T olvadás. Az öntöttvas olvadási hőmérséklete, tulajdonságai és önömlesztése

Szinte minden fém szilárd halmazállapotú normál körülmények között. De bizonyos hőmérsékleteken megváltoztathatják aggregációs állapotukat, és folyékonyakká válhatnak. Nézzük meg, mi a fém legmagasabb olvadáspontja? Mi a legalacsonyabb?

Fémek olvadáspontja

A periódusos rendszerben a legtöbb elem fém. Jelenleg körülbelül 96 darab van belőlük.

A szilárd kristályos anyagok felmelegedésének küszöbértékét, amelyet túllépve folyékonyakká válnak, olvadáspontnak nevezzük. Fémekben néhány ezer fokon belül ingadozik. Sok közülük viszonylag magas fűtésű folyadékká alakul át. Emiatt gyakori anyag az edények, serpenyők és egyéb konyhai berendezések gyártásához.

Átlagos olvadáspontú az ezüst (962 °C), az alumínium (660,32 °C), az arany (1064,18 °C), a nikkel (1455 °C), a platina (1772 °C) stb. Létezik továbbá a tűzálló és alacsony olvadáspontú fémek csoportja. Az elsőnek több mint 2000 Celsius fokra van szüksége ahhoz, hogy folyadékká alakuljon, a másodiknak kevesebb, mint 500 fokra.

Az alacsony olvadáspontú fémek közé általában az ón (232 °C), a cink (419 °C), az ólom (327 °C) tartozik. Néhányukban azonban még alacsonyabb hőmérséklet is lehet. Például a francium és a gallium már a kézben megolvad, a céziumot pedig csak ampullában lehet melegíteni, mert az oxigéntől meggyullad.

A fémek legalacsonyabb és legmagasabb olvadáspontja a táblázatban látható:

Volfrám

A legmagasabb olvadáspont a fém volfrám. Fölötte ebben a mutatóban csak nem fém szén található. A volfrám világosszürke, fényes anyag, nagyon sűrű és nehéz. 5555 °C-on forr, ami majdnem megegyezik a Nap fotoszférájának hőmérsékletével.

Szobakörülmények között gyengén reagál oxigénnel és nem korrodálódik. Tűzállósága ellenére meglehetősen képlékeny, 1600 °C-ra hevítve is kovácsolható. A volfrám ezen tulajdonságait lámpák izzószálaihoz és hegesztési elektródák kineszkópjaihoz használják. A bányászott fémek nagy részét acéllal ötvözik, hogy növeljék szilárdságát és keménységét.

A volfrámot széles körben használják a katonai szférában és a technológiában. Nélkülözhetetlen lőszer, páncél, hajtóművek és katonai járművek és repülőgépek legfontosabb alkatrészeinek gyártásához. Sebészeti műszereket, radioaktív anyagok tárolására szolgáló dobozokat is készítenek belőle.

Higany

A higany az egyetlen fém, amelynek olvadáspontja mínusz. Ezenkívül egyike annak a két kémiai elemnek, amelyek egyszerű anyagai normál körülmények között folyadékok formájában léteznek. Érdekes módon a fém 356,73 °C-ra melegítve felforr, ami sokkal magasabb, mint az olvadáspontja.

Ezüstfehér színe és kifejezett fénye van. Már szobakörülmények között elpárolog, kis golyókká tömörül. A fém erősen mérgező. Képes felhalmozódni az ember belső szerveiben, az agy, a lép, a vese és a máj betegségeit okozva.

A higany egyike az ember által ismert hét első fémnek. A középkorban a fő alkímiai elemnek számított. Mérgező hatása ellenére egykor a gyógyászatban fogtömés részeként, illetve szifilisz kezelésére is használták. Mára a higanyt szinte teljesen kizárták a gyógyszerekből, de széles körben használják mérőműszerekben (barométerek, nyomásmérők), lámpák, kapcsolók és ajtócsengők gyártásához.

Ötvözetek

A fém tulajdonságainak megváltoztatása érdekében más anyagokkal ötvözik. Tehát nem csak nagyobb sűrűséget, szilárdságot szerezhet, hanem csökkentheti vagy növelheti az olvadáspontját is.

Egy ötvözet két vagy több kémiai elemből is állhat, de ezek közül legalább az egyiknek fémnek kell lennie. Az ilyen "keverékeket" nagyon gyakran használják az iparban, mert lehetővé teszik, hogy pontosan a szükséges anyagok minőségét kapja meg.

A fémek és ötvözetek olvadáspontja az előbbiek tisztaságától, valamint az utóbbiak arányától és összetételétől függ. Az olvadó ötvözetek előállításához leggyakrabban ólmot, higanyt, talliumot, ónt, kadmiumot és indiumot használnak. A higanyt tartalmazó anyagokat amalgámoknak nevezzük. A nátrium, kálium és cézium 12%/47%/41% arányú vegyülete már mínusz 78 °C-on, higany és tallium amalgámmá válik mínusz 61 °C-on. A leginkább tűzálló anyag tantál és hafnium-karbidok 1:1 arányú ötvözete, olvadáspontja 4115 °C.

Amikor a fém kristályrácsa megsemmisül, és szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba kerül.

A fémek olvadáspontja a felmelegített fém hőmérsékletének mutatója, melynek elérésekor megindul a folyamat (olvadás). Maga a folyamat a kristályosodás fordítottja, és elválaszthatatlanul kapcsolódik hozzá. Fémet olvasztani? külső hőforrással fel kell melegíteni az olvadási hőmérsékletre, majd folytatni kell a hőellátást a fázisátalakulás energiájának leküzdésére. A tény az, hogy a fémek olvadáspontjának értéke azt a hőmérsékletet jelzi, amelyen az anyag fázisegyensúlyban lesz, a folyadék és a szilárd anyag határán. Ezen a hőmérsékleten egy tiszta fém egyszerre létezhet szilárd és folyékony halmazállapotban is. Az olvasztási folyamat végrehajtásához a fémet kissé túl kell hevíteni az egyensúlyi hőmérséklet fölé, hogy pozitív termodinamikai potenciált biztosítsunk. Adjon lökést a folyamatnak.

A fémek olvadáspontja csak a tiszta anyagok esetében állandó. A szennyeződések jelenléte az egyensúlyi potenciált egyik vagy másik irányba eltolja. Ennek az az oka, hogy a fém a szennyeződésekkel más kristályrácsot képez, és a bennük lévő atomok kölcsönhatási erői eltérnek a tiszta anyagokban jelenlévőktől.Az olvadásponttól függően a fémeket olvadó (600 °C-ig, pl. gallium , higany), közepes olvadáspontú (600-1600°С, réz, alumínium) és tűzálló (>1600°С, volfrám, molibdén).

A modern világban a tiszta fémeket ritkán használják, mivel fizikai tulajdonságaik korlátozottak. Az ipar régóta és sűrűn alkalmazza a fémek - ötvözetek különféle kombinációit, amelyek fajtái és jellemzői sokkal nagyobbak. A különféle ötvözeteket alkotó fémek olvadáspontja szintén különbözik az ötvözetük olvadáspontjától. Az anyagok különböző koncentrációi határozzák meg olvadásuk vagy kristályosodásuk sorrendjét. De vannak olyan egyensúlyi koncentrációk, amelyeknél az ötvözetet alkotó fémek egyidejűleg megszilárdulnak vagy megolvadnak, azaz homogén anyagként viselkednek. Az ilyen ötvözeteket eutektikusnak nevezik.

Az olvadási hőmérséklet ismerete nagyon fontos fémmel történő megmunkálás során, ez az érték szükséges mind a gyártás során, az ötvözetek paramétereinek kiszámításához, mind a fémtermékek üzemeltetéséhez, amikor az anyag fázisátalakulási hőmérséklete határozza meg, amelyből a termék készül. használatának korlátai. A kényelem kedvéért ezeket az adatokat a fémek egyetlen olvadásában összegzik – ez a különböző fémek jellemzőinek fizikai vizsgálatának összefoglaló eredménye. Az ötvözetekhez is vannak hasonló táblázatok. A fémek olvadáspontja is jelentősen függ a nyomástól, ezért a táblázatban szereplő adatok egy adott nyomásértékre vonatkoznak (általában ezek normál körülmények 101,325 kPa nyomás mellett). Minél nagyobb a nyomás, annál magasabb az olvadáspont, és fordítva.

Már az ókorban is bányásztak és olvasztottak rezet az emberek. Ezt a fémet széles körben használták a mindennapi életben, és anyagként szolgáltak különféle tárgyak gyártásához. Körülbelül 3 ezer évvel ezelőtt tanulták meg a bronz készítését. Jó fegyvereket készítettek ebből az ötvözetből. A bronz népszerűsége gyorsan elterjedt, mivel a fémet gyönyörű megjelenése és erőssége jellemezte. Ékszereket, vadászati ​​és munkaeszközöket, edényeket készítettek belőle. A réz alacsony olvadáspontja miatt az ember gyorsan elsajátította az előállítását.

