Στην αυγή της ανθρωπότητας, οι άνθρωποι προσπάθησαν να κυριαρχήσουν στη δημιουργία διαφόρων στοιχείων από μέταλλα. Τέτοια πράγματα ήταν πιο κομψά, λεπτά και ανθεκτικά. Ο χαλκός ήταν ένας από τους πρώτους που «κατακτήθηκαν». Η παρουσία μεταλλεύματος απαιτούσε το υλικό να λιώσει και να διαχωριστεί από τη σκωρία. Αυτό γινόταν σε αναμμένα κάρβουνα στο έδαφος. Η θερμοκρασία αυξήθηκε από φυσούνες που δημιουργούσαν θερμότητα. Η διαδικασία ήταν καυτή και εντατική εργασία, αλλά κατέστησε δυνατή την απόκτηση ασυνήθιστων κοσμημάτων, πιάτων και εργαλείων. Ξεχωριστός χώρος ήταν η παραγωγή όπλων για κυνήγι, τα οποία μπορούσαν να χρησιμεύσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το σημείο τήξης του χαλκού είναι σχετικά χαμηλό, γεγονός που καθιστά δυνατή σήμερα την τήξη του σε οικιακό περιβάλλον και την παραγωγή ειδών απαραίτητα για την επισκευή μηχανισμών ή ηλεκτρικού εξοπλισμού. Ποια είναι η θερμοκρασία τήξης του χαλκού και των κραμάτων του; Πώς μπορείτε να κάνετε αυτή τη διαδικασία στο σπίτι;

Στον περιοδικό πίνακα αυτό το υλικό ονομάζεται Cuprum. Του αποδίδεται ατομικός αριθμός 29. Είναι ένα πλαστικό υλικό που μπορεί εύκολα να υποστεί επεξεργασία σε σκληρή μορφή με εξοπλισμό λείανσης και σκαλίσματος. Η καλή αγωγιμότητα τάσης επιτρέπει στον χαλκό να χρησιμοποιείται ενεργά σε ηλεκτρικό και βιομηχανικό εξοπλισμό.

Στον φλοιό της γης, το υλικό εμφανίζεται με τη μορφή θειούχου μεταλλεύματος. Συχνά συναντώμενα κοιτάσματα βρίσκονται στη Νότια Αμερική, το Καζακστάν και τη Ρωσία. Αυτό είναι χαλκόπυρίτης και λάμψη χαλκού. Σχηματίζονται σε μέσες θερμοκρασίες, σαν λεπτά γεωθερμικά στρώματα. Βρίσκονται επίσης καθαρά ψήγματα που δεν απαιτούν διαχωρισμό σκωρίας, αλλά απαιτούν τήξη για την προσθήκη άλλων μετάλλων, αφού συνήθως ο χαλκός δεν χρησιμοποιείται στην καθαρή του μορφή.

Το μέταλλο έχει μια κοκκινοκίτρινη απόχρωση λόγω του φιλμ οξειδίου που καλύπτει αμέσως την επιφάνεια κατά την αλληλεπίδραση με το οξυγόνο. Το οξείδιο όχι μόνο δίνει ένα όμορφο χρώμα, αλλά προάγει και υψηλότερες αντιδιαβρωτικές ιδιότητες. Το υλικό χωρίς μεμβράνη οξειδίου έχει ανοιχτό κίτρινο χρώμα.

Ο καθαρός χαλκός λιώνει όταν φτάσει τους 1080 βαθμούς. Αυτός ο σχετικά χαμηλός αριθμός σάς επιτρέπει να εργάζεστε με μέταλλο τόσο σε συνθήκες παραγωγής όσο και στο σπίτι. Άλλες φυσικές ιδιότητες του υλικού είναι οι εξής:

• Η πυκνότητα του χαλκού στην καθαρή του μορφή είναι 8,94 x 103 kg/m2.
• Το μέταλλο διακρίνεται από καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οποία σε μέση θερμοκρασία 20 βαθμών είναι 55,5ΜΙΚΡΟ.
• Ο χαλκός μεταφέρει τη θερμότητα καλά και αυτός ο αριθμός είναι 390 J/kg.
• Η απελευθέρωση άνθρακα όταν βράζει ένα υγρό υλικό ξεκινά στους 2595 βαθμούς.
• Ηλεκτρική αντίσταση (ειδική) στο εύρος θερμοκρασίας από 20 έως 100 μοίρες - 1,78 x 10 Ohm/m.

Τήξη μετάλλου και κραμάτων του

Το πρόγραμμα τήξης χαλκού έχει πέντε στάδια διαδικασίας:

1. Σε θερμοκρασία 20-100 βαθμών, το μέταλλο είναι σε στερεή κατάσταση. Η επακόλουθη θέρμανση προωθεί μια αλλαγή χρώματος που συμβαίνει καθώς αφαιρείται το κορυφαίο οξείδιο.
2. Όταν η θερμοκρασία φτάσει τους 1083 βαθμούς, το υλικό μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση και το χρώμα του γίνεται εντελώς λευκό. Αυτή τη στιγμή, το κρυσταλλικό πλέγμα του μετάλλου καταστρέφεται. Για ένα σύντομο χρονικό διάστημα, η αύξηση της θερμοκρασίας σταματά και αφού φτάσει σε ένα εντελώς υγρό στάδιο, επαναλαμβάνεται.
3. Το υλικό βράζει στους 2595 βαθμούς. Αυτό μοιάζει με το βρασμό ενός παχύρρευστου υγρού, όπου απελευθερώνεται επίσης άνθρακας.
4. Όταν η πηγή θερμότητας είναι απενεργοποιημένη, η μέγιστη θερμοκρασία αρχίζει να μειώνεται. Κατά τη διάρκεια της κρυστάλλωσης, η μείωση της θερμοκρασίας επιβραδύνεται.
5. Αφού φτάσει στο στερεό στάδιο, το μέταλλο κρυώνει εντελώς.

Το σημείο τήξης του μπρούντζου είναι ελαφρώς χαμηλότερο λόγω της παρουσίας κασσίτερου. Η καταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος αυτού του κράματος συμβαίνει όταν φτάσει τους 950-1100 βαθμούς. Ένα κράμα χαλκού και ψευδαργύρου, γνωστό ως ορείχαλκος, μπορεί να λιώσει από τους 900°C. Αυτό σας επιτρέπει να εργάζεστε με υλικά χρησιμοποιώντας απλό εξοπλισμό.

Λιώσιμο στο σπίτι

Η τήξη του χαλκού στο σπίτι είναι δυνατή με διάφορους τρόπους. Για να το κάνετε αυτό θα χρειαστείτε έναν αριθμό συσκευών. Η πολυπλοκότητα της διαδικασίας εξαρτάται από τον συγκεκριμένο τύπο εξοπλισμού που χρησιμοποιείται.

Ο ευκολότερος τρόπος για να λιώσει ο χαλκός στο σπίτι είναι ένας φούρνος σιγαστήρα. Οι τεχνίτες μετάλλων θα έχουν μια τέτοια συσκευή που μπορούν να χρησιμοποιήσουν. Τα κομμάτια μετάλλου τοποθετούνται σε ένα ειδικό δοχείο - ένα χωνευτήριο. Τοποθετείται στο φούρνο, στον οποίο έχει ρυθμιστεί η απαιτούμενη θερμοκρασία. Μέσα από το παράθυρο προβολής, μπορείτε να παρατηρήσετε τη διαδικασία μετάβασης σε υγρή κατάσταση και ανοίγοντας την πόρτα, αφαιρέστε το φιλμ οξειδίου. Αυτό πρέπει να γίνει με ατσάλινο γάντζο και φορώντας προστατευτικό γάντι. Η ζέστη από τη σόμπα είναι αρκετά έντονη, επομένως πρέπει να ενεργήσετε προσεκτικά.

Ένας άλλος τρόπος για να λιώσετε χαλκό στο σπίτι είναι με φλόγα προπανίου-οξυγόνου. Είναι επίσης κατάλληλο για κράματα μετάλλων με ψευδάργυρο ή κασσίτερο. Το εργαλείο εργασίας στα χέρια του πλοιάρχου μπορεί να είναι ένας φακός ή ένας κόφτης. Θα λειτουργήσει επίσης μια φλόγα ακετυλενίου-οξυγόνου, αλλά θα χρειαστεί λίγος περισσότερος χρόνος για να θερμανθεί το υλικό. Τα κομμάτια του κράματος τοποθετούνται σε ένα χωνευτήριο τοποθετημένο σε μια ανθεκτική στη θερμότητα βάση. Ο καυστήρας εκτελεί τυχαίες κινήσεις σε όλο το σώμα του δοχείου. Ένα γρήγορο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί εάν βεβαιωθείτε ότι ο φακός φλόγας αγγίζει την επιφάνεια του χωνευτηρίου με το μπλε άκρο του. Η θερμοκρασία είναι η υψηλότερη εκεί.

Ένας άλλος τρόπος είναι ένας ισχυρός φούρνος μικροκυμάτων. Αλλά για να αυξηθούν οι ιδιότητες εξοικονόμησης θερμότητας και να προστατευθούν τα εσωτερικά μέρη του εξοπλισμού από υπερθέρμανση, είναι απαραίτητο να τοποθετήσετε το χωνευτήριο σε ένα ανθεκτικό στη θερμότητα υλικό και να το καλύψετε από πάνω. Αυτά μπορεί να είναι ειδικοί τύποι τούβλων.

Η απλούστερη οικονομική μέθοδος είναι ένα στρώμα ξυλάνθρακα πάνω στο οποίο τοποθετείται σφυρηλάτηση με χαλκό. Μπορείτε να αυξήσετε τη θερμότητα χρησιμοποιώντας μια ηλεκτρική σκούπα με φυσητήρα. Η άκρη του εύκαμπτου σωλήνα που στοχεύει στα κάρβουνα πρέπει να είναι μεταλλική και το ακροφύσιο πρέπει να είναι επίπεδο για να βελτιώνεται η ροή του αέρα.

Η παραγωγή εξαρτημάτων και άλλων στοιχείων από χαλκό με τήξη του στο σπίτι είναι δυνατή λόγω της σχετικά χαμηλής θερμοκρασίας καταστροφής του κρυσταλλικού πλέγματος στο υλικό. Χρησιμοποιώντας τις συσκευές που περιγράφονται παραπάνω και παρακολουθώντας το βίντεο, οι περισσότεροι θα μπορέσουν να επιτύχουν αυτόν τον στόχο.

Στη μεταλλουργική βιομηχανία, ένας από τους κύριους τομείς είναι η χύτευση μετάλλων και των κραμάτων τους λόγω του χαμηλού κόστους και της σχετικής απλότητας της διαδικασίας. Μπορούν να χυθούν καλούπια με οποιοδήποτε σχήμα και διάφορες διαστάσεις, από μικρά έως μεγάλα. Είναι κατάλληλο τόσο για μαζική όσο και για προσαρμοσμένη παραγωγή.

Η χύτευση είναι ένας από τους παλαιότερους τομείς εργασίας με μέταλλα, και ξεκινά γύρω στην Εποχή του Χαλκού: 7-3 χιλιετία π.Χ. μι. Έκτοτε, έχουν ανακαλυφθεί πολλά υλικά, οδηγώντας σε προόδους στην τεχνολογία και αυξημένες απαιτήσεις στη βιομηχανία χυτηρίων.

Σήμερα, υπάρχουν πολλές κατευθύνσεις και τύποι χύτευσης, που διαφέρουν στην τεχνολογική διαδικασία. Ένα πράγμα παραμένει αμετάβλητο - η φυσική ιδιότητα των μετάλλων να περνούν από στερεά σε υγρή κατάσταση και είναι σημαντικό να γνωρίζουμε σε ποια θερμοκρασία αρχίζει η τήξη διαφορετικών τύπων μετάλλων και των κραμάτων τους.

Διαδικασία τήξης μετάλλων

Αυτή η διαδικασία αναφέρεται στη μετάβαση μιας ουσίας από μια στερεή σε μια υγρή κατάσταση. Όταν επιτευχθεί το σημείο τήξης, το μέταλλο μπορεί να είναι είτε σε στερεή είτε σε υγρή κατάσταση· περαιτέρω αύξηση θα οδηγήσει στην πλήρη μετάβαση του υλικού σε υγρό.

Το ίδιο συμβαίνει κατά τη στερεοποίηση - όταν επιτευχθεί το όριο τήξης, η ουσία θα αρχίσει να μεταβαίνει από υγρή σε στερεή κατάσταση και η θερμοκρασία δεν θα αλλάξει μέχρι την πλήρη κρυστάλλωση.

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι αυτός ο κανόνας ισχύει μόνο για καθαρό μέταλλο. Τα κράματα δεν έχουν σαφές όριο θερμοκρασίας και υφίστανται μεταβάσεις κατάστασης σε ένα συγκεκριμένο εύρος:

1. Το Solidus είναι η γραμμή θερμοκρασίας στην οποία αρχίζει να λιώνει το πιο εύτηκτο συστατικό του κράματος.
2. Το Liquidus είναι το τελικό σημείο τήξης όλων των συστατικών, κάτω από το οποίο αρχίζουν να εμφανίζονται οι πρώτοι κρύσταλλοι κραμάτων.

Είναι αδύνατο να μετρηθεί με ακρίβεια το σημείο τήξης τέτοιων ουσιών· το σημείο μετάβασης των καταστάσεων υποδεικνύεται με ένα αριθμητικό διάστημα.

Ανάλογα με τη θερμοκρασία στην οποία αρχίζουν να λιώνουν τα μέταλλα, συνήθως χωρίζονται σε:

• Χαμηλή τήξη, έως 600 °C. Αυτά περιλαμβάνουν ψευδάργυρο, μόλυβδο και άλλα.
• Μέτρια τήξη, έως 1600 °C. Τα πιο κοινά κράματα και μέταλλα όπως χρυσός, ασήμι, χαλκός, σίδηρος, αλουμίνιο.
• Πυρίμαχο, πάνω από 1600 °C. Τιτάνιο, μολυβδαίνιο, βολφράμιο, χρώμιο.

Υπάρχει επίσης ένα σημείο βρασμού - το σημείο στο οποίο το λιωμένο μέταλλο αρχίζει να μεταβαίνει σε αέρια κατάσταση. Αυτή είναι μια πολύ υψηλή θερμοκρασία, συνήθως 2 φορές το σημείο τήξης.

Επίδραση της πίεσης

Η θερμοκρασία τήξης και η ίση θερμοκρασία στερεοποίησης εξαρτώνται από την πίεση, αυξάνοντας με την αύξηση της. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι με την αυξανόμενη πίεση τα άτομα έρχονται πιο κοντά μεταξύ τους και για να καταστραφούν το κρυσταλλικό πλέγμα πρέπει να απομακρυνθούν. Σε αυξημένη πίεση απαιτείται μεγαλύτερη θερμική ενέργεια και αυξάνεται η αντίστοιχη θερμοκρασία τήξης.

Υπάρχουν εξαιρέσεις όταν η θερμοκρασία που απαιτείται για να μετατραπεί σε υγρή κατάσταση μειώνεται με αυξημένη πίεση. Τέτοιες ουσίες περιλαμβάνουν τον πάγο, το βισμούθιο, το γερμάνιο και το αντιμόνιο.

Πίνακας σημείου τήξης

Είναι σημαντικό για οποιονδήποτε ασχολείται με τη μεταλλουργική βιομηχανία, είτε είναι συγκολλητής, εργάτης χυτηρίου, μεταλλουργός ή κοσμηματοπώλης, να γνωρίζει τις θερμοκρασίες στις οποίες λιώνουν τα υλικά με τα οποία εργάζονται. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τα σημεία τήξης των πιο κοινών ουσιών.

Πίνακας θερμοκρασιών τήξης μετάλλων και κραμάτων

Εκτός από το τραπέζι τήξης, υπάρχουν πολλά άλλα υποστηρικτικά υλικά. Για παράδειγμα, η απάντηση στο ερώτημα ποιο είναι το σημείο βρασμού του σιδήρου βρίσκεται στον πίνακα των ουσιών βρασμού. Εκτός από το βρασμό, τα μέταλλα έχουν μια σειρά από άλλες φυσικές ιδιότητες, όπως η αντοχή.

Εκτός από την ικανότητα μετάβασης από στερεά σε υγρή κατάσταση, μία από τις σημαντικές ιδιότητες ενός υλικού είναι η αντοχή του - η ικανότητα ενός στερεού σώματος να αντιστέκεται στην καταστροφή και τις μη αναστρέψιμες αλλαγές στο σχήμα. Ο κύριος δείκτης αντοχής είναι η αντίσταση που εμφανίζεται όταν σπάει ένα προανοπτημένο τεμάχιο εργασίας. Η έννοια της αντοχής δεν ισχύει για τον υδράργυρο επειδή βρίσκεται σε υγρή κατάσταση. Ο χαρακτηρισμός της αντοχής είναι αποδεκτός σε MPa - Mega Pascals.

Υπάρχουν οι ακόλουθες ομάδες αντοχής μετάλλων:

• Εύθραυστο. Η αντίστασή τους δεν ξεπερνά τα 50MPa. Αυτά περιλαμβάνουν κασσίτερο, μόλυβδο, μαλακά αλκαλικά μέταλλα
• Ανθεκτικό, 50−500 MPa. Χαλκός, αλουμίνιο, σίδηρος, τιτάνιο. Τα υλικά αυτής της ομάδας αποτελούν τη βάση πολλών δομικών κραμάτων.
• Υψηλή αντοχή, πάνω από 500 MPa. Για παράδειγμα, το μολυβδαίνιο και το .

Μεταλλικό τραπέζι αντοχής

Τα πιο κοινά κράματα στην καθημερινή ζωή

Όπως φαίνεται από τον πίνακα, τα σημεία τήξης των στοιχείων ποικίλλουν πολύ ακόμη και μεταξύ των υλικών που βρίσκονται συνήθως στην καθημερινή ζωή.

Έτσι, το ελάχιστο σημείο τήξης του υδραργύρου είναι -38,9 °C, άρα σε θερμοκρασία δωματίου βρίσκεται ήδη σε υγρή κατάσταση. Αυτό εξηγεί γιατί τα οικιακά θερμόμετρα έχουν χαμηλότερη ένδειξη -39 βαθμούς Κελσίου: κάτω από αυτόν τον δείκτη, ο υδράργυρος μετατρέπεται σε στερεή κατάσταση.

Οι πιο κοινές κολλήσεις σε οικιακή χρήση περιέχουν σημαντικό ποσοστό κασσίτερου, ο οποίος έχει σημείο τήξης 231,9 °C, επομένως οι περισσότερες κολλήσεις λιώνουν στη θερμοκρασία λειτουργίας του κολλητηρίου 250−400 °C.

Επιπλέον, υπάρχουν συγκολλήσεις χαμηλής τήξης με χαμηλότερο όριο τήξης, έως 30 °C, και χρησιμοποιούνται όταν η υπερθέρμανση των υλικών που συγκολλούνται είναι επικίνδυνη. Για τους σκοπούς αυτούς, υπάρχουν συγκολλήσεις με βισμούθιο και η τήξη αυτών των υλικών κυμαίνεται από 29,7 έως 120 °C.

Η τήξη υλικών με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, ανάλογα με τα συστατικά του κράματος, κυμαίνεται από 1100 έως 1500 °C.

Τα σημεία τήξης των μετάλλων και των κραμάτων τους βρίσκονται σε πολύ μεγάλο εύρος θερμοκρασιών, από πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (υδράργυρος) έως αρκετές χιλιάδες βαθμούς. Η γνώση αυτών των δεικτών, καθώς και άλλων φυσικών ιδιοτήτων, είναι πολύ σημαντική για άτομα που εργάζονται στον μεταλλουργικό τομέα. Για παράδειγμα, η γνώση της θερμοκρασίας στην οποία λιώνει ο χρυσός και άλλα μέταλλα θα είναι χρήσιμη σε κοσμηματοπωλεία, χυτήρια και χυτήρια.

Φυσικές ιδιότητες των μετάλλων.

Πυκνότητα.Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των μετάλλων και των κραμάτων. Σύμφωνα με την πυκνότητά τους, τα μέταλλα χωρίζονται στις ακόλουθες ομάδες:

πνεύμονες(πυκνότητα όχι μεγαλύτερη από 5 g/cm 3) - μαγνήσιο, αλουμίνιο, τιτάνιο κ.λπ.:

βαρύς- (πυκνότητα από 5 έως 10 g/cm 3) - σίδηρος, νικέλιο, χαλκός, ψευδάργυρος, κασσίτερος κ.λπ. (αυτή είναι η πιο εκτεταμένη ομάδα).

πολύ βαρύ(πυκνότητα μεγαλύτερη από 10 g/cm3) - μολυβδαίνιο, βολφράμιο, χρυσός, μόλυβδος κ.λπ.

Ο Πίνακας 2 δείχνει τις τιμές πυκνότητας των μετάλλων. (Αυτός και οι ακόλουθοι πίνακες χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες εκείνων των μετάλλων που αποτελούν τη βάση των κραμάτων για καλλιτεχνική χύτευση).

Πίνακας 2. Πυκνότητα μετάλλου.

Θερμοκρασία τήξης.Ανάλογα με το σημείο τήξης, το μέταλλο χωρίζεται στις ακόλουθες ομάδες:

εύτηκτος(το σημείο τήξης δεν υπερβαίνει τους 600 o C) - ψευδάργυρος, κασσίτερος, μόλυβδος, βισμούθιο κ.λπ.

μέτριας τήξης(από 600 o C έως 1600 o C) - αυτά περιλαμβάνουν σχεδόν τα μισά μέταλλα, συμπεριλαμβανομένου του μαγνησίου, του αλουμινίου, του σιδήρου, του νικελίου, του χαλκού, του χρυσού.

πυρίμαχος(πάνω από 1600 o C) - βολφράμιο, μολυβδαίνιο, τιτάνιο, χρώμιο κ.λπ.

Ο υδράργυρος είναι υγρό.

Κατά την κατασκευή καλλιτεχνικών χυτών, το σημείο τήξης του μετάλλου ή του κράματος καθορίζει την επιλογή της μονάδας τήξης και του πυρίμαχου υλικού χύτευσης. Όταν τα πρόσθετα εισάγονται σε ένα μέταλλο, το σημείο τήξης, κατά κανόνα, μειώνεται.

Πίνακας 3. Σημεία τήξης και βρασμού μετάλλων.

Ειδική θερμότητα. Αυτή είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία μιας μονάδας μάζας κατά ένα βαθμό. Η ειδική θερμοχωρητικότητα μειώνεται με την αύξηση του ατομικού αριθμού ενός στοιχείου στον περιοδικό πίνακα. Η εξάρτηση της ειδικής θερμοχωρητικότητας ενός στοιχείου σε στερεή κατάσταση από την ατομική μάζα περιγράφεται κατά προσέγγιση από τους νόμους Dulong και Petit:

m a c m = 6.

Οπου, μ α- ατομική μάζα; εκ- ειδική θερμοχωρητικότητα (J/kg * o C).

Ο Πίνακας 4 δείχνει την ειδική θερμοχωρητικότητα ορισμένων μετάλλων.

Πίνακας 4. Ειδική θερμοχωρητικότητα μετάλλων.

Λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης μετάλλων. Αυτό το χαρακτηριστικό (Πίνακας 5), μαζί με την ειδική θερμοχωρητικότητα των μετάλλων, καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την απαιτούμενη ισχύ της μονάδας τήξης. Η τήξη ενός μετάλλου χαμηλής τήξης απαιτεί μερικές φορές περισσότερη θερμική ενέργεια από ένα πυρίμαχο μέταλλο. Για παράδειγμα, η θέρμανση του χαλκού από 20 έως 1133 o C θα απαιτεί μιάμιση φορά λιγότερη θερμική ενέργεια από τη θέρμανση της ίδιας ποσότητας αλουμινίου από 20 έως 710 o C.

Πίνακας 5. Λανθάνουσα θερμότητα μετάλλου

Θερμοχωρητικότητα. Η θερμοχωρητικότητα χαρακτηρίζει τη μεταφορά θερμικής ενέργειας από ένα μέρος του σώματος σε άλλο, ή ακριβέστερα, τη μοριακή μεταφορά θερμότητας σε ένα συνεχές μέσο λόγω της παρουσίας βαθμίδας θερμοκρασίας. (Πίνακας 6)

Πίνακας 6. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας μετάλλων στους 20 o C

Η ποιότητα της καλλιτεχνικής χύτευσης συνδέεται στενά με τη θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου. Κατά τη διαδικασία τήξης, είναι σημαντικό όχι μόνο να διασφαλιστεί μια αρκετά υψηλή θερμοκρασία του μετάλλου, αλλά και να επιτευχθεί ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας σε ολόκληρο τον όγκο του λουτρού υγρού. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα, τόσο πιο ομοιόμορφα κατανέμεται η θερμοκρασία. Κατά την τήξη ηλεκτρικού τόξου, παρά την υψηλή θερμική αγωγιμότητα των περισσότερων μετάλλων, η διαφορά θερμοκρασίας σε όλη τη διατομή του λουτρού φτάνει τους 70-80 o C και για ένα μέταλλο με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα αυτή η διαφορά μπορεί να φτάσει τους 200 o C ή περισσότερο.

Κατά την επαγωγική τήξη δημιουργούνται ευνοϊκές συνθήκες για εξίσωση θερμοκρασίας.

Συντελεστής θερμικής διαστολής. Αυτή η τιμή, η οποία χαρακτηρίζει την αλλαγή των διαστάσεων ενός δείγματος μήκους 1 m όταν θερμαίνεται κατά 1 o C, είναι σημαντική για την σμάλτο (Πίνακας 7)

Οι συντελεστές θερμικής διαστολής της μεταλλικής βάσης και του σμάλτου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά ώστε το σμάλτο να μην ραγίσει μετά το ψήσιμο. Τα περισσότερα σμάλτα που αντιπροσωπεύουν έναν στερεό συντελεστή οξειδίων του πυριτίου και άλλων στοιχείων έχουν χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής. Όπως έχει δείξει η πρακτική, τα σμάλτα προσκολλώνται πολύ καλά στο σίδηρο και τον χρυσό και λιγότερο σταθερά στον χαλκό και το ασήμι. Μπορεί να υποτεθεί ότι το τιτάνιο είναι ένα πολύ κατάλληλο υλικό για επισμάλτωση.

Πίνακας 7. Συντελεστής θερμικής διαστολής μετάλλων.

Ανακλαστικότητα. Αυτή είναι η ικανότητα ενός μετάλλου να αντανακλά φωτεινά κύματα συγκεκριμένου μήκους, το οποίο γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι ως χρώμα (Πίνακας 8). Τα χρώματα μετάλλων φαίνονται στον Πίνακα 9.

Πίνακας 8. Αντιστοιχία χρώματος και μήκους κύματος.

Πίνακας 9. Χρώματα μετάλλων.

Τα καθαρά μέταλλα πρακτικά δεν χρησιμοποιούνται στις διακοσμητικές και εφαρμοσμένες τέχνες. Για την κατασκευή διαφόρων προϊόντων, χρησιμοποιούνται κράματα, τα χρωματικά χαρακτηριστικά των οποίων διαφέρουν σημαντικά από το χρώμα του βασικού μετάλλου.

Κατά τη διάρκεια ενός μακρού χρόνου, έχει συσσωρευτεί τεράστια εμπειρία στη χρήση διαφόρων κραμάτων χύτευσης για την κατασκευή κοσμημάτων, ειδών οικιακής χρήσης, γλυπτών και πολλών άλλων ειδών καλλιτεχνικής χύτευσης. Ωστόσο, η σχέση μεταξύ της δομής του κράματος και της ανακλαστικότητάς του δεν έχει ακόμη αποκαλυφθεί.

Ο χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου στο οποίο αναμιγνύεται άνθρακας. Το κύριο πλεονέκτημά του στην κατασκευή είναι η αντοχή, επειδή αυτή η ουσία διατηρεί τον όγκο και το σχήμα της για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το όλο θέμα είναι ότι τα σωματίδια του σώματος βρίσκονται σε θέση ισορροπίας. Σε αυτή την περίπτωση, οι ελκτικές και απωστικές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων είναι ίσες. Τα σωματίδια είναι σε μια σαφώς καθορισμένη σειρά.

Υπάρχουν τέσσερις τύποι αυτού του υλικού: κανονικός, κράμα, χαμηλού κράματος, χάλυβας υψηλής κραματοποίησης. Διαφέρουν ως προς τον αριθμό των προσθέτων στη σύνθεσή τους. Το συνηθισμένο περιέχει μια μικρή ποσότητα και στη συνέχεια αυξάνεται. Χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα πρόσθετα:

• Μαγγάνιο.
• Νικέλιο.
• Χρώμιο.
• Βανάδιο.
• Μολυβδαίνιο.

Θερμοκρασίες τήξης του χάλυβα

Κάτω από ορισμένες συνθήκες τα στερεά λιώνουν, δηλαδή μετατρέπονται σε υγρή κατάσταση. Κάθε ουσία το κάνει αυτό σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.

• Η τήξη είναι η διαδικασία μετάβασης μιας ουσίας από στερεά σε υγρή κατάσταση.
• Σημείο τήξης είναι η θερμοκρασία στην οποία ένα κρυσταλλικό στερεό λιώνει και μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση. Συμβολίζεται με t.

Οι φυσικοί χρησιμοποιούν έναν συγκεκριμένο πίνακα τήξης και κρυστάλλωσης, ο οποίος δίνεται παρακάτω:

Με βάση τον πίνακα, μπορούμε να πούμε με ασφάλεια ότι το σημείο τήξης του χάλυβα είναι 1400 °C.

Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι ένα από τα πολλά κράματα σιδήρου που βρίσκονται στον χάλυβα. Περιέχει χρώμιο από 15 έως 30%, που το καθιστά ανθεκτικό στη σκουριά, δημιουργώντας ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου στην επιφάνεια, και άνθρακα. Οι πιο δημοφιλείς μάρκες αυτού του τύπου είναι ξένες. Αυτές είναι η 300η και η 400η σειρά. Διακρίνονται για τη δύναμή τους, την αντοχή τους σε αντίξοες συνθήκες και την ολκιμότητα. Η σειρά 200 είναι χαμηλότερης ποιότητας, αλλά φθηνότερη. Αυτός είναι ένας ευεργετικός παράγοντας για τον κατασκευαστή. Η σύνθεσή του παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1913 από τον Harry Brearley, ο οποίος διεξήγαγε πολλά διαφορετικά πειράματα στον χάλυβα.

Προς το παρόν, ο ανοξείδωτος χάλυβας χωρίζεται σε τρεις ομάδες:

• Αντιθερμικό- σε υψηλές θερμοκρασίες έχει υψηλή μηχανική αντοχή και σταθερότητα. Τα εξαρτήματα που κατασκευάζονται από αυτό χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική, την πυραυλική βιομηχανία και την κλωστοϋφαντουργία.
• Ανθεκτικό στη σκουριά- έχει μεγάλη αντοχή στις διεργασίες σκουριάς. Χρησιμοποιείται σε οικιακές και ιατρικές συσκευές, καθώς και στη μηχανολογία για την κατασκευή ανταλλακτικών.
• Αντιθερμικό- είναι ανθεκτικό στη διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες, κατάλληλο για χρήση σε χημικά εργοστάσια.

Το σημείο τήξης του ανοξείδωτου χάλυβα ποικίλλει ανάλογα με την ποιότητά του και τον αριθμό των κραμάτων από περίπου 1300 °C έως 1400 °C.

Ο χυτοσίδηρος είναι κράμα άνθρακα και σιδήρου, περιέχει ακαθαρσίες μαγγανίου, πυριτίου, θείου και φωσφόρου. Αντέχει σε χαμηλές τάσεις και φορτία. Ένα από τα πολλά πλεονεκτήματά του είναι το χαμηλό κόστος για τους καταναλωτές. Υπάρχουν τέσσερις τύποι χυτοσιδήρου:

Τα σημεία τήξης του χάλυβα και του χυτοσιδήρου είναι διαφορετικά, όπως αναφέρεται στον παραπάνω πίνακα. Ο χάλυβας έχει μεγαλύτερη αντοχή και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες από τον χυτοσίδηρο, οι θερμοκρασίες διαφέρουν έως και 200 ​​βαθμούς. Για το χυτοσίδηρο, ο αριθμός αυτός κυμαίνεται από περίπου 1100 έως 1200 μοίρες, ανάλογα με τις ακαθαρσίες που περιέχει.

Το σημείο τήξης ενός μετάλλου είναι η ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία μεταβάλλεται από στερεό σε υγρό. Κατά την τήξη, ο όγκος του πρακτικά δεν αλλάζει. Τα μέταλλα ταξινομούνται με βάση το σημείο τήξης ανάλογα με το βαθμό θέρμανσης.

Μέταλλα χαμηλής τήξης

Τα μέταλλα χαμηλής τήξης έχουν σημείο τήξης κάτω από 600°C. Αυτά είναι ψευδάργυρος, κασσίτερος, βισμούθιο. Τέτοια μέταλλα μπορούν να λιώσουν θερμαίνοντάς τα στη σόμπα ή χρησιμοποιώντας συγκολλητικό σίδερο. Τα μέταλλα χαμηλής τήξης χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρονική και την τεχνολογία για τη σύνδεση μεταλλικών στοιχείων και καλωδίων για την κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος. Η θερμοκρασία είναι 232 βαθμοί και ο ψευδάργυρος είναι 419.

Μέταλλα μέτριας τήξης

Μέταλλα μεσαίας τήξης αρχίζουν να μετατρέπονται από στερεά σε υγρά σε θερμοκρασίες από 600°C έως 1600°C. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πλακών, οπλισμών, μπλοκ και άλλων μεταλλικών κατασκευών κατάλληλων για κατασκευή. Αυτή η ομάδα μετάλλων περιλαμβάνει σίδηρο, χαλκό, αλουμίνιο και αποτελούν επίσης μέρος πολλών κραμάτων. Ο χαλκός προστίθεται σε κράματα πολύτιμων μετάλλων όπως ο χρυσός, το ασήμι και η πλατίνα. Ο χρυσός 750 αποτελείται από 25% κράμα μετάλλων, συμπεριλαμβανομένου του χαλκού, που του δίνει μια κοκκινωπή απόχρωση. Το σημείο τήξης αυτού του υλικού είναι 1084 °C. Και το αλουμίνιο αρχίζει να λιώνει σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία 660 βαθμών Κελσίου. Αυτό είναι ένα ελαφρύ, όλκιμο και φθηνό μέταλλο που δεν οξειδώνεται και δεν σκουριάζει, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή επιτραπέζιων σκευών. Η θερμοκρασία είναι 1539 βαθμοί. Αυτό είναι ένα από τα πιο δημοφιλή και προσιτά μέταλλα, η χρήση του είναι ευρέως διαδεδομένη στις κατασκευαστικές και αυτοκινητοβιομηχανίες. Αλλά λόγω του γεγονότος ότι ο σίδηρος υπόκειται σε διάβρωση, πρέπει να υποστεί πρόσθετη επεξεργασία και να καλυφθεί με ένα προστατευτικό στρώμα βαφής, λάδι ξήρανσης ή να αποτρέψει την είσοδο υγρασίας.

Πυρίμαχα μέταλλα

Η θερμοκρασία των πυρίμαχων μετάλλων είναι πάνω από 1600°C. Αυτά είναι το βολφράμιο, το τιτάνιο, η πλατίνα, το χρώμιο και άλλα. Χρησιμοποιούνται ως πηγές φωτός, εξαρτήματα μηχανών, λιπαντικά και στην πυρηνική βιομηχανία. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή συρμάτων, καλωδίων υψηλής τάσης και χρησιμοποιούνται για την τήξη άλλων μετάλλων με χαμηλότερο σημείο τήξης. Η πλατίνα αρχίζει να μεταβαίνει από στερεό σε υγρό σε θερμοκρασία 1769 βαθμών και το βολφράμιο σε θερμοκρασία 3420 °C.

Ο υδράργυρος είναι το μόνο μέταλλο που βρίσκεται σε υγρή κατάσταση υπό κανονικές συνθήκες, δηλαδή κανονική ατμοσφαιρική πίεση και μέση θερμοκρασία περιβάλλοντος. Το σημείο τήξης του υδραργύρου είναι μείον 39°C. Αυτό το μέταλλο και οι ατμοί του είναι δηλητηριώδεις, επομένως χρησιμοποιείται μόνο σε κλειστά δοχεία ή σε εργαστήρια. Μια κοινή χρήση του υδραργύρου είναι ως θερμόμετρο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του σώματος.