Acasă Autodezvoltare Fier: proprietăți chimice și punctul de topire. Caracteristicile fizice, compoziția și caracteristicile fierului metalic Care este punctul de topire al fierului

Fier: proprietăți chimice și punctul de topire. Caracteristicile fizice, compoziția și caracteristicile fierului metalic Care este punctul de topire al fierului

Tabelul arată punctul de topire al metalelor t pl , punctul lor de fierbere t la la presiunea atmosferică, densitatea metalelor ρ la 25°C și conductivitate termică λ la 27°C.

Punctul de topire al metalelor, precum și densitatea și conductibilitatea termică ale acestora sunt date în tabel pentru următoarele metale: actiniu Ac, argint Ag, aur Au, bariu Ba, beriliu Be, calciu Ca, cadmiu Cd, cobalt Co, crom Cr , cesiu Cs, galiu Ga, hafniu Hf, mercur Hg, indiu In, iridiu Ir, potasiu K, litiu Li, neptuniu Np, osmiu Os, protactiniu Pa, plumb Pb, paladiu Pd, poloniu Po, plutoniu Pu, radiu Ra, rubidiu Pb, reniu Re, rodiu Rh, ruteniu Ru, antimoniu Sb, stronțiu Sr, tantal Ta, tehnețiu Tc, toriu Th, taliu Tl, uraniu U, vanadiu V, zinc Zn, zirconiu Zr.

Conform tabelului, se poate observa că punctul de topire al metalelor variază într-un interval larg (de la -38,83°C pentru wolfram până la 3422°C). Metale precum litiu (18,05°C), cesiu (28,44°C), rubidiu (39,3°C) și alte metale alcaline au un punct de topire pozitiv scăzut.

Cele mai refractare metale sunt: hafniu, iridiu, molibden, niobiu, osmiu, reniu, ruteniu, tantal, tehnetiu, wolfram. Punctul de topire al acestor metale este peste 2000°C.

Să dăm exemple de punct de topire a metalului, utilizat pe scară largă în industrie și în viața de zi cu zi:

punctul de topire al aluminiului 660,32 °C;
punctul de topire a cuprului 1084,62 °C;
punctul de topire a plumbului 327,46 °C;
punctul de topire a aurului 1064,18 °C;
punctul de topire al staniului 231,93 °C;
punctul de topire al argintului este de 961,78 °C;
Punctul de topire al mercurului este de -38,83°C.

Reniul Re are punctul maxim de fierbere al metalelor prezentate în tabel - este de 5596°C. Metalele aparținând grupei C au, de asemenea, puncte de fierbere ridicate. temperatură ridicată topire.

În tabel, acesta variază de la 0,534 la 22,59, adică cel mai ușor metal este , iar cel mai greu metal este osmiul. Trebuie remarcat faptul că osmiul are o densitate mai mare decât plutoniul la temperatura camerei.

Tabelul variază de la 6,3 la 427 W/(m grade), astfel cel mai prost conductor de căldură este un metal precum neptuniul, iar cel mai bun metal conducător de căldură este argintul.

Punctul de topire al oțelului

Este prezentat un tabel cu valorile temperaturii de topire pentru clasele comune de oțel. Sunt considerate oțeluri pentru turnare, oțeluri structurale, rezistente la căldură, carbon și alte clase de oțeluri.

Punctul de topire al oțelului variază între 1350 și 1535°C. Otelurile din tabel sunt dispuse in ordinea cresterii punctului de topire.

Punctul de topire al oțelului - masă

Oţel	t pl, °С	Oţel	t pl, °С
Oțeluri pentru turnare Х28Л și Х34Л	1350	Rezistent la coroziune rezistent la căldură 12Х18Н9Т	1425
Oțel structural 12Х18Н10Т	1400	Înalt aliaj rezistent la căldură 20Х23Н13	1440
Înalt aliaj rezistent la căldură 20Х20Н14С2	1400	Înalt aliaj rezistent la căldură 40Х10С2М	1480
Înalt aliaj rezistent la căldură 20Х25Н20С2	1400	Oțel rezistent la coroziune X25S3N (EI261)	1480
Oțel structural 12Х18Н10	1410	Înalt aliaj rezistent la căldură 40Х9С2 (ESKH8)	1480
Rezistent la coroziune rezistent la căldură 12Х18Н9	1410	Rezistent la coroziune obișnuit 95Х18…15Х28	1500
Oțel rezistent la căldură Х20Н35	1410	Rezistent la coroziune rezistent la căldură 15Х25Т (EI439)	1500
Aliaj rezistent la căldură 20Х23Н18 (ЭИ417)	1415	Oțeluri carbon	1535

