Temperatura topnienia czystego aluminium
Topienie aluminium, podobnie jak innych substancji, odbywa się przy dostarczeniu do niego energii cieplnej, na zewnątrz lub bezpośrednio w jego objętości, Jak to się dzieje, na przykład w ogrzewaniu indukcyjnym.
Temperatura topnienia aluminium zależy od jego czystości:
- Temperatura topnienia ultra czystego aluminium 99,996 %: 660,37 ° C.
- Gdy zawartość aluminium 99,5 % Topnienie rozpoczyna się w 657 ° C.
- Gdy zawartość aluminium 99,0 % Topnienie rozpoczyna się w 643 ° C.
Punkt topnienia metali
Metale i niemetale
Każdy kawałek metalu, na przykład, aluminium, miliony indywidualnych kryształów, zwanych ziarna. Każde ziarno ma unikalną orientację siatki krystalicznej, ale razem ziarno zorientowane w tym kawałku losowo. Taka struktura jest nazywany polikrystaliczny.
amorficzne materiały, na przykład szkło, różni się od materiałów krystalicznych, na przykład aluminium, na dwie ważne różnice, które są ze sobą związane:
- brak porządku dalekiego zasięgu struktury molekularnej
- różnice w charakterze topnienia i rozszerzalności cieplnej.
różnica w strukturze molekularnej można zobaczyć na rysunku 1. Po lewej stronie pokazano ciasno upakowane i uporządkowaną strukturę krystaliczną. Materiał amorficzny pokazany po prawej: mniej gęsta struktura z przypadkowym ułożeniem atomów.
Rysunek 1 – Struktura materiałów krystalicznych (a) i amorficznych (b).
Struktura krystaliczna: uporządkowana, powtarzalna i zwarta,
struktura amorficzna – bardziej luźno upakowana
nieuporządkowane ułożenie atomów.
Topienie metali
Ta różnica w strukturze przejawia się w topieniu metali, w tym, topieniu aluminium o różnej czystości i jego stopów. Mniej gęsto upakowane atomy dają wzrost objętości (spadek gęstości) w porównaniu do tego samego metalu w stanie stałym krystalicznym.
Metale z topnienia doświadczają wzrostu objętości. W czystych metalach ta zmiana objętości zachodzi bardzo szybko i w stałej temperaturze – temperatura topnienia, jak pokazano na rysunku 2. Zmiana ta jest luką pomiędzy liniami ukośnymi po obu stronach temperatury topnienia. Obie te skośne linie charakteryzują rozszerzalność cieplną metalu, który jest zwykle odmianą stanu ciekłego i stałego.
Rysunek 2 – Charakterystyczna zmiana objętości czystego metalu
w porównaniu ze zmianą objętości materiału amorficznego :
Tg – temperatura zeszklenia (przejścia ze stanu ciekłego w stały);
Tm – temperatura topnienia
Ciepło syntezy
Z tym gwałtownym wzrostem objętości metalu przy przejściu ze stanu stałego w ciekły z powodu pewnej ilości ciepła, które nazywa się utajonym ciepłem syntezy. To ciepło powoduje, że atomy tracą uporządkowaną i gęstą strukturę krystaliczną. Proces ten jest odwracalny, On działa w obu kierunkach – i na ogrzewanie, i chłodzenie.
Równowagowa temperatura topnienia
Jak pokazano powyżej, czysta substancja krystaliczna, na przykład, czyste metale, mają charakterystyczną temperaturę topnienia, często określane jako „temperatura topnienia”. W tej temperaturze, to jest czysty krystaliczne ciało stałe jest topiony i staje się cieczą. Przejście między stanem stałym a ciekłym dla małych próbek czystych metali jest tak małe, że można je zmierzyć z dokładnością do 0,1 oC.
Płyny mają charakterystyczną temperaturę, w której ulegają przemianie w ciało stałe. Temperatura ta nazywana jest temperaturą krzepnięcia lub punktem krzepnięcia. W teorii – w warunkach równowagi – równowagowa temperatura topnienia ciała stałego jest taka sama, jak i równowagowa temperatura krzepnięcia. W praktyce można zaobserwować niewielkie różnice między tymi wartościami (rysunek 3).
Rysunek 3 – Krzywe chłodzenia i grzania czystego metalu.
Widoczne zjawiska przechłodzenia podczas chłodzenia i przegrzania podczas grzania.
W początkowej fazie krzepnięcia obserwuje się depresję w krzywej chłodzenia,
która jest wyjaśniona przez opóźniony początek krystalizacji
Temperatura liquidus i solidus
- Temperatura początku topnienia nazywa się temperatura solidus (lub punkt solidus)
- Temperatura końca topnienia – temperatura liquidus (lub punkt liquidus).
„Solidus” oznacza, co zrozumiałe, stałe, a „liquidus” – ciecz: w temperaturze solidus cały stop bardziej stałe, a w temperaturze liquidus – cały już cieczy.
Gdy ten stop zestala się ze stanu ciekłego, temperatura początku krystalizacji (krzepnięcia) będzie taka sama temperatura liquidus, zamknięcie krystalizacji – taka sama temperatura solidus. Kiedy temperatura stopu między jego solidus i temperatury liquidus jest w półstałym pół, mushy state.
