Het smeltpunt van aluminium

Het smeltpunt van zuiver aluminium

Het smelten van aluminium, evenals andere stoffen, Het vindt plaats met toevoer van warmte-energie daaraan, buiten of direct in zijn volume, Hoe gebeurt dit, bijvoorbeeld, in inductie verwarming.

Het smeltpunt van aluminium is afhankelijk van de zuiverheid:

• De smelttemperatuur van ultrapuur aluminium 99,996 %: 660,37 ° C.
• Wanneer de inhoud van aluminium 99,5 % Smelt begint bij 657 ° C.
• Wanneer de inhoud van aluminium 99,0 % Smelting begint bij 643 ° C.

Smeltpunt van metalen

Metalen en niet-metalen

Elk stuk metaal, bijvoorbeeld, aluminium, miljoenen individuele kristallen, genaamd korrels. Elke korrel heeft een unieke oriëntatie van het kristalrooster, maar samen korrel georiënteerd binnen dit stuk van willekeurig. Een dergelijke structuur wordt polykristallijn genoemd.

amorfe materialen, bijvoorbeeld glas, verschillen van kristallijne materialen, bijvoorbeeld aluminium, voor twee belangrijke verschillen, die met elkaar verband houden:

• afwezigheid van lange-afstandsorde van de moleculaire structuur
• verschillen in de aard van smelten en thermische uitzetting.

moleculaire structuur verschil kan worden gezien in figuur 1. Links is de dicht opeengepakte en geordende kristallijne structuur te zien. Amorf materiaal rechts: minder dichte structuur met willekeurige rangschikking van atomen.

Figuur 1 – De structuur van kristallijne (a) en amorfe (b) materialen.
Kristalstructuur: geordend, repeterend en dicht,
amorfe structuur – meer losjes verpakt
een wanordelijke rangschikking van atomen.

metaal smelten

Dit verschil in de structuur manifesteert zich in het smelten van metalen, met inbegrip van, het smelten van aluminium van verschillende zuiverheden en zijn legeringen. Minder dicht opeengepakte atomen geven een toename in volume (afname in dichtheid) vergeleken met hetzelfde metaal in de vaste kristallijne toestand.

Metalen bij smelten ondervinden een toename in volume. Bij zuivere metalen treedt deze volumeverandering zeer snel en bij een constante temperatuur – smelttemperatuur – op, zoals in figuur 2 is aangegeven. Deze verandering is het verschil tussen de schuine lijnen aan weerszijden van het smeltpunt. Deze beide schuine lijnen karakteriseren de thermische uitzetting van het metaal, die meestal een verscheidenheid van vloeibare en vaste toestand is.

Figuur 2 – De karakteristieke verandering van het volume van zuiver metaal
vergeleken met de verandering van het volume van het amorfe materiaal :
Tg – glasovergangstemperatuur (overgang van vloeibare toestand naar vaste toestand);
Tm – de smelttemperatuur

De fusiewarmte

Met deze dramatische toename van het volume van metaal bij de overgang van vaste naar vloeibare toestand gaat een zekere hoeveelheid warmte gepaard, die de latente fusiewarmte wordt genoemd. Door deze warmte verliezen de atomen een geordende en dichte kristalstructuur. Dit proces is omkeerbaar, Hij werkt in beide richtingen – en bij verhitting, en bij afkoeling.

De evenwichtssmelttemperatuur

Zoals hierboven is aangetoond, hebben zuivere kristallijne stoffen, bijvoorbeeld zuivere metalen, een karakteristieke smelttemperatuur, die vaak “smeltpunt” wordt genoemd. Bij deze temperatuur wordt een zuivere kristallijne vaste stof gesmolten en wordt een vloeistof. De overgang tussen de vaste en vloeibare toestand is voor kleine exemplaren van zuivere metalen zo klein, dat deze tot op 0,1 oC nauwkeurig kan worden gemeten.

Liquids hebben een karakteristieke temperatuur, waarbij zij in vaste stof overgaan. Deze temperatuur wordt de stollingstemperatuur of het stolpunt genoemd. In theorie – onder evenwichtscondities – is de evenwichtstemperatuur voor het smelten van vaste stoffen dezelfde, en dat de evenwichtstemperatuur voor het stollen. In de praktijk kunnen kleine verschillen tussen deze waarden worden waargenomen (figuur 3).

Figuur 3 – Afkoelings- en opwarmingskrommen van zuiver metaal.
Zichtbare verschijnselen van onderkoeling bij afkoeling, en oververhitting bij verwarming.
In de vroege stolling waargenomen depressie in de koelcurve,
die wordt verklaard door het vertraagde begin van kristallisatie

Temperatuur liquidus en solidus

• Temperatuur begin smelten wordt genoemd de solidustemperatuur (of soliduspunt)
• Temperatuur einde smelten – liquidustemperatuur (of liquiduspunt).

“Solidus” betekent, begrijpelijk, vast, en “liquidus” – vloeistof: bij solidustemperatuur de hele legering meer vaste, en bij liquidustemperatuur – het geheel al vloeibaar.

Wanneer deze legering stolt uit een vloeibare toestand, zal de temperatuur van het begin van kristallisatie (verharding) dezelfde liquidustemperatuur, een sluiting kristallisatie – dezelfde solidustemperatuur. Wanneer temperatuur legering tussen de solidus en liquidus temperaturen is het in semi-vaste semi-, papperige staat.

