Alumiinin sulamispiste

Puhtaan alumiinin sulamispiste

Alumiinin sulaminen, kuten muidenkin aineiden sulaminen, tapahtuu lämpöenergian syöttämisellä siihen, sen tilavuuden ulkopuolella tai suoraan sen tilavuuden sisällä, Miten tämä tapahtuu esimerkiksi induktiolämmityksessä.

Alumiinin sulamispiste riippuu sen puhtaudesta:

• Ylipuhtaan alumiinin 99,996 %:n sulamislämpötila: 660,37 ° C.
• Kun alumiinin 99,5 %:n pitoisuus Sulaminen alkaa 657 ° C:ssa.
• Kun alumiinipitoisuus 99,0 % Sulaminen alkaa 643 ° C:ssa.

Metallien sulamispiste

Metallit ja epämetallit

Jokainen metallikappale, esimerkiksi alumiini, koostuu miljoonista yksittäisistä kiteistä, joita kutsutaan jyviksi. Jokaisella jyvällä on yksilöllinen suuntaus kideristikko, mutta yhdessä jyvä suuntautuu tämän kappaleen sisällä satunnaisesti. Tällaista rakennetta kutsutaan monikiteiseksi.

amorfiset materiaalit, esimerkiksi lasi, eroavat kiteisistä materiaaleista, esimerkiksi alumiinista, kahdesta tärkeästä erosta, jotka liittyvät toisiinsa:

• molekyylirakenteen pitkän kantaman järjestyksen puuttuminen
• sulamisen ja lämpölaajenemisen luonteen erot.

molekyylirakenteiden eron näkee kuvasta 1. Vasemmalla on esitetty tiiviisti pakattu ja järjestetty kiderakenne. Oikealla esitetty amorfinen materiaali: vähemmän tiivis rakenne, jossa atomit ovat satunnaisesti järjestäytyneet.

Kuva 1 – Kiteisen (a) ja amorfisen (b) materiaalin rakenne.
Kiderakenne: järjestäytynyt, toistuva ja tiheä,
amorfinen rakenne – löysemmin pakattu
atomien epäsäännöllinen järjestys.

metallien sulatus

Tämä rakenteen ero ilmenee metallien sulatuksessa, mukaan lukien, eri puhtausasteiden alumiinin ja sen seosten sulatus. Vähemmän tiheästi pakatut atomit antavat tilavuuden kasvun (tiheyden vähenemisen) verrattuna samaan metalliin kiinteässä kiteisessä tilassa.

Metallien sulaessa tapahtuu tilavuuden kasvu. Puhtaissa metalleissa tämä tilavuuden muutos tapahtuu hyvin nopeasti ja vakiolämpötilassa – sulamislämpötilassa, kuten kuvassa 2 on esitetty. Tämä muutos on sulamispisteen molemmin puolin olevien vinoviivojen välinen rako. Molemmat näistä vinoviivoista kuvaavat metallin lämpölaajenemista, joka on yleensä nestemäisen ja kiinteän tilan vaihtelua.

Kuva 2 – Puhtaan metallin
tilavuuden ominaismuutos verrattuna amorfisen aineen tilavuuden muutokseen :
Tg – lasittumislämpötila (siirtyminen nestemäisestä tilasta kiinteään);
Tm – sulamislämpötila

Sulamislämpö

Tämän metallin tilavuuden jyrkän kasvun siirtyessä kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan aiheutuu tietty määrä lämpöä, jota sanotaan latentiksi sulamislämmöksi. Tämä lämpö aiheuttaa sen, että atomit menettävät järjestäytyneen ja tiiviin kiderakenteen. Tämä prosessi on palautuva, Hän toimii molempiin suuntiin – ja kuumennettaessa, ja jäähdytettäessä.

Tasapainon sulamislämpötila

Kuten edellä on esitetty, puhtaalla kiteisellä aineella, esimerkiksi puhtailla metalleilla, on ominainen sulamislämpötila, josta käytetään usein nimitystä ”sulamispiste”. Tässä lämpötilassa se on puhdas kiteinen kiinteä aine sulaa ja muuttuu nesteeksi. Siirtymä kiinteän ja nestemäisen tilan välillä on pienillä puhtaiden metallien näytteillä niin pieni, että se voidaan mitata 0,1 oC:n tarkkuudella.

Nesteillä on ominaislämpötila, jossa ne muuttuvat kiinteiksi. Tätä lämpötilaa kutsutaan jähmettymislämpötilaksi tai jähmettymispisteeksi. Teoriassa – tasapaino-olosuhteissa – kiinteän aineen tasapainosulamislämpötila on sama kuin jähmettymisen tasapainolämpötila. Käytännössä näiden arvojen välillä voidaan havaita pieniä eroja (kuva 3).

Kuva 3 – Puhtaan metallin jäähdytys- ja lämmityskäyrät.
Näkyviä ilmiöitä ovat alijäähtyminen jäähdytettäessä ja ylikuumeneminen lämmityksen aikana.
Jähmettymisen alkuvaiheessa havaitaan jäähtymiskäyrässä depressio,
joka selittyy kiteytymisen viivästyneellä alkamisella

Lämpötilat liquidus ja solidus

• Lämpötilaa, jossa sulaminen alkaa, kutsutaan soliduslämpötilaksi (tai soliduspisteeksi)
• Lämpötila, jossa sulaminen loppuu – liquiduslämpötilaksi (tai liquiduspisteeksi).

”Solidus” tarkoittaa ymmärrettävästi kiinteää ja ”liquidus” – nestettä: soliduslämpötilassa koko seos kiinteämpi ja liquiduslämpötilassa – koko jo nestemäinen.

Kun tämä metalliseos jähmettyy nestemäisestä olotilasta, kiteytymisen (jähmettymisen) alkamislämpötila (jähmettymislämpötila) on sama kuin liquiduslämpötila, sulkeutumiskiteytyminen eli sulkeutumislämpötila eli soliduslämpötila. Kun lämpötilaseos on solidus- ja liquiduslämpötilojensa välissä, se on puolikiinteässä semi-, mössötilassa.

Alumiinin sulaminen

Seosaineiden ja epäpuhtauksien vaikutus

Muiden alkuaineiden lisääminen alumiiniin, mukaan lukien seostaminen, alentaa sen sulamislämpötilaa, tarkemmin sanottuna – käynnistää sen sulamisen. Niinpä jotkut valualumiiniseokset, joissa on runsaasti piitä ja magnesiumia, sulamisen alkamislämpötila laskee lähes 500 ° C. Ylipäätään termi ”sulamislämpötila” koskee vain puhtaita metalleja ja muita kiteisiä aineita. Seoksilla sen sijaan ei ole tiettyä sulamispistettä: niiden sulamisprosessi (ja jähmettyminen) tapahtuu tietyllä lämpötila-alueella.

Kuvio 4- Puhtaan metallin (alumiini) ja
tämän metallin seoksen (alumiiniseos)

Sulamislämpötilan muutos

Alla olevasta taulukosta käy ilmi eräiden kaupallisten muokattavien seosten solidus- ja liquiduslämpötilat. On pidettävä mielessä, että liquidus- ja soliduslämpötilojen käsitteet on määritelty nestemäisessä faasissa ja kiinteässä selässä tapahtuville tasapainoreaktioille, eli äärettömän pitkäkestoisille prosesseille. Käytännössä joudutaan tekemään säätöjä lämmitys- tai jäähdytysnopeuden perusteella.

sulatussilumiini

Solidus- ja liquiduslämpötilojen väli ei ole kaikilla seoksilla sama. Tällaisia seoksia kutsutaan eutektisiksi. esimerkiksi 12,5 % piitä sisältävässä alumiiniseoksessa liquidus- ja soliduspisteet ovat pienentyneet yhteen pisteeseen: tällä seoksella, kuten puhtailla metalleilla, ei ole väliä, pisteen sulamista. Tätä pistettä kutsutaan eutektiseksi lämpötilaksi. Tämä seos kuuluu tunnettuihin valu alumiini-pii-seoksiin – silumin kapea solidus-liquidus-väli, joka antaa niille parhaat valuominaisuudet.

Binääriseokset Al-Si soliduslämpötila on vakio 577 ° C. Lisäämällä piipitoisuus laskee liquidus lämpötila maksimiarvo puhdasta alumiinia 660 ° C, ja samaan aikaan solidus lämpötila 577 ° C piipitoisuudella 12,6 %.

