U zoru čovječanstva ljudi su pokušavali ovladati stvaranjem raznih elemenata od metala. Takve su stvari bile elegantnije, tanke i izdržljivije. Bakar je bio jedan od prvih koji je "osvojen". Prisustvo rude zahtijevalo je da se materijal otopi i odvoji od šljake. To se radilo u vrelom ugljevlju na zemlji. Temperaturu su povećavali mehovi koji su stvarali toplotu. Proces je bio vruć i naporan, ali je omogućio dobijanje neobičnog nakita, posuđa i alata. Posebno područje bila je proizvodnja oružja za lov, koje je moglo dugo služiti. Tačka topljenja bakra je relativno niska, što danas omogućava njegovo topljenje u kućnim uslovima i proizvodnju predmeta potrebnih za popravku mehanizama ili električne opreme. Kolika je temperatura topljenja bakra i njegovih legura? Kako možete izvesti ovu proceduru kod kuće?

U periodnom sistemu ovaj materijal se naziva Cuprum. Dodijeljen mu je atomski broj 29. To je plastični materijal koji se lako može obrađivati ​​u tvrdom obliku opremom za mljevenje i rezbarenje. Dobra provodljivost napona omogućava da se bakar aktivno koristi u električnoj i industrijskoj opremi.

U zemljinoj kori materijal se nalazi u obliku sulfidne rude. Često se susreću nalazišta u Južnoj Americi, Kazahstanu i Rusiji. Ovo je bakarni pirit i bakarni sjaj. Nastaju na prosječnim temperaturama, poput tankih geotermalnih slojeva. Pronađeni su i čisti grumenčići koji ne zahtijevaju odvajanje šljake, ali zahtijevaju topljenje da bi se dodali drugi metali, budući da se bakar obično ne koristi u čistom obliku.

Metal ima crvenkasto-žutu nijansu zbog oksidnog filma koji odmah prekriva površinu nakon interakcije s kisikom. Oksid ne samo da daje prekrasnu boju, već i promovira veća antikorozivna svojstva. Materijal bez oksidnog filma ima svijetložutu boju.

Čisti bakar se topi kada dostigne 1080 stepeni. Ova relativno niska brojka omogućava vam da radite s metalom kako u proizvodnim uvjetima tako i kod kuće. Ostala fizička svojstva materijala su kako slijedi:

• Gustoća bakra u čistom obliku je 8,94 x 103 kg/m2.
• Metal se odlikuje dobrom električnom provodljivošću, koja na prosječnoj temperaturi od 20 stepeni iznosi 55,5 S.
• Bakar dobro prenosi toplotu, a ova brojka je 390 J/kg.
• Oslobađanje ugljenika kada tečni materijal proključa počinje na 2595 stepeni.
• Električni otpor (specifičan) u temperaturnom opsegu od 20 do 100 stepeni - 1,78 x 10 Ohm/m.

Topljenje metala i njegovih legura

Raspored topljenja bakra ima pet procesnih koraka:

1. Na temperaturi od 20-100 stepeni, metal je u čvrstom stanju. Naknadno zagrijavanje pospješuje promjenu boje koja se javlja kako se gornji oksid uklanja.
2. Kada temperatura dostigne 1083 stepena, materijal prelazi u tečno stanje, a njegova boja postaje potpuno bijela. U ovom trenutku, kristalna rešetka metala je uništena. Za kratak period porast temperature prestaje, a nakon dostizanja potpuno tečnog stupnja, nastavlja se.
3. Materijal ključa na 2595 stepeni. Ovo je slično ključanju guste tečnosti, gde se takođe oslobađa ugljenik.
4. Kada se izvor topline isključi, vršna temperatura počinje opadati. Tokom kristalizacije, smanjenje temperature se usporava.
5. Nakon dostizanja čvrste faze, metal se potpuno hladi.

Tačka topljenja bronze je nešto niža zbog prisustva kalaja. Do uništenja kristalne rešetke ove legure dolazi kada dostigne 950-1100 stepeni. Legura bakra i cinka, poznata kao mesing, može se rastopiti od 900°C. To vam omogućava da radite s materijalima koristeći jednostavnu opremu.