Surse:

Volkov A. I., Zharsky I. M. Bolșoi carte de referință chimică. - M: Şcoala Sovietică, 2005. - 608 p.
Mărimi fizice. Director. A. P. Babichev, N. A. Babushkina, A. M. Bratkovsky și alții; Ed. I. S. Grigorieva, E. Z. Meilikhova. - M.: Energoatomizdat, 1991. - 1232 p.

În care rețeaua cristalină a metalului este distrusă și trece din starea solidă în starea lichidă.

Punctul de topire al metalelor este un indicator al temperaturii metalului încălzit, la atingerea căreia începe procesul (topirea). Procesul în sine este inversul cristalizării și este indisolubil legat de acesta. Pentru a topi metalul? trebuie încălzit folosind sursă externăîncălziți până la temperatura de topire și apoi continuați să adăugați căldură pentru a depăși energia de tranziție de fază. Faptul este că însăși valoarea punctului de topire al metalelor indică temperatura la care materialul va fi în echilibru de fază, la limita dintre lichid și corp solid. La această temperatură, metalul pur poate exista simultan atât în stare solidă, cât și în stare lichidă. Pentru a efectua procesul de topire, este necesar să supraîncălziți metalul puțin peste temperatura de echilibru pentru a oferi un potențial termodinamic pozitiv. Dați un fel de impuls procesului.

Punctul de topire al metalelor este constant doar pentru substanțele pure. Prezența impurităților va schimba potențialul de echilibru într-o direcție sau alta. Acest lucru se întâmplă deoarece un metal cu impurități formează o rețea cristalină diferită, iar forțele de interacțiune dintre atomi din ele vor diferi de cele prezente în materialele pure În funcție de punctul de topire, metalele sunt împărțite în cele cu punct de topire scăzut (până la 600 °. C, cum ar fi galiu, mercur), cu topire medie (600-1600°C, cupru, aluminiu) și refractar (>1600°C, wolfram, molibden).

ÎN lumea modernă metalele pure sunt rareori folosite din cauza gamei lor limitate proprietăți fizice. Industria a folosit de mult și pe scară largă diverse combinații de metale - aliaje, ale căror varietăți și caracteristici sunt mult mai mari. Punctul de topire al metalelor incluse în compoziție diferite aliaje, vor diferi de asemenea de punctul de topire al aliajului lor. Concentrațiile diferite de substanțe determină ordinea topirii sau cristalizării lor. Există însă concentrații de echilibru la care metalele care compun aliajul se solidifică sau se topesc simultan, adică se comportă ca un material omogen. Astfel de aliaje sunt numite eutectice.

Cunoașterea punctului de topire este foarte importantă atunci când se lucrează cu metal, această valoare este necesară atât în producție, pentru calcularea parametrilor aliajelor, cât și în timpul funcționării produse metalice, când temperatura de tranziție de fază a materialului din care este fabricat produsul determină restricțiile de utilizare a acestuia. Pentru comoditate, aceste date sunt combinate într-o singură topire a metalelor - un rezultat rezumat al studiilor fizice ale caracteristicilor diferitelor metale. Există și tabele similare pentru aliaje. De asemenea, punctul de topire al metalelor depinde în mod semnificativ de presiune, astfel încât aceste tabele sunt relevante pentru o anumită valoare a presiunii (de obicei, acestea sunt condiții normale când presiunea este de 101,325 kPa). Cu cât presiunea este mai mare, cu atât este mai mare punctul de topire și invers.

Fiecare metal sau aliaj are proprietăți unice, inclusiv punctul său de topire. În acest caz, obiectul trece dintr-o stare în alta, într-un caz particular, devine lichid din solid. Pentru a-l topi, trebuie să-i aplicați căldură și să-l încălziți până când se atinge temperatura dorită. În momentul în care este atins punctul de temperatură dorit al unui aliaj dat, acesta poate rămâne în stare solidă. Pe măsură ce expunerea continuă, începe să se topească.

Mercurul are cel mai scăzut punct de topire - se topește chiar și la -39 °C, wolfram are cel mai ridicat - 3422 °C. Pentru aliaje (oțel și altele) este extrem de dificil să se determine cifra exactă. Totul depinde de raportul dintre componentele din ele. Pentru aliaje se scrie ca un interval numeric.

Cum funcționează procesul

Elementele, oricare ar fi ele: aur, fier, fontă, oțel sau oricare altul, se topesc aproximativ la fel. Acest lucru se întâmplă din cauza încălzirii externe sau interne. Încălzirea externă se realizează într-un cuptor termic. Pentru uz intern încălzire rezistivă, curent electric de trecere sau inducție încălzire într-un câmp electromagnetic de înaltă frecvență. Impactul este aproximativ același.

Când are loc încălzirea, amplitudinea vibrațiilor termice ale moleculelor crește. Apărea defecte structurale ale rețelei, însoțită de ruperea legăturilor interatomice. Perioada de distrugere a rețelei și de acumulare a defectelor se numește topire.

În funcție de gradul de topire a metalelor, acestea sunt împărțite în:

cu punct de topire scăzut - până la 600 °C: plumb, zinc, staniu;
topire medie - de la 600 °C la 1600 °C: aur, cupru, aluminiu, fontă, fier și mai ales elemente și compuși;
refractar - de la 1600 °C: crom, wolfram, molibden, titan.

În funcție de gradul maxim, se selectează aparatul de topire. Ar trebui să fie mai puternic cu cât încălzirea este mai puternică.

A doua valoare importantă este gradul de fierbere. Acesta este parametrul la care lichidele încep să fiarbă. De regulă, este de două ori punctul de topire. Aceste valori sunt direct proporționale între ele și sunt de obicei date la presiune normală.

Dacă presiunea crește, crește și cantitatea de topire. Dacă presiunea scade, atunci scade.

Tabel de caracteristici

Metale și aliaje - indispensabile baza de forjare, turnătorie, bijuterii și multe alte domenii de producție. Indiferent ce face maestrul ( bijuterii făcută din aur, garduri din fontă, cuțite din oțel sau brățări de cupru), Pentru funcționare corectă el trebuie să cunoască temperaturile la care se topește un anumit element.

Pentru a afla acest parametru, trebuie să consultați tabelul. În tabel găsiți și gradul de fierbere.

Printre elementele cele mai frecvent utilizate în viața de zi cu zi, indicatorii punctului de topire sunt:

aluminiu - 660 °C;
punctul de topire a cuprului - 1083 °C;
punctul de topire al aurului - 1063 °C;
argint - 960 °C;
staniu - 232 °C. Staniul este adesea folosit pentru lipit, deoarece temperatura unui fier de lipit de lucru este exact de 250-400 de grade;
plumb - 327 °C;
punctul de topire al fierului - 1539 °C;
punctul de topire al oțelului (un aliaj de fier și carbon) este de la 1300 °C la 1500 °C. Acesta variază în funcție de saturația oțelului cu componente;
punctul de topire al fontei (de asemenea, un aliaj de fier și carbon) - de la 1100 °C la 1300 °C;
mercur - -38,9 °C.

După cum reiese din această parte a tabelului, cel mai fuzibil metal este mercurul, care la temperaturi pozitive este deja în stare lichidă.

Punctul de fierbere al tuturor acestor elemente este aproape de două ori și uneori chiar mai mare decât punctul de topire. De exemplu, pentru aur este 2660 °C, pt aluminiu - 2519 °C, pentru fier - 2900 °C, pentru cupru - 2580 °C, pentru mercur - 356,73 °C.

Pentru aliaje precum oțel, fontă și alte metale, calculul este aproximativ același și depinde de raportul componentelor din aliaj.

Punctul maxim de fierbere pentru metale este Rhenia - 5596 °C. Cel mai ridicat punct de fierbere este pentru cele mai refractare materiale.

Există tabele care indică, de asemenea densitatea metalelor. Cel mai ușor metal este litiul, cel mai greu este osmiul. Osmiul are o densitate mai mare decât uraniulși plutoniu, dacă sunt luate în considerare la temperatura camerei. Metalele ușoare includ: magneziu, aluminiu, titan. Metalele grele includ cele mai comune metale: fier, cupru, zinc, staniu și multe altele. Ultimul grup este metalele foarte grele, acestea includ: wolfram, aurul, plumbul și altele.

Un alt indicator găsit în tabele este conductivitatea termică a metalelor. Neptuniul este cel mai prost conductor de căldură, iar cel mai bun metal din punct de vedere al conductivității termice este argintul. Aurul, oțelul, fierul, fonta și alte elemente se află la mijloc între aceste două extreme. Caracteristicile clare pentru fiecare pot fi găsite în tabelul necesar.

Omul a început să folosească fierul (forja, miros) la câteva mii de ani după ce a stăpânit lucrul cu cuprul. Primul fier nativ sub formă de bulgări a fost găsit în Orientul Mijlociu în 3000. Iar metalurgia fierului, conform experților, a apărut în mai multe locuri de pe planetă diferite popoare au stăpânit acest proces în momente diferite. Datorită acestui fapt, fierul a înlocuit piatra și bronzul ca material pentru fabricarea de unelte, vânătoare și război.

Primele procese de fabricare a fierului au fost numite procese de fabricare a brânzeturilor. Ideea a fost că în groapă se turnau minereu de fier și cărbune de lemn, care era luminată și sigilată etanș, lăsând o gaură de suflare prin care era furnizat aer proaspăt pentru suflare. În procesul de astfel de încălzire, punctul de topire al fierului, desigur, nu a putut fi atins o masă înmuiată (kritsa), în care era zgură (cenusa din combustibil, oxizi de minereu și rocă).

În continuare, kritsa rezultată a fost falsificată de mai multe ori, îndepărtând zgura și alte incluziuni inutile, acest proces cu forță de muncă intensă a fost efectuat de mai multe ori; masa totala o cincime a ajuns la operația de finisare. Odată cu inventarea roții cu apă, a devenit posibil să se servească cantitate semnificativă aer. Datorită acestei explozii, punctul de topire al fierului a devenit realizabil, iar metalul a apărut sub formă lichidă.

Acest metal era fontă, care nu a fost forjată, dar s-a observat că umple bine matrița. Acestea au fost primele experimente la care, cu unele îmbunătățiri și modificări, au supraviețuit până în zilele noastre. De-a lungul timpului, s-a găsit o modalitate de a procesa fonta în fier forjat. Bucăți de fontă au fost încărcate cu cărbune, în timpul acestui proces fonta s-a înmuiat și a avut loc oxidarea impurităților, inclusiv a carbonului. Ca urmare, metalul a devenit gros, punctul de topire al fierului a crescut, adică. rezultatul a fost fier forjat.

Astfel, metalurgiștii din acea vreme au putut să împartă un singur proces în două etape. Acest proces în două etape în ideea în sine s-a păstrat până în zilele noastre. Fier sau metal pur cu un minim de impurități, aplicare practică aproape niciuna. Punctul de topire al fierului conform diagramei fier-carbon este în punctul A, care corespunde la 1535 de grade.

Fierul apare atunci când atinge 3200 de grade.

În aer liber, în timp, fierul devine acoperit cu o peliculă de oxid într-un mediu umed, apare un strat liber de rugină. Din momentul apariției sale și până în prezent, fierul a fost unul dintre principalele metale. Fierul este folosit în principal sub formă de aliaje, care diferă ca proprietăți și compoziție.

La ce temperatură se topește fierul depinde de conținutul de carbon și de alte componente incluse în aliaj. Cele mai utilizate aliaje de carbon sunt fonta și oțelul. Aliajele care conțin mai mult de 2% carbon sunt numite fontă, mai puțin de 2% sunt denumite oțel. Fonta brută este produsă în furnalele înalte prin retopirea minereurilor îmbogățite într-o instalație de sinterizare.

În vatră deschisă, electrică și cuptoare cu inducție, în convertoare.

