T kušana. Čuguna kušanas temperatūra, īpašības un pašizkausēšana

Gandrīz visi metāli normālos apstākļos ir cietas vielas. Bet noteiktā temperatūrā tie var mainīt savu agregācijas stāvokli un kļūt šķidri. Noskaidrosim, kāds ir metāla augstākais kušanas punkts? Kas ir zemākais?

Metālu kušanas temperatūra

Lielākā daļa periodiskās tabulas elementu ir metāli. Pašlaik to ir aptuveni 96. Viņiem visiem nepieciešami dažādi apstākļi, lai tie pārvērstos šķidrumā.

Cietu kristālisku vielu uzkarsēšanas slieksni, kuru pārsniedzot, tās kļūst šķidras, sauc par kušanas temperatūru. Metālos tas svārstās dažu tūkstošu grādu robežās. Daudzi no tiem pāriet šķidrumā ar salīdzinoši augstu karsēšanu. Tāpēc tie ir izplatīts materiāls katlu, pannu un citu virtuves iekārtu ražošanai.

Vidējā kušanas temperatūra ir sudrabam (962 °C), alumīnijam (660,32 °C), zeltam (1064,18 °C), niķelim (1455 °C), platīnam (1772 °C) utt. Ir arī ugunsizturīgu un zemas kušanas metālu grupa. Pirmajam vajag vairāk par 2000 grādiem pēc Celsija, lai tas pārvērstos šķidrumā, otrajam mazāk par 500 grādiem.

Pie zemas kušanas metāliem parasti pieder alva (232 °C), cinks (419 °C), svins (327 °C). Tomēr dažos no tiem var būt pat zemāka temperatūra. Piemēram, francijs un gallijs kūst jau rokā, un cēziju var karsēt tikai ampulā, jo tas aizdegas no skābekļa.

Zemākie un augstākie metālu kušanas punkti ir parādīti tabulā:

Volframs

Augstākā kušanas temperatūra ir volframa metāls. Virs tā šajā indikatorā ir tikai nemetāla ogleklis. Volframs ir gaiši pelēka spīdīga viela, ļoti blīva un smaga. Tas vārās 5555 °C temperatūrā, kas ir gandrīz vienāda ar Saules fotosfēras temperatūru.

Telpas apstākļos tas vāji reaģē ar skābekli un nerūsē. Neskatoties uz ugunsizturību, tas ir diezgan plastisks un var tikt kalts pat uzkarsējot līdz 1600 °C. Šīs volframa īpašības tiek izmantotas kvēldiegiem lampās un metināšanas elektrodu kineskopos. Lielākā daļa iegūtā metāla ir leģēta ar tēraudu, lai palielinātu tā izturību un cietību.

Volframs tiek plaši izmantots militārajā sfērā un tehnoloģijās. Tas ir neaizstājams munīcijas, bruņu, dzinēju un militāro transportlīdzekļu un lidmašīnu svarīgāko daļu ražošanā. No tā tiek izgatavoti arī ķirurģiskie instrumenti, kastes radioaktīvo vielu uzglabāšanai.

Merkurs

Dzīvsudrabs ir vienīgais metāls, kura kušanas temperatūra ir mīnus. Turklāt tas ir viens no diviem ķīmiskajiem elementiem, kuru vienkāršās vielas normālos apstākļos pastāv šķidrumu veidā. Interesanti, ka metāls vārās, karsējot līdz 356,73 ° C, kas ir daudz augstāks par tā kušanas temperatūru.

Tam ir sudrabaini balta krāsa un izteikts spīdums. Tas iztvaiko jau istabas apstākļos, kondensējoties mazās bumbiņās. Metāls ir ļoti toksisks. Tas spēj uzkrāties cilvēka iekšējos orgānos, izraisot smadzeņu, liesas, nieru un aknu slimības.

