Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какую температуру плавления имеет алюминий

Алюминий

Алюминий

Алюминий – это пластичный и лёгкий металл белого цвета, покрытый серебристой матовой оксидной плёнкой. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Al (Aluminium) и находится в главной подгруппе III группы, третьего периода, под атомным номером 13. Купить алюминий вы можете на нашем сайте.

История открытия

В 16 веке знаменитый Парацельс сделал первый шаг к добыче алюминия. Из квасцов он выделил «квасцовую землю», которая содержала оксид неизвестного тогда металла. В 18 веке к этому эксперименту вернулся немецкий химик Андреас Маргграф. Оксид алюминия он назвал «alumina», что на латинском языке означает «вяжущий». На тот момент металл не пользовался популярностью, так как не был найден в чистом виде.
Долгие годы выделить чистый алюминий пытались английские, датские и немецкие учёные. В 1855 году в Париже на Всемирной выставке металл алюминий произвёл фурор. Из него делали только предметы роскоши и ювелирные украшения, так как металл был достаточно дорогим. В конце 19 века появился более современный и дешёвый метод получения алюминия. В 1911 году в Дюрене выпустили первую партию дюралюминия, названного в честь города. В 1919 из этого материала был создан первый самолёт.

Физические свойства

Металл алюминий характеризуется высокой электропроводностью, теплопроводностью, стойкостью к коррозии и морозу, пластичностью. Он хорошо поддаётся штамповке, ковке, волочению, прокатке. Алюминий хорошо сваривается различными видами сварки. Важным свойством является малая плотность около 2,7 г/см³. Температура плавления составляет около 660°С.
Механические, физико-химические и технологические свойства алюминия зависят от наличия и количества примесей, которые ухудшают свойства чистого металла. Основные естественные примеси – это кремний, железо, цинк, титан и медь.

По степени очистки различают алюминий высокой и технической чистоты. Практическое различие заключается в отличии коррозионной устойчивости к некоторым средам. Чем чище металл, тем он дороже. Технический алюминий используется для изготовления сплавов, проката и кабельно-проводниковой продукции. Металл высокой чистоты применяют в специальных целях.
По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью. Длительный отжиг улучшает электропроводность, а нагартовка ухудшает.

Теплопроводность алюминия повышается с увеличением чистоты металла. Примеси марганца, магния и меди снижают это свойство. По показателю теплопроводности алюминий проигрывает только меди и серебру. Благодаря этому свойству металл применяется в теплообменниках и радиаторах охлаждения.
Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Чем выше степень чистоты алюминия, тем больше он способен отражать свет от поверхности. Металл хорошо полируется и анодируется.

Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой.

Химические свойства

Алюминий — это достаточно активный амфотерный металл. При обычных условиях прочная оксидная плёнка определяет его стойкость. Если разрушить оксидную плёнку, алюминий выступает как активный металл-восстановитель. В мелкораздробленном состоянии и при высокой температуре металл взаимодействует с кислородом. При нагревании происходят реакции с серой, фосфором, азотом, углеродом, йодом. При обычных условиях металл взаимодействует с хлором и бромом. С водородом реакции не происходит. С металлами алюминий образует сплавы, содержащие интерметаллические соединения – алюминиды.

При условии очищения от оксидной пленки, происходит энергичное взаимодействие с водой. Легко протекают реакции с разбавленными кислотами. Реакции с концентрированной азотной и серной кислотой происходят при нагревании. Алюминий легко реагирует со щелочами. Практическое применение в металлургии нашло свойство восстанавливать металлы из оксидов и солей – реакции алюминотермии.

Получение

Алюминий находится на первом месте среди металлов и на третьем среди всех элементов по распространённости в земной коре. Приблизительно 8% массы земной коры составляет именно этот металл. Алюминий содержится в тканях животных и растений в качестве микроэлемента. В природе он встречается в связанном виде в форме горных пород, минералов. Каменная оболочка земли, находящаяся в основе континентов, формируется именно алюмосиликатами и силикатами.

Алюмосиликаты – это минералы, образовавшиеся в результате вулканических процессов в соответствующих условиях высоких температур. При разрушении алюмосиликатов первичного происхождения (полевые шпаты) сформировались разнообразные вторичные породы с более высоким содержанием алюминия (алуниты, каолины, бокситы, нефелины). В состав вторичных пород алюминий входит в виде гидроокисей или гидросиликатов. Однако не каждая алюминийсодержащая порода может быть сырьём для глинозёма – продукта, из которого при помощи метода электролиза получают алюминий.

Наиболее часто алюминий получают из бокситов. Залежи этого минерала распространены в странах тропического и субтропического пояса. В России также применяются нефелиновые руды, месторождения которых располагаются в Кемеровской области и на Кольском полуострове. При добыче алюминия из нефелинов попутно также получают поташ, кальцинированную соду, цемент и удобрения.

В бокситах содержится 40-60% глинозёма. Также в составе имеются оксид железа, диоксид титана, кремнезём. Для выделения чистого глинозёма используют процесс Байера. В автоклаве руду нагревают с едким натром, охлаждают, отделяют от жидкости «красный шлам» (твёрдый осадок). После осаждают гидроокись алюминия из полученного раствора и прокаливают её для получения чистого глинозёма. Глинозём должен соответствовать высоким стандартам по чистоте и размеру частиц.

Из добытой и обогащённой руды извлекают глинозём (оксид алюминия). Затем методом электролиза глинозём превращают в алюминий. Заключительным этапом является восстановление процессом Холла-Эру. Процесс заключается в следующем: при электролизе раствора глинозёма в расплавленном криолите происходит выделение алюминия. Катодом служит дно электролизной ванны, а анодом – угольные бруски, находящиеся в криолите. Расплавленный алюминий осаждается под раствором криолита с 3-5% глинозёма. Температура процесса поднимается до 950°С, что намного превышает температуру плавления самого алюминия (660°С). Глубокую очистку алюминия проводят зонной плавкой или дистилляцией его через субфторид.

Применение

Алюминий применяется в металлургии в качестве основы для сплавов (дуралюмин, силумин) и легирующего элемента (сплавы на основе меди, железа, магния, никеля). Сплавы алюминия используются в быту, в архитектуре и строительстве, в судостроении и автомобилестроении, а также в космической и авиационной технике. Алюминий применяется при производстве взрывчатых веществ. Анодированный алюминий (покрытый окрашенными плёнками из оксида алюминия) применяют для изготовления бижутерии. Также металл используется в электротехнике.

Читайте так же:
Как щипать гусей в домашних условиях видео

Рассмотрим, как используют различные изделия из алюминия.

Алюминиевая лента представляет собой тонкую алюминиевую полосу толщиной 0,3-2 мм, шириной 50-1250 мм, которая поставляется в рулонах. Используется лента в пищевой, лёгкой, холодильной промышленности для изготовления охлаждающих элементов и радиаторов.

Круглая алюминиевая проволока применяется для изготовления кабелей и проводов для электротехнических целей, а прямоугольная для обмоточных проводов.

Алюминиевые трубы отличаются долговечностью и стойкостью в условиях сельских и городских промышленных районов. Применяются они в отделочных работах, дорожном строительстве, конструкции автомобилей, самолётов и судов, производстве радиаторов, трубопроводов и бензобаков, монтаже систем отопления, магистральных трубопроводов, газопроводов, водопроводов.

Алюминиевые втулки характеризуются простотой в обработке, монтаже и эксплуатации. Используются они для концевого соединения металлических тросов.

Алюминиевый круг — это сплошной профиль круглого сечения. Используется это изделие для изготовления различных конструкций.

Алюминиевый пруток применяется для изготовления гаек, болтов, валов, крепежных элементов и шпинделей.
Около 3 мг алюминия каждый день поступает в организм человека с продуктами питания. Больше всего металла в овсянке, горохе, пшенице, рисе. Учёными установлено, что он способствует процессам регенерации, стимулирует развитие и рост тканей, оказывает влияние на активность пищеварительных желёз и ферментов.

При использовании алюминиевой посуды в быту необходимо помнить, что хранить и нагревать в ней можно исключительно нейтральные жидкости. Если же в такой посуде готовить, к примеру, кислые щи, то алюминий поступит в еду, и она будет иметь неприятный «металлический» привкус.

Алюминий входит в состав лекарственных препаратов, используемых при заболеваниях почек и желудочно-кишечного тракта.

Плавление

Плавление

Развивать культуру общения и культуру ответа на вопрос; развивать познавательный интерес; физическое представление окружающего нас мира; повышать познавательную активность у учащихся.

Воспитательные :

Воспитывать трудолюбие, ответственность за принятое решение.

Цели педагога : способствовать развитию навыков решения задач и упражнений, развивать логическое мышление.

Цели ученика : развитие умения применять полученные знания для решения задач и упражнений.

Регулятивные : определять цель, тему урока, проблему, планировать деятельность, осуществлять самоконтроль, оценивать степень и способы достижения цели.

Коммуникативные : работать по обсуждению информации, планировать сотрудничество с учителем, групповая работа по обсуждению информации.

Личностные : нравственно-этическое оценивание. Умение адекватно оценивать себя и других.

Предметные: уметь отвечать на вопросы и решать задачи по данной теме.

Метапредметные : умение выдвигать гипотезы, предположения, видеть различные способы решения задачи.

Личностные : умение правильно излагать свои мысли, понимать смысл поставленной задачи.

1. Организационный момент – 2мин

2. Актуализация знаний и изучение нового материала — 18мин

3. Закрепление – 10мин

4. Итоги урока и выставление оценок – 10мин

5. Домашнее задание – 3мин

6. Рефлексия – 2 мин

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний и изучение нового материала

Учитель: Только у воды, но и у любого другого вещества есть три состояния. Как называют эти состояния?

Ученики: Их называют агрегатными состояниями.

Происходить игра с картинками, на которых изображены физические величины.

Во время показа картинки с изображением λ(удельной теплоты плавления):

Учитель: а что изображено на этой картинке?

Ученики: удельной теплоты плавления.

Учитель: давайте скажем, а что такое плавление?

Ученики: процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое.

Учитель: верно! Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением.

Учитель: молодцы. Рассмотрим процесс плавления с помощью фрагмента. Ваша задача – обратить внимание, меняется ли температура в течение этого процесса.

Ученики: Температура в процессе плавления не меняется.

Учитель: А что же такое температура плавления давайте найдем в учебниках на стр.146?

Ученики: Температура, при которой вещество плавится называется температура плавления.

Учитель: Верно. А как вы думаете, возможен ли обратный переход вещества из жидкого состояния в твердое?

Ученики: да.

Учитель: Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется отвердеванием, или кристаллизацией (записали)

Учитель: Рассмотрим и этот процесс с помощью видео. Менялась ли температура в течение всего процесса отвердевания?

Ученики: Температура в процессе отвердевания не менялась.

Учитель: Запомним, что в процессе плавления и отвердевания температура вещества не меняется. Значит, температура плавления – это температура, выше которой вещество в твердом состоянии находиться не может. Посмотрите в таблице температур, которая у вас на столах и ответьте мне на вопросы:

1)Какое из веществ, указанных в таблице, имеет наиболее высокую температуру плавления? (Вольфрам)

2)Какая температура плавления алюминия? (660)

3)Какая температура плавления меди? (1083)

4)Можно ли в алюминиевом сосуде расплавить медь? (нет)

5) Какие металлы можно расплавить в медном сосуде? (железо, платина, чугун)

6)В каком состоянии( твердом или жидком) находится серебро и вольфрам при температуре 1000°С?( серебро – жидкое, вольфрам – твердое).

Откроем свои учебники на стр146 и рассмотрим графики. Первый график характерен для плавления или кристаллизации?

Ученики: плавление, а второй для кристаллизации.

Учитель: С помощью графика (слайд 7) рассмотрим процесс перехода льда из твердого состояния в жидкое.
Наблюдение за процессом началось с того момента, когда температура льда была –20 о С. При дальнейшем нагревании температура льда росла до тех пор, пока не достигла 0 о С. В этот момент лед начал плавиться, а его температура перестала расти. В течение всего времени плавления температура льда не менялась, хотя ему продолжали сообщать энергию.
При достижении 20 о С веществу перестали сообщать энергию: вода стала охлаждаться, и при 0 о С начался процесс кристаллизации воды. В течение всего времени отвердевания температура вещества снова не менялась. Также из графика видно, что температура плавления равна температуре кристаллизации.

Ребята, существует такая легенда:

Молодой бизнесмен купил по низкой цене в Африке контейнер ртутных термометров и решил получить большие деньги, продав эти термометры в Норильске, где, как он слышал, очень нуждаются зимой в термометрах для каждодневного определения температуры наружного воздуха. Приехав в Норильск, он получил контейнер и решил в течение недели распродать все ртутные термометры по организациям.

Читайте так же:
Как подсоединить старый телевизор к цифровой приставке

Как вы думаете, получил он деньги?

Ученики: говорят свои варианты.

Учитель: когда он распечатал содержимое контейнера, он обнаружил, что практически разорен. Температура в Норильске была в этот зимний день минус 45 градусов.

Он обнаружил, что ртутные термометры всего контейнера лопнули.

Как вы думаете почему?

Ученики: (если ученикам тяжело дать ответ на вопрос учитель дает подсказку используя таблицу) Ртуть при минус 39 градусах замерзла и стеклянные трубочки с замерзшей ртутью лопнули.

Учитель: а из какой жидкости тогда можно сделать термометр для таких низких температур?

Ученики: спирт.

Учитель: Изучая плавление различных веществ одной и той же массы, можно заметить, что для превращения их в жидкость требуется разное количество теплоты. Например, для того чтобы расплавить 1 кг льда, взятого при температуре 0 градусов, нужно затратить 333 кДж энергии. А для того чтобы расплавить брусок из свинца массой 1 кг сколько нужно затратить энергии? Давайте посмотрим в таблицу.

3. Закрепление

1. Учитель: Давайте посмотрим на листики которые у вас на столах.

На рисунке изображен график изменения температуры нафталина.

а) Какому состоянию нафталина соответствует отрезок графика ВС?(нагревания)

б) Сколько продолжалось нагревания жидкого нафталина? (3минуты)

в) До какой температуры нагрели нафталин?(110градусов)

2. Посмотрим на второй рисунок. На нем изображен график изменения температуры олова.

а) Как изменяется температура олова на участках АВ, ВС и СD?( повышалась, не менялась, повышалась)

б) Какому состоянию олова соответствует отрезок графика ВС?(плавление олова)

3 . У вас на листах написано условие задачи, решим ее

Какое количество теплоты необходимо для плавления 0,8кг алюминия, взятого при температуре плавления ?

m – масса = 0,8 кг

λ – удельная теплота
плавления алюминия =
= 391 кДж/кг= 391 000 Дж/кг.

