Punctul de topire al aluminiului pur
Topirea aluminiului, ca și a altor substanțe, are loc cu aportul de energie termică, în afara sau direct în volumul său, Cum se întâmplă, de exemplu, în încălzirea prin inducție.
Punctul de topire al aluminiului depinde de puritatea sa:
- Temperatura de topire a aluminiului ultrapur 99,996 %: 660,37 ° C.
- Când conținutul de aluminiu 99,5 % Topirea începe la 657 ° C.
- Când conținutul de aluminiu 99,0 % Topirea începe la 643 ° C.
Punctul de topire al metalelor
Metale și nemetale
Orice bucată de metal, de exemplu, aluminiu, milioane de cristale individuale, numite granule. Fiecare grăunte are o orientare unică a rețelei cristaline, dar împreună grăunțe orientate în această bucată de la întâmplare. O astfel de structură se numește policristalină.
Materialele amorfe, de exemplu, sticla, diferă de materialele cristaline, de exemplu, aluminiul, pentru două diferențe importante, care sunt legate între ele:
- absența ordinii cu rază lungă de acțiune a structurii moleculare
- diferențe în ceea ce privește natura topirii și a dilatării termice.
diferența structurii moleculare poate fi observată în figura 1. În stânga este reprezentată structura cristalină bine compactată și ordonată. În dreapta este prezentat materialul amorf: structură mai puțin densă, cu aranjament aleatoriu al atomilor.
Figura 1 – Structura materialelor cristaline (a) și amorfe (b).
Structura cristalină: ordonată, repetitivă și densă,
structura amorfă – mai puțin compactă
un aranjament dezordonat al atomilor.
topirea metalelor
Această diferență de structură se manifestă la topirea metalelor, inclusiv, topirea aluminiului de diferite purități și a aliajelor sale. Atomii mai puțin compactați dau o creștere a volumului (scădere a densității) în comparație cu același metal în stare cristalină solidă.
Metalele la topire cunosc o creștere a volumului. În cazul metalelor pure, această modificare de volum are loc foarte rapid și la o temperatură constantă – temperatura de topire, așa cum se arată în figura 2. Această schimbare reprezintă diferența dintre liniile înclinate de o parte și de alta a punctului de topire. Aceste două linii oblice caracterizează dilatarea termică a metalului, care este, de obicei, o varietate de stare lichidă și solidă.
Figura 2 – Variația caracteristică a volumului metalului pur
în comparație cu variația de volum a materialului amorf :
Tg – temperatura de tranziție vitroasă (trecerea de la starea lichidă la cea solidă);
Tm – temperatura de topire
Căldura de fuziune
Cu această creștere spectaculoasă a volumului metalului la trecerea de la starea solidă la cea lichidă se datorează o anumită cantitate de căldură, care se numește căldură latentă de fuziune. Această căldură face ca atomii să piardă o structură cristalină ordonată și densă. Acest proces este reversibil, El funcționează în ambele sensuri – și la încălzire, și la răcire.
Temperatura de topire la echilibru
După cum s-a arătat mai sus, substanța cristalină pură, de exemplu, metalele pure, au o temperatură de topire caracteristică, denumită adesea „punct de topire”. La această temperatură, este un solid cristalin pur se topește și devine un lichid. Tranziția dintre starea solidă și cea lichidă pentru specimene mici de metale pure este atât de mică, încât poate fi măsurată cu o precizie de 0,1 oC.
Lichidele au o temperatură caracteristică, la care se transformă în solide. Această temperatură se numește temperatură de solidificare sau punct de solidificare. În teorie – în condiții de echilibru – temperatura de echilibru de topire a solidului este aceeași, și aceea de echilibru de solidificare. În practică, se pot observa mici diferențe între aceste valori (figura 3).
Figura 3 – Curbele de răcire și încălzire a metalului pur.
Fenomene vizibile de suprarăcire la răcire și de supraîncălzire în timpul încălzirii.
