Температура плавления металлов

24 ноября 2021

Металлы и сплавы — это незаменимая основа для литейного и ювелирного производства, ковки и многих других сфер. Что бы ни делал человек из металла (какой бы это ни был процесс), для правильной работы ему нужно знать, при какой температуре плавится тот или иной металл. 

Что такое температура плавления?

Каждый металл имеет неповторимые свойства, и в этот список входит температура плавления. При плавке металл уходит из одного состояния в другое, а именно из твёрдого превращается в жидкое. Чтобы сплавить металл, нужно приблизить к нему тепло и нагреть до необходимой температуры – этот процесс и называется температурой плавления. В момент, когда температура доходит до нужной отметки, он ещё может пребывать в твёрдом состоянии. Если продолжать воздействие – металл или сплав начнет плавиться.

Плавление и кипение – это не одно и то же. Точкой перехода вещества из твердого состояния в жидкое, зачастую называют температуру плавления металла. В расплавленном состоянии у молекул нет определенного расположения, но притяжение сдерживает их рядом, в жидком виде кристаллическое тело оставляет объем, но форма теряется.

При кипении объем теряется, молекулы между собой очень слабо взаимодействуют, движутся хаотично в разных направлениях, совершают отрыв от поверхности. Температура кипения – это процесс, при котором давление металлического пара приравнивается к давлению внешней среды.

Понятие о шкале температур

Некоторые неметаллические предметы тоже обладают похожими свойствами. Самым распространённым является вода. Относительно свойств жидкости, занимающей господствующее положение на Земле, была разработана шкала температур. Реперными точками признаны температура изменения агрегатных состояний воды:

  1. Превращения из жидкости в твердое вещество и наоборот приняты за ноль градусов.
  2. Кипения (парообразования внутри жидкости) при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) принята за 100 ⁰С.
Кроме шкалы Цельсия на практике измеряют температуру в градусах Фаренгейта и по абсолютной шкале Кельвина. Но при исследовании свойств металлических предметов другие шкалы используют довольно редко.

Процесс плавления металла

При термовоздействии на деталь изменение внутренней структуры происходит за счет накопления энергии молекулами. Скорость их движения возрастает. В критической точке нагрева начинается разрушение кристаллической структуры, межмолекулярные связи уже не могут удержать молекулы в узлах решетки. Взамен колебательным движениям в пределах узла происходит хаотическое движение, образуется ванна расплава в месте нагрева. Точку начала расплавления вещества в лабораторных условиях определяют до сотых долей градуса, причем этот показатель не зависит от внешнего давления на заготовку. В вакууме и под давлением металлические заготовки начинают плавиться при одной и той же температуре, это объясняется процессом накопления внутренней энергии, необходимой для разрушения межмолекулярных связей.

От чего зависит температура плавления металла?

Для разных веществ температура, при которой полностью перестраивается структура до жидкого состояния – разная. Если взять во внимание металлы и сплавы, то стоит подметить такие моменты:

  1. В чистом виде не часто можно встретить металлы. Температура напрямую зависит от его состава. В качестве примера укажем олово, к которому могут добавлять другие вещества (например, серебро). Примеси позволяют делать материал более либо менее устойчивым к нагреву.
  2. Бывают сплавы, которые благодаря своему химическому составу могут переходить в жидкое состояние при температуре свыше ста пятидесяти градусов. Также бывают сплавы, которые могут «держаться» при нагреве до трех тысяч градусов и выше. С учетом того, что при изменении кристаллической решетки меняются физические и механические качества, а условия эксплуатации могут определяться температурой нагрева. Стоит отметить, что точка плавления металла — важное свойство вещества. Пример этому – авиационное оборудование.

Термообработка, в большинстве случаев, почти не изменяет устойчивость к нагреву. Единственно верным способом увеличения устойчивости к нагреванию можно назвать внесение изменений в химический состав, для этого и проводят легирование стали.

Классификация металлов по температуре плавления

В физике переход твердого тела в жидкое состояние характерен только для веществ кристаллической структуры. Температуру плавления металлов чаще обозначают диапазоном значений, для сплавов точно определить нагрев до пограничного фазового состояния сложно. Для чистых элементов каждый градус имеет значение, особенно, если это легкоплавкие элементы,

значения не имеет. Сводная таблица показателей t обычно делится на 3 группы. Помимо легкоплавких элементов, которые максимально нагревают до +600°С, указывают тугоплавкие, выдерживающие нагрев свыше +1600°С, и среднеплавкие. В этой группе сплавы, образующие ванну расплава при температуре от +600 до 1600°С.

В зависимости от температуры плавления выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.

Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости. Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.

Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.

  1. Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
  2. Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.

