 °C
Барий+ 7 270 °C
Серебро+ 9 600 °C
Золото+10 630 °C
Марганец+ 12 460 °C
Медь+ 10 830 °C
Никель+ 14 550 °C
Кобальт+ 14 950 °C
Железо+ 15 390 °C
Дюралей+ 6 500 °C
Латунь+ 950 – 10 500 °C
Чугун+ 1 100 – 13 000 °C
Тугоплавкие металлы
Титан+ 16 800 °C
Платина+ 17 690 °C
Хром+ 19 070 °C
Цирконий+ 18 550 °C
Ванадий+ 19 100 °C
Иридий+ 24 470 °C
Молибден+ 26 230 °C
Тантал+ 30 170 °C
Вольфрам+ 34 200 °C

От чего зависит температура плавления?

У различных материалов различается, и температура их плавления, при которой происходит коренное перестраивание решетки до состояния жидкости. Металлические изделия и изделия из сплавов имеют следующие особенности:

  • У различных материалов различается, и температура их плавления, при которой происходит коренное перестраивание решетки до состояния жидкости. Металлические изделия и изделия из сплавов имеют следующие особенности:
  • Они редко встречаются в натуральном виде, т.е. без примесей. Именно состав определяет, какой должна быть температура плавки. В пример можно взять олово, в которое добавляют включения серебра. Благодаря примесям материал начинает становится устойчивым к воздействию температуры.
  • Существуют такие сплавы, которые из-за химического состава трансформируются в жидкое состояние, когда столбик термометра поднимается чуть выше отметки в + 1 500 °C. Есть и такие сплавы, которые «держатся», если их нагревать до 30 000 °C.
  • Стоит учитывать тот факт, что одним из наиболее важных свойств веществ является их точка плавления. В качестве примера можно привести авиационную технику.

Типы сплавов металлов

Типы металлических сплавов различаются на основе температуры плавления, поэтому выделяют следующие варианты сплава:

  • Легкоплавкий (олово, цинк, свинец, висмут) с температурой плавления не больше 600 °C.
  • Среднеплавкий (алюминий, магний, никель, железо) с температурой 600 — 1 600 °C.
  • Тугоплавкий (молибден, вольфрам, титан) с температурой более 1 600 °C.

Далее расскажем немного о разновидностях сталей, о сплаве вуда и припоях.

Особенности углеродистой стали

В данном материале содержится примесь углерода, примерно 2,13 %. При этом он лишен легирующих добавок, но есть примеси кремния, марганца и магния.

Особенности легированной стали

Помимо содержания углерода и железа в неё добавляют дополнительные элементы, улучшающие её свойства.

Особенности нержавейки

Нержавеющая сталь отлична от углеродистой из-за содержания элемента хрома в своем составе, благодаря свойствам которого она не подвержена окислению, а, следовательно, покрытию ржавчиной.

Особенности инструментальной стали

Также обладает углеродистым составом (0,8 – 0,9 %). Демонстрирует твердость, прочность, хорошо поддаются обработке. Используется в изготовлении инструментов, например, медицинских.

Сплав Вуда

Представляет собой материал, применяемый при паянии деталей для радиоприемников, а также в гальванической пластике, при работе в лабораторных условиях с ядохимикатами.

Сплавы для пайки

Другое их название – припои. Материалы для припоев бывают различными. Все зависит от того, что входит в состав материалов, которые необходимо соединить. К примеру, алюминий требует один сплав припоя, а вот медь уже совершенно другой.

Плавка цветных металлов. Методы плавки. Технические характеристики. Физические свойства

Температуру плавления металлов, которая изменяется от малейшего (-39 °С для ртути) до наибольшего (3400 °С для вольфрама), а также плотность металлов в твердом состоянии при 20 °С и плотности жидких металлов при температуре плавления приведены в таблице плавки цветных металлов.

Таблица 1. Плавки цветных металлов

Металл Атомная масса Температура плавления tпл,

°С

Густота ρ

, г/см3

твердого при 20 °С редкого при

tпл

Алюминий 27 660 2,70 2,37
Берилий 9 1285 1,80 1,69
Бор 10,8 2075 2,34
Ванадий 51 1720 5,90 5,73
Висмут 209 271 9,80 10,00
Вольфрам 184 3400 19,20 17,60
Железо 56 1539 7,87 7,00
Золото 197 1063 19,30 17,35
Кобальт 59 1492 8,90 8,30
Кремний 28 1430 2,35 2,53
Литий 7 180 0,53 0,50
Магний 24 650 1,70 1,59
Марганец 55 1240 7,40 6,75
Медь 64 1083 8,92 8,0
Молибден 96 2620 10,20 9,30
Никель 59 1455 8,90 7,90
Олово 119 232 7,30 7,00
Платина 195 1769 21,40 19,77
Ртуть 201 –39 13,55 13,70
Свинец 207 327 11,35 10,60
Сурма 122 630 6,70 6,79
Серебро 108 960 10,50 9,35
Титан 48 1670 4,50 4,10
Хром 52 1875 7,20 6,30
Цинк 65 419 7,10 6,60
Цирконий 91 1850 6,50 5,80

Сварка и плавка цветных металлов

Сварка меди. Температура плавки металла Cu, почти в шесть раз превышает температуру плавки стали, медь интенсивно поглощает и растворяет различные газы, образуя с кислородом оксиды.

Оксид меди II с медью образует эвтектику, температура плавления которой (1064°С) ниже температуры плавления меди (1083°С). При затвердевании жидкой меди эвтектика располагается по границам зерен, делает медь хрупкой и склонной к образованию трещин.

