Az alumínium olvadáspontja

A tiszta alumínium olvadáspontja

Az alumínium olvadása, akárcsak más anyagoké, hőenergia hozzáadásával történik, kívül vagy közvetlenül a térfogatában, Hogyan történik ez például az indukciós fűtésnél.

Az alumínium olvadáspontja a tisztaságától függ:

• Az ultratiszta alumínium 99,996 %-os olvadáspontja: 660,37 °C.
• Ahol az alumínium 99,5 %-os tartalma Az olvadás 657 °C-on kezdődik.
• Mikor az alumínium 99,0 %-os tartalma Az olvadás 643 °C-on kezdődik.

A fémek olvadáspontja

Fémek és nem fémek

Minden fémdarab, például az alumínium, milliónyi egyedi kristályból, úgynevezett szemcséből áll. Minden szemcse egyedi orientációja a kristályrács, de együtt szemcse orientált ezen a darabon belül véletlenszerűen. Az ilyen szerkezetet polikristályosnak nevezzük.

Amorf anyagok, például az üveg, különböznek a kristályos anyagoktól, például az alumíniumtól, két fontos, egymással összefüggő különbség miatt:

• a molekulaszerkezet hosszú távú rendezettségének hiánya
• az olvadás és a hőtágulás természetének eltérései.

a molekulaszerkezeti különbség az 1. ábrán látható. A bal oldalon a szorosan csomagolt és rendezett kristályszerkezet látható. A jobb oldalon látható amorf anyag: kevésbé sűrű szerkezet, az atomok véletlenszerű elrendeződésével.

1. ábra – A kristályos (a) és az amorf (b) anyagok szerkezete.
Kristályszerkezet: rendezett, ismétlődő és sűrű,
amorf szerkezet – lazább
az atomok rendezetlenebb elrendeződése.

fémek olvadása

Ez a szerkezetbeli különbség a fémek olvadásánál nyilvánul meg, többek között, a különböző tisztaságú alumínium és ötvözeteinek olvadásánál. A kevésbé sűrűn elhelyezkedő atomok térfogatnövekedést (sűrűségcsökkenést) eredményeznek a szilárd kristályos állapotban lévő azonos fémhez képest.

A fémek olvadásával térfogatnövekedést tapasztalunk. Tiszta fémeknél ez a térfogatváltozás nagyon gyorsan és állandó hőmérsékleten – olvadási hőmérsékleten – következik be, ahogyan azt a 2. ábra mutatja. Ez a változás az olvadáspont két oldalán lévő ferde vonalak közötti rés. Mindkét ferde vonal a fém hőtágulását jellemzi, amely általában a folyékony és a szilárd halmazállapot változatát jelenti.

2. ábra – A tiszta fém térfogatának jellemző változása
összehasonlítva az amorf anyag térfogatának változásával :
Tg – üvegesedési hőmérséklet (folyékony állapotból szilárdba való átmenet);
Tm – az olvadási hőmérséklet

A fúziós hő

A fém térfogatának ilyen drámai növekedése a szilárdból folyékony állapotba való átmenetkor bizonyos mennyiségű hőnek köszönhető, amit látens fúziós hőnek nevezünk. E hő hatására az atomok elveszítik rendezett és sűrű kristályszerkezetüket. Ez a folyamat reverzibilis, Ő mindkét irányban – és melegítéskor, illetve hűtéskor – működik.

Az egyensúlyi olvadáshőmérséklet

Mint fentebb látható, a tiszta kristályos anyagoknak, például a tiszta fémeknek van egy jellegzetes olvadáshőmérséklete, amelyet gyakran “olvadáspontnak” neveznek. Ezen a hőmérsékleten egy tiszta kristályos szilárd anyag megolvad és folyadékká válik. A szilárd és folyékony állapot közötti átmenet a tiszta fémek kis példányai esetében olyan kicsi, hogy 0,1 oC pontossággal mérhető.

A folyadékoknak van egy jellegzetes hőmérsékletük, ahol szilárddá alakulnak. Ezt a hőmérsékletet szilárdulási hőmérsékletnek vagy szilárdulási pontnak nevezik. Elméletileg – egyensúlyi körülmények között – az egyensúlyi szilárd olvadási hőmérséklet azonos, és az a megszilárdulás egyensúlyi hőmérséklete. A gyakorlatban ezek között az értékek között kis különbségek figyelhetők meg (3. ábra).

3. ábra – Tiszta fém hűtési és fűtési görbéje.
Hűtéskor a szuprahűlés, fűtéskor a túlmelegedés látható jelenségei.
A korai megszilárdulásnál megfigyelhető depresszió a hűtési görbén,
mely a kristályosodás késleltetett kezdetével magyarázható

Hőmérséklet liquidus és solidus

• Az olvadás kezdetének hőmérsékletét solidus hőmérsékletnek (vagy solidus pontnak)
• Az olvadás végének hőmérséklete – liquidus hőmérséklet (vagy liquidus pont).

A “solidus” érthetően szilárd, a “liquidus” pedig – folyékony: solidus hőmérsékleten az egész ötvözet szilárdabb, liquidus hőmérsékleten pedig – az egész már folyékony.

Amikor ez az ötvözet folyékony állapotból megszilárdul, a kristályosodás (szilárdulás) kezdetének hőmérséklete ugyanaz a liquidus hőmérséklet, egy záró kristályosodás – ugyanaz a solidus hőmérséklet. Amikor az ötvözet hőmérséklete a solidus és a liquidus hőmérséklete között van, félszilárd fél-, pépes állapotban van.

Az alumínium olvadása

Az ötvözőelemek és a szennyeződések hatása

Az alumíniumhoz más elemek hozzáadása, beleértve az ötvözést is, csökkenti az olvadási hőmérsékletét, pontosabban – elindítja az olvadását. Így egyes magas szilícium- és magnéziumtartalmú öntött alumíniumötvözetek olvadásindítási hőmérséklete közel 500 °C-ra csökken. egyáltalán, az “olvadási hőmérséklet” kifejezés csak a tiszta fémekre és más kristályos anyagokra vonatkozik. Az ötvözeteknek viszont nincs meghatározott olvadáspontjuk: olvadásuk (és megszilárdulásuk) folyamata egy bizonyos hőmérséklettartományban történik.

Ábra 4- A tiszta fém (alumínium) és
ezen fém (alumíniumötvözet)

Intervallum olvadáspontjának változása

Az alábbi táblázat néhány kereskedelmi forgalomban kapható kovácsolt ötvözet solidus és liquidus hőmérsékletét mutatja. Nem szabad elfelejteni, hogy a liquidus és a solidus hőmérséklet fogalmát a folyékony fázisban és egy szilárd hátterű, azaz végtelen időtartamú folyamatoknál végbemenő egyensúlyi reakciókra határozzák meg. A gyakorlatban a fűtés vagy hűtés sebessége alapján kell kiigazításokat végezni.

olvadó szilumin

Nem minden ötvözetnél van a solidus és liquidus hőmérsékletek közötti távolság. Az ilyen ötvözeteket eutektikusnak nevezzük. például a 12,5 % szilíciumot tartalmazó alumíniumötvözetnél a liquidus és a solidus pontok egy pontra csökkennek: ez az ötvözet, mint a tiszta fémek, nem rendelkezik intervallummal, egy ponton olvad. Ezt a pontot nevezzük eutektikus hőmérsékletnek. Ez az ötvözet a jól ismert öntött alumínium-szilícium ötvözetek közé tartozik – szilumin szűk szolidus-liquidus intervallum, ami a legjobb öntési tulajdonságokat adja nekik.

A bináris ötvözetek Al-Si szolidus hőmérséklete állandó 577 °C-on. A szilíciumtartalom növelésével csökken a liquidus hőmérséklet maximális értéke a tiszta alumínium 660 ° C, és egybeesik a solidus hőmérséklet 577 ° C szilíciumtartalommal 12,6 %.