A természetben lenni

A fém a latin Cuprum nevét Ciprus szigetének nevéből kapta, ahol a Krisztus előtti harmadik évezredben bányászták. e. A Mengyelejev-rendszerben a Cu 29-es számot kapott, és a negyedik periódus 11. csoportjában található.

A földkéregben az elem eloszlása ​​a 23. helyen áll, és gyakrabban fordul elő szulfidércek formájában. A leggyakoribb a rézfény és a pirit. Manapság a rezet többféle módon bányászják ércből, de minden technológia fokozatos megközelítést igényel az eredmény elérése érdekében.

Fizikai tulajdonságok

A fém képlékeny és szabad levegőn rövid időn belül oxidfilmmel borítja be. Ennek a fóliának köszönhetően a réznek is megvan a maga sárgás-vörös árnyalata, a filmrésben a színe zöldeskék lehet. Hő- és elektromos vezetőképesség tekintetében a Cuprum az ezüst után a második helyen áll.

• Sűrűség - 8,94×103 kg/m3.
• Fajlagos hőkapacitás T=20°C-on - 390 J/kg x K.
• Elektromos fajlagos 20-100 °C-on - 1,78×10-8 Ohm/m.
• Forráspont - 2595 °C.
• Fajlagos elektromos vezetőképesség 20 °C-on - 55,5-58 MS/m.

Milyen hőmérsékleten olvad meg a réz

Az olvadás akkor következik be, amikor egy fém szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotúvá változik. Minden elemnek megvan a maga olvadáspontja. Sok múlik a fémben lévő szennyeződéseken. A réz szokásos olvadáspontja 1083 ° C. Ón hozzáadásakor a hőmérséklet 930-1140 ° C-ra csökken. Az olvadáspont itt az ötvözet óntartalmától függ. A réz cink cinkkel alkotott ötvözetében az olvadás 900-1050 °C-on megy végbe.

Bármilyen fém melegítésekor kristályrácsa megsemmisül. Az olvadáspont melegítés közben emelkedik, majd egy bizonyos hőmérsékleti határ elérésekor kiegyenlít. Ezen a ponton a fém megolvad. Teljesen megolvad, és a hőmérséklet ismét emelkedik.

Amikor a fém lehűl, a hőmérséklet csökken, egy bizonyos ponton ugyanazon a szinten marad, amíg a fém teljesen megszilárdul. A teljes kikeményedés után a hőmérséklet ismét csökken. Ezt mutatja a fázisdiagram, amely a hőmérsékleti folyamatot mutatja az olvadás kezdetétől a megszilárdulásig. Hevítéskor a 2560 ° C-on hevített réz forrni kezd. A forralás hasonló a folyékony anyagok forralásához, amikor gáz szabadul fel és buborékok jelennek meg a felületen. A lehető legmagasabb hőmérsékleten történő forralás pillanatában megindul az oxidáció során keletkező szén felszabadulása.

Olvadás otthon

Az alacsony olvadáspont miatt Az ókori emberek megolvaszthatták a cuprumot tűzön, és a fémből különféle termékeket készítettek.

A réz otthoni olvasztásához szüksége lesz:

A folyamat szakaszosan megy végbe, a fémet a tégelybe, majd a tokos kemencébe helyezik. Beállítják a kívánt hőmérsékletet, és egy üvegablakon keresztül figyelik a folyamatot. A folyamat során egy oxidfilm jelenik meg a Cu-t tartalmazó tartályban, amelyet el kell távolítani - nyissa ki az ablakot, és húzza félre egy acélhoroggal.

Tokos kemence hiányában a réz autogénnel megolvasztható. Az olvadás megy, ha van normális levegőellátás. A fújólámpa megolvasztja a sárgaréz és az alacsony olvadáspontú bronzot. A lángnak be kell fednie az egész tégelyt.

Ha a felsorolt ​​termékek egyike sincs kéznél, használhat egy faszénrétegre szerelt kandallót. A T növeléséhez használhatunk fúvó üzemmódban bekapcsolt porszívót, de a tömlőnek fémvégűnek kell lennie, jó, ha keskenyebb a vége, így vékonyabb lesz a légáram.

A bronz és a sárgaréz olvadáspontja, valamint a réz és az alumínium olvadáspontja alacsony.

Ma tiszta réz-t nem használnak ipari körülmények között. Sok szennyeződést tartalmaz: nikkelt, vasat, arzént, antimont és egyéb elemeket. A termék minőségét az ötvözetben lévő szennyeződések százalékos aránya határozza meg (legfeljebb 1%). Fontos mutatók a hő- és elektromos vezetőképesség. Rugalmassága, alacsony olvadáspontja és rugalmassága miatt a rezet széles körben használják számos iparágban.

Egyes fémek sűrűsége és olvadáspontja.

Fém	A fém atomtömege	Fém sűrűsége, g/cm3	Olvadáspont, C
Könnyűfémek
Alumínium
Nehéz fémek
Mangán
Volfrám

A fémekre a következő tulajdonságok a legjellemzőbbek:
*fémes fényű
*keménység,
*műanyag,
*hajlékonyság,
*jó hő- és elektromos vezetőképesség.

Minden fémnek van fémes kristályrácsa:
Csomópontjain pozitív töltésű ionok helyezkednek el, és közöttük az elektronok szabadon mozognak.
A szabad elektronok jelenléte magyarázza a nagy elektromos és hővezető képességet, valamint a megmunkálhatóságot.

A hővezetőképesség és az elektromos vezetőképesség csökkenése a fémek sorozatában:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Minden fémet két nagy csoportra osztanak:

Fekete fémek
Sötétszürke színűek, nagy sűrűséggel, magas olvadásponttal és viszonylag nagy keménységgel rendelkeznek.
A vas a vasfémek tipikus képviselője.

Színesfémek
Jellegzetes színük van: piros, sárga, fehér; nagy plaszticitásúak, alacsony keménységűek, viszonylag alacsony olvadásponttal rendelkeznek.
A színesfémek tipikus képviselője a réz.

Sűrűségük szerint a fémeket a következőkre osztják:
*Tüdő(sűrűség nem több, mint 5 g/cm)
Könnyűfémek: lítium, nátrium, kálium, magnézium, kalcium, cézium, alumínium, bárium.
A legkönnyebb fém az 1 literes lítium, sűrűsége 0,534 g/cm3.
*nehéz(sűrűsége nagyobb, mint 5 g/cm3).
Nehézfémek: cink, réz, vas, ón, ólom, ezüst, arany, higany stb.
A legnehezebb fém az ozmium, sűrűsége 22,5 g/cm3.

A fémek keménysége változó:
*Puha: akár késsel is vágható (nátrium, kálium, indium);
*Szilárd: a fémeket keménységben a gyémánttal hasonlítják össze, melynek keménysége 10. A króm a legkeményebb fém, üveget vág.

Az olvadásponttól függően a fémeket feltételesen osztják :
*olvasztható(olvadáspont 1539 °C-ig).
Az alacsony olvadáspontú fémek közé tartoznak: higany - olvadáspont -38,9°C; gallium - olvadáspont: 29,78 °C; cézium - olvadáspont: 28,5 °C; és más fémek.
*Tűzálló(olvadáspontja 1539 C feletti).
A tűzálló fémek közé tartoznak a következők: króm - olvadáspont 1890 °C; molibdén - olvadáspont: 2620 °C; vanádium - olvadáspont 1900 °C; tantál - olvadáspont: 3015 °C; és sok más fém.
A leginkább tűzálló fém a wolfram - olvadáspontja 3420 °C.

Minden fémnek vagy ötvözetnek egyedi tulajdonságai vannak, beleértve az olvadáspontját is. Ebben az esetben a tárgy átmegy egyik állapotból a másikba, egy adott esetben szilárd halmazállapotból folyadékká válik. Megolvasztásához hőt kell vinni rá, és addig kell melegíteni, amíg el nem éri a kívánt hőmérsékletet. Abban a pillanatban, amikor egy adott ötvözet kívánt hőmérsékleti pontját elérjük, még szilárd állapotban maradhat. Folyamatos expozíció esetén olvadni kezd.

Kapcsolatban áll

A higany olvadáspontja a legalacsonyabb - még -39 ° C-on is megolvad, a wolfram a legmagasabb - 3422 ° C. Az ötvözetek (acél és mások) esetében rendkívül nehéz meghatározni a pontos értéket. Minden a bennük lévő komponensek arányától függ. Az ötvözetek esetében ez numerikus intervallumként van felírva.

Hogyan zajlik a folyamat

Az elemek, bármik legyenek is: arany, vas, öntöttvas, acél vagy bármilyen más - körülbelül ugyanúgy olvadnak meg. Ez külső vagy belső fűtéssel történik. A külső fűtés hőkemencében történik. Belső ellenállásos fűtést használnak, amely elektromos áramot vagy indukciót vezet át fűtés nagyfrekvenciás elektromágneses térben. A hatás nagyjából ugyanaz.

Mikor felmelegedés lép fel, a molekulák termikus rezgésének amplitúdója nő. Megjelenik rácsszerkezeti hibák az atomközi kötések megszakadásával jár együtt. A rácspusztulás és a hibák felhalmozódásának időszakát olvadásnak nevezzük.

Attól függően, hogy milyen fokon olvadnak a fémek, a következőkre oszthatók:

1. olvasztható - 600 ° C-ig: ólom, cink, ón;
2. közepes olvadáspontú - 600 ° C és 1600 ° C között: arany, réz, alumínium, öntöttvas, vas és legtöbb elem és vegyület;
3. tűzálló - 1600 ° C-tól: króm, volfrám, molibdén, titán.

Attól függően, hogy mekkora a maximális fok, az olvasztóberendezés is kiválasztásra kerül. Minél erősebbnek kell lennie, annál erősebb a fűtés.

A második fontos érték a forráspont. Ez az a paraméter, amelynél a folyadékok forrni kezdenek. Általában kétszerese az olvadási foknak. Ezek az értékek egyenesen arányosak egymással, és általában normál nyomáson adják meg.

Ha a nyomás nő, az olvadás mértéke is nő. Ha a nyomás csökken, akkor csökken.

Jellemző táblázat

Fémek és ötvözetek – nélkülözhetetlenek kovácsolás alapja, öntöde, ékszer és sok más termelési terület. Bármit is csinál a mester ( arany ékszerek, öntöttvas kerítések, kések acélból ill réz karkötők), a megfelelő működéshez ismernie kell azt a hőmérsékletet, amelyen ez vagy az az elem megolvad.

Ennek a paraméternek a megismeréséhez a táblázatból kell tájékozódnia. A táblázatban a forráspontot is megtalálod.

A mindennapi életben leggyakrabban használt elemek közül az olvadáspont-mutatók a következők:

1. alumínium - 660 °C;
2. a réz olvadáspontja - 1083 °C;
3. arany olvadáspontja - 1063 ° C;
4. ezüst - 960 °C;
5. ón - 232 °C. Az ónt gyakran használják forrasztáshoz, mivel a működő forrasztópáka hőmérséklete mindössze 250-400 fok;
6. ólom - 327 °C;
7. a vas olvadáspontja - 1539 ° C;
8. acél (vas és szén ötvözete) olvadási hőmérséklete - 1300 °C és 1500 °C között. Az acél alkatrészek telítettségétől függően ingadozik;
9. öntöttvas (szintén vas és szén ötvözete) olvadáspontja - 1100 ° C és 1300 ° C között;
10. higany - -38,9 ° C.

Amint a táblázat ezen részéből kiderül, a legolvadékonyabb fém a higany, amely pozitív hőmérsékleten már folyékony állapotban van.

Mindezen elemek forráspontja majdnem kétszerese, sőt néha magasabb is, mint az olvadás foka. Például az arany esetében ez 2660 ° C alumínium -2519 °C, vasnál - 2900 ° C, réznél - 2580 ° C, higanynál - 356,73 ° C.

Az olyan ötvözetek esetében, mint az acél, öntöttvas és más fémek, a számítás megközelítőleg ugyanaz, és az ötvözetben lévő komponensek arányától függ.

A fémek maximális forráspontja a rénium -5596 °C. A legmagasabb forráspont a leginkább tűzálló anyagokban van.

Vannak táblázatok, amelyek azt is jelzik fémek sűrűsége. A legkönnyebb fém a lítium, a legnehezebb az ozmium. Az ozmium sűrűsége nagyobb, mint az uránéés plutónium szobahőmérsékleten nézve. Könnyűfémek: magnézium, alumínium, titán. A nehézfémek közé tartoznak a leggyakoribb fémek: vas, réz, cink, ón és még sok más. Az utolsó csoport a nagyon nehézfémek, ezek közé tartozik a wolfram, arany, ólom és mások.

A táblázatokban található másik mutató az fémek hővezető képessége. A legrosszabb az egészben, hogy a neptunium hővezető, az ezüst pedig a legjobb hővezető. Az arany, az acél, a vas, az öntöttvas és más elemek e két véglet között középen vannak. Mindegyikhez egyértelmű jellemzők találhatók a kívánt táblázatban.