Из таблицы, в которой указаны температуры плавления разных веществ, видим, что температура плавления алюминия равна 660 °С. Значит, алюминий взят при температуре плавления, поэтому задача решается в одно действие:

Q = λ · m = 391 Дж/кг · 0,8 кг =

Ответ: Q = 135 000 Дж тепла.

4. решим задачи. Условия задач на листике. (для проверки пометятся тетрадками.)

4. Итоги урока

– Что вы сегодня изучали на уроке?

— Какую новую физическую величину изучили?

— Какие единицы измерения удельной теплоты плавления вещества?

— Какую новую формулу сегодня изучили?

— Давайте посмотрим в наши стаканчики. Что там изменилось с начала урока?

— Что же называется плавлением?

-Какая температура плавления льда?

— Что это такое? (демонстрация парафина)

— Какая температура плавления парафина?

-Если температура парафина будет 15 градусов, в каком он будет агрегатном состоянии?

— Если температура парафина будет 48 градусов, в каком он будет агрегатном состоянии?

– Выставление оценок за работу на уроке

5.Домашнее задание

§33 прочитать, ответить на вопросы на стр.147

Задача: Какое количество теплоты необходимо для плавления 7 кг меди, взятой при температуре плавления? Начертите график зависимости температуры меди от времени .

*Дополнительное задание : Используя полученные знания на уроке создайте кроссворд.

Физические параметры алюминия и температура плавления.

Температура плавления алюминия характеризует градиент перехода в жидкое состояние и определяет физические параметры химического элемента. Свойства металла позволяют применять его в различных отраслях промышленного производства, а способность образовывать устойчивые соединения значительно расширяет сферы его использования.

Свойства алюминия.

Способность переходить из твердого в жидкое состояние определяет физические свойства металла.

Общая информация о процессе

В твёрдом состоянии кристаллическая решётка металла состоит из зёрен, пространственно ориентированных произвольным образом (подобные структуры именуются поликристаллическими).

В процессе плавления объём металла увеличивается. У химически чистых, он происходит быстро и при определённых температурах. Пример. Фактическая температура плавления Al (t):

  • сверхчистого, с процентным содержанием Al 99,996%, равняется 660,37°С;
  • при снижении доли чистого металла до 99,5, t=657°С;
  • при 99,0%, t=643°С.

Резкое увеличение объёма происходит под воздействием определённого тепла, инициирующего плавление. Данная величина именуется скрытой теплотой.

Последнее способствует тому, что исходная кристаллическая структура материала теряет упорядоченность и плотность. Процесс обратим (охлаждение/нагревание).

Инструкция по плавке алюминия в бытовых условиях Плавка алюминия Сплавы алюминия. пищевой листовой алюминий

Подробности

Технологический процесс — инструкция видео

Для разогрева металла используется тугоплавкая емкость (тигель). Изделия применяются из таких материалов, как сталь, фарфор, корунд, чугун. В домашних условиях используется емкость, сделанная из широкой железной трубы или готовый тигель. Для ее изготовления нужна только болгарка и сварочный аппарат. Объем тигеля может быть разным и выбирается индивидуально, прогревается он равномерно. Металл должен быть измельчен и плавится он в ходе теплопередачи.
Температура плавления должна быть уменьшена перед термообработкой для того, чтобы состояние металла изменялось быстрее. Для этого его измельчают на мелкие детали. Часто после этого происходит окисление или воспламенение. Образуется оксид алюминия, который меняет свое состояние при более высоких температурах. Данное вещество удаляется после переплавки металла вместе с остальными шлаками.

СПРАВКА! Во время плавки алюминия дома нужно избегать попадания в тигель жидкости. Это обусловлено тем, что испарение воды может стать причиной взрыва. Поэтому перед тем, как опускать металл в тигель, нужно убедиться в его абсолютной сухости.

В основном плавят проволоку из алюминия. Для этого ее разделяют ножницами на кусочки, а потом сдавливается пассатижами. С помощью данного способа предотвращается воздействие на металл кислорода. Если вы не планируете получение деталей высокого качества, то измельчать сырье не обязательно.

Технология литья при необходимости получения расплавленного алюминия в домашних условиях придется смоделировать самостоятельно. Материал нужно сначала очистить от грязи, шлаков и примесей. Большие заготовки необходимо разделить на несколько небольших. Отливку совершают по инструкции, для плавки применяют наиболее удобный вариант. С поверхности текучего вещества нужно удалить шлак. Расплавленный алюминий наливают в форму, которую после застывания металла нужно разбить.