Topljenje kod kuće

Topljenje bakra kod kuće moguće je na nekoliko načina. Da biste to učinili, trebat će vam nekoliko uređaja. Složenost procesa ovisi o specifičnoj vrsti opreme koja se koristi.

Najlakši način za topljenje bakra kod kuće je muflna peć. Metalni majstori će imati takav uređaj koji mogu koristiti. Komadi metala stavljaju se u posebnu posudu - lonac. Ugrađuje se u pećnicu, na kojoj je podešena potrebna temperatura. Kroz prozor za gledanje možete primijetiti proces prijelaza u tekuće stanje, a otvaranjem vrata uklonite oksidni film. To se mora učiniti čeličnom kukom i nošenjem zaštitne rukavice. Toplina iz peći je prilično intenzivna, tako da morate postupati oprezno.

Drugi način topljenja bakra kod kuće je propan-kiseonički plamen. Takođe je pogodan za metalne legure sa cinkom ili kalajem. Radni alat u rukama majstora može biti baklja ili rezač. Plamen acetilena i kiseonika će takođe raditi, ali će biti potrebno malo duže da se materijal zagreje. Komadi legure stavljaju se u lončić postavljen na podlogu otpornu na toplinu. Plamenik vrši nasumične pokrete po cijelom tijelu posude. Brz učinak može se postići ako se uvjerite da plamenica svojim plavim vrhom dodiruje površinu lonca. Tamo je najviša temperatura.

Drugi način je moćna mikrovalna pećnica. Ali kako bi se povećala svojstva uštede topline i zaštitili unutrašnji dijelovi opreme od pregrijavanja, potrebno je staviti lončić u materijal otporan na toplinu i pokriti ga odozgo. To mogu biti posebne vrste cigle.

Najjednostavnija ekonomska metoda je sloj drvenog uglja na koji se postavlja kovačnica s bakrom. Toplinu možete povećati korištenjem usisivača na izduvavanje. Vrh crijeva usmjerenog na ugalj trebao bi biti metalan, a mlaznica bi trebala biti ravna kako bi se poboljšao protok zraka.

Proizvodnja dijelova i drugih elemenata od bakra topljenjem kod kuće moguća je zbog relativno niske temperature razaranja kristalne rešetke u materijalu. Koristeći gore opisane uređaje i gledajući video, većina će uspjeti postići ovaj cilj.

U metalurškoj industriji jedno od glavnih područja je livenje metala i njihovih legura zbog niske cijene i relativne jednostavnosti procesa. Mogu se lijevati kalupi bilo kojeg oblika i raznih dimenzija, od malih do velikih; Pogodan je i za masovnu i za prilagođenu proizvodnju.

Lijevanje je jedno od najstarijih područja rada s metalima, a počinje oko bronzanog doba: 7-3 milenijuma prije Krista. e. Od tada su otkriveni mnogi materijali, što je dovelo do napretka u tehnologiji i povećanih zahtjeva u industriji ljevaonice.

Danas postoji mnogo pravaca i vrsta livenja, koji se razlikuju po tehnološkom procesu. Jedna stvar ostaje nepromijenjena - fizička osobina metala da prijeđu iz čvrstog u tekuće stanje, a važno je znati na kojoj temperaturi počinje topljenje različitih vrsta metala i njihovih legura.

Proces topljenja metala

Ovaj proces se odnosi na prijelaz tvari iz čvrstog u tekuće stanje. Kada se dostigne tačka topljenja, metal može biti u čvrstom ili tekućem stanju; dalje povećanje će dovesti do potpunog prelaska materijala u tečnost.

Ista stvar se događa i pri skrućivanju - kada se dostigne granica topljenja, tvar će početi prelaziti iz tekućeg u čvrsto stanje, a temperatura se neće mijenjati do potpune kristalizacije.

Treba imati na umu da se ovo pravilo odnosi samo na čisti metal. Legure nemaju jasnu temperaturnu granicu i prolaze kroz prelaze stanja u određenom rasponu:

1. Solidus je temperaturna linija na kojoj se najtopljivija komponenta legure počinje topiti.
2. Liquidus je konačna tačka topljenja svih komponenti, ispod koje počinju da se pojavljuju prvi kristali legure.

Nemoguće je precizno izmjeriti tačku topljenja takvih supstanci; tačka prijelaza stanja označena je numeričkim intervalom.

Ovisno o temperaturi na kojoj se metali počinju topiti, obično se dijele na:

• Nisko topljivo, do 600 °C. To uključuje cink, olovo i druge.
• Srednje topljenje, do 1600 °C. Najčešće legure i metali kao što su zlato, srebro, bakar, gvožđe, aluminijum.
• Vatrostalna, preko 1600 °C. Titanijum, molibden, volfram, hrom.

Postoji i tačka ključanja - tačka u kojoj rastopljeni metal počinje da prelazi u gasovito stanje. Ovo je veoma visoka temperatura, obično 2 puta veća od tačke topljenja.

Efekat pritiska

Temperatura topljenja i jednaka temperatura očvršćavanja zavise od pritiska, koji se povećava sa njegovim povećanjem. To je zbog činjenice da se s povećanjem pritiska atomi približavaju jedan drugome, a kako bi se uništila kristalna rešetka, potrebno ih je odmaknuti. Pri povećanom pritisku potrebna je veća toplotna energija i odgovarajuća temperatura topljenja se povećava.

Postoje izuzeci kada temperatura potrebna za prelazak u tečno stanje opada sa povećanim pritiskom. Takve tvari uključuju led, bizmut, germanij i antimon.

Tabela tačke topljenja

Važno je za svakoga tko je uključen u metaluršku industriju, bilo da je zavarivač, ljevaonik, topionica ili draguljar, da zna temperature na kojima se tope materijali s kojima rade. Tabela ispod prikazuje tačke topljenja najčešćih supstanci.

Tabela temperatura topljenja metala i legura

Osim stola za topljenje, postoji mnogo drugih pratećih materijala. Na primjer, odgovor na pitanje koja je tačka ključanja gvožđa nalazi se u tabeli ključanja materija. Osim ključanja, metali imaju niz drugih fizičkih svojstava, poput čvrstoće.

Pored sposobnosti prelaska iz čvrstog u tekuće stanje, jedno od važnih svojstava materijala je i njegova čvrstoća – sposobnost čvrstog tijela da se odupre razaranju i nepovratnim promjenama oblika. Glavni pokazatelj čvrstoće je otpor koji se javlja kada se prethodno žareni radni komad slomi. Koncept jačine se ne odnosi na živu jer je ona u tečnom stanju. Oznaka jačine je prihvaćena u MPa - Mega Pascalima.

Postoje sljedeće grupe metala čvrstoće:

• Fragile. Njihov otpor ne prelazi 50MPa. To uključuje kalaj, olovo, meke-alkalne metale
• Izdržljiv, 50-500 MPa. Bakar, aluminijum, gvožđe, titanijum. Materijali ove grupe su osnova mnogih strukturnih legura.
• Visoka čvrstoća, preko 500 MPa. Na primjer, molibden i .

Tabela čvrstoće metala

Najčešće legure u svakodnevnom životu

Kao što se može vidjeti iz tabele, tačke topljenja elemenata uvelike variraju čak i među materijalima koji se obično nalaze u svakodnevnom životu.

Dakle, minimalna tačka topljenja žive je -38,9 °C, tako da je na sobnoj temperaturi već u tečnom stanju. Ovo objašnjava zašto kućni termometri imaju nižu oznaku od -39 stepeni Celzijusa: ispod ovog pokazatelja živa prelazi u čvrsto stanje.

Najčešći lemovi u domaćinstvu sadrže značajan procenat kalaja, koji ima tačku topljenja od 231,9 °C, pa se većina lemova topi na radnoj temperaturi lemilice 250-400 °C.

Osim toga, postoje lemovi niskog taljenja s donjom granicom taljenja, do 30 °C, a koriste se kada je pregrijavanje materijala koji se lemi opasno. Za ove namjene postoje lemovi sa bizmutom, a topljenje ovih materijala je u rasponu od 29,7 - 120 °C.

Topljenje visokougljičnih materijala, u zavisnosti od legirajućih komponenti, kreće se od 1100 do 1500 °C.

Tačke topljenja metala i njihovih legura su u veoma širokom temperaturnom opsegu, od veoma niskih temperatura (živa) do nekoliko hiljada stepeni. Poznavanje ovih pokazatelja, kao i drugih fizičkih svojstava, veoma je važno za ljude koji rade u oblasti metalurgije. Na primjer, znanje o temperaturi na kojoj se tope zlato i drugi metali bit će korisno zlatarima, ljevaonicama i topionicama.

Fizička svojstva metala.

Gustina. Ovo je jedna od najvažnijih karakteristika metala i legura. Prema svojoj gustini metali se dijele u sljedeće grupe:

pluća(gustina ne veća od 5 g/cm 3) - magnezijum, aluminijum, titan, itd.:

težak- (gustina od 5 do 10 g/cm 3) - gvožđe, nikl, bakar, cink, kalaj itd. (ovo je najobimnija grupa);

jako tesko(gustina veća od 10 g/cm3) - molibden, volfram, zlato, olovo itd.

U tabeli 2 prikazane su vrijednosti gustine metala. (Ova i sljedeće tablice karakteriziraju svojstva onih metala koji čine osnovu legura za umjetničko livenje).

Tabela 2. Gustina metala.

Temperatura topljenja. Ovisno o tački topljenja, metal se dijeli u sljedeće grupe:

topljivi(tačka topljenja ne prelazi 600 o C) - cink, kalaj, olovo, bizmut itd.;

srednje topljenje(od 600 o C do 1600 o C) - ovo uključuje skoro polovinu metala, uključujući magnezijum, aluminijum, gvožđe, nikl, bakar, zlato;

vatrostalna(više od 1600 o C) - volfram, molibden, titan, hrom, itd.

Merkur je tečnost.

Prilikom izrade umjetničkih odljevaka, tačka topljenja metala ili legure određuje izbor jedinice za topljenje i vatrostalnog materijala za kalupljenje. Kada se aditivi unesu u metal, temperatura topljenja se u pravilu smanjuje.

Tabela 3. Tačke topljenja i ključanja metala.

Specifična toplota. Ovo je količina energije potrebna da se temperatura jedinice mase podigne za jedan stepen. Specifični toplotni kapacitet opada sa povećanjem atomskog broja elementa u periodnom sistemu. Ovisnost specifičnog toplotnog kapaciteta elementa u čvrstom stanju od atomske mase približno je opisana Dulongovim i Petitovim zakonom:

m a c m = 6.

gdje, m a- atomska masa; cm- specifični toplotni kapacitet (J/kg * o C).

U tabeli 4 prikazan je specifični toplotni kapacitet nekih metala.

Tabela 4. Specifični toplotni kapacitet metala.

Latentna toplota fuzije metala. Ova karakteristika (tablica 5), ​​zajedno sa specifičnim toplotnim kapacitetom metala, u velikoj meri određuje potrebnu snagu jedinice za topljenje. Topljenje metala niskog taljenja ponekad zahteva više toplotne energije nego vatrostalnog metala. Na primjer, zagrijavanje bakra od 20 do 1133 o C zahtijevat će jedan i pol puta manje toplinske energije nego zagrijavanje iste količine aluminija od 20 do 710 o C.

Tabela 5. Latentna toplota metala

Toplotni kapacitet. Toplotni kapacitet karakterizira prijenos toplinske energije s jednog dijela tijela na drugi, tačnije, molekularni prijenos topline u kontinuiranom mediju zbog prisutnosti temperaturnog gradijenta. (Tabela 6)

Tabela 6. Koeficijent toplotne provodljivosti metala na 20 o C

Kvalitet umjetničkog livenja usko je povezan s toplinskom provodljivošću metala. Tokom procesa topljenja važno je ne samo osigurati dovoljno visoku temperaturu metala, već i postići ujednačenu distribuciju temperature u cijelom volumenu tečne kupke. Što je veća toplotna provodljivost, to je ravnomernije raspoređena temperatura. Prilikom topljenja električnog luka, uprkos visokoj toplotnoj provodljivosti većine metala, temperaturna razlika u poprečnom preseku kupke dostiže 70-80 o C, a za metal niske toplotne provodljivosti ta razlika može dostići 200 o C ili više.

Pri indukcijskom topljenju stvaraju se povoljni uslovi za izjednačavanje temperature.

Koeficijent toplinske ekspanzije. Ova vrijednost, koja karakterizira promjenu dimenzija uzorka dužine 1 m pri zagrijavanju za 1 o C, važna je za rad emajla (tabela 7)

Koeficijenti toplinske ekspanzije metalne podloge i emajla trebaju biti što je moguće bliži da emajl ne popuca nakon pečenja. Većina emajla koji predstavljaju čvrsti koeficijent silicijum oksida i drugih elemenata imaju nizak koeficijent termičkog širenja. Kao što je praksa pokazala, emajli vrlo dobro prianjaju na željezo i zlato, a manje čvrsto na bakar i srebro. Može se pretpostaviti da je titanijum vrlo pogodan materijal za emajliranje.

Tabela 7. Koeficijent toplinske ekspanzije metala.

Reflektivnost. To je sposobnost metala da reflektuje svjetlosne valove određene dužine, što ljudsko oko percipira kao boju (tabela 8). Boje metala prikazane su u tabeli 9.

Tabela 8. Podudarnost između boje i talasne dužine.

Tabela 9. Boje metala.

Čisti metali se praktički ne koriste u dekorativnoj i primijenjenoj umjetnosti. Za proizvodnju različitih proizvoda koriste se legure čije se karakteristike boje značajno razlikuju od boje osnovnog metala.

Tokom dugog vremena, akumulirano je ogromno iskustvo u korištenju različitih legura za livenje za izradu nakita, predmeta za domaćinstvo, skulptura i mnogih drugih vrsta umjetničkog odljeva. Međutim, odnos između strukture legure i njene refleksivnosti još nije otkriven.

Čelik je legura željeza u koju je pomiješan ugljik. Njegova glavna prednost u konstrukciji je čvrstoća, jer ova tvar dugo zadržava svoj volumen i oblik. Čitava poenta je da su čestice tijela u položaju ravnoteže. U ovom slučaju, privlačne i odbojne sile između čestica su jednake. Čestice su u jasno definisanom redosledu.

Postoje četiri vrste ovog materijala: običan, legirani, niskolegirani, visoko legirani čelik. Razlikuju se po broju aditiva u svom sastavu. Uobičajeni sadrži malu količinu, a zatim se povećava. Koriste se sljedeći aditivi:

• Mangan.
• Nikl.
• Chromium.
• Vanadijum.
• molibden.

Temperature topljenja čelika

Pod određenim uslovima, čvrste materije se tope, odnosno prelaze u tečno stanje. Svaka supstanca to radi na određenoj temperaturi.

• Topljenje je proces prijelaza tvari iz čvrstog u tekuće stanje.
• Tačka topljenja je temperatura na kojoj se kristalna čvrsta tvar topi i prelazi u tekuće stanje. Označeno sa t.

Fizičari koriste specifičnu tabelu topljenja i kristalizacije, koja je data u nastavku:

Na osnovu tabele, možemo sa sigurnošću reći da je tačka topljenja čelika 1400 °C.

Nehrđajući čelik je jedna od mnogih legura željeza koje se nalaze u čeliku. Sadrži hrom od 15 do 30%, što ga čini otpornim na rđu, stvarajući zaštitni sloj oksida na površini i ugljika. Najpopularniji brendovi ove vrste su strani. To su 300. i 400. serije. Odlikuju se svojom čvrstoćom, otpornošću na nepovoljne uvjete i duktilnošću. Serija 200 je slabijeg kvaliteta, ali jeftinija. Ovo je koristan faktor za proizvođača. Njegov sastav je 1913. godine prvi primijetio Harry Brearley, koji je proveo mnogo različitih eksperimenata na čeliku.

U ovom trenutku, nehrđajući čelik je podijeljen u tri grupe:

• Otporan na toplotu- na visokim temperaturama ima visoku mehaničku čvrstoću i stabilnost. Dijelovi koji se od njega prave koriste se u farmaceutskoj, raketnoj i tekstilnoj industriji.
• Otporan na rđu- ima veliku otpornost na procese hrđe. Koristi se u kućanskim i medicinskim uređajima, kao i u mašinstvu za proizvodnju delova.
• Otporan na toplotu- otporan je na koroziju na visokim temperaturama, pogodan za upotrebu u hemijskim postrojenjima.

Tačka topljenja nerđajućeg čelika varira u zavisnosti od njegovog kvaliteta i broja legura od približno 1300 °C do 1400 °C.

Liveno željezo je legura ugljika i željeza, sadrži nečistoće mangana, silicija, sumpora i fosfora. Podnosi niske napone i opterećenja. Jedna od njegovih brojnih prednosti je niska cijena za potrošače. Postoje četiri vrste livenog gvožđa:

Tačke topljenja čelika i livenog gvožđa su različite, kao što je navedeno u gornjoj tabeli. Čelik ima veću čvrstoću i otpornost na visoke temperature od livenog gvožđa, temperature se razlikuju za čak 200 stepeni. Za liveno gvožđe, ovaj broj se kreće od približno 1100 do 1200 stepeni, u zavisnosti od nečistoća koje sadrži.

Tačka topljenja metala je minimalna temperatura na kojoj prelazi iz čvrstog u tečnost. Prilikom topljenja, njegov volumen se praktično ne mijenja. Metali se klasifikuju po tački topljenja u zavisnosti od stepena zagrevanja.

Metali niskog topljenja

Metali niskog topljenja imaju tačku topljenja ispod 600°C. To su cink, kalaj, bizmut. Takvi metali se mogu rastopiti zagrijavanjem na peći ili pomoću lemilice. Metali niskog taljenja koriste se u elektronici i tehnologiji za povezivanje metalnih elemenata i žica za kretanje električne struje. Temperatura je 232 stepena, a cink 419.

Metali srednjeg topljenja

Metali srednjeg topljenja počinju da se transformišu iz čvrstog u tečno na temperaturama od 600°C do 1600°C. Koriste se za izradu ploča, armature, blokova i drugih metalnih konstrukcija pogodnih za gradnju. U ovu grupu metala spadaju gvožđe, bakar, aluminijum, a takođe su deo mnogih legura. Bakar se dodaje legurama plemenitih metala kao što su zlato, srebro i platina. Zlato 750 se sastoji od 25% legiranih metala, uključujući bakar, koji mu daje crvenkastu nijansu. Tačka topljenja ovog materijala je 1084 °C. A aluminijum se počinje topiti na relativno niskoj temperaturi od 660 stepeni Celzijusa. Ovo je lagan, duktilan i jeftin metal koji ne oksidira i ne hrđa, stoga se široko koristi u proizvodnji posuđa. Temperatura je 1539 stepeni. Ovo je jedan od najpopularnijih i najpristupačnijih metala, njegova upotreba je široko rasprostranjena u građevinarstvu i automobilskoj industriji. Ali zbog činjenice da je željezo podložno koroziji, mora se dodatno obraditi i prekriti zaštitnim slojem boje, ulja za sušenje ili spriječiti ulazak vlage.

Vatrostalni metali

Temperatura vatrostalnih metala je iznad 1600°C. To su volfram, titan, platina, hrom i drugi. Koriste se kao izvori svjetlosti, dijelovi strojeva, maziva i u nuklearnoj industriji. Koriste se za izradu žica, visokonaponskih žica, a koriste se i za topljenje drugih metala s nižom tačkom topljenja. Platina počinje da prelazi iz čvrstog u tečnost na temperaturi od 1769 stepeni, a volfram na temperaturi od 3420°C.

Živa je jedini metal koji je u tečnom stanju pod normalnim uslovima, odnosno normalnom atmosferskom pritisku i prosečnoj temperaturi okoline. Tačka topljenja žive je minus 39°C. Ovaj metal i njegove pare su otrovne, pa se koristi samo u zatvorenim posudama ili u laboratorijama. Uobičajena upotreba žive je kao termometar za mjerenje tjelesne temperature.