Fier vechi și fontă sunt folosite ca încărcătură. Prin procese oxidative, excesul de carbon și impuritățile dăunătoare sunt îndepărtate din sarcină, iar adăugarea de materiale de aliere permite obținerea materialului necesar Pentru a produce oțel și alte aliaje, metalurgia modernă folosește tehnologii de retopire a zgurii, vid, fascicul de electroni și topirea cu plasmă. .

Sunt dezvoltate noi metode de topire a oțelului care automatizează procesul și asigură producția de metal de înaltă calitate.

Dezvoltarile stiintifice au atins un nivel in care este posibila obtinerea de materiale care pot rezista la vid si presiune mare, schimbari mari de temperatura, medii agresive, radiatii etc.

Cum funcționează procesul

În funcție de gradul de topire a metalelor, acestea sunt împărțite în:

cu punct de topire scăzut - până la 600 °C: plumb, zinc, staniu;
topire medie - de la 600 °C la 1600 °C: aur, cupru, aluminiu, fontă, fier și mai ales elemente și compuși;
refractar - de la 1600 °C: crom, wolfram, molibden, titan.

În funcție de gradul maxim, se selectează aparatul de topire. Ar trebui să fie mai puternic cu cât încălzirea este mai puternică.

Dacă presiunea crește, crește și cantitatea de topire. Dacă presiunea scade, atunci scade.

Tabel de caracteristici

Metale și aliaje - indispensabile baza de forjare, producția de turnătorie, producția de bijuterii și multe alte domenii de producție. Indiferent ce face maestrul ( bijuterii din aur, garduri din fontă, cuțite din oțel sau brățări de cupru), pentru o funcționare corectă trebuie să cunoască temperaturile la care se topește un anumit element.

Pentru a afla acest parametru, trebuie să consultați tabelul. În tabel găsiți și gradul de fierbere.

Printre elementele cele mai frecvent utilizate în viața de zi cu zi, indicatorii punctului de topire sunt:

aluminiu - 660 °C;
punctul de topire a cuprului - 1083 °C;
punctul de topire al aurului - 1063 °C;
argint - 960 °C;
staniu - 232 °C. Staniul este adesea folosit pentru lipit, deoarece temperatura unui fier de lipit de lucru este exact de 250-400 de grade;
plumb - 327 °C;
punctul de topire al fierului - 1539 °C;
punctul de topire al oțelului (un aliaj de fier și carbon) este de la 1300 °C la 1500 °C. Acesta variază în funcție de saturația oțelului cu componente;
punctul de topire al fontei (de asemenea, un aliaj de fier și carbon) - de la 1100 °C la 1300 °C;
mercur - -38,9 °C.

După cum reiese din această parte a tabelului, cel mai fuzibil metal este mercurul, care la temperaturi pozitive este deja în stare lichidă.

Pentru aliaje precum oțel, fontă și alte metale, calculul este aproximativ același și depinde de raportul componentelor din aliaj.

Punctul maxim de fierbere pentru metale este Rhenia - 5596 °C. Cel mai ridicat punct de fierbere este pentru cele mai refractare materiale.

Punctul de topire, împreună cu densitatea, se referă la caracteristicile fizice ale metalelor. Punct de topire a metalului- temperatura la care un metal trece de la starea solidă în care se află în stare normală (cu excepția mercurului) la starea lichidă atunci când este încălzit. În timpul topirii, volumul metalului practic nu se modifică, astfel încât temperatura de topire este normală presiunea atmosferică nu are efect.

Punctul de topire al metalelor variază de la -39 grade Celsius la +3410 grade. Pentru majoritatea metalelor, punctul de topire este ridicat, cu toate acestea, unele metale pot fi topite acasă prin încălzire pe un arzător obișnuit (staniu, plumb).

Clasificarea metalelor după punctul de topire

Metale cu punct de topire scăzut, al cărui punct de topire fluctuează până la 600 grade Celsius, de exemplu zinc, cositor, bismut.
Metale cu topire medie, care se topesc la o temperatură de la 600 la 1600 grade Celsius: precum aluminiu, cupru, cositor, fier.
Metale refractare, al cărui punct de topire atinge peste 1600 grade Celsius - wolfram, titan, crom etc.
- singurul metal găsit la conditii normale(presiune atmosferică normală, temperatura medie a mediului) în stare lichidă. Punctul de topire al mercurului este de aproximativ -39 de grade Celsius.

Tabelul temperaturilor de topire a metalelor și aliajelor

Metal	Punct de topire, grade Celsius
Aluminiu	660,4
Tungsten	3420
Duraluminiu	~650
Fier	1539
Aur	1063
Iridiu	2447
Potasiu	63,6
Siliciu	1415
Alamă	~1000
Aliaj cu punct de topire scăzut	60,5
Magneziu	650
Cupru	1084,5
Sodiu	97,8
Nichel	1455
Staniu	231,9
Platină	1769,3
Mercur	–38,9
Duce	327,4
Argint	961,9
Oţel	1300-1500
Zinc	419,5
Fontă	1100-1300

La topirea metalului pentru fabricarea pieselor turnate din metal, alegerea echipamentului, a materialului pentru turnarea metalului etc. depinde de temperatura de topire La alierea unui metal cu alte elemente, punctul de topire scade cel mai adesea.

Fapt interesant
Nu confundați conceptele de „punct de topire a metalului” și „punct de fierbere a metalului” - pentru multe metale, aceste caracteristici sunt semnificativ diferite: de exemplu, argintul se topește la o temperatură de 961 de grade Celsius și fierbe numai când temperatura atinge 2180 de grade.

Punctul de topire al unui metal este temperatura minimă la care acesta trece de la solid la lichid. La topire, volumul său rămâne practic neschimbat. Metalele sunt clasificate după punctul de topire în funcție de gradul de încălzire.

Metale cu punct de topire scăzut

Metalele cu punct de topire scăzut au un punct de topire sub 600°C. Acestea sunt zinc, staniu, bismut. Astfel de metale pot fi topite acasă încălzindu-le pe aragaz sau folosind un fier de lipit. Metalele cu punct de topire scăzut sunt folosite în electronică și tehnologie pentru a conecta elemente metalice și fire pentru mișcare curent electric. Punctul de topire al staniului este de 232 de grade, iar zincul este de 419.

Metale cu topire medie

Metalele cu topire medie încep să se transforme din solid în lichid la temperaturi de la 600°C la 1600°C. Acestea sunt folosite pentru a face plăci, armături, blocuri și alte structuri metalice potrivite pentru construcție. Acest grup de metale include fier, cupru, aluminiu și, de asemenea, fac parte din multe aliaje. Cuprul este adăugat aliajelor metale pretioase precum aur, argint, platină. Aurul 750 este format din metale aliaje de 25%, inclusiv cupru, care îi conferă o nuanță roșiatică. Punctul de topire al acestui material este de 1084 °C. Iar aluminiul începe să se topească la o temperatură relativ scăzută de 660 de grade Celsius. Acesta este un metal ușor, ductil și ieftin, care nu se oxidează și nu ruginește, prin urmare este utilizat pe scară largă la fabricarea de veselă. Punctul de topire al fierului este de 1539 de grade. Acesta este unul dintre cele mai populare și mai accesibile metale, utilizarea sa este larg răspândită în industria construcțiilor și auto. Dar, datorită faptului că fierul este supus coroziunii, acesta trebuie prelucrat suplimentar și acoperit cu un strat protector de vopsea, ulei de uscare sau împiedică pătrunderea umezelii.

Metale refractare

Temperatura metalelor refractare este peste 1600°C. Acestea sunt wolfram, titan, platină, crom și altele. Sunt folosite ca surse de lumină, piese de mașini, lubrifianți și în industria nucleară. Sunt folosite pentru a face fire, fire de înaltă tensiune și sunt folosite pentru a topi alte metale cu un punct de topire mai scăzut. Platina începe să treacă de la solid la lichid la o temperatură de 1769 de grade, iar wolfram la o temperatură de 3420°C.

Mercurul este singurul metal care se află în stare lichidă în condiții normale, și anume presiunea atmosferică normală și temperatura medie. mediu. Punctul de topire al mercurului este minus 39°C. Acest metal și vaporii săi sunt otrăvitori, așa că se utilizează numai în recipiente închise sau în laboratoare. O utilizare comună a mercurului este ca termometru pentru măsurarea temperaturii corpului.