Используемые источники тепла

Для того, чтобы переплавить алюминий в бытовых условиях, можно применять:

  1. Плавка алюминия в муфельной печи, которая может быть сделана самостоятельно. Этот способ очень эффективен и позволяет быстро перевести металл в жидкую форму.
  2. Паяльную лампу. С ее помощью можно расплавить небольшие количества алюминия.
  3. Газовый резак — используется редко.
Читайте так же:
Какова цвета фаза и ноль

Очаг делается из кирпичей, из металлической емкости делается каркас. С одной стороны с помощью сверла делается отверстие для подачи кислорода. К трубке из металла присоединяется фен, пылесос или другой подобный прибор. Тигель ставят в очаг после разведения костра. Для лучшей термообработки угли можно выложить еще и по бокам. Чтобы не потерять тепло, можно сделать крышку, оставив отверстие для выхода дыма. Делать печь не стоит, если металл необходимо расплавить всего один раз.

Плавка алюминия на газовой плите также имеет место быть. Обычная газовая плита способна раскалить металл до необходимой температуры. Маленькие кусочки алюминия расплавятся где-то за полчаса.

В качестве тигеля обычно используется жестяная банка. Банку ставят в другую банку так, чтобы зазор между ними двумя составлял около одного сантиметра. Это нужно для равномерного распределения температуры. В той банке, которая побольше, нужно проделать несколько отверстий для обеспечения доступа огня. Диаметр этих отверстий должен быть 3-4 см в диаметре. При этом рассекатель на конфорке можно не убирать. Таким способом можно добиться равномерного нагрева банки с алюминием. Банку, которая больше, накрывают крышкой, чтобы тепло не выходило.

Изготовление формы для отливки — инструкция

Если вам нужно сделать что-то простое, то изготовление специальной формы не потребуется, металл можно вылить на стальной лист.

Если же изделие будет более сложным, то нужна форма, которую можно сделать из следующих материалов:

  • — глина;
  • — гипс;
  • — жидкое стекло;
  • — песок;
  • — каменноугольный пепел.

Заливать сплав в форму можно двумя способами — открытым и закрытым.

Открытый — простой способ. Металл, который расплавили, переливают в обыкновенную емкость, чашку, консервную банку и так далее. После остывания сплава, болванку вынимают из емкости. Если неважно, какая форма будет у металлического предмета, алюминий оставляют на прочной поверхности.

Формировочные элементы используются для сложной отливки, когда изделие должно соответствовать указанным параметрам. При открытой заливки часто используется кремнезем. Предмет сделан из двух емкостей, в которых находится утрамбованная земля. Части кремнезема сжимаются, а между ними кладется макет для отливки. Таким образом получают четкий отпечаток нужной детали. Макет убирается, а в форму заливают раскаленный алюминий. При закрытом методе отливки берут речной песок и смешивают его с жидким стеклом.

Для одноразового литья можно пользоваться гипсом. Макеты делают из пенопласта или парафина.

ВАЖНО! Использование этих материалов возможно только на открытом пространстве с хорошим доступом воздуха.

Пенопласт не вынимается из твердого гипса, заполняется расплавленным алюминием. Продукты его горения наносят вред для здоровья человека.

Температура плавления, именуемая равновесной

Любые химически чистые металлы, включая алюминий, имеют температурную характеристику, именуемую «точка плавления». Материалы, достигая её, становятся жидкими. Для незначительных объёмов образцов алюминия переход в иное агрегатное состояние происходит настолько быстро (в плане изменения температурного режима), что измерить его можно с точностью до 0,1°С.

Обратная процедура, предусматривающая переход в твёрдое состояние, происходит при достижении «точки затвердевания». При равновесных условиях, при чисто теоретическом допущении, её значение равно температуре плавления. Фактически между этими значениями существуют незначительные разбросы.

Оксид алюминия Al2O3

Оксид алюминия Al2O3, называемый также глиноземом, встречается в природе в кристаллическом виде, образуя минерал корунд. Корунд обладает очень высокой твердостью. Его прозрачные кристаллы, окрашенные в красный или синий цвет, представляют собой драгоценные камни — рубин и сапфир. В настоящее время рубины получают искусственно, сплавляя с глиноземом в электрической печи. Они используются не столько для украшений, сколько для технических целей, например, для изготовления деталей точных приборов, камней в часах и т.п. Кристаллы рубинов, содержащих малую примесь Cr2O3, применяют а качестве квантовых генераторов — лазеров, создающих направленный пучек монохроматического излучения.

Корунд и его мелкозернистая разновидность, содержащая большое количество примесей — наждак, применяются как абразивные материалы.

Температуры начала и завершения плавления

Эти две величины также необходимо учитывать при рассмотрении вопроса плавления металлов:

  • первая, «солидус» (твёрдый) – это значение температуры, по достижению которой начинается процесс плавления;
  • вторая, «ликвидус» (жидкий) – обозначает показатель, достижение которого приводит к завершению плавления.

Сплавы на основе алюминия, начинают кристаллизоваться при достижении значения, именуемого «ликвидус». Заканчивается отверждение при достижении «солидус». Между этими значениями металл находится в кашицеобразном состоянии.

Меры предосторожности

Для работы с расплавленным алюминием необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты. Все открытые участки тела, руки, лицо должны быть защищены.

СПРАВКА! Лучше всего пользоваться перчатками сварщика, они выдерживают температуру более 600 0С. Это средство защиты является самым основным, так как возможность попадания расплавленного металла на руки очень высока.