Az alumínium egyéb ötvöző elemei közül a magnézium csökkenti az olvadáspontot a leginkább: eutektikus hőmérséklet 450 ° C érhető el, ha a magnéziumtartalom 18,9 %. A réz eutektikus hőmérséklete 548°C-ot ad, a mangán pedig csak 658°C-ot! A legtöbb ötvözet nem kettős, és háromszoros, sőt négyszeres. Ezért, amikor a közös hatása több ötvözőelem solidus hőmérséklet – olvadás kezdete vagy vége a megszilárdulás lehet alacsonyabb.

alumínium megszilárdulása

Tiszta alumínium

tiszta fémek, beleértve, tiszta alumínium, van egy egyértelmű olvadáspont – olvadáspont. A megszilárdulás vagy a tiszta alumínium “megfagyása” szintén állandó hőmérsékleten történik. Amikor a tiszta olvadt alumíniumot lehűtjük, hőmérséklete a fagyáspontra esik, és ezen a hőmérsékleten marad, amíg az egész (folyékony alumínium) meg nem keményedik. Az 5. és 6. ábrán a tiszta fém tipikus hűtési görbéi láthatók a folyadékból szilárddá válással.

5. ábra – A csupasz fém hűtési görbéje (pl., alumínium)

6. ábra – Tiszta alumínium megszilárdulása

Alumíniumötvözet

A benne oldott alumíniumból és az ötvözőelemből, például szilíciumból vagy rézből álló alumíniumötvözet megszilárdulása során az ötvözet hűtési görbéje azt mutatja, hogy a szilárdulás kezdete egy hőmérsékleten, a vége pedig egy másik hőmérsékleten történik (7. ábra).

7. ábra – Az ötvözet (például alumíniumötvözet) hűtési görbéje

Az olvadt alumíniumötvözet öntése

A folyékony állapotú hőmérsékletre melegített alumíniumötvözethez, amelyben az öntési műveleteket elvégezhetjük, különböző típusú olvasztókemencéket használnak. A hőenergia, amely ahhoz szükséges, hogy a fémet olyan folyékony állapotú hőmérsékletre melegítsük, amelyen az öntőformákba önthető, a következő összetevők összegéből áll:

• hő, hogy a fém hőmérsékletét az olvadáspontra emeljük
• A fúziós hő, hogy a fémet szilárd állapotból folyékony állapotba alakítsuk át
• A hő, hogy az olvadt fémet egy előre meghatározott öntési hőmérsékletre melegítsük

öntési hőmérséklet – az olvadt fém hőmérséklete, amelyen azt a formába öntjük. Fontos tényező itt az öntési hőmérséklet és a közötti hőmérsékletkülönbség, amelynél a megszilárdulás megkezdődik. Ez a hőmérséklet az olvadáspont (pont) a tiszta alumínium esetében vagy a liquidus hőmérséklet az alumíniumötvözet esetében… Ezt a hőmérsékletkülönbséget néha túlhevítésnek nevezik. A kifejezés alkalmazható arra a hőmennyiségre is, amelynek az öntés és a megszilárdulás kezdete között a folyékony fémből el kell távoznia.

Fulladási hőmérséklet

• A tiszta alumínium forráspontja 2494 ºS

Az alumínium egyéb termikus tulajdonságai :

• latens fúziós hő: 397 kJ / g
• specifikus gőzölési hő: 31,05 MJ / kg
• hőkapacitás: 0,900 kJ / (g K) 25 ºS-on;
  1,18 kJ / (g K) 660,4 ºS-on (folyékony)

A különböző fémek olvadáspontja

Egyéb nettó fémek olvadáspontja (Celsius fok) :

• higanyt: mínusz 39
• lítium: 181
• ólom: 232
• ólom: 328
• cink: 420
• magnézium: 650
• réz: 1085
• nikkel: 1455
• vas: 1538
• titán: 1670