У разных веществ разные температуры плавления. Теоретически, металлы делят на:

  1. Легкоплавкие – достаточно температуры до 600 градусов Цельсия, для получения жидкого вещества.
  2. Среднеплавкие – необходима температура от 600 до 1600 ⁰С.
  3. Тугоплавкие – это металлы, для плавления которых требуется температура выше 1600 ⁰С.

Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600 Со )

Ниже указана таблица с наименованием легкоплавких металлов и сплавов с температурой плавления до 600 Со.

Название элемента Латинское обозначение Температуры
Плавления Кипения
Олово Sn 232 Со 2600 Со
Свинец Pb 327 Со 1750 Со
Цинк Zn 420 Со 907 Со
Калий K 63,6 Со 759 Со
Натрий Na 97,8 Со 883 Со
Ртуть Hg — 38,9 Со 356.73 Со
Цезий Cs 28,4 Со 667.5 Со
Висмут Bi 271,4 Со 1564 Со
Палладий Pd 327,5 Со 1749 Со
Полоний Po 254 Со 962 Со
Кадмий Cd 321,07 Со 767 Со
Рубидий Rb 39,3 Со 688 Со
Галлий Ga 29,76 Со 2204 Со
Индий In 156,6 Со 2072 Со
Таллий Tl 304 Со 1473 Со
Литий Li 18,05 Со 1342 Со

Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С о до 1600Со )

Ниже указана таблица с наименованием среднеплавких металлов и сплавов с температурой плавления от 600 Со от 1600 Со.

Название элемента Латинское обозначение Температураы
Плавления Кипения
Алюминий Al 660 Со 2519 Со
Германий Ge 937 Со 2830 Со
Магний Mg 650 Со 1100 Со
Серебро Ag 960 Со 2180 Со
Золото Au 1063 Со 2660 Со
Медь Cu 1083 Со 2580 Со
Железо Fe 1539 Со 2900 Со
Кремний Si 1415 Со 2350 Со
Никель Ni 1455 Со 2913 Со
Барий Ba 727 Со 1897 Со
Бериллий Be 1287 Со 2471 Со
Нептуний Np 644 Со 3901,85 Со
Протактиний Pa 1572 Со 4027 Со
Плутоний Pu 640 Со 3228 Со
Актиний Ac 1051 Со 3198 Со
Кальций Ca 842 Со 1484 Со
Радий Ra 700 Со 1736,85 Со
Кобальт Co 1495 Со 2927 Со
Сурьма Sb 630,63 Со 1587 Со
Стронций Sr 777 Со 1382 Со
Уран U 1135 Со 4131 Со
Марганец Mn 1246 Со 2061 Со
Константин 1260 Со
Дуралюмин Сплав алюминия, магния, меди и марганца 650 Со
Инвар Сплав никеля и железа 1425 Со
Латунь Сплав меди и цинка 1000 Со
Нейзильбер Сплав меди, цинка и никеля 1100 Со
Нихром Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия 1400 Со
Сталь Сплав железа и углерода 1300 Со — 1500 Со
Фехраль Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния 1460 Со
Чугун Сплав железа и углерода 1100 Со — 1300 Со

Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600Со )

Ниже указана таблица с наименованием тугоплавких металлов и сплавов с температурой плавления свыше 1600 Со.

Название элемента Латинское обозначение Температуры
Плавления Кипения
Вольфрам W 3420 Со 5555 Со
Титан Ti 1680 Со 3300 Со
Иридий Ir 2447 Со 4428 Со
Осмий Os 3054 Со 5012 Со
Платина Pt 1769,3 Со 3825 Со
Рений Re 3186 Со 5596 Со
Хром Cr 1907 Со 2671 Со
Родий Rh 1964 Со 3695 Со
Рутений Ru 2334 Со 4150 Со
Гафний Hf 2233 Со 4603 Со
Тантал Ta 3017 Со 5458 Со
Технеций Tc 2157 Со 4265 Со
Торий Th 1750 Со 4788 Со
Ванадий V 1910 Со 3407 Со
Цирконий Zr 1855 Со 4409 Со
Ниобий Nb 2477 Со 4744 Со
Молибден Mo 2623 Со 4639 Со
Карбиды гафния 3890 Со
Карбиды ниобия 3760 Со
Карбиды титана 3150 Со
Карбиды циркония 3530 Со

При какой температуре плавятся металлы?

Металлические элементы, какими бы они ни были — плавятся почти один в один. Этот процесс происходит при нагреве. Оно может быть, как внешнее, так и внутреннее. Первое проходит в печи, а для второго используют резистивный нагрев, пропуская электричество либо индукционный нагрев. Воздействие выходит практически схожее. При нагреве, увеличивается амплитуда колебаний молекул. Образуются структурные дефекты решётки, которые сопровождаются обрывом межатомных связей. Под процессом разрушения решётки и скоплением подобных дефектов и подразумевается плавление.

Плавление железа

Температура плавления железа достаточно высока. Для технически чистого элемента требуется температура +1539 °C. В этом веществе имеется примесь — сера, а извлечь ее допустимо лишь в жидком виде.

Без примесей чистый материал можно получить при электролизе солей металла.

Плавление чугуна

Чугун – это лучший металл для плавки. Высокий показатель жидкотекучести и низкий показатель усадки дают возможность эффективнее пользоваться им при литье. Далее рассмотрим показатели температуры кипения чугуна в градусах Цельсия:

  • Серый — температурный режим может достигать отметки 1260 градусов. При заливке в формы температура может подниматься до 1400.
  • Белый — температура достигает отметки 1350 градусов. В формы заливается при показателе 1450.

Показатели плавления такого металла, как чугун – на 400 градусов ниже, по сравнению со сталью. Это значительно снижает затраты энергии при обработке.

Плавление стали

Сталь — это сплав железа с примесью углерода. Её главная польза — прочность, поскольку это вещество способно на протяжении длительного времени сохранять свой объем и форму. Связано это с тем, что частицы находятся в положении равновесия. Таким образом силы притяжения и отталкивания между частицами равны.

Сталь плавится при 1400 °C.

Температура плавления нержавеющей стали колеблется в среднем диапазоне между чугуном и сталью. Нержавеющей сталью называется вещество из легированной стали, обладающее антикоррозийными свойствами за счет содержания хрома в своем составе от 11% процентов и больше.

Показатели температуры плавления нержавейки составляют от 1 300 до 15 000 °C.

Плавление алюминия и меди

Температура плавления алюминия равна 660 градусам, это означает то, что расплавить его можно в домашних условиях.

Чистой меди – 1083 градусов, а для медных сплавов составляет от 930 до 1140 градусов.

Плавление серебра и золота

Серебро в чистом виде плавится при температуре 9 620 °C. При этом при температуре плавления серебра, оно может сравниться с температурой плавления в градусах со сплавами из меди.

Золото плавится при температуре в 10 640 °C.

Плавление ртути

Ртуть обладает самой низкой температурой плавления с отрицательным значением. Она составляет – 38,80 °C.

У какого металла самая высокая температура плавления?

Вольфрам – самый тугоплавкий металл, 3422 °C (6170 °F).

Твердый, тугоплавкий, достаточно тяжелый материал светло-серого цвета, который имеет металлический блеск. Механической обработке поддается с трудом. При комнатной температуре достаточно хрупок и ломается. Ломкость металла связана с загрязнением примесями углерода и кислорода.

Технически, чистый металл при температуре выше 400 °C становится очень пластичным. Демонстрирует химическую инертность, неохотно вступает в реакции с другими элементами. В природе встречается в виде таких сложных минералов, как: гюбнерит, шеелит, ферберит и вольфрамит.

Вольфрам можно получить из руды, благодаря сложным химическим переработкам, в качестве порошка. Используя прессование и спекание, из него создают детали обычной формы и бруски.

Вольфрам — крайне стойкий элемент к любым температурным воздействиям. По этой причине размягчить вольфрам не могли более сотни лет. Не существовало такой печи, которая смогла бы нагреться до нескольких тысяч градусов по Цельсию. Ученым удалось доказать, что это самый тугоплавкий металл. Хотя бытует мнение, что сиборгий, по некоторым теоретическим данным, имеет большую тугоплавкость, но это лишь предположение, поскольку он является радиоактивным элементом и у него небольшой срок существования.

Заключение

В заключение о плавлении металлов можно выделить следующее:

  1. Температура плавления зависит от природы самого вещества. Чаще всего – это постоянная величина.
  2. На практике используют не чистые металлы, а их сплавы. Обычно они имеют свойства гораздо лучше, чем чистый металл.
Источники:
  • https://plazmen.ru/kakova-temperatura-plavleniya-zheleza
  • https://svarkaprosto.ru/tehnologii/pri-kakoj-temperature-plavitsya-metall
  • https://stanok.guru/stanki/metallorezhuschiy-stanok/temperatura-plavleniya-raznyh-metallov-v-tablice.html
  • https://metmastanki.ru/temperatura-plavleniya-metallov-i-nemetallov-tablitsy
  • https://pressadv.ru/stali/temperatura-plavleniya-metallov-tablica.html
  • https://tutsvarka.ru/vidy/temperatura-plavleniya-metallov-tablitsa-i-ponyatie
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]