Muista seosaineista alumiini, magnesium alentaa sulamispisteen eniten: eutektinen lämpötila 450 ° C saavutetaan, kun magnesiumpitoisuus 18,9 %. Kuparin eutektinen lämpötila antaa 548 ° C, ja mangaani – vain 658 ° C! Useimmat seokset ovat ei-kaksinkertaisia ja kolminkertaisia ja jopa nelinkertaisia. Siksi, kun useiden seosaineiden yhteisvaikutus soliduslämpötila – sulamisen alku tai loppu jähmettyminen voi olla alhaisempi.

alumiinin jähmettyminen

Puhdas alumiini

puhtaat metallit, mukaan lukien, puhdas alumiini, on selkeä sulamispiste – sulamispiste. Jähmettyminen tai ”jäätyminen” puhdas alumiini tapahtuu myös vakiolämpötilassa. Kun puhdasta sulaa alumiinia jäähdytetään, sen lämpötila laskee jäätymispisteeseen ja pysyy siinä lämpötilassa, kunnes kaikki se (nestemäinen alumiini) kovettuu. Kuvissa 5 ja 6 on esitetty tyypillisiä puhtaan metallin jäähtymiskäyriä sen siirtyessä nesteestä kiinteäksi.

Kuva 5 – Paljaan metallin jäähtymiskäyrä (esim, alumiini)

Kuvio 6 – Puhtaan alumiinin jähmettyminen

Alumiiniseos

Alumiiniseoksen jähmettymisen aikana alumiiniseoksen, joka koostuu siihen liuenneesta alumiinista ja seosaineesta, esimerkiksi piistä tai kuparista, jähmettymiskäyrästä nähdään, että jähmettymisen alku tapahtuu tietyssä lämpötilassa ja loppu on eri lämpötilassa (kuva 7).

Kuva 7 – Seoksen (esimerkiksi alumiiniseoksen) jäähtymiskäyrä

Sulatetun alumiiniseoksen valu

Lämpötilaan nestemäisessä olomuodossa lämmitetylle alumiiniseokselle, jossa voidaan tehdä valutöitä, käytetään erityyppisiä sulatusuuneja. Lämpöenergia, jota tarvitaan, jotta metalli voidaan lämmittää nestemäisen tilan lämpötilaan, jossa se voidaan kaataa muotteihin, koostuu seuraavien komponenttien summasta:

• Lämpö, jolla metallin lämpötila nostetaan sulamispisteeseen
• Sulatuslämpö, jolla metalli muutetaan kiinteästä tilasta nestemäiseksi
• Lämpö, jolla sula metalli kuumennetaan ennalta määrättyyn valulämpötilaan

valulämpötila – sulan metallin lämpötila, jossa se valetaan muottiin. Tärkeä tekijä tässä on lämpötilaero valulämpötilan ja, jossa jähmettyminen alkaa. Tämä lämpötila on sulamispiste (piste) puhtaalle alumiinille tai liquiduslämpötila alumiiniseokselle … Tätä lämpötilaeroa kutsutaan joskus ylikuumenemiseksi. Termiä voidaan käyttää myös siihen lämpömäärään, joka on poistettava nestemäisestä metallista valun ja jähmettymisen alkamisen välillä.

Kiehumislämpötila

• Puhtaan alumiinin kiehumispiste on 2494 ºS

Alumiinin muut lämpöominaisuudet :

• Latenttinen sulamislämpötila: 397 kJ / g
• Höyrystymislämpötila: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
• lämpöarvo: 31,05 MJ / kg
• lämpökapasiteetti: 0,900 kJ / (g K) 25 ºS:ssa;
  1,18 kJ / (g K) 660,4 ºS:ssa (nestemäisenä)

Erilaisten metallien sulamislämpötila

Eräiden muidenkin nettometallien sulamislämpötila on (astetta) :

• elohopea: miinus 39
• litium: 181
• lyijy: 232
• lyijy: 328
• sinkki: 420
• magnesium: 650
• kupari: 1085
• nikkeli: 1455
• rauta: 1538
• titaani: 1670