Dzīvsudrabs ir viens no septiņiem pirmajiem cilvēkiem zināmajiem metāliem. Viduslaikos tas tika uzskatīts par galveno alķīmisko elementu. Neskatoties uz toksicitāti, to kādreiz izmantoja medicīnā kā daļu no zobu plombēšanas, kā arī kā līdzekli pret sifilisu. Tagad dzīvsudrabs ir gandrīz pilnībā izslēgts no medikamentiem, bet to plaši izmanto mērinstrumentos (barometros, manometros), lampu, slēdžu un durvju zvanu ražošanā.

Sakausējumi

Lai mainītu metāla īpašības, to sakausē ar citām vielām. Tātad tas var ne tikai iegūt lielāku blīvumu, izturību, bet arī pazemināt vai palielināt kušanas temperatūru.

Sakausējums var sastāvēt no diviem vai vairākiem ķīmiskiem elementiem, bet vismaz vienam no tiem jābūt metālam. Šādus "maisījumus" ļoti bieži izmanto rūpniecībā, jo tie ļauj iegūt tieši tādas kvalitātes materiālus, kādas ir nepieciešamas.

Metālu un sakausējumu kušanas temperatūra ir atkarīga no pirmā tīrības, kā arī no otrā proporcijām un sastāva. Kūstošu sakausējumu iegūšanai visbiežāk izmanto svinu, dzīvsudrabu, talliju, alvu, kadmiju un indiju. Tos, kas satur dzīvsudrabu, sauc par amalgamām. Nātrija, kālija un cēzija savienojums attiecībā 12%/47%/41% kļūst par šķidrumu jau pie mīnus 78 °C, dzīvsudraba un tallija amalgama mīnus 61 °C temperatūrā. Ugunsizturīgākais materiāls ir tantala un hafnija karbīdu sakausējums proporcijā 1:1 ar kušanas temperatūru 4115 °C.

Pie kura tiek iznīcināts metāla kristāliskais režģis un tas no cietā stāvokļa pāriet šķidrā stāvoklī.

Metālu kušanas temperatūra ir uzkarsētā metāla temperatūras rādītājs, kuru sasniedzot sākas process (kušana). Pats process ir pretējs kristalizācijai un ir ar to nesaraujami saistīts. Izkausēt metālu? tas ir jāuzsilda, izmantojot ārēju siltuma avotu, līdz kušanas temperatūrai un pēc tam jāturpina piegādāt siltumu, lai pārvarētu fāzes pārejas enerģiju. Fakts ir tāds, ka pati metālu kušanas temperatūras vērtība norāda temperatūru, kurā materiāls būs fāzes līdzsvarā, uz robežas starp šķidrumu un cieto vielu. Šajā temperatūrā tīrs metāls var pastāvēt vienlaikus gan cietā, gan šķidrā stāvoklī. Lai veiktu kausēšanas procesu, metāls ir jāpārkarsē nedaudz virs līdzsvara temperatūras, lai nodrošinātu pozitīvu termodinamisko potenciālu. Sniedziet impulsu procesam.

Metālu kušanas temperatūra ir nemainīga tikai tīrām vielām. Piemaisījumu klātbūtne pārvietos līdzsvara potenciālu vienā vai otrā virzienā. Tas notiek tāpēc, ka metāls ar piemaisījumiem veido atšķirīgu kristāla režģi, un tajos esošo atomu mijiedarbības spēki atšķirsies no tiem, kas ir tīros materiālos.Atkarībā no kušanas temperatūras metālus iedala kausējamos (līdz 600 °C, piemēram, gallijs , dzīvsudrabs), vidēji kušanas temperatūra (600-1600°С, varš, alumīnijs) un ugunsizturīgs (>1600°С, volframs, molibdēns).

Mūsdienu pasaulē tīrus metālus izmanto reti, jo tiem ir ierobežots fizisko īpašību diapazons. Nozare jau sen un blīvi izmanto dažādas metālu kombinācijas – sakausējumus, kuru šķirnes un īpašības ir daudz lielākas. To metālu kušanas temperatūra, kas veido dažādus sakausējumus, arī atšķirsies no to sakausējuma kušanas temperatūras. Dažādas vielu koncentrācijas nosaka to kušanas vai kristalizācijas secību. Bet ir līdzsvara koncentrācijas, kurās metāli, kas veido sakausējumu, vienlaikus sacietē vai kūst, tas ir, tie uzvedas kā viendabīgs materiāls. Šādus sakausējumus sauc par eitektiskiem.

Kušanas temperatūras pārzināšana ir ļoti svarīga, strādājot ar metālu, šī vērtība ir nepieciešama gan ražošanā, sakausējumu parametru aprēķināšanai, gan metālizstrādājumu ekspluatācijā, kad nosaka materiāla, no kura izgatavots izstrādājums, fāzes pārejas temperatūru. lietošanas ierobežojumi. Ērtības labad šie dati ir apkopoti vienā metālu kausēšanā - dažādu metālu īpašību fizikālo pētījumu apkopojumā. Ir arī līdzīgas tabulas sakausējumiem. Arī metālu kušanas temperatūra būtiski ir atkarīga no spiediena, tādēļ tabulas dati ir aktuāli konkrētai spiediena vērtībai (parasti tie ir normāli apstākļi, kad spiediens ir 101,325 kPa). Jo augstāks spiediens, jo augstāka kušanas temperatūra, un otrādi.

Jau senos laikos cilvēki ieguva un kausēja varu. Šis metāls tika plaši izmantots ikdienas dzīvē un kalpoja kā materiāls dažādu priekšmetu ražošanai. Viņi iemācījās izgatavot bronzu apmēram pirms 3 tūkstošiem gadu. No šī sakausējuma tika izgatavoti labi ieroči. Bronzas popularitāte ātri izplatījās, jo metāls izcēlās ar skaisto izskatu un izturību. No tā tika izgatavotas rotaslietas, medību un darba instrumenti, trauki. Vara zemās kušanas temperatūras dēļ cilvēks ātri apguva tā ražošanu.

Atrodoties dabā

Metāls savu latīņu nosaukumu Cuprum ieguva no Kipras salas nosaukuma, kur tas tika iegūts trešajā tūkstošgadē pirms mūsu ēras. e. Mendeļejeva sistēmā Cu saņēma 29. numuru un atrodas ceturtā perioda 11. grupā.

Zemes garozā elements izplatības ziņā atrodas 23. vietā un biežāk sastopams sulfīdu rūdu veidā. Visizplatītākie ir vara spīdums un pirīti. Mūsdienās varu no rūdas iegūst vairākos veidos, taču jebkura tehnoloģija paredz pakāpenisku pieeju rezultāta sasniegšanai.

Fizikālās īpašības

Metāls ir plastisks un īsā laikā brīvā dabā pārklāts ar oksīda plēvi. Pateicoties šai plēvei, vara iegūst arī dzeltenīgi sarkanu nokrāsu, plēves spraugā krāsa var būt zaļgani zila. Siltumvadītspējas un elektrovadītspējas ziņā Cuprum ir otrajā vietā aiz sudraba.

• Blīvums - 8,94×103 kg/m3.
• Īpatnējā siltumietilpība pie T=20°C - 390 J/kg x K.
• Elektriskais īpatnējais pie 20−100 °C - 1,78×10−8 Ohm/m.
• Vārīšanās temperatūra - 2595 ° C.
• Īpatnējā elektrovadītspēja pie 20 ° C - 55,5-58 MS/m.

Kādā temperatūrā varš kūst

Kušana notiek, kad metāls pāriet no cieta stāvokļa uz šķidru stāvokli. Katram elementam ir savs kušanas punkts. Daudz kas ir atkarīgs no metāla piemaisījumiem. Parastā vara kušanas temperatūra ir 1083 ° C. Pievienojot alvu, temperatūra pazeminās līdz 930-1140 ° C. Kušanas temperatūra šeit ir atkarīga no alvas satura sakausējumā. Vara sakausējumā ar cinku kušana notiek 900–1050 ° C temperatūrā.