Также лучше пользоваться очками и маской во избежание попадания раскаленных элементов на лицо и в глаза. Для защиты всего тела можно найти костюм металлурга, имеющим высокую огнестойкость. При очистке алюминия сварочных флюсом используется химический респиратор.

Особенности плавления силумина

Различные сплавы, имеющие широкий температурный интервал между величинами ликвидус (солидус), именуются эвтектическими. Пример. E cплавов на основе Al, в составе которых 12,5 % Si, этот диапазон сокращён до точки плавления. Именно эта температурное значение будет называться эвтектическим. Данный сплав относится к группе силуминов, обладающих литейными свойствами. Её величина составляет 577°С.

Рост процентного содержания Si приводит к снижению величины «ликвидус» от max (значение для чистого Al составляет 660°C) с величиной «солидуса» (577°С).

Среди иных легирующих материалов следует упомянуть Mg. Эвтектической температуры в 450°С можно достичь при его содержании в 18,9%. Для Gu эта температура равна 548°С. Для Mn, 658°С.

Большинство сплавов содержит три и более легирующих элемента. Поэтому рассмотренные температуры могут быть ещё ниже.

Процесс плавления алюминия (его сплавов), весьма сложный технологический процесс. Для получения требуемого результата следует учитывать значительное количество внешних факторов, включая различные температурные характеристики.

Применение металла в промышленном производстве

В естественных условиях алюминий имеет свойство образовывать тонкую оксидную пленку, что предотвращает реакции с водой и азотной кислотой (без нагрева). При разрушении пленки в результате контакта со щелочами химический элемент выступает в качестве восстановителя.

Читайте так же:
Как растворить монтажную пену

С целью предотвращения образования оксидной пленки в сплав добавляют другие металлы (галлий, олово, индий). Металл практически не подвергается коррозионным процессам. Он является востребованным материалом в различных отраслях промышленности.

Применение алюминия

Алюминий и его сплавы очень востребованы в различных сферах жизни человека.

Температура плавления нержавеющей стали и чугуна. Температура кипения и плавления металлов. Температура плавления стали

Прежде, чем говорить о температуре плавления нержавеющей стали, стоит отметить, что эта физическая характеристика важна для литейщиков, сварщиков, производителей марочной нержавеющей стали.

При металлообработке оперируют другими понятиями, например, точка эвтектики (равновесия жидкой и твердой фазы), точка пластичности (t, при которой сплав обретает мягкость, податливость).

Общее описание процесса

Чтобы понять, при какой температуре плавится сталь, нужно рассмотреть этот процесс более детально. Расплавление происходит при нагревании. Нагревать материал можно как снаружи, так и изнутри. Внешний нагрев осуществляется в термических печах. Для того чтобы расплавить сплав изнутри, используется резистивный нагрев. Принцип резистивного нагрева заключается в электросопротивлении, которым обладают любые материалы.

Вне зависимости от типа термического воздействия, в материалах происходят одинаковые изменения. За счет нагревания тепловые колебания молекул усиливаются, что приводит к структурным дефектам решетки. Такие изменения способствуют разрыву межатомных связей, в результате чего сплав переходит в жидкое состояние.

Типы сплавов

В зависимости от интенсивности нагрева, требуемого для перехода металла из одного состояния в другое, сплавы разделяют на несколько видов.

Легкоплавкие. Их обработка может производиться даже без специального оборудования. Температура плавления стали в градусах Цельсия составляет 600. К числу легкоплавких металлов относятся свинец, олово и цинк.

Особого внимания заслуживает ртуть, способная переходить в жидкое состояние при -39°С.

Среднеплавкие. Температура плавления сталей находится в пределах 600°С-1600°С. К этой категории относятся алюминий, медь, олово, некоторые виды нержавейки и различные сплавы с небольшим содержанием хрома. Среднеплавкие соединения получили наибольшее распространение в промышленности и в быту.

Тугоплавкие. Соединения, входящие в данную категорию, способны переходить из твердого состояния в жидкое при нагреве свыше 1600°С. Это высоколегированные металлы, в состав которых входят вольфрам, титан и хром. Благодаря этим добавкам металл приобретает повышенную прочность, устойчивость к коррозии и химическим воздействиям. В частности, к тугоплавким сплавам относится нержавейка.

При наиболее низких температурных показателях плавятся щелочные металлы. Соответственно, для перехода в жидкое состояние не щелочных металлов температурный диапазон значительно увеличивается.

Градус кипения

В процессе нагрева материала важно не достичь его кипения, при котором из жидкого состояния он переходит в газообразное. Поэтому градус кипения является не менее важным технологическим показателем.

Градус кипения, как правило, вдвое выше градуса, при котором материалы расплавляются, и определяется при нормальном атмосферном давлении. При увеличении давления увеличивается и интенсивность нагрева. При уменьшении давления показатели уменьшаются.