Aluminium smelten

De invloed van legeringselementen en onzuiverheden

Het toevoegen van andere elementen aan aluminium, met inbegrip van legeren, verlaagt de smelttemperatuur, meer precies – begint het smelten. Dus, sommige gieten aluminiumlegeringen met een hoog gehalte aan silicium en magnesium smelten starttemperatuur wordt verlaagd tot bijna 500 ° C. Op alle, de term “smelttemperatuur” geldt alleen voor zuivere metalen en andere kristallijne stoffen. Legeringen daarentegen hebben geen specifiek smeltpunt: het proces van hun smelten (en stollen) vindt plaats in een bepaald temperatuurbereik.

Figuur 4- Verandering in het soortelijk volume van zuiver metaal (aluminium) en
legering van dit metaal (aluminiumlegering)

Intervallen smelttemperatuur

In de onderstaande tabel zijn de solidus- en liquidustemperatuur van enkele in de handel verkrijgbare smeedlegeringen weergegeven. Men moet bedenken, dat de begrippen liquidustemperatuur en solidustemperatuur gedefinieerd zijn voor evenwichtsreacties in de vloeistoffase en een vaste rug, d.w.z. bij processen van oneindige duur. In de praktijk is het nodig om aanpassingen te maken op basis van de snelheid van verwarmen of afkoelen.

smeltsilumin

Niet alle legeringen hebben de afstand tussen solidus en liquidus temperaturen. Dergelijke legeringen worden eutectische genoemd. Bijvoorbeeld, de aluminiumlegering met 12,5 % silicium, de liquidus en solidus punten zijn gereduceerd tot een punt: deze legering, zoals zuivere metalen, heeft geen interval, een smeltpunt. Dit punt wordt eutectische temperatuur. Deze legering behoort tot de bekende gieten aluminium-silicium legeringen – silumin smalle solidus-liquidus interval, waardoor ze de beste gieten eigenschappen.

De binaire legeringen Al-Si solidus temperatuur constant op 577 ° C. Door verhoging van het gehalte aan silicium verlaagt de liquidustemperatuur van de maximale waarde voor zuiver aluminium 660 ° C, en samenvallen met de solidustemperatuur 577 ° C met silicium Inhoud 12,6 %.

Van de andere legeringselementen van aluminium, magnesium verlaagt het smeltpunt het meest: eutectische temperatuur 450 ° C wordt bereikt wanneer het magnesiumgehalte 18,9 %. Koper eutectische temperatuur geeft 548 ° C, en mangaan – slechts 658 ° C! De meeste legeringen zijn niet-dubbel, en triple, en zelfs viervoudige. Daarom, wanneer het gezamenlijke effect van verschillende legeringselementen solidustemperatuur – smelten begin of einde van stolling kan lager zijn.

aluminium stolling

zuiver aluminium

zuivere metalen, met inbegrip van, zuiver aluminium, hebben een duidelijk smeltpunt – smeltpunt. Het stollen of “bevriezen” van zuiver aluminium gebeurt ook bij een constante temperatuur. Wanneer zuiver gesmolten aluminium wordt afgekoeld, daalt zijn temperatuur tot het vriespunt en blijft bij die temperatuur, totdat het geheel (vloeibaar aluminium) verhardt. In figuren 5 en 6 worden typische afkoelingskrommen van zuiver metaal met zijn overgang van vloeibaar naar vast getoond.

Figuur 5 – Afkoelingskromme van zuiver metaal (b.v., aluminium)

Figuur 6 – Stolling van zuiver aluminium

Aluminiumlegering

Tijdens het stollen van een aluminiumlegering, die bestaat uit daarin opgelost aluminium en het legeringselement, bijvoorbeeld silicium of koper, toont de koelcurve van de legering aan, dat het begin van de stolling bij een bepaalde temperatuur optreedt, en het einde bij een andere temperatuur (figuur 7).

Figuur 7 – Afkoelingscurve van de legering (bijvoorbeeld aluminiumlegering)

Gieten van gesmolten aluminiumlegeringen

Voor een aluminiumlegering verwarmd tot een vloeibare toestand temperatuur, waarin u kunt doen het gieten operaties, gebruikt smeltovens van verschillende types. Thermische energie, die nodig is om het metaal te verwarmen tot een vloeibare toestand temperatuur, waarbij het kan worden gegoten in mallen, bestaat uit de som van de volgende componenten:

• Warmte, om de metaaltemperatuur te verhogen tot het smeltpunt
• De smeltwarmte, om het metaal van vaste in vloeibare toestand om te zetten
• De warmte voor het verwarmen van het gesmolten metaal tot een vooraf bepaalde giettemperatuur

giettemperatuur – een temperatuur van het gesmolten metaal, waarbij het in een gietvorm wordt gegoten. Een belangrijke factor hierbij is het temperatuurverschil tussen de giettemperatuur en de temperatuur waarbij het stollen begint. Deze temperatuur is het smeltpunt (point) voor zuiver aluminium of de liquidustemperatuur voor aluminiumlegeringen. Dit temperatuurverschil wordt ook wel oververhitting genoemd. De term kan ook worden toegepast op de hoeveelheid warmte, die weg moet zijn van het vloeibare metaal tussen het gieten en het begin van de stolling.

Kooktemperatuur

• Het kookpunt van zuiver aluminium is 2494 ºS

Andere thermische eigenschappen van aluminium :

• latente fusiewarmte: 397 kJ / g
• specifieke verdampingswarmte: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
• calorische waarde: 31,05 MJ / kg
• warmtecapaciteit: 0,900 kJ / (g K) bij 25 ºS;
  1,18 kJ / (g K) bij 660,4 ºС (vloeibaar)

De smelttemperatuur van diverse metalen

Het smeltpunt van enkele andere netto-metalen is (graden Celsius) :

• kwik: min 39
• lithium: 181
• lood: 232
• lood: 328
• zink: 420
• magnesium: 650
• koper: 1085
• nikkel: 1455
• ijzer: 1538
• titanium: 1670