W przemyśle metalurgicznym jednym z głównych obszarów jest odlewanie metali i ich stopów ze względu na taniość i względną prostotę procesu. Formy mogą być formowane w dowolnym kształcie o różnych wymiarach, od małych do dużych; Nadaje się zarówno do produkcji masowej, jak i indywidualnej.
Odlewanie jest jednym z najstarszych obszarów pracy z metalami i rozpoczyna się około epoki brązu: 7–3 tysiąclecia pne. e. Od tego czasu odkryto wiele materiałów, co doprowadziło do rozwoju technologii i zwiększenia wymagań dla odlewnictwa.
Obecnie istnieje wiele obszarów i rodzajów odlewów, które różnią się w procesie technologicznym. Jedno pozostaje niezmienione - fizyczna właściwość metali, które przechodzą z ciała stałego w ciecz, i ważne jest, aby wiedzieć, w jakiej temperaturze rozpoczyna się topienie różnych rodzajów metali i ich stopów.
Proces topienia metalu
Ten proces oznacza przejście substancji ze stanu stałego do ciekłego. Po osiągnięciu temperatury topnienia metal może być zarówno w stanie stałym, jak i ciekłym, dalszy wzrost doprowadzi do całkowitego przejścia materiału w ciecz.
To samo dzieje się po zestaleniu - po osiągnięciu limitu topnienia substancja zacznie przechodzić z cieczy w ciało stałe, a temperatura nie zmieni się, dopóki całkowicie się nie skrystalizuje.
Należy pamiętać, że ta zasada dotyczy tylko czystego metalu. Stopy nie mają wyraźnej granicy temperatury i zmieniają stan w pewnym zakresie :
- Solidus to linia temperatur, w której zaczyna się topić najbardziej topliwy składnik stopu.
- Liquidus to końcowa temperatura topnienia wszystkich składników, poniżej której zaczynają pojawiać się pierwsze kryształy stopu.
Niemożliwe jest dokładne zmierzenie temperatury topnienia takich substancji; przerwa numeryczna jest wskazywana przez punkt przejścia stanów.
W zależności od temperatury, w której rozpoczyna się topienie metali, zwykle dzieli się je na :
- Topliwy, do 600 ° C. Należą do nich cyna, cynk, ołów i inne.
- Średnie topienie, do 1600 ° C. Najpopularniejsze stopy i metale, takie jak złoto, srebro, miedź, żelazo, aluminium.
- Ogniotrwałe, powyżej 1600 ° C. Tytan, molibden, wolfram, chrom.
Istnieje również temperatura wrzenia - punkt, w którym stopiony metal osiąga przejście do stanu gazowego. Jest to bardzo wysoka temperatura, zwykle 2 razy wyższa od temperatury topnienia.
Efekt nacisku
Temperatura topnienia i równa temperatura krzepnięcia zależą od ciśnienia, zwiększając się wraz ze wzrostem. Wynika to z faktu, że wraz ze wzrostem ciśnienia atomy zbliżają się do siebie i aby zniszczyć sieć krystaliczną, muszą zostać usunięte. Przy podwyższonym ciśnieniu wymagana jest duża energia ruchu termicznego i rośnie odpowiednia temperatura topnienia.
Istnieją wyjątki, gdy temperatura niezbędna do przejścia do stanu ciekłego spada wraz ze wzrostem ciśnienia. Substancje te obejmują lód, bizmut, german i antymon.
Tabela temperatur topnienia
Ważne jest, aby każda osoba związana z przemysłem metalurgicznym, bez względu na to, czy jest to spawacz, huta, czy jubiler, wiedziała, w jakich temperaturach topią się materiały, z którymi pracuje. Poniższa tabela pokazuje temperatury topnienia najczęstszych substancji.