Особенности углеродистой стали

Углеродистые соединения являются основным видом продукции, производимой на металлургических комбинатах. Кроме железа, в их состав входит углерод. Его концентрация не должна превышать 2,14%. В них присутствует небольшое количество примесей и легирующих компонентов в виде марганца, кремния и магния. Такие добавки позволяют улучшить их физические и химические показатели.

В зависимости от концентрации углерода углеродистые соединения делятся на следующие виды:

  • низкоуглеродистые (содержание углерода не превышает 0,29%);
  • среднеуглеродистые (до 0,6%);
  • высокоуглеродистые (более 0,6%).

Углеродистые соединения используются в различных промышленных отраслях. В зависимости от сферы применения в них добавляются легирующие компоненты, позволяющие достичь специфических свойств, включая жаропрочность, коррозийную стойкость и пр. По этим критериям они подразделяются на следующие категории:

Таблица температур плавления

Узнать какая нужна температура для плавления металлов, поможет таблица по возрастанию температурных показателей.

Элемент или соединениеНеобходимый температурный режим
Литий+18°С
Калий+63,6°С
Индий+156,6°С
Олово+232°С
Таллий+304°С
Кадмий+321°С
Свинец+327°С
Цинк+420°С

Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов.

Элемент либо сплавТемпературный режим
Магний+650°С
Алюминий+660°С
Барий+727°С
Серебро+960°С
Золото+1063°С
Марганец+1246°С
Медь+1083°С
Никель+1455°С
Кобальт+1495°С
Железо+1539°С
Дюрали+650°С
Латуни+950…1050°С
Чугун+1100…1300°С
Углеродистые стали+1300…1500°С
Нихром+1400°С

Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов.

Наименование элементаТемпературный режим
Титан+1680°С
Платина+1769,3°С
Хром+1907°С
Цирконий+1855°С
Ванадий+1910°С
Иридий+2447°С
Молибден+2623°С
Тантал+3017°С
Вольфрам+3420°С

Классификация металлов

Человеку давно известны температуры плавления металлов и сплавов. Благодаря этим данным их можно разделить на три больших группы:

  1. Легкоплавкие металлы — плавятся до 600 градусов по Цельсию. К ним относятся олово, цинк, свинец.
  2. Среднеплавкие — плавятся в диапазоне 600–1600 градусов по Цельсию. Наиболее обширная группа, в которую входят все возможные сплавы, однородные материалы.
  3. Тугоплавкие — расплавляются при 1600 градусов по Цельсию. К ним относится титан, хром, молибден, вольфрам.

Чтобы узнать более точную информацию, можно изучить таблицу температур плавления металлов. Найти ее можно в интернете или специальных справочниках для литейщиков. Теплота плавления сплавов зависит от количества примесей, содержащихся в составе.

Что такое температура плавления

Каждый металл имеет неповторимые свойства, и в этот список входит температура плавления. При плавке металл уходит из одного состояния в другое, а именно из твёрдого превращается в жидкое. Чтобы сплавить металл, нужно приблизить к нему тепло и нагреть до необходимой температуры – этот процесс и называется температурой плавления. В момент, когда температура доходит до нужной отметки, он ещё может пребывать в твёрдом состоянии. Если продолжать воздействие – металл или сплав начнет плавиться.

Плавление и кипение – это не одно и то же. Точкой перехода вещества из твердого состояния в жидкое, зачастую называют температуру плавления металла. В расплавленном состоянии у молекул нет определенного расположения, но притяжение сдерживает их рядом, в жидком виде кристаллическое тело оставляет объем, но форма теряется.

При кипении объем теряется, молекулы между собой очень слабо взаимодействуют, движутся хаотично в разных направлениях, совершают отрыв от поверхности. Температура кипения – это процесс, при котором давление металлического пара приравнивается к давлению внешней среды.

Читайте так же:
Как работает пожарная машина

Для того, чтобы упростить разницу между критическими точками нагрева мы подготовили для вас простую таблицу:

СвойствоТемпература плавкиТемпература кипения
Физическое состояниеСплав переходит в расплав, разрушается кристаллическая структура, проходит зернистостьПереходит в состояние газа, некоторые молекулы могут улетать за пределы расплава
Фазовый переходРавновесие между твердым состоянием и жидкимРавновесие давления между парами металла и воздухом
Влияние внешнего давленияНет измененийИзменения есть, температура уменьшается при разряжении

Принцип расчета

Раньше, чтобы рассчитать температуру плавления металла использовали формулу Линдемана. Однако из-за низкой точности конечных расчетов, она не получила большой популярности среди литейщиков. В 1999 году, И.В. Гаврилин предложил новую систему расчета температуры кипения и плавления:

Тпл = DHпл / 1,5 N0 k,

  1. Тпл — температура плавления.
  2. DHпл — обозначает скрытую температуру плавления.
  3. N0 — обозначение скрытой теплоты плавки.
  4. k — Обозначение константы Больцмана.