Поэтому основной задачей при сварке меди является защита его от окисления и активное раскисление сварочной ванны.

Наиболее распространенное газовое сварки меди ацетиленокисневим пламенем с помощью горелок, которые в 1,5…2 раза мощнее горелки для сварки сталей. Присадочным металлом есть медные прутки, содержащие фосфор и кремний. Если толщина изделий более 5…6 мм, их сначала подогревают до температуры 250…300°С.

Флюсами при сварке является прожаренная бура или смесь, состоящую из 70% буры и 30% борной кислоты. Чтобы повысить механические свойства и улучшить структуру наплавленного металла, медь после сварки проковывают при температуре около 200…300°С. Потом ее снова нагревают до 500-550°С и охлаждают в воде.

Медь сваривают также электродуговым способом электродами, в струе защитных газов, под слоем флюса, на конденсаторных машинах, способом трения.

Сварка латуни. Латунь – это сплав меди с цинком (до 50%). Основное загрязнение при этом – испарение цинка, в итоге чего шов теряет свои качества, в нем возникают поры.

Латунь, как и медь, в основном сваривают ацетиленовым окислительным пламенем, при котором на поверхности ванны создается пленка тугоплавкого оксида цинка, уменьшающая дальнейшее выгорание и испарение цинка. Флюсы используют такие же, как и при сварке меди.

Они создают на поверхности ванны шлаки, которые связывают оксиды цинка и затрудняют выход паров из сварочной ванны. Латунь сваривают также в защитных газах и на контактных машинах.

Сварка бронзы. В большинстве случаев бронза – это литейный материал, поэтому

сварку применяют при исправлении дефектов или во время ремонта. Чаще всего применяют сварку металлическим электродом. Присадочным металлом является прутки того самого состава, что и основной металл, а флюсами или электродным покрытием – хлористые и фтористые соединения калия и натрия.

Сварка алюминия.

Основными факторами, затрудняющими сварку алюминия, является низкая температура его плавления (658°С), большая теплопроводность (примерно в 3 раза выше теплопроводности стали), образование тугоплавких оксидов алюминия, которые имеют температуру плавления 2050°С, поэтому технология плавки цветных металлов, таких как медь или бронза, не подходит для плавки алюминия. Кроме того, эти оксиды слабо реагируют как с кислыми, так и основными флюсами, поэтому плохо удаляются из шва.

Чаще всего используют газовую сварку алюминия ацетиленовым пламенем. В последние годы значительно распространилось также автоматическая дуговая сварка металлическими электродами под флюсом и в среде аргона.

При всех способах сварки, кроме аргонодуговой, применяют флюсы или электродные покрытия, в состав которых входят фтористые и хлористые соединения лития, калия, натрия и других элементов.

Как присадочный металл при всех способах сварки используют проволоку или стержни того же состава, что и основной металл.

Алюминий хорошо сваривается электронным лучом в вакууме, на контактных машинах, электрошлаковым и другими способами.

Сварка сплавов алюминия. Сплавы алюминия с магнием и цинком сваривают без

особых осложнений, так же как и алюминий. Исключением является дюралюминий – сплавы алюминия с медью. Эти сплавы термически упрочняются после закалки и следующего старения.

Когда температура плавки цветных металлов свыше 350°С в них происходит снижение прочности, которое не восстанавливается термической обработкой. Поэтому при сварке дюралюминия в зоне термического влияния прочность уменьшается на 40…50%.

Если дюралюминий сваривать в защитных газах, то такое снижение может быть восстановлено термической обработкой до 80…90% по отношению к прочности основного металла.

Сварка магниевых сплавов. При газовой сварке обязательно применяют фторидные флюсы, которые в отличие от хлоридных не вызывают коррозии сварных соединений.

Дуговая сварка магниевых сплавов металлическими электродами через низкое качество сварных швов до настоящего времени не применяется. При сварке магниевых сплавов наблюдается значительный рост зерна в около шовных участках и сильное развитие столбчатых кристаллов в сварном шве.

Поэтому предел прочности сварных соединений составляет 55…60% предела прочности основного металла.

Таблица 2. Физические свойства промышленных цветных металлов

Свойства Металл
Ве Mg А1 Тi Ni Сu
Атомный номер 4 12 13 22 28 3,29
Атомная масса 9,013 24,32 26,981 47,88 58,7 63,54
Густота

при температурте

20 °С, кг/м3

1847 1737 2698 4507 8897 8940
Температура плавления, °С 1287 650 660,24 1668 1455 1083
Температура кипения, °С 2450 1107 2520 3169 2822 2360
Атомный диаметр, нм 0,226 0,32 0,286 0,29 0,248 0,256
Скрытая теплота плавления, кДж/кг 1625 357 389,37 358,3 302 205
Скрытая теплота испарения,

кДж/кг

34395 5498 10885 9790 6376 6340
Удельная теплоемкость при температуре 20 °С, Дж/(кг.°С) 1826 1047,6 961,7 521 450 385
Удельная теплопроводность, 20 °С, Вт/(м—°С) 2930 167 221,5 21,9 88,5 387
Коэффициент линейного расширения при температуре 25 °С, 106°С—1 12 26 23,3 9,2 13,5 16,8
Удельное электросопротивление при температуре 20°С, мкОм—м 0,04 0,045 0,02767 0,58 0,0684 0,0172
Модуль нормальной упругости, ГПа 311,1 44,1 70,6 103 203 125
Модуль сдвига, ГПа 140 17,854 27 39,2 73 46,4
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: