Температура плавления алюминия

22 ноября 2021

Алюминий и его сплавы используются почти во всех сферах промышленности, а также в процессе изготовления предметов домашнего обихода. В условиях комнатной температуры на алюминии образуется тонкая пленка окиси (А12O3), прочно защищающая его от последующего окисления. Время окисления алюминия с ростом температуры резко увеличивается. Именно по этой причине в процессе плавки алюминия и его сплавов в плавильных печах поверхность расплавляемого материала и зеркало ванны очень быстро покрывается пленкой окиси.

Чистый алюминий

Чистые металлы, в том числе, чистый алюминий, имеют четкую температуру плавления – точку плавления.  Затвердевание или «замерзание» чистого алюминия происходит также при постоянной температуре. Когда чистый жидкий алюминий  охлаждается, его температура падает до температуры затвердевания и остается при этой температуре, пока весь он (жидкий алюминий) не затвердеет.

Температура плавления чистого алюминия

Плавление алюминия, как и других веществ, происходит при подводе к нему тепловой энергии, снаружи или непосредственно в его объём, как это происходит, например, при индукционном нагреве.

Температура плавления алюминия зависит от его чистоты:

  • Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996 %: 660,37 °С.
  • При содержании алюминия 99,5 % плавление начинается при 657 °С.
  • При содержании алюминия 99,0 % плавление начинается при 643 °С.

Плавление алюминия

Ниже представлены особенност плавления алюминия.

Влияние легирующих элементов и примесей алюминия

Добавление в алюминий других элементов, в том числе легирующих, снижает температуру его плавления, точнее – начала его плавления. Так, у некоторых литейных алюминиевых сплавов с большим содержанием кремния и магния температура начала плавления снижается почти до 500 °С. Вообще, понятие «температура плавления» распространяется только на чистые металлы и другие кристаллические вещества. У сплавов же нет определённой температуры плавления: процесс их плавления (и затвердевания) происходит в некотором интервале температур.

Интервалы температуры плавления алюминия

В таблице ниже представлены температуры ликвидуса и солидуса некоторых промышленных деформируемых сплавов. Необходимо иметь в виду, что понятия температур солидус и ликвидус определены для равновесных превращений жидкой фазы в твердую и обратно, то есть при бесконечной длительности процессов. На практике надо делать поправки с учетом скорости нагрева или охлаждения.

Плавление силумина: алюминиевые сплавы

Не все сплавы имеют интервал между температурами солидус и ликвидус. Такие сплавы называют эвтектическим. Например, у алюминиевого сплава с содержанием 12,5 % кремния точки ликвидуса и солидуса сводятся в точку: этот сплав как и чистые металлы имеет не интервал, а точку плавления. Эта точка и температура называются эвтектическими. Этот сплав относится к знаменитым литейным алюминиево-кремниевым сплавам – силуминам с узким интервалом солидус-ликвидус, что и дает их лучшие литейные свойства.

В двойном сплаве Al-Si температура солидус постоянна и составляет 577 °С. При увеличении содержания кремния температура ликвидус снижается от максимального значения для чистого алюминия 660 °С и до совпадения с температурой солидуса 577 °С при содержании кремния 12,6 %.

Среди других легирующих элементов алюминия сильнее всего понижает температуру плавления магний: эвтектическая температура 450 °С достигается при содержании магния 18,9 %. Медь дает эвтектическую температуру 548 °С, а марганец – всего лишь 658 °С! Большинство сплавов являются не двойными, а тройными и даже четверными. Поэтому при совместном влиянии нескольких легирующих элементов температура солидуса – начала плавления или конца затвердевания может быть еще ниже.

Расплавление алюминиевых сплавов для литья

Для нагрева алюминиевого сплава до температуры жидкого состояния, при которой возможно выполнение операций литья, применяют плавильные печи различных видов. Тепловая энергия, которая требуется для того, чтобы нагреть металл до температуры жидкого состояния, при которой его можно разливать в литейные формы, состоит из суммы следующих компонентов:

  • Теплота, чтобы поднять температуру металла до температуры плавления
  • Теплота плавления, чтобы перевести металл из твердого состояния в жидкое состояние
  • Теплота для нагрева расплавленного металла до заданной температуры разливки

Температура разливки – это температура расплавленного металла, при которой он заливается в литейную форму. Важным фактором здесь является разность между температурой разливки и температурой, при которой начинается затвердевание. Этой температурой является температура (точка) плавления для чистого алюминия или температура ликвидус для алюминиевого сплава. Эту разность температур иногда называют перегревом. Этот термин также может применяться для количества теплоты, которое надо отобрать от жидкого металла между разливкой и моментом начала затвердевания.

Температура плавления алюминия, именуемая равновесной

Любые химически чистые металлы, включая алюминий, имеют температурную характеристику, именуемую «точка плавления». Материалы, достигая её, становятся жидкими. Для незначительных объёмов образцов алюминия переход в иное агрегатное состояние происходит настолько быстро (в плане изменения температурного режима), что измерить его можно с точностью до 0,1°С.