При какой температуре плавится

Металлические элементы, какими бы они ни были — плавятся почти один в один. Этот процесс происходит при нагреве. Оно может быть, как внешнее, так и внутреннее. Первое проходит в печи, а для второго используют резистивный нагрев, пропуская электричество либо индукционный нагрев. Воздействие выходит практически схожее. При нагреве, увеличивается амплитуда колебаний молекул. Образуются структурные дефекты решётки, которые сопровождаются обрывом межатомных связей. Под процессом разрушения решётки и скоплением подобных дефектов и подразумевается плавление.

У разных веществ разные температуры плавления. Теоретически, металлы делят на:

  1. Легкоплавкие – достаточно температуры до 600 градусов Цельсия, для получения жидкого вещества.
  2. Среднеплавкие – необходима температура от 600 до 1600 ⁰С.
  3. Тугоплавкие – это металлы, для плавления которых требуется температура выше 1600 ⁰С.

Плавление железа

Температура плавления железа достаточно высока. Для технически чистого элемента требуется температура +1539 °C. В этом веществе имеется примесь — сера, а извлечь ее допустимо лишь в жидком виде.

Без примесей чистый материал можно получить при электролизе солей металла.

Плавление чугуна

Чугун – это лучший металл для плавки. Высокий показатель жидкотекучести и низкий показатель усадки дают возможность эффективнее пользоваться им при литье. Далее рассмотрим показатели температуры кипения чугуна в градусах Цельсия:

  • Серый — температурный режим может достигать отметки 1260 градусов. При заливке в формы температура может подниматься до 1400.
  • Белый — температура достигает отметки 1350 градусов. В формы заливается при показателе 1450.

Плавление стали

Сталь — это сплав железа с примесью углерода. Её главная польза — прочность, поскольку это вещество способно на протяжении длительного времени сохранять свой объем и форму. Связано это с тем, что частицы находятся в положении равновесия. Таким образом силы притяжения и отталкивания между частицами равны.

Плавление алюминия и меди

Температура плавления алюминия равна 660 градусам, это означает то, что расплавить его можно в домашних условиях.

Чистой меди – 1083 градусов, а для медных сплавов составляет от 930 до 1140 градусов.

От чего зависит температура плавления

Для разных веществ температура, при которой полностью перестраивается структура до жидкого состояния – разная. Если взять во внимание металлы и сплавы, то стоит подметить такие моменты:

  1. В чистом виде не часто можно встретить металлы. Температура напрямую зависит от его состава. В качестве примера укажем олово, к которому могут добавлять другие вещества (например, серебро). Примеси позволяют делать материал более либо менее устойчивым к нагреву.
  2. Бывают сплавы, которые благодаря своему химическому составу могут переходить в жидкое состояние при температуре свыше ста пятидесяти градусов. Также бывают сплавы, которые могут «держаться» при нагреве до трех тысяч градусов и выше. С учетом того, что при изменении кристаллической решетки меняются физические и механические качества, а условия эксплуатации могут определяться температурой нагрева. Стоит отметить, что точка плавления металла — важное свойство вещества. Пример этому – авиационное оборудование.

Термообработка, в большинстве случаев, почти не изменяет устойчивость к нагреву. Единственно верным способом увеличения устойчивости к нагреванию можно назвать внесение изменений в химический состав, для этого и проводят легирование стали.

Обработка стали для получения специальных свойств

Чтобы придавать материалу определённые свойства или изменять их, применяют легирующие элементы и различные виды обработки.
В качестве легирующих элементов выступают некоторые металлы. Ими могут быть хром, алюминий, никель, молибден и другие. Таким образом, добиваются определённых электрических, магнитных или механических свойств, а также коррозионной устойчивости. Так, нержавеющая сталь получается, если она была легирована хромом.

Изменяются свойства стали путём обработки:

  • термомеханической (ковка, прокатка);
  • термическая (отжиг, закалка);
  • химикотермической (азотирование, цементизация).

Термическая обработка имеет в своей основе свойство полиморфизма – при нагреве и охлаждении кристаллическая решётка способная менять своё строение. Это свойство характерно основе стали – железу, потому присуще и ей.

Разные виды элементов, которые могут присутствовать в стали

Углерод. С повышением процентного содержания в стали этого элемента увеличивается её прочность и твёрдость. Но идут потери в пластичности.

Сера. Эта примесь вредна, так как вместе с железом она образует сернистое железо. Из-за него в материале возникают трещины как следствие потери связей между зёрнами при обработке высокой температурой и под воздействием давления. Негативно наличие серы сказывается и на прочности стали, её пластичности, износостойкости, коррозийной стойкости.

Феррит. Это железо, которое обладает объемноцентрированной кристаллической решёткой. Характерно, что сплавы с его наличием выходят мягкими и обладают пластичной микроструктурой.

Фосфор. Если сера уменьшает прочность при высоких температурах, то фосфор придаёт стали хрупкости при температурах пониженных. Тем не менее есть группа сталей, в которой повышено содержание этого, казалось бы, вредного элемента. Изделия из такого металла очень легко поддаются резке.

Цементит, он же карбид железа. Его влияние противоположно к влиянию феррита. Сталь становится твёрдой и хрупкой.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector