Smeltningspunktet for rent aluminium
Aluminiums smeltning, såvel som andre stoffer, Det sker med tilførsel af varmeenergi til det, udenfor eller direkte i dets volumen, Hvordan sker dette, for eksempel, i induktionsopvarmning.
Smeltningspunktet for aluminium afhænger af dets renhed:
- Smeltetemperaturen for ultrarent aluminium 99,996 %: 660,37 ° C.
- Når indholdet af aluminium 99,5 % Smeltning begynder ved 657 ° C.
- Når indholdet af aluminium 99,0 % Smelten begynder ved 643 ° C.
Smeltepunkt for metaller
Metaller og ikke-metaller
Et stykke metal, for eksempel aluminium, består af millioner af individuelle krystaller, kaldet korn. Hvert korn har en unik orientering af krystalgitteret, men sammen korn orienteret inden for dette stykke tilfældigt. En sådan struktur kaldes en polykrystallinsk.
amorfe materialer, for eksempel glas, forskellige fra krystallinske materialer, for eksempel aluminium, for to vigtige forskelle, som er relateret til hinanden:
- fravær af langtrækkende orden i den molekylære struktur
- forskelle i arten af smeltning og termisk ekspansion.
molekylær strukturforskel kan ses i figur 1. Til venstre er vist tæt pakket og ordnet krystallinsk struktur. Amorft materiale er vist til højre: mindre tæt struktur med tilfældig anbringelse af atomer.
Figur 1 – Strukturen af krystallinske (a) og amorfe (b) materialer.
Krystalstruktur: ordnet, gentagende og tæt,
amorfe struktur – mere løst pakket
en uordnet anordning af atomer.
metalsmeltning
Denne forskel i strukturen manifesteres ved smeltning af metaller, herunder, smeltning af aluminium af forskellige renheder og dets legeringer. Mindre tætpakkede atomer giver en forøgelse af volumen (fald i densitet) i forhold til det samme metal i fast krystallinsk tilstand.
Metaller med smeltning oplever en forøgelse af volumen. I rene metaller sker denne volumenændring meget hurtigt og ved en konstant temperatur – temperaturafsmeltning, som vist i figur 2. Denne ændring er mellemrummet mellem de skrå linjer på hver side af smeltepunktet. Begge disse skrå linjer karakteriserer metallets termiske ekspansion, som normalt er en variation mellem flydende og fast tilstand.
Figur 2 – Den karakteristiske ændring af volumenet af rent metal
sammenlignet med ændringen i volumenet af det amorfe materiale :
Tg – glasovergangstemperatur (overgang fra flydende tilstand til fast tilstand);
Tm – smeltetemperaturen
Smeltningsvarmen
Med denne dramatiske stigning i metallets volumen ved overgangen fra den faste til den flydende tilstand skyldes en vis mængde varme, som kaldes den latente smeltevarme. Denne varme bevirker, at atomerne mister en ordnet og tæt krystalstruktur. Denne proces er reversibel, Han virker i begge retninger – og ved opvarmning, og ved afkøling.
Smeltetemperaturen i ligevægt
Som vist ovenfor har rent krystallinsk stof, for eksempel rene metaller, en karakteristisk smeltetemperatur, ofte benævnt “smeltepunkt”. Ved denne temperatur er det et rent krystallinsk fast stof smeltes og bliver til en væske. Overgangen mellem den faste og flydende tilstand for små prøver af rene metaller er så lille, at den kan måles med en nøjagtighed på 0,1 oC.
Væsker har en karakteristisk temperatur, hvor de omdannes til fast stof. Denne temperatur kaldes størkningstemperaturen eller størkningspunktet. I teorien – under ligevægtsforhold – er ligevægtstemperaturen for faststoffets smeltetemperatur den samme, og at ligevægtstemperaturen for størkning er den samme. I praksis kan der observeres små forskelle mellem disse værdier (figur 3).
Figur 3 – Afkølings- og opvarmningskurver for rent metal.
Visible fænomener af underafkøling ved afkøling og overophedning ved opvarmning.
I den tidlige størkning observeres en depression i afkølingskurven,
som forklares ved den forsinkede begyndelse af krystallisation
Temperatur liquidus og solidus
- Temperatur begyndende smeltning kaldes solidustemperatur (eller soliduspunkt)
- Temperatur slutning af smeltning – liquidustemperatur (eller liquiduspunkt).
“Solidus” betyder, forståeligt nok, fast, og “liquidus” – flydende: ved solidus temperatur hele legeringen mere fast, og ved liquidus temperatur – hele allerede flydende.
Når denne legering størkner fra en flydende tilstand, vil temperaturen for begyndelsen af krystallisation (størkning) være den samme liquidus temperatur, en lukning krystallisation – den samme solidus temperatur. Når temperatur legering mellem sin solidus og liquidus temperaturer er det i semi-solid semi-, svampet tilstand.
Aluminiums smeltning
Indflydelse af legeringselementer og urenheder
Tilsætning af andre elementer til aluminium, herunder legering, sænker dens smeltetemperatur, mere præcist – starter dens smeltning. Så nogle støbning aluminiumslegeringer med et højt indhold af silicium og magnesium smeltestarttemperaturen er reduceret til næsten 500 ° C. Overhovedet gælder udtrykket “smeltetemperatur” kun for rene metaller og andre krystallinske stoffer. Legeringer har på den anden side ikke et specifikt smeltepunkt: processen med deres smeltning (og størkning) sker i et bestemt temperaturområde.
Figur 4- Ændring i det specifikke volumen af rent metal (aluminium) og
legering af dette metal (aluminiumslegering)
Intervaller smeltetemperatur
Tabellen nedenfor viser solidus- og liquidustemperaturen for nogle kommercielle smede-legeringer. Det skal erindres, at begreberne liquidus- og solidustemperaturer er defineret for ligevægtsreaktioner i den flydende fase og en fast bagside, dvs. ved processer af uendelig varighed. I praksis er det nødvendigt at foretage justeringer baseret på opvarmnings- eller afkølingshastigheden.
smeltning af silumin
Det er ikke alle legeringer, der har afstanden mellem solidus- og liquidustemperaturer. Sådanne legeringer kaldes eutektiske. for eksempel aluminiumlegering indeholdende 12,5 % silicium, er liquidus- og soliduspunkterne reduceret til et punkt: Denne legering har ligesom rene metaller ikke noget interval, et smeltepunkt. Dette punkt kaldes eutektisk temperatur. Denne legering hører til de velkendte støbning aluminium-silicium legeringer – silumin smalt solidus-liquidus interval, hvilket giver dem de bedste støbeegenskaber.
De binære legeringer Al-Si solidus temperatur er konstant på 577 ° C. Ved at øge indholdet af silicium falder liquidustemperaturen af den maksimale værdi for rent aluminium 660 ° C, og til at falde sammen med solidustemperaturen 577 ° C med silicium Indhold 12,6 %.
Af andre legeringselementer af aluminium, magnesium sænker smeltepunktet mest: eutektisk temperatur 450 ° C opnås, når magnesiumindholdet 18,9 %. Kobber eutektiske temperatur giver 548 ° C, og mangan – bare 658 ° C! De fleste legeringer er ikke-dobbelt, og tredobbelt og endda firdobbelt. Derfor, når den fælles virkning af flere legeringselementer solidus temperatur – smeltning start eller slutningen af størkning kan være lavere.
aluminium størkning
Rent aluminium
rene metaller, herunder, rent aluminium, har en klar smeltepunkt – smeltepunkt. Solidificering eller “frysning” af rent aluminium sker også ved en konstant temperatur. Når rent smeltet aluminium afkøles, falder dets temperatur til frysepunktet og forbliver ved denne temperatur, indtil det hele (flydende aluminium) hærder. I figur 5 og 6 er vist typiske afkølingskurver for rent metal med dets overgang fra flydende til fast stof.
Figur 5 – Afkølingskurve for nøgent metal (f.eks, aluminium)
Figur 6 – Solidificering af rent aluminium
Aluminiumslegering
Under solidificering af aluminiumslegering, som består af aluminium opløst heri og legeringselementet, f.eks. silicium eller kobber, viser kølekurven for legeringen, at begyndelsen af solidificeringen sker ved en temperatur, og afslutningen er ved en anden temperatur (figur 7).
Figur 7 – Afkølingskurve for legeringen (f.eks. aluminiumslegering)
Støbning af smeltet aluminiumslegering
For en aluminiumslegering opvarmet til en temperatur i flydende tilstand, hvor man kan udføre støbeoperationer, anvendes smelteovne af forskellige typer. Termisk energi, som er nødvendig for, at opvarme metallet til en flydende tilstand temperatur, hvor det kan hældes i forme, består af summen af følgende komponenter:
- Varme, til at hæve metaltemperaturen til smeltepunktet
- Smeltningsvarmen, til at omdanne metallet fra fast til flydende tilstand
- Varmen til opvarmning af det smeltede metal til en forudbestemt støbtemperatur
støbstemperatur – en temperatur af det smeltede metal, ved hvilken det hældes i en form. En vigtig faktor her er temperaturforskellen mellem støbtemperaturen og den temperatur, ved hvilken størkningen begynder. Denne temperatur er smeltepunktet (punktet) for rent aluminium eller liquidustemperaturen for aluminiumslegering… Denne temperaturforskel kaldes undertiden for overophedning. Udtrykket kan også anvendes om den varmemængde, der skal væk fra det flydende metal mellem støbningen og størkningens start.
Skøletemperatur
- Skølepunktet for rent aluminium er 2494 ºS
Andre termiske egenskaber for aluminium :
- Latent smeltevarme: 397 kJ / g
- Specifik fordampningsvarme: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
- brændværdi: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
- brændværdi: 31,05 MJ / kg
- varmekapacitet: 0,900 kJ / (g K) ved 25 ºS;
1,18 kJ / (g K) ved 660,4 ºС (flydende)
Smeltetemperaturen for forskellige metaller
Smeltningspunktet for nogle andre nettometaller er (grader Celsius) :
- Kviksølv: minus 39
- Lithium: 181
- Bly: 232
- Bly: 328
- zink: 420
- magnesium: 420
- magnesium: 650
- kobber: 1085
- nikkel: 1455
- jern: 1455
- jern: 1538
- titan: 1670