Обратная процедура, предусматривающая переход в твёрдое состояние, происходит при достижении «точки затвердевания». При равновесных условиях, при чисто теоретическом допущении, её значение равно температуре плавления. Фактически между этими значениями существуют незначительные разбросы.

Температуры начала и завершения плавления алюминия

Температуры начала и завершения плавления алюминия – эти две величины также необходимо учитывать при рассмотрении вопроса плавления металлов:

  • первая, «солидус» (твёрдый) – это значение температуры, по достижению которой начинается процесс плавления;
  • вторая, «ликвидус» (жидкий) – обозначает показатель, достижение которого приводит к завершению плавления.

Сплавы на основе алюминия, начинают кристаллизоваться при достижении значения, именуемого «ликвидус». Заканчивается отверждение при достижении «солидус». Между этими значениями металл находится в кашицеобразном состоянии.

Влияние на процессы плавления примесей алюминия, легирующих элементов

При добавлении в химически чистый металл присадок, включая легирующие, достигается понижение температуры, необходимой для начала процесса плавления. Пример, значительное содержание Mg, Si опускает её почти до 500°С.

Для сплавов, определение «температура плавления» фактически не используется, так как данный процесс идёт в определённом интервале температур.

Температура кипения алюминия

Температура кипения чистого алюминия составляет 2494 ºС.

Другие термические свойства алюминия:

  • скрытая теплота плавления: 397 кДж/г
  • удельная теплота испарения: 1,18 · 10-4 MДж/(г·К)
  • теплота сгорания: 31,05 МДж/кг
  • теплоемкость: 0,900 кДж/(г·К) при 25 ºС;
    1,18 кДж/(г·К) при 660,4 ºС (жидкий).

Процесс плавления алюминия в домашних условиях

Плавление — это довольно опасный процесс. Предварительно необходимо обязательно побеспокоиться о средствах защиты от различных ядовитых веществ, которые будут образовываться, а также подготовить литейную форму.

Средства защиты при плавлении алюминия

Список средств, необходимых для защиты при плавлении алюминия:

  1. Не обойтись без специальных перчаток даже в том случае, если расплавить алюминий необходимо лишь единожды. Это, пожалуй, основное средство защиты, так как расплавленная масса с большой долей вероятности может попасть на руки, и тогда неминуемо на коже появится ожог, поскольку температура жидкого металла превышает 600 градусов.
  2. Следующая часть тела, которую также необходимо защитить от попадания горячего алюминия — глаза. При частой плавке не обойтись без специальной защитной маски, ну или хотя бы очков. Но лучше всего работать в костюме, который устойчив к воздействию высокой температуры в несколько сотен градусов.
  3. Если необходимо получить чистый алюминий, потребуется рафинирующий флюс. И тогда работать нужно в химическом респираторе.

Выбор формы для литья алюминия

Для того, чтобы отлить алюминий, необязательно запасаться литейной формой. Достаточно лишь приобрести лист из более тугоплавкого металла — из стали, вылить на него расплавленный алюминий и подождать, пока последний затвердеет. Но для получения какой-либо детали из алюминия обязательно придется приобретать форму для литья.

Ее можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Для этой цели обычно используется скульптурный гипс. Он заливается в форму, затем какое-то время охлаждается. После этого в него вставляют модель и сверху кладут вторую емкость с гипсом. При этом важно не забыть проделать отверстие в гипсе с помощью какого-нибудь предмета цилиндрической формы. Через это отверстие и будет заливаться горячий алюминий.

При плавлении алюминия не обойтись без так называемого тигеля: то есть емкости из тугоплавкого металла. Она может быть выполнена из фарфора, кварца, стали, чугуна. Впрочем, изготавливать тигель самостоятельно вовсе не обязательно, ведь его можно просто купить в специальном магазине. Объем тигеля зависит от того, какое количество металла требуется получить.

Для получения качественных отливок целесообразно использовать металлические формы (кокили), но изготавливать их целесообразно только в заводских условиях.

Заключение

Плавка алюминия в домашних условиях — это не такой уж трудный процесс, которым он может показаться поначалу. Кусочки металла нагреваются до нужной температуры плавки алюминия в специальной емкости.

Некоторое время полученный расплав необходимо выдерживать в разогретом состоянии и периодически удалять с его поверхности образующийся шлак. После этого чистый жидкий металл наливается в специальную форму, в которой он некоторое время будет остывать.

Время, которое уйдет на плавку, зависит от самой печи, а точнее от той температуры, которую она может обеспечить. Если же вместо печи используется газовая горелка, то она должна нагревать металл сверху.

 

Источники:

  • https://aluminium-guide.com/temperatura-plavleniya-alyuminiya-i-alyuminievyx-splavov
  • https://tokar.guru/metally/alyuminiy/kakaya-temperatura-plavleniya-alyuminiya-po-celsiyu.html
  • https://ometallah.com/plavlenie/fizicheskie-parametry-alyuminiya.html
  • https://aluminiypro.ru/temperatura-plavlenija-aljuminija
  • https://ometalledo.ru/temperatura-plavki-alyuminiya.html
  • https://titan-spec.ru/instrumenty-metally/temperatura-plavki-alyuminiya.html
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]