Sildot jebkuru metālu tā kristāliskais režģis ir iznīcināts. Kušanas temperatūra paaugstinās, kad to karsē, bet pēc tam izlīdzinās, kad tiek sasniegta noteikta temperatūras robeža. Šajā brīdī metāls kūst. Tas pilnībā izkūst un temperatūra atkal paaugstinās.

Kad metāls tiek atdzesēts, temperatūra pazeminās, noteiktā brīdī tā paliek tajā pašā līmenī, līdz metāls pilnībā sacietē. Pēc pilnīgas sacietēšanas temperatūra atkal samazinās. To parāda fāzes diagramma, kas parāda temperatūras procesu no kušanas sākuma līdz sacietēšanai. Sildot, karsēts varš 2560 ° C temperatūrā sāk vārīties. Vārīšana ir līdzīga šķidru vielu vārīšanai, kad izdalās gāze un uz virsmas parādās burbuļi. Viršanas brīdī augstākās iespējamās temperatūrās sākas oksidācijas laikā izveidotā oglekļa izdalīšanās.

Kūst mājās

Zemās kušanas temperatūras dēļ senie cilvēki varēja kausēt kausu uz uguns un izmantot metālu dažādu izstrādājumu izgatavošanai.

Lai mājās izkausētu varu, jums būs nepieciešams:

Process notiek pa posmiem, metālu ievieto tīģelī un pēc tam ievieto mufeļkrāsnī. Tiek iestatīta vēlamā temperatūra, un process tiek uzraudzīts caur stikla logu. Šajā procesā traukā ar Cu parādīsies oksīda plēve, kas ir jānoņem - atveriet logu un pabīdiet to malā ar tērauda āķi.

Ja nav mufeļkrāsns, varu var izkausēt ar autogēnu. Kušana notiks, ja būs normāla gaisa padeve. Pūtējs kausē misiņu un vāji kūstošu bronzu. Liesmai jāaptver viss tīģelis.

Ja neviens no uzskaitītajiem produktiem nav pie rokas, varat izmantot kurtuvi, kas uzstādīta uz kokogles slāņa. Lai palielinātu T, var izmantot pūšanas režīmā ieslēgtu putekļu sūcēju, bet šļūtenei jābūt ar metāla galu, labi, ja tai ir šaurāks gals, tāpēc gaisa plūsma būs plānāka.

Bronzas un misiņa kušanas temperatūra, kā arī vara un alumīnija kušanas temperatūra ir zema.

Mūsdienās rūpnieciskos apstākļos tīru Cu neizmanto. Tas satur daudz piemaisījumu: niķeli, dzelzi, arsēnu, antimonu un citus elementus. Produkta kvalitāti nosaka sakausējuma piemaisījumu procentuālais daudzums (ne vairāk kā 1%). Svarīgi rādītāji ir siltuma un elektriskā vadītspēja. Pateicoties tā elastībai, zemajam kušanas punktam un elastībai, varš tiek plaši izmantots daudzās nozarēs.

Dažu metālu blīvums un kušanas temperatūra.

Metāls	Metāla atomu svars	Metāla blīvums, g/cm3	Kušanas temperatūra, C
Vieglie metāli
Alumīnijs
Smagie metāli
Mangāns
Volframs

Metāliem raksturīgākās ir šādas īpašības:
*metāla spīdums
*cietība,
*plastmasa,
* lokanība,
*laba siltuma un elektrības vadītspēja.

Visiem metāliem ir metāla kristāla režģis:
tā mezglos atrodas pozitīvi lādēti joni, un elektroni brīvi pārvietojas starp tiem.
Brīvo elektronu klātbūtne izskaidro augsto elektrisko un siltuma vadītspēju, kā arī spēju tikt mehāniski apstrādātam.

Siltumvadītspējas un elektrovadītspējas samazināšanās metālu sērijās:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Visi metāli ir sadalīti divās lielās grupās:

Melnie metāli
Tiem ir tumši pelēka krāsa, augsts blīvums, augsta kušanas temperatūra un salīdzinoši augsta cietība.
Dzelzs ir tipisks melno metālu pārstāvis.

Krāsainie metāli
Viņiem ir raksturīga krāsa: sarkana, dzeltena, balta; ir augsta plastiskums, zema cietība, salīdzinoši zema kušanas temperatūra.
Tipisks krāsaino metālu pārstāvis ir varš.

Pēc blīvuma metālus iedala:
*Plaušas(blīvums ne vairāk kā 5 g/cm)
Pie vieglajiem metāliem pieder: litijs, nātrijs, kālijs, magnijs, kalcijs, cēzijs, alumīnijs, bārijs.
Vieglākais metāls ir litijs 1l, blīvums 0,534 g/cm3.
*smags(blīvums lielāks par 5 g/cm3).
Smagie metāli ir: cinks, varš, dzelzs, alva, svins, sudrabs, zelts, dzīvsudrabs utt.
Smagākais metāls ir osmijs, blīvums 22,5 g/cm3.

Metāli atšķiras pēc to cietības:
*Mīksts: griezt pat ar nazi (nātrijs, kālijs, indijs);
*Ciets: metālus pēc cietības salīdzina ar dimantu, kura cietība ir 10. Hroms ir cietākais metāls, griež stiklu.

Atkarībā no kušanas temperatūras metālus nosacīti iedala :
*kausējams(kušanas temperatūra līdz 1539°C).
Pie zemas kušanas metāliem pieder: dzīvsudrabs - kušanas temperatūra -38,9°C; gallijs - kušanas temperatūra 29,78°C; cēzijs - kušanas temperatūra 28,5°C; un citi metāli.
*Ugunsizturīgs(kušanas temperatūra virs 1539 C).
Ugunsizturīgie metāli ietver: hromu – kušanas temperatūra 1890°C; molibdēns - kušanas temperatūra 2620°C; vanādijs - kušanas temperatūra 1900°C; tantals - kušanas temperatūra 3015°C; un daudzi citi metāli.
Ugunsizturīgākais metāls ir volframs – kušanas temperatūra 3420°C.

Katram metālam vai sakausējumam ir unikālas īpašības, tostarp tā kušanas temperatūra. Šajā gadījumā objekts pāriet no viena stāvokļa uz otru, konkrētā gadījumā tas kļūst no cietas par šķidrumu. Lai to izkausētu, tajā jāienes siltums un jāuzsilda, līdz tiek sasniegta vēlamā temperatūra. Brīdī, kad tiek sasniegts noteiktais sakausējuma vēlamais temperatūras punkts, tas joprojām var palikt cietā stāvoklī. Turpinot iedarbību, tas sāk kust.

Saskarsmē ar

Dzīvsudrabam ir viszemākā kušanas temperatūra - tas kūst pat -39 ° C, volframam ir visaugstākā - 3422 ° C. Sakausējumiem (tēraudam un citiem) ir ārkārtīgi grūti noteikt precīzu skaitli. Tas viss ir atkarīgs no tajos esošo komponentu attiecības. Sakausējumiem to raksta kā ciparu intervālu.

Kā notiek process

Elementi, lai kādi tie būtu: zelts, dzelzs, čuguns, tērauds vai jebkurš cits - kūst apmēram vienādi. Tas notiek ar ārējo vai iekšējo apkuri. Ārējā apkure tiek veikta termiskajā krāsnī. Iekšējai apkurei tiek izmantota pretestības apkure, kas laiž cauri elektrisko strāvu vai indukciju apkure augstfrekvences elektromagnētiskajā laukā. Ietekme ir aptuveni tāda pati.

Kad notiek apkure, palielinās molekulu termisko vibrāciju amplitūda. Parādās režģa konstrukcijas defekti ko pavada starpatomisko saišu pārrāvums. Režģa iznīcināšanas un defektu uzkrāšanās periodu sauc par kušanu.

Atkarībā no metālu kausēšanas pakāpes tos iedala:

1. kausējams - līdz 600 ° C: svins, cinks, alva;
2. vidēji kušanas temperatūra - no 600 ° C līdz 1600 ° C: zelts, varš, alumīnijs, čuguns, dzelzs un lielākā daļa no visiem elementiem un savienojumiem;
3. ugunsizturīgs - no 1600 ° C: hroms, volframs, molibdēns, titāns.

Atkarībā no maksimālās pakāpes tiek izvēlēts arī kausēšanas aparāts. Tam vajadzētu būt stiprākam, jo ​​spēcīgāka ir apkure.

Otra svarīgā vērtība ir vārīšanās pakāpe. Šis ir parametrs, pie kura šķidrumi sāk vārīties. Parasti tā ir divreiz lielāka par kušanas pakāpi. Šīs vērtības ir tieši proporcionālas viena otrai un parasti tiek norādītas normālā spiedienā.

Ja spiediens palielinās, palielinās arī kušanas apjoms. Ja spiediens samazinās, tad tas samazinās.

Raksturīga tabula

Metāli un sakausējumi - neaizstājami pamats kalšanai, lietuve, juvelierizstrādājumi un daudzas citas ražošanas jomas. Lai ko meistars darītu ( zelta rotaslietas, čuguna žogi, naži no tērauda vai vara rokassprādzes), lai tā darbotos pareizi, viņam jāzina temperatūras, kurās šis vai cits elements kūst.

Lai uzzinātu šo parametru, jums jāatsaucas uz tabulu. Tabulā var atrast arī vārīšanās pakāpi.

Starp ikdienas dzīvē visbiežāk izmantotajiem elementiem kušanas temperatūras rādītāji ir šādi:

1. alumīnijs - 660 °C;
2. vara kušanas temperatūra - 1083 °C;
3. zelta kušanas temperatūra - 1063 ° C;
4. sudrabs - 960 °C;
5. alva - 232 °C. Lodēšanai bieži izmanto alvu, jo darba lodāmura temperatūra ir tikai 250–400 grādi;
6. svins - 327 °C;
7. dzelzs kušanas temperatūra - 1539 ° C;
8. tērauda (dzelzs un oglekļa sakausējuma) kušanas temperatūra - no 1300 °C līdz 1500 °C. Tas svārstās atkarībā no tērauda komponentu piesātinājuma;
9. čuguna (arī dzelzs un oglekļa sakausējuma) kušanas temperatūra - no 1100 ° C līdz 1300 ° C;
10. dzīvsudrabs - -38,9 ° C.

Kā redzams no šīs tabulas daļas, kausējamākais metāls ir dzīvsudrabs, kas jau ir šķidrā stāvoklī pie pozitīvas temperatūras.

Visu šo elementu viršanas pakāpe ir gandrīz divas reizes un dažreiz pat augstāka par kušanas pakāpi. Piemēram, zeltam tas ir 2660 ° C, par alumīnija -2519°C, dzelzs - 2900 ° C, vara - 2580 ° C, dzīvsudrabam - 356,73 ° C.

Tādiem sakausējumiem kā tērauds, čuguns un citi metāli aprēķins ir aptuveni vienāds un ir atkarīgs no sakausējuma komponentu attiecības.

Metālu maksimālā viršanas temperatūra ir rēnijs -5596°C. Visaugstākā viršanas temperatūra ir ugunsizturīgākajos materiālos.

Ir tabulas, kas arī norāda metālu blīvums. Vieglākais metāls ir litijs, smagākais ir osmijs. Osmijam ir lielāks blīvums nekā urānam un plutoniju, skatoties istabas temperatūrā. Pie vieglajiem metāliem pieder: magnijs, alumīnijs, titāns. Pie smagajiem metāliem pieder visizplatītākie metāli: dzelzs, varš, cinks, alva un daudzi citi. Pēdējā grupa ir ļoti smagie metāli, tostarp: volframs, zelts, svins un citi.

Vēl viens rādītājs, kas atrodams tabulās, ir metālu siltumvadītspēja. Sliktākais ir tas, ka neptūnijs vada siltumu, un sudrabs ir labākais siltuma vadītājs. Zelts, tērauds, dzelzs, čuguns un citi elementi ir pa vidu starp šīm divām galējībām. Katram no tiem ir skaidri redzami parametri vēlamajā tabulā.