Температура плавления меди

22 ноября 2021

Медные изделия отличаются хорошей прочностью, пластичностью, высокой электропроводностью, устойчивостью к коррозии и химически активным веществам. Для изготовления объектов используется медная руда, которая на заводах обогащается и переплавляется в однородные бруски, прутья или слитки. Чтобы изготовить какое-либо медное изделие, материал помещают в термостойкую форму, доводят до температуры плавления, а потом прекращают нагрев, что приводит к застыванию вещества. Но какая температура плавления меди? Можно ли расплавить медные заготовки в домашних условиях — или для этого требуются специальные печи? О каких правилах техники безопасности нужно знать?

Нахождение меди в природе

Свое латинское название Cuprum (медь) металл получил от названия острова Кипр, где его научились добывать в третьем тысячелетии до н. э. В системе Менделеева Сu получил 29 номер, а расположен в 11-й группе четвертого периода.

В земной коре элемент на 23-м месте по распространению и встречается чаще в виде сульфидных руд. Наиболее распространены медный блеск и колчедан. Сегодня медь из руды добывается несколькими способами, но любая технологий подразумевает поэтапный подход для достижения результата.

  • На заре развития цивилизации люди уже получали и использовали медь и ее сплавы.
  • В то время добывалась не сульфидная, а малахитовая руда, которой не требовался предварительный обжиг.
  • Смесь руды и углей помещали в глиняный сосуд, который опускался в небольшую яму.
  • Смесь поджигалась, а угарный газ помогал малахиту восстановиться до состояния свободного Cu.
  • В природе есть самородная медь, а богатейшие месторождения находятся в Чили.
  • Сульфиды меди нередко образуются в среднетемпературных геотермальных жилах.
  • Часто месторождения имеют вид осадочных пород.
  • Медяные песчаники и сланцы встречаются в Казахстане и Читинской области.

Медь и ее сплавы

Медь имеет красновато-желтый оттенок благодаря оксидной пленке, которая образуется при первом взаимодействии металла с кислородом. Пленка придает благородный вид и обладает антикоррозийными свойствами.

Сейчас доступно несколько способов добычи металла. Распространёнными являются медный колчедан и блеск, которые встречаются в виде сульфидных руд. Каждая из технологий получения меди требует особого подхода и следования процессу.

Добыча в природных условиях происходит в виде поиска медных сланцев и самородков. Объемные месторождения в виде осадочных пород находятся в Чили, а медные песчаники и сланцы расположились на территории Казахстана. Использование металла обусловлено невысокой температурой плавления. Практически все металлы плавятся путем разрушения кристаллической решетки.

Основной порядок плавления и свойства:

  • на температурных порогах от 20 до 100°  материал полностью сохраняет свои свойства и внешний вид, верхний оксидный слой остается на месте;
  • кристаллическая решетка распадается на отметке 1082°, физическое состояние становится жидким, а цвет белым. Уровень температуры задерживается на некоторое время, а затем продолжает рост;
  • температура кипения меди начинается на отметке 2595°, выделяется углерод, происходит характерное бурление;
  • при отключении источника тепла происходит снижение температуры, происходит переход в твердую стадию.

Плавка меди возможна в домашних условиях, при соблюдении определенных условий. Этапы и сложность задачи зависят от выбора оборудования.

Физические свойства меди

По своим физическим свойствам медь –  пластичный металл и на открытом воздухе покрывается оксидной пленкой за короткое время. Благодаря этой пленке медь и имеет свой желтовато-красный оттенок, в просвете пленки цвет может быть зеленовато-голубым. По уровню уровнем тепло- и электропроводности Cuprum на втором месте после серебра.

  • Плoтность — 8,94×103 кг/ м3 .
  • Удельная теплоемкость при Т=20 ° C — 390 Дж/кг х К.
  • Электрическoе удельное при 20−100 ° C — 1,78×10−8 Ом/м.
  • Температура кипeния — 2595 ° C.
  • Удельная электропрoводность при 20 ° C — 55,5−58 МСм/м.

Химический состав меди

В природе она не однородна по своему составу, так как содержит ряд кристаллических элементов, образующих с ней устойчивую структуру, так называемые растворы, которые можно подразделить на три группы:

  1. Твердые растворы. Образуются, если в составе содержаться примеси железа, цинка, сурьмы, олова, никеля и многих других веществ. Такие вхождения существенно снижают ее электрическую и тепловую проводимость. Они усложняют горячий вид обработки под давлением.
  2. Примеси, растворяющиеся в медной решетке. К ним относятся висмут, свинец и другие компоненты. Не ухудшают качества электропроводимости, но затрудняют обработку под давлением.
  3. Примеси, формирующие хрупкие химические соединения. Сюда входят кислород и сера, а также другие элементы. Они ухудшают прочностные качества, в том числе снижают электропроводность.

Масса меди с примесями гораздо больше, чем в чистом виде. Ко всему прочему, элементы примесей существенно влияют на конечные характеристики уже готового продукта. Поэтому их суммарный состав, в том числе количественный, по отдельности должен регулироваться еще на этапе производства. Рассмотрим более подробно влияние каждого элемента на характеристики конечных медных изделий.

  1. Кислород. Один из самых нежелательных элементов для любого материала, не только медного. С его ростом ухудшается такое качество, как пластичность и устойчивость к коррозионным процессам. Его содержание не должно превышать 0,008%. В ходе термической обработки в результате процессов окисления количественное содержание этого элемента уменьшается.
  2. Никель. Образует устойчивый раствор и существенно снижает показатели проводимости.
  3. Сера или селен. Оба компонента одинаково влияют на качество готовой продукции. Высокая концентрация таких вхождений снижает пластичные свойства медных изделий. Содержание таких компонентов не должно превышать 0,001% от общей массы.
  4. Висмут. Негативно влияет на механические и технологические характеристики готовой продукции. Максимальное содержание не должно превышать 0,001%.
  5. Мышьяк. Он не меняет свойств, но образует устойчивый раствор, является своего рода защитником от пагубного влияния других элементов, как кислород, сурьма или висмут.
  6. Марганец. Он способен полностью раствориться в меди практически при комнатной температуре. Влияет на проводимость тока.
  7. Сурьма. Компонент лучше всех растворятся в меди, наносит ей минимальный вред. Содержание его не должно превышать 0,05% от массы меди.
  8. Олово. Образует устойчивый раствор с медью и повышает ее свойства по проведению тепла.
  9. Цинк. Его содержание всегда минимально, поэтому такого пагубного влияния он не оказывает.

Фосфор. Основной раскислитель меди, максимальное содержание которого при температуре 714°С составляет 1,7%.

Латунь

Сплав на основе меди с добавлением цинка называется латунь. В некоторых ситуациях добавляется олово в меньших пропорциях. Джеймс Эмерсон в 1781 году решил запатентовать комбинацию. Содержание цинка в сплаве может варьироваться от 5 до 45%. Латуни различают в зависимости от предназначения и спецификации:

  • простые, состоящие из двух компонентов – меди и цинка. Маркировка таких сплавов обозначается буквой «Л», напрямую значащая содержание меди в сплаве в процентах;
  • многокомпонентные латуни – содержат множество других металлов в зависимости от назначения к использованию. Такие сплавы повышают эксплуатационные свойства изделий, обозначаются также буквой «Л», но с прибавлением цифр.

Физические свойства латуни относительно высокие, коррозийная стойкость на среднем уровне. Большинство сплавов не критично к пониженным температурам, возможно эксплуатировать металл в различных условиях.
Технологии получения латуни взаимодействует с процессами медной и цинковой промышленности, обработке вторичного сырья. Эффективным способом плавки является использование электропечи индукционного типа с магнитным отводом и регулировкой температуры. После получения однородной массы, она разливается в формы и подвергается процессам деформации.

Применение материала в различных отраслях, повышает на него спрос с каждым годом. Сплав применяется в суд строительстве и производстве боеприпасов, различных втулок, переходников, болтов, гаек и сантехнических материалов.

Бронза

Бронза – это цветной металл для изготовки изделий разных типов начали использовать с древних времен. Данный факт подтверждается найденными материалами при археологических раскопках. Состав бронзы изначально был богат оловом.

Промышленностью выпускается различное количество разновидностей бронзы. Опытный мастер способен по цвету металла определить его предназначение. Однако не каждому под силу определить точную марку бронзы, для этого используется маркировка. Способы производства бронзы подразделяются на литейные, когда происходит плавление и отлив и деформируемые.

Состав металла зависит от предназначения к использованию. Основным показателем является наличие бериллия. Повышенная концентрация элемента в сплаве, подвергнутая процедуре закаливания, может соперничать с высокопрочными сталями. Наличие в составе олова отнимает у металла гибкость и пластичность.

Производство бронзовых сплавов изменилось с древних времен фактически внедрением современного оборудования. Технология с использованием в качестве флюса в виде древесного угля используется до сих пор. Последовательность получения бронзы:

  • печь разогревается для требуемой температуры, после этого в нее устанавливается тигель;
  • после плавки металл может окислится, во избежание этого добавляют флюс в качестве древесного угля;
  • кислотным катализатором служит фосфорная медь, добавление происходит после полного прогрева сплава.

Старинные изделия из бронзы подвержены естественным процессам – патинирование. Зеленоватый цвет с белым оттенком проявляется из-за образования пленки, обволакивающей изделие. Искусственные методы патинирования включают в себя методы с использованием серы и параллельным нагреванием до определенной температуры.

При какой температуре плавится медь?

Плавление меди происходит, когда из твердого состояния металл переходит в жидкое. Каждый элемент имеет собственную температуру плавления. Многое зависит от примесей в металле. Обычная температура плавления меди — 1083 ° C. Когда добавляется олово, температура снижается до 930- 1140 ° C. Температура плавления зависит здесь от содержания в сплаве олова. В сплаве купрума с цинком плавление происходит при 900- 1050 ° C .

При нагреве любого металла разрушается его кристаллическая решетка. По мере нагревания повышается температура плавления, но затем выравнивается по достижении определенного предела температуры. В этот момент и плавится металла. Полностью расплавляется, и температура повышается снова.

Когда металл охлаждается, температура снижается, в определенный момент остается на прежнем уровне, пока металл не затвердеет полностью. После полного затвердевания температура снижается опять. Это демонстрирует фазовая диаграмма, где отображен температурный процесс с начала плавления до затвердения. При нагревании разогретая медь при 2560 ° C начинает закипать. Кипение подобно кипению жидких веществ, когда выделяется газ и появляются пузырьки на поверхности. В момент кипения при максимально больших температурах начинается выделение углерода, образующегося при окислении.

Характеристика способов плавления меди

Плавка меди дома и на производстве проходит одинаково. Процесс изменения состояния осуществляется под влиянием повышения температуры. При достаточном количестве тепла металлическая структура предмета разрушается. Добиться такого эффекта можно несколькими способами.

Муфельная печь для плавления меди

Литье меди с использованием лабораторной муфельной печи, в которой имеется регулировка температуры нагрева. Это довольно простой метод. Сырье предварительно измельчают на части. Чем они меньше, тем быстрее будет плавление.

Подготовленный материал кладут в графитовый тигель и помещают в предварительно разогретую печь. Форма для заливки должна иметь температуру плавления больше, чем у меди. Нагревательное устройство серийного производства оборудовано специальным окном, позволяющим следить за технологическим процессом.

Когда медь достигнет жидкого состояния, тигель железными щипцами извлекают из печи. Проволочным крюком с поверхности расплавленного металла к краям тигля убирают оксидную пленку. После проделанных манипуляций жидкую консистенцию аккуратно заливают в заранее приготовленную емкость.

Газовая горелка для плавления меди

Также осуществляется плавка меди с применением газовой горелки. При отсутствии тигельной печи вполне подойдет ручная портативная газовая горелка. Ее нужно разместить под дном емкости с металлом и следить за тем, чтобы пламя полностью охватывало днище.

Метод позволяет быстро окислять материал, так как предполагает наличие тесного контакта с воздухом. Чтобы не образовывалась толстая оксидная пленка, расплавленную массу присыпают измельченным древесным углем.

Паяльная лампа для плавления меди

Литье меди на основе паяльной лампы происходит так же, как и с газовой горелкой. Способ применим для легкоплавких металлов.

Горн для плавления меди

Растопить медь или её сплавы можно горном. Для этого на хорошо раскаленный древесный уголь помещают тигель с измельченным металлом. Для ускорения процесса используют домашний пылесос, включенный на режиме выдувания.
Труба должна быть небольшого диаметра с железным наконечником, так как пластик расплавится под влиянием высокой температуры. Метод идеально подходит тем людям, кто регулярно занимается литьем металла и в больших объемах.

Микроволновка для плавления меди

Расплавить медь поможет мощная микроволновая печь с измененной конструкцией. Для этого убирают вращающуюся тарелку-поддон. Из огнеупорного кирпича делают муфельную печь, в которую помещают исходный материал. Устройство необходимо для повышения теплосберегающих свойств сырья и защиты элементов техники от перегрева.

Чистую медь трудно плавить, поскольку она в жидком виде обладает плохой текучестью. Специалисты не советуют из такого материала делать мелкие и сложные детали. Для этого подойдут многокомпонентные соединения на основе латуни, олова или цинка, которым высокие температуры не нужны.

Как расплавить медь в домашних условиях?

Обычно медь и сплавы на ее основе плавят в специальных печах, где происходит не только расплавление материала, но и формовка новых деталей. Однако при желании медные изделия можно расплавить и в домашних условиях. Температура плавления меди в домашних условиях будет стандартной — 1083 градусов. Опытные металлурги рекомендуют нагревать вещество с небольшим запасом, чтобы минимизировать теплопотери и не допустить повторной кристаллизации вещества при его охлаждении. Во время домашнего расплавления необходимо соблюдать правила техники безопасности. Ниже мы рассмотрим эти правила, а потом узнаем, как именно нужно проводить домашнюю расплавку медных изделий.

Оборудование для плавления меди и правила техники безопасности

Для расплавления меди понадобится купить или собрать специальное оборудование. В качестве исходного вещества подойдет чистая медь в слитках или брусках. Также для переплавки можно использовать различные детали и домашнюю утварь, содержащие большое количество меди. Это могут быть декоративные изделия, запчасти авто, очищенные провода и другие. Перед переплавкой проверьте удельное содержание меди (обычно ставится штамп с нужной информацией). Для нагрева объектов понадобится муфельная печь с регулятором температуры.

Для расплавления слитков или изделий понадобится не только печь, но и посуда-тигель, в которую будет помещаться медь. При выборе тигля отдайте свое предпочтение посуде, выполненной из тугоплавкой керамики или огнеупорной глины. Эти материалы не трескаются и не деформируются при большой нагреве. Из керамики или огнеупорной глины Вам также нужно выполнить форму, в которую будет заливаться расплавленная медь. Помимо этого Вам понадобится и ряд вспомогательных элементов — металлургические щипцы и крюк для работы с тиглем, древесный уголь (если Вы используете обычную печь), бытовой пылесос для удаления мусора с металлургической площадки и так далее.