Tabela temperatur topnienia metali i stopów
| Tytuł | T pl, ° C |
|---|---|
| Aluminium | 660, 4 |
| Miedź | 1084, 5 |
| Cyna | 231, 9 |
| Cynk | 419, 5 |
| Wolfram | 3420 |
| Nikiel | 1455 |
| Srebrny | 960 |
| Złoto | 1064, 4 |
| Platyna | 1768 |
| Tytan | 1668 |
| Duraluminium | 650 |
| Stal węglowa | 1100–1500 |
| Żeliwo | 1110–1400 |
| Żelazko | 1539 |
| Rtęć | -38, 9 |
| Cupronickel | 1170 |
| Cyrkon | 3530 |
| Krzemu | 1414 |
| Nichrom | 1400 |
| Bizmut | 271, 4 |
| German | 938, 2 |
| Blacha biała | 1300–1500 |
| Brąz | 930–1140 |
| Kobalt | 1494 |
| Potas | 63 |
| Sodu | 93, 8 |
| Mosiądz | 1000 |
| Magnez | 650 |
| Mangan | 1246 |
| Chrome | 2130 |
| Molibden | 2890 |
| Ołów | 327, 4 |
| Beryl | 1287 |
| Wygra | 3150 |
| Fechral | 1460 |
| Antymon | 630, 6 |
| węglik tytanu | 3150 |
| węglik cyrkonu | 3530 |
| Gal | 29, 76 |
Oprócz stołu do topienia istnieje wiele innych materiałów pomocniczych. Na przykład odpowiedź na pytanie, jaka jest temperatura wrzenia żelaza, leży w tabeli wrzenia substancji. Oprócz wrzenia metale mają wiele innych właściwości fizycznych, takich jak wytrzymałość.
Wytrzymałość metalu
Oprócz zdolności przejścia z ciała stałego w ciecz, jedną z ważnych właściwości materiału jest jego wytrzymałość - zdolność ciała stałego do przeciwdziałania pękaniu i nieodwracalnym zmianom kształtu. Za główny wskaźnik wytrzymałości uważa się opór wynikający z pęknięcia wstępnie wygrzanej preformy. Pojęcie siły nie dotyczy rtęci, ponieważ jest ona w stanie ciekłym. Oznaczenie siły jest akceptowane w MPa - Mega Pascals.
Istnieją następujące grupy wytrzymałościowe metali :
- Kruche Ich odporność nie przekracza 50 MPa. Należą do nich cyna, ołów, miękkie metale alkaliczne
- Trwały, 50-500 MPa. Miedź, aluminium, żelazo, tytan. Materiały z tej grupy są podstawą wielu stopów strukturalnych.
- Wysoka wytrzymałość, ponad 500 MPa. Na przykład molibden i wolfram.
Metalowy stół wytrzymałościowy
| Metal | Odporność, MPa |
|---|---|
| Miedź | 200-250 |
| Srebrny | 150 |
| Cyna | 27 |
| Złoto | 120 |
| Ołów | 18 |
| Cynk | 120–140 |
| Magnez | 120-200 |
| Żelazko | 200–300 |
| Aluminium | 120 |
| Tytan | 580 |
Najczęstsze stopy w życiu codziennym
Jak widać z tabeli, temperatury topnienia pierwiastków różnią się znacznie, nawet w materiałach często spotykanych w życiu codziennym.
Zatem minimalna temperatura topnienia rtęci wynosi -38, 9 ° C, więc w temperaturze pokojowej jest już w stanie ciekłym. To tłumaczy fakt, że termometry domowe mają niższy znak -39 stopni Celsjusza: poniżej tego wskaźnika rtęć przechodzi w stan stały.
Lutowie, najczęściej stosowane w gospodarstwie domowym, zawierają znaczny procent cyny o temperaturze topnienia 231, 9 ° C, więc większość lutów topi się w temperaturze roboczej lutownicy wynoszącej 250–400 ° C.
Ponadto istnieją topliwe lutowie o niższej granicy topnienia, do 30 ° C, które są stosowane, gdy przegrzanie lutowanych materiałów jest niebezpieczne. Do tych celów istnieją lutowie z bizmutem, a topnienie tych materiałów wynosi od 29, 7 do 120 ° C.
Topienie materiałów wysokowęglowych, w zależności od składników stopowych, mieści się w zakresie od 1100 do 1500 ° C.
Temperatury topnienia metali i ich stopów mieszczą się w bardzo szerokim zakresie temperatur, od bardzo niskich temperatur (rtęć) do granicy kilku tysięcy stopni. Znajomość tych wskaźników, a także innych właściwości fizycznych, jest bardzo ważna dla osób pracujących w branży metalurgicznej. Na przykład znajomość temperatury topnienia złota i innych metali jest przydatna dla jubilerów, kółek i hut.