Физични характеристики, състав и характеристики на металното желязо. Методи за топене на цветни метали: точка на топене, плътност и специфичен обем Температура на топене на метали в нарастващ ред

Таблицата показва точката на топене на металите t pl , тяхната точка на кипене t до при атмосферно налягане, плътност на металите ρ при 25°C и топлопроводимост λ при 27°C.

Точката на топене на металите, както и тяхната плътност и топлопроводимост са дадени в таблицата за следните метали: актиний Ac, сребро Ag, злато Au, барий Ba, берилий Be, калций Ca, кадмий Cd, кобалт Co, хром Cr , цезий Cs, галий Ga, хафний Hf, живак Hg, индий In, иридий Ir, калий K, литий Li, нептуний Np, осмий Os, протактиний Pa, олово Pb, паладий Pd, полоний Po, плутоний Pu, радий Ra, рубидий Pb, рений Re, родий Rh, рутений Ru, антимон Sb, стронций Sr, тантал Ta, технеций Tc, торий Th, талий Tl, уран U, ванадий V, цинк Zn, цирконий Zr.

Според таблицата може да се види, че точката на топене на металите варира в широк диапазон (от -38,83°C за волфрама до 3422°C). Метали като литий (18,05°C), цезий (28,44°C), рубидий (39,3°C) и други алкални метали имат ниска положителна точка на топене.

Най-огнеупорните метали са:хафний, иридий, молибден, ниобий, осмий, рений, рутений, тантал, технеций, волфрам. Точката на топене на тези метали е над 2000°C.

Да дадем примери за точка на топене на метали, широко използвани в индустрията и в ежедневието:

• точка на топене на алуминия 660,32 °C;
• точка на топене на медта 1084,62 °C;
• точка на топене на оловото 327,46 °C;
• точка на топене на златото 1064,18 °C;
• точка на топене на калай 231,93 °C;
• точката на топене на среброто е 961,78 °C;
• Точката на топене на живака е -38,83°C.

Рений Re има максималната точка на кипене от представените в таблицата метали - тя е 5596°C. Освен това металите, принадлежащи към групата с висока точка на топене, имат високи точки на кипене.

В таблицата той варира от 0,534 до 22,59, тоест най-лекият метал е , а най-тежкият метал е осмий. Трябва да се отбележи, че осмият има плътност, по-голяма дори от плутония при стайна температура.

Таблицата варира от 6,3 до 427 W/(m deg), като по този начин най-лошият проводник на топлина е метал като нептуний, а най-добрият топлопроводим метал е среброто.

Точка на топене на стоманата

Представена е таблица на стойностите на температурата на топене за обичайните марки стомана. Разглеждат се стомани за отливки, конструкционни, топлоустойчиви, въглеродни и други класове стомани.

Точката на топене на стоманата варира от 1350 до 1535°C. Стоманите в таблицата са подредени по нарастване на точката на топене.

източници:

1. Волков A.I., Zharsky I.M. Голям химически справочник. - М: Съветско училище, 2005. - 608 с.
2. Физични величини. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковски и др.; Изд. И. С. Григориева, Е. З. Мейлихова. - М.: Енергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

Точката на топене на желязото е важен показател за технологията на производство на метала и неговите сплави. При топене на суровини, физически и Химични свойстваруда и метал.

Най-често срещаният химичен елемент на Земята.

Физични и химични свойства на желязото

• Химическият елемент номер 26 е най-разпространен в слънчева система. Според изследвания съдържанието на желязо в ядрото на Земята е 79–85,5%. По отношение на изобилието в кората на планетата той е на второ място след алуминия.
• Металът в чист вид е бял със сребрист оттенък и се отличава със своята пластичност. Наличието на примеси определя неговите физически параметри. Желязото има склонност да реагира на магнит.
• За това химичен елементхарактеризиращ се с полиморфизъм, който възниква при нагряване. Повишени концентрации на метала се наблюдават в райони на скални изригвания. Промишлените находища се образуват в резултат на външни и вътрешни процеси, протичащи в земната кора.
• Речната вода съдържа около 2 mg/l метал, а тази в морската вода е 100–1000 пъти по-малко.
• Желязото има няколко степени на окисление, които определят неговите геохимични характеристики в определена среда. В неутралната си форма металът се намира в ядрото на Земята.
• Железният оксид е основната форма, открита в природата, а железният оксид се намира в най-горната част на земната кора като част от седиментни образувания.
• Съдържанието на химичен елемент No26 в минерали с нестабилен състав нараства с намаляване на температурния градиент. Кипенето настъпва при нагряване до + 2861 °C. Специфичната топлина на топене е 247,1 KJ/kg.

Добив на метали

Сред рудите, съдържащи желязо, суровината за промишлено производствоса:

• хематит;
• гьотит;
• магнетит.

Гьотитът и хидрогетитът образуват образувания в кората на изветряне с размери стотици метри. В шелфовата зона и езерата колоидните разтвори на минерали образуват оолити (бобови железни руди) в резултат на утаяване.

Пиритът и пиротитът, широко разпространени железни минерали в природата, се използват като суровини за производството на сярна киселина.

Често срещаните железни минерали също включват:

• сидерит;
• лелингит;
• марказит;
• илменит;
• е насилствен.

Минералът мелантерит, който представлява крехки зелени кристали със стъклен блясък, се използва във фармацевтичната индустрия за производството на желязосъдържащи препарати.

Основното находище на този метал се намира в Бразилия. Напоследък вниманието беше насочено към минни възли, присъстващи на морското дъно, които съдържат желязо и манган.

Топене на желязо

Какво определя точката на топене на желязото?

Производството на метал включва различни технологиидобиването му от рудни суровини. Най-разпространеният метод за топене на желязо е методът на доменната пещ.

Преди топенето на метала той се редуцира в пещ при температура +2000 °C. За извличане на примеси се добавя флюс, който се разлага при нагряване до оксид, последвано от комбиниране със силициев диоксид и образуване на шлака.

В допълнение към метода на доменната пещ, топенето на желязо се извършва чрез печене на натрошена руда с глина. Сместа се оформя на пелети и се обработва в пещ за редукция на водород. По-нататъшното топене на желязо се извършва в електрически пещи.

Производство на сплави в пещи.

Свойствата на метала зависят от чистотата на материала. За технически чистото желязо точката на топене е +1539 °C. Сярата е вреден примес. Може да се извлече само от течен разтвор. Химически чист материалполучени чрез електролиза на метални соли.

Метални сплави

В чистата си форма този материал е мек, така че към състава се добавя въглерод, за да се увеличи здравината.

В металургията железните сплави се наричат ​​черни метали.

В зависимост от компонентите на сплавта свойствата на материалите се променят. Точката на топене на желязото също се променя в присъствието на компоненти на сплавта.

Специфичната топлина на топене на стоманата е 84 kJ. Този индикатор означава, че при температурата на топене на стоманата са необходими 84 kJ енергия за прехвърляне на 1 kg сплав от кристално в течно състояние.

Съединенията на различни метали образуват сплави. Специфична топлина на топене излято желязое 96–140 kJ. Чугунът съдържа до 4% въглерод, 1,5% манган, до 4,5% силиций и примеси под формата на сяра и фосфор. Има бели и сиви сплави.

В бялото част от въглерода е в съединението железен карбид. Тази сплав е крехка и твърда. Предназначен е за производство на конструкции и части.

Сива сплав, съдържаща въглерод под формата на графит, лесна за обработка. Чугунът се топи от желязна руда в доменни пещи. Придружава се топенето на руда реакция на възстановяванежелязо от въглеродни оксиди.

Повечето вещества могат да се стопят с нарастващ обем при нагряване. За чугун с обем 1000 cm³ тази цифра е 988–994 cm³.

Чугунът е суровина за производството на стомана, характеризираща се със съдържание на въглерод (не по-високо от 2,14%).

от химичен съставразличавам стоманата:

• легирани;
• въглерод

Въглеродната стомана съдържа примеси от сяра, фосфор и силиций. Характеризира се с ниски електрически свойства, ниска якост и е лесно податлив на корозия.

Наличието на легиращи добавки придава на стоманата нови технически свойства. Като допълнителни компоненти се използват:

• молибден;
• никел;
• волфрам;
• хром;
• ванадий.

Високолегираната стомана съдържа не повече от 10% добавки. Сплавта е издръжлива. Технологията за производство на стомана от чугун ни позволява да получим висококачествен материал за производството на:

Стоманата се използва като суровина в различни индустрии. Без него е невъзможно да си представим самолетостроенето, корабостроенето, автомобилната индустрия и много други производствени области.

В металургичната промишленост една от основните области е леенето на метали и техните сплави поради ниската цена и относителната простота на процеса. Могат да се леят форми с всякакви форми и различни размери, от малки до големи; Подходящ е както за масово, така и за индивидуално производство.

Леенето е една от най-старите области на обработка на метали и започва около бронзовата епоха: 7-3 хилядолетие пр.н.е. д. Оттогава са открити много материали, което води до напредък в технологиите и повишени изисквания към леярската индустрия.

В днешно време има много посоки и видове леене, които се различават по технологичен процес. Едно нещо остава непроменено - физическото свойство на металите да преминават от твърдо в течно състояние и е важно да се знае при каква температура започва топенето различни видовеметали и техните сплави.

Процес на топене на метал

Този процес се отнася до преминаването на вещество от твърдо в течно състояние. Когато се достигне точката на топене, металът може да бъде както в твърдо, така и в течно състояние; по-нататъшното увеличаване ще доведе до пълен преход на материала в течност.

Същото се случва и при втвърдяване - когато се достигне границата на топене, веществото ще започне да преминава от течно в твърдо състояние и температурата няма да се промени до пълната кристализация.

Трябва да се помни, че това правило важи само за чист метал. Сплавите нямат ясна температурна граница и преминават през състояния някакъв диапазон:

1. Солидус е температурната линия, при която най-топимият компонент на сплавта започва да се топи.
2. Liquidus е крайната точка на топене на всички компоненти, под която започват да се появяват първите кристали на сплавта.

Невъзможно е да се измери точно точката на топене на такива вещества; точката на преход на състоянията е обозначена с цифров интервал.

В зависимост от температурата, при която металите започват да се топят, те обикновено се разделят на:

• Нискотопим, до 600 °C. Те включват калай, цинк, олово и др.
• Средна топимост, до 1600 °C. Най-често срещаните сплави и метали като злато, сребро, мед, желязо, алуминий.
• Огнеупорен, над 1600 °C. Титан, молибден, волфрам, хром.

Има и точка на кипене - точката, при която разтопеният метал започва да преминава в газообразно състояние. Това е много висока температура, обикновено 2 пъти над точката на топене.

Ефект на натиска

Температурата на топене и равностойната температура на втвърдяване зависят от налягането, нараствайки с неговото увеличаване. Това се дължи на факта, че с увеличаване на налягането атомите се приближават един към друг и за да разрушат кристалната решетка, те трябва да бъдат отдалечени. При повишено налягане е необходима по-голяма топлинна енергия и съответната температура на топене се повишава.

Има изключения, когато температурата, необходима за преминаване в течно състояние, намалява с повишено налягане. Такива вещества включват лед, бисмут, германий и антимон.

Таблица на точките на топене

Важно е за всеки, участващ в металургичната индустрия, независимо дали е заварчик, леяр, топилник или бижутер, да знае температурите, при които се топят материалите, с които работи. Таблицата по-долу показва точките на топене на най-често срещаните вещества.

Таблица на точките на топене метали и сплави

В допълнение към масата за топене има много други спомагателни материали. Например, отговорът на въпроса каква е точката на кипене на желязото се крие в таблицата на кипящите вещества. В допълнение към кипенето, металите имат редица други физични свойства, като здравина.

Якост на металите

В допълнение към способността за преход от твърдо към течно вещество, един от важни свойстваМатериалът е неговата сила - способността на твърдото тяло да устои на разрушаване и необратими промени във формата. Основният индикатор за якост е съпротивлението, което възниква при счупване на предварително закален детайл. Концепцията за якост не се отнася за живака, тъй като той е в течно състояние. Обозначаването на якостта е прието в MPa - мегапаскал.

Съществуват следните групи якост на металите:

• Чуплив. Тяхното съпротивление не надвишава 50MPa. Те включват калай, олово, меки алкални метали
• Издръжлив, 50−500 MPa. Мед, алуминий, желязо, титан. Материалите от тази група са в основата на много структурни сплави.
• Висока якост, над 500 MPa. Например молибден и волфрам.

Метална маса за якост

Най-често срещаните сплави в ежедневието

Както може да се види от таблицата, точките на топене на елементите варират значително дори сред материалите, които обикновено се срещат в ежедневието.

По този начин минималната точка на топене на живака е -38,9 °C, така че при стайна температура той вече е в течно състояние. Това обяснява защо домакинските термометри имат по-ниска марка от -39 градуса по Целзий: под този показател живакът се превръща в твърдо състояние.

Най-често срещаните припои в домакинска употреба, съдържат значителен процент калай, който има точка на топене 231,9 °C, така че повечето спойки се топят при Работна температурапоялник 250−400°C.

Освен това има нискотопими припои с долна граница на топене, до 30 °C, и се използват, когато прегряването на запояваните материали е опасно. За тези цели има припои с бисмут, като топенето на тези материали е в диапазона от 29,7 - 120 ° C.

Топенето на високовъглеродни материали, в зависимост от легиращите компоненти, варира от 1100 до 1500 °C.

Точките на топене на металите и техните сплави са в много широк температурен диапазон, от много ниски температури (живак) до няколко хиляди градуса. Познаването на тези показатели, както и други физични свойства, е много важно за хората, работещи в металургичната сфера. Например, знанието за температурата, при която се топи златото и другите метали, ще бъде полезно за бижутери, леярни и топилници.

Точката на топене на метал е минималната температура, при която той преминава от твърдо в течно състояние. При топене обемът му практически не се променя. Металите се класифицират по точка на топене в зависимост от степента на нагряване.

Нискотопими метали

Нискотопимите метали имат точка на топене под 600°C. Това са цинк, калай, бисмут. Такива метали могат да бъдат разтопени чрез нагряване на печката или с помощта на поялник. Лекотопимите метали се използват в електрониката и технологиите за свързване на метални елементи и проводници за движение на електрически ток. Температурата е 232 градуса, а цинкът е 419.

Средно топими метали

Средно топимите метали започват да се трансформират от твърди в течни при температури от 600°C до 1600°C. От тях се изработват плочи, армировки, блокове и други метални конструкции, подходящи за строителство. Тази група метали включва желязо, мед, алуминий и те също са част от много сплави. Към сплавите се добавя мед скъпоценни металикато злато, сребро, платина. Златото 750 се състои от 25% легирани метали, включително мед, което му придава червеникав оттенък. Точката на топене на този материал е 1084 °C. И алуминият започва да се топи при относително ниска температура от 660 градуса по Целзий. Това е лек, пластичен и евтин метал, който не се окислява и не ръждясва, поради което се използва широко в производството на съдове и прибори. Температурата е 1539 градуса. Това е един от най-популярните и достъпни метали, използването му е широко разпространено в строителната и автомобилната индустрия. Но поради факта, че желязото е подложено на корозия, то трябва да бъде допълнително обработено и покрито със защитен слой боя, изсушаващо масло или да се предотврати навлизането на влага.

Огнеупорни метали

Температурата на огнеупорните метали е над 1600°C. Това са волфрам, титан, платина, хром и др. Използват се като източници на светлина, машинни части, лубриканти, както и в ядрената индустрия. Те се използват за направата на проводници, проводници за високо напрежение и се използват за топене на други метали с по-ниска точка на топене. Платината започва да преминава от твърдо в течно състояние при температура 1769 градуса, а волфрамът - при температура 3420°C.

Живакът е единственият метал, който е в течно състояние при нормални условия, а именно нормално атмосферно налягане и средна температура. заобикаляща среда. Точката на топене на живака е минус 39°C. Този метал и неговите пари са отровни, така че се използва само в затворени контейнери или в лаборатории. Обичайната употреба на живака е като термометър за измерване на телесната температура.

Точката на топене на металите, която варира от най-ниската (-39 °C за живака) до най-високата (3400 °C за волфрама), както и плътността на металите в твърдо състояние при 20 °C и плътността на течността металите при точката на топене са дадени в таблицата за топене на цветни метали .

Таблица 1. Стопилки на цветни метали

Заваряване и топене на цветни метали

Заваряване на мед . Температурата на топене на метала Cu е почти шест пъти по-висока от температурата на топене на стоманата; медта интензивно абсорбира и разтваря различни газове, образувайки оксиди с кислород. Медният оксид II образува евтектика с мед, чиято точка на топене (1064°C) е по-ниска от точката на топене на медта (1083°C). Когато течната мед се втвърди, евтектиката се намира по протежение на границите на зърната, което прави медта крехка и склонна към напукване. Следователно основната задача при заваряване на мед е да се предпази от окисляване и активно да се деоксидира заваръчната вана.

Най-разпространеното газово заваряване на мед е с оксидно-ацетиленов пламък с горелки, които са 1,5...2 пъти по-мощни от горелка за заваряване на стомана. Добавъчният метал е медни пръти, съдържащи фосфор и силиций. Ако дебелината на продуктите е повече от 5...6 mm, те първо се нагряват до температура 250...300°C. Флюсът, използван при заваряване, е печен боракс или смес, състояща се от 70% боракс и 30% борна киселина. Увеличавам механични свойстваи подобряване на структурата на наслоения метал, медта след заваряване се изковава при температура около 200...300°C. След това отново се загрява до 500-550°C и се охлажда във вода. Медта също се заварява по електродъговия метод с помощта на електроди, в поток от защитни газове, под слой от флюс, върху кондензаторни машини и чрез триене.

Заваръчен месинг . Месингът е сплав от мед и цинк (до 50%). Основното замърсяване в този случай е изпарението на цинка, в резултат на което шевът губи качеството си и в него се появяват пори. Месингът, подобно на медта, се заварява главно с ацетиленов оксидиращ пламък, който създава филм от огнеупорен цинков оксид върху повърхността на ваната, намалявайки по-нататъшното изгаряне и изпаряването на цинка. Използваните потоци са същите като тези, използвани за заваряване на мед. Те създават шлаки на повърхността на ваната, които свързват цинковите оксиди и затрудняват излизането на парите от заваръчната вана. Месингът също се заварява в защитни газове и на контактни машини.

Заваряване на бронз . В повечето случаи бронзът е материал за леене, т.н

заваряването се използва за коригиране на дефекти или по време на ремонт. Най-често се използва заваряване с метален електрод. Допълнителният метал е пръти със същия състав като основния метал, а флюсовете или електродното покритие са хлоридни и флуоридни съединения на калий и натрий.

. Основните фактори, които затрудняват заваряването на алуминий, са неговата ниска точка на топене (658°C), висока топлопроводимост (около 3 пъти по-висока от топлопроводимостта на стоманата), образуването на огнеупорни алуминиеви оксиди, които имат точка на топене 2050° C, така че технологията за топене на цветни метали , като мед или бронз, не е подходящ за топене на алуминий. В допълнение, тези оксиди реагират слабо както с киселинни, така и с основни потоци и следователно трудно се отстраняват от шева.

Най-често се използва газово заваряване на алуминий с ацетиленов пламък. IN последните годиниЗначително разпространение получи и автоматичното дъгово заваряване с метални електроди под флюсова дъга и в аргон. За всички методи на заваряване, с изключение на аргонова дъга, се използват флюси или електродни покрития, които съдържат флуоридни и хлоридни съединения на литий, калий, натрий и други елементи. Като добавъчен метал при всички методи на заваряване се използва тел или пръти със същия състав като основния метал.

Алуминият може да се заварява добре с електронен лъч във вакуум, на контактни машини, електрошлаково и други методи.

Заваряване на алуминиеви сплави . Алуминиевите сплави с магнезий и цинк се заваряват без

специални усложнения, точно като алуминия. Изключение прави дуралуминий - сплави от алуминий и мед. Тези сплави са термично укрепени след закаляване и последващо стареене. Когато температурата на топене на цветните метали надвиши 350°C, в тях настъпва намаляване на якостта, която не се възстановява при термична обработка. Следователно, при заваряване на дуралуминий в зоната на топлинно въздействие, якостта намалява с 40...50%. Ако дуралуминият се заварява в защитни газове, тогава това намаление може да бъде възстановено чрез топлинна обработка до 80...90% по отношение на якостта на основния метал.

Заваряване на магнезиеви сплави . При газово заваряванеТрябва да се използват флуорни флюсове, които за разлика от хлоридните флюсове не причиняват корозия заварени съединения. Дъгова заварка на магнезиеви сплави с метални електроди поради лошото качество на заваръчните шевове все още не е използвана. При заваряване на магнезиеви сплави се наблюдава значително нарастване на зърната в близките до шевове области и силно развитие на колоновидни кристали в заварка. Следователно якостта на опън на заварените съединения е 55...60% от якостта на опън на основния метал.

Таблица 2. Физични свойстваиндустриални цветни метали

Топене в тигел

Неразделна част от производството на метал и метални изделия е използването по време на производствен процестигли за производство, топене и претопяване както на черни, така и на цветни метали. Тигелите са неразделна част от металургичното оборудване за леене на различни метали, сплави и други подобни.

Керамичните тигли за топене на цветни метали се използват за топене на метали (мед, бронз) от древни времена.

У дома » Полезен » Физични характеристики, състав и характеристики на металното желязо. Методи за топене на цветни метали: точка на топене, плътност и специфичен обем Температура на топене на метали в нарастващ ред