Также стоит не забывать о правилах техники безопасности:

  • Все работы рекомендуется проводить на улице либо в хорошо проветриваемом большом помещении с нормальным уровнем влажности воздуха. Это может быть гараж, пристройка к дому, мастерские.
  • Для металлургических работ человеку понадобится купить защитную одежду, которая будет защищать его тело от маленьких капель расплавленной меди и термического воздействия высоких температур. Защитная одежда должна покрывать не только туловище, но и руки, голову и ноги.
  • В случае утечки металла из активной зоны нужно выключить печь, чтобы остановить процедуру переплавки. «Сбежавший» металл необходимо потушить, однако учтите — вода для этих целей не подходит. В случае тушения раскаленного металла водой жидкость может начать распадаться на молекулы кислорода и водорода, что может спровоцировать взрыв (молекулярный водород чрезвычайно взрывоопасен). Для тушения расплавленного металла следует использовать асбестовое одеяло либо сухую кальцинированную соду или хлорид натрия.

Алгоритм расплавления медных изделий

Переплавку медных изделий следует делать так:

  1. Возьмите медные изделия или слитки и поместите в тигель. Тигель с расходными материалами поместите в печь. Начните постепенно нагревать материал: сперва выставите температуру 100 градусов, потом — 200 и так далее. Доведите температуру до 1090-1150 градусов (медь плавится при температуре 1083 градусов, однако нужно брать температуру с небольшим запасом).
  2. Когда материал расплавится, достаньте его из печи с помощью металлургических щипцов. На поверхности смеси вы увидите остатки оксидной пленки. С помощью крюка ее нужно сдвинуть к одной из стенок тигля, чтобы она не попала в форму. После удаления пленки аккуратно перелейте расплавленную медь в форму (переливать жидкость нужно тонкой струей, чтобы не допустить утечку или распрыскивания металла).
  3. Выключите муфельную печь, накройте форму огнеупорной крышкой и дождитесь полного остывания формы вместе с расплавленным металлом. При желании Вы можете поставить форму обратно в печь, чтобы минимизировать контакт металла с атмосферным воздухом (однако перед помещением формы убедитесь, что печь выключена). После полного остывания и затвердения металла достаньте переплавленную запчасть из формы.При необходимости выполните финальную полировку или шлифовку.

Допустимая температура нагрева медного кабеля

Под термином «допустимая температура нагрева медного кабеля»чаще всего понимается параметр, определяющий температурный режим эксплуатации кабеля, при котором изоляция сохраняет свою долговечность и практические качества. Однако при выборе кабеля стоит использовать более широкий подход, то есть учесть также температуру нагрева жил. В первом случае подразумевается температура окружающей среды, во втором – нагрев самого кабеля, вызванный электрическим сопротивлением токоведущих жил.

Допустимая температура нагрева изоляции медного кабеля

При чрезмерном нагреве или охлаждении изоляция медного кабеля может начать деградировать тем или иным образом. Это, в свою очередь, может привести к повреждению кабеля, а также подключённых к нему приборов и механизмов. Как следствие, допустимая температура нагрева проводов и кабелей зависит в первую очередь от материала изоляции. «Обычные» кабели с пластмассовой (ПВХ пластикат, полиэтилен, полимеры), бумажной, резиновой изоляцией на эксплуатацию в температурных условиях от -50 до +50 градусов (здесь и далее приведены значения в градусах по шкале Цельсия). При превышении этого значения материал оболочки и изоляции начинает деградировать до расплавления. Сверхохлаждение, в свою очередь, приводит к механическому разрушению изоляции – появлению трещин, изломов и других дефектов.

К примеру, допустимая температура нагрева кабеля ВВГнг в стандартном исполнении во время эксплуатации — +50°C, минимальная — -50°C, а у кабеля, в конструкции которого используется ПВХ пластикат повышенной холодостойкости может выдерживать температуру до -60°C включительно. Если планируется эксплуатировать кабель в более экстремальных температурных условиях, целесообразно рассмотреть специализированные модели с изоляцией из иных материалов – фторопласт, силикон и других. Кроме того, при эксплуатации в экстремально холодных условиях подойдут холодостойкие исполнения.