Aluminium topnienia
Wpływ pierwiastków stopowych i zanieczyszczeń
Dodanie innych elementów do aluminium, w tym stopowych, obniża jego temperaturę topnienia, dokładniej – zaczyna jego topnienia. Tak więc, niektóre odlewnicze stopy aluminium z wysoką zawartością krzemu i magnezu temperatura początku topnienia jest zmniejszona do prawie 500 ° C. W ogóle, termin „temperatura topnienia” odnosi się tylko do czystych metali i innych substancji krystalicznych. Stopy, z drugiej strony, nie mają określonej temperatury topnienia: proces ich topnienia (i krzepnięcia) występuje w pewnym zakresie temperatur.
Figura 4- Zmiana objętości właściwej czystego metalu (aluminium) i
stopu tego metalu (stop aluminium)
Interwały temperatura topnienia
W poniższej tabeli przedstawiono solidus i liquidus temperatury niektórych komercyjnych stopów kutych. Należy pamiętać, że pojęcia temperatury ciekłej i solidus są zdefiniowane dla reakcji równowagi w fazie ciekłej i stałej z powrotem, czyli w nieskończonym czasie trwania procesów. W praktyce, konieczne jest, aby dokonać korekty w oparciu o szybkość ogrzewania lub chłodzenia.
topnienia silumin
Nie wszystkie stopy mają odstęp między temperatury solidus i liquidus. Takie stopy są nazywane eutektyczne. na przykład, stop aluminium zawierający 12,5 % krzemu, ciekłe i stałe punkty są zredukowane do punktu: ten stop, jak czyste metale, nie ma interwału, punkt topnienia. Punkt ten nazywany jest temperaturą eutektyczną. Stop ten należy do znanych odlewniczych stopów aluminium-krzem – silumin wąski solidus-liquidus interwał, co daje im najlepsze właściwości odlewnicze.
Binarne stopy Al-Si temperatura solidus jest stała na 577 ° C. Zwiększając zawartość krzemu obniża temperaturę ciekłości maksymalnej wartości dla czystego aluminium 660 ° C, i zbiegają się z temperatury krzepnięcia 577 ° C z krzemem Zawartość 12,6 %.
Pośród innych pierwiastków stopowych z aluminium, magnez obniża temperaturę topnienia najbardziej: temperatura eutektyczna 450 ° C jest osiągnięta, gdy zawartość magnezu 18,9 %. Temperatura eutektyczna miedzi daje 548 ° C, a mangan – tylko 658 ° C! Większość stopów nie są podwójne, i potrójne, a nawet poczwórne. Dlatego też, gdy wspólny efekt kilku pierwiastków stopowych temperatura solidus – topnienia początek lub koniec krzepnięcia może być niższa.
krzepnięcie aluminium
Czyste aluminium
czyste metale, w tym, czyste aluminium, mają wyraźną temperaturę topnienia – temperatura topnienia. Zestalanie lub „zamrażanie” czystego aluminium występuje również w stałej temperaturze. Gdy czyste stopione aluminium jest chłodzony, jego temperatura spada do punktu zamarzania i pozostaje w tej temperaturze, aż wszystko z niego (ciekłe aluminium) twardnieje. Na rysunkach 5 i 6 przedstawiono typowe krzywe chłodzenia czystego metalu z jego przejściem od stanu ciekłego do stałego.
Rysunek 5 – Krzywa chłodzenia gołego metalu (np, aluminium)
Rysunek 6 – krzepnięcie czystego aluminium
Stop aluminium
Podczas krzepnięcia stopu aluminium, który składa się z rozpuszczonego w nim aluminium oraz pierwiastka stopowego, na przykład krzemu lub miedzi, krzywa chłodzenia stopu pokazuje, że początek krzepnięcia następuje w pewnej temperaturze, a koniec w innej temperaturze (rysunek 7).
Rysunek 7 – Krzywa chłodzenia stopu (na przykład, stopu aluminium)
Odlewanie stopu aluminium
Do stopu aluminium ogrzewanego do temperatury stanu ciekłego, w którym można wykonać operacje odlewania, używane piece topialne różnych typów. Energia cieplna, która jest wymagana w celu, do ogrzewania metalu do temperatury stanu ciekłego, w którym może być wlewany do form, składa się z sumy następujących składników:
- Ciepło, do podniesienia temperatury metalu do temperatury topnienia
- Ciepło syntezy, do przekształcenia metalu ze stanu stałego w ciekły
- Ciepło do ogrzania stopionego metalu do z góry określonej temperatury odlewania
temperatura odlewania – temperatura stopionego metalu, przy której jest on wlewany do formy. Ważnym czynnikiem jest tu różnica temperatur pomiędzy temperaturą odlewania a temperaturą, w której rozpoczyna się krzepnięcie. Temperatura ta jest temperatura topnienia (punkt) dla czystego aluminium lub temperatura liquidus dla stopu aluminium. Ta różnica temperatur jest czasami nazywana przegrzaniem. Termin ten może być również stosowany do ilości ciepła, które musi być z dala od ciekłego metalu między odlewu i początku krzepnięcia.
Temperatura wrzenia
- Punkt wrzenia czystego aluminium wynosi 2494 ºS
Inne właściwości cieplne aluminium :
- latentne ciepło syntezy: 397 kJ / g
- specyficzne ciepło parowania: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
- wartość opałowa: 31,05 MJ / kg
- pojemność cieplna: 0,900 kJ / (g K) przy 25 ºS;
1,18 kJ / (g K) przy 660,4 ºС (ciecz)
Temperatura topnienia różnych metali
Temperatura topnienia niektórych innych metali netto wynosi (stopnie Celsjusza) :
- rtęć: minus 39
- lit: 181
- ołów: 232
- ołowiu: 328
- cynk: 420
- magnez: 650
- miedź: 1085
- nikiel: 1455
- żelazo: 1538
- tytan: 1670
.