Допустимая температура нагрева изоляции жил медного кабеля

Допустимая температура нагрева жил кабеля также зависит от материала изоляции, а в некоторых случаях – от рабочего напряжения. Длительно допустимая температура нагрева изоляции жил кабелей в зависимости от типа изоляции составляет:

  • бумажная: ◦ до 3 кВ включительно – 80°C; ◦ 6 кВ – 65°C; ◦ 10 кВ – 60°C; ◦ 20-35 кВ – 50°C.
  • бумажная обеднённо-пропитанная: ◦ 1 кВ – 80°C; ◦ 6 кВ –75°C.
  • резиновая – 65°C;
  • сшитый полиэтилен (СПЭ) и этиленпропиленовая резина (ЭПР) — 90°C;
  • ПВХ пластикат и полимерная композиция – 70°C;
  • маслонаполненные – 70-80°C в зависимости от типа прокладки.

Для всех типов изоляции допустимо кратковременное повышение температуры в аварийном или пусковом режиме (перегрузки). Допустимые значения температур в зависимости от типа изоляции составляют:

  • бумажная обеднённо-пропитанная – 95°C, но не более 10% от эксплуатационного времени;
  • резиновая – 110°C , но только при пусковом режиме;
  • ПВХ изоляция и полимерная композиция — +80°C в режиме перегрузки;
  • СПЭ и ЭПР — +130°C в режиме перегрузки (в аварийном режиме);
  • маслонаполненные — 80°C, при этом продолжительность непрерывной работы в аварийном режиме должна быть не более 100 часов.

Максимальный период работы в аварийном режиме – не выше 500 часов в год. Интервал между перегрузками не должен быть менее 10 суток. Эксплуатации кабеля с бумажной изоляцией при напряжении 20 или 35 кВт в аварийном режиме не допускается. Эксплуатация кабеля с бумажной изоляцией при напряжении до 10 кВ включительно в аварийном режиме разрешается в течение не более 5 суток с учётом коэффициентов допустимой перегрузки.

Заключение

Твердая медь переходит в жидкое состояние при температуре 1083 градуса по Цельсию. Расплавление представляет собой сложный химический процесс, при котором разрушается твердая кристаллическая решетка вещества, что приводит к изменению его формы. Для повышения температуры меди нужно выполнить ее нагрев. На заводах и фабриках для этого используют специальные камеры и печи. Выполнить нагрев вещества можно в домашних условиях — для этого нужно собрать или приобрести мощную печь, которая может нагревать вещества до температуры выше 1100 градусов. Нагревать медь нужно с запасом, что связано с теплопотерями и особенностями процедуры нагрева.

Для переплавки меди в домашних условиях помимо печи нужно подготовить дополнительное оборудование — тигель, металлургические щипцы, крюк, керамическую форму и так далее. Переплавка выполняется просто — с помощью печи медь нагревается до 1083 градусов, а потом она переливается в форму для застывания. Расплавление медных сплавов отличается от расплавления чистой меди. Сплавы характеризуются «плавающей» температурой плавления. Например, латунь плавится при температуре от 880 до 950 градусов в зависимости от концентрации легирующих элементов. Металлурги рекомендуют плавить латуниевый сплав при температуре 950 градусов (точка ликвидуса).

 

Источники:

  • https://tokar.guru/metally/temperatura-plavleniya/pri-kakoy-temperature-plavitsya-med-plavlenie.html
  • https://martensit.ru/med/temperatura-plavleniya-medi
  • https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/med.html
  • https://martensit.ru/med/temperatura-plavleniya-medi
  • https://met-lit.ru/cvetmet/temperatura-medi.html
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]