La începutul solidificării se observă o depresiune în curba de răcire,
care se explică prin debutul întârziat al cristalizării
Temperatura liquidus și solidus
- Temperatura de început de topire se numește temperatura solidus (sau punctul solidus)
- Temperatura de sfârșit de topire – temperatura liquidus (sau punctul liquidus).
„Solidus” înseamnă, se înțelege, solid, iar „liquidus” – lichid: la temperatura solidus întregul aliaj mai solid, iar la temperatura liquidus – întregul deja lichid.
Când acest aliaj se solidifică din stare lichidă, temperatura de început de cristalizare (solidificare) va fi aceeași temperatură liquidus, o cristalizare de încheiere – aceeași temperatură solidus. Când temperatura aliajului între temperaturile sale de solidus și liquidus se află în stare semisolidă semisolidă, moale.
Fundarea aluminiului
Influența elementelor de aliere și a impurităților
Aducerea altor elemente la aluminiu, inclusiv a elementelor de aliere, scade temperatura de topire a acestuia, mai exact – începe topirea lui. Astfel, unele aliaje de aluminiu de turnare cu un conținut ridicat de siliciu și magneziu temperatura de pornire a topiturii este redusă la aproape 500 ° C. La toate, termenul „temperatură de topire” se aplică numai la metale pure și alte substanțe cristaline. Aliajele, pe de altă parte, nu au un punct de topire specific: procesul de topire (și de solidificare) a acestora are loc într-un anumit interval de temperaturi.
Figura 4- Modificarea volumului specific al metalului pur (aluminiu) și
aliajului acestui metal (aliaj de aluminiu)
Intervale temperatura de topire
Temperatura de solidus și de liquidus a unor aliaje forjate comerciale este prezentată în tabelul de mai jos. Trebuie avut în vedere, că noțiunile de temperaturi liquidus și solidus sunt definite pentru reacții de echilibru în faza lichidă și un spate solid, adică la procese de durată infinită. În practică, este necesar să se facă ajustări pe baza vitezei de încălzire sau de răcire.
Siluminare prin topire
Nu toate aliajele au distanța dintre temperaturile solidus și liquidus. Astfel de aliaje se numesc eutectice. de exemplu, în cazul aliajului de aluminiu care conține 12,5 % siliciu, punctele liquidus și solidus sunt reduse la un punct: acest aliaj, ca și metalele pure, nu are un interval, un punct de topire. Acest punct se numește temperatură eutectică. Acest aliaj face parte din binecunoscutele aliaje de turnare aluminiu-siliciu – silumin interval solidus-liquidus îngust, ceea ce le conferă cele mai bune proprietăți de turnare.
Temperatura solidus a aliajelor binare Al-Si este constantă la 577°C. Prin creșterea conținutului de siliciu scade temperatura liquidus de la valoarea maximă pentru aluminiul pur 660 ° C, și pentru a coincide cu temperatura solidus 577 ° C cu un conținut de siliciu 12,6 %.
Printre celelalte elemente de aliere a aluminiului, magneziul scade cel mai mult punctul de topire: temperatura eutectică 450 ° C se atinge când conținutul de magneziu este de 18,9 %. Temperatura eutectică a cuprului dă 548 ° C, iar a manganului – doar 658 ° C! Cele mai multe aliaje sunt non-duble, și triple, și chiar cvadruple. Prin urmare, atunci când efectul comun al mai multor elemente de aliere temperatura solidus – începutul sau sfârșitul solidificării poate fi mai mic.
solidificarea aluminiului
aluminiu pur
metalele pure, inclusiv, aluminiul pur, au un punct de topire clar – punctul de topire. Solidificarea sau „înghețarea” aluminiului pur are loc, de asemenea, la o temperatură constantă. Atunci când aluminiul pur topit este răcit, temperatura sa scade până la punctul de congelare și rămâne la această temperatură, până când tot aluminiul (aluminiu lichid) se întărește. În figurile 5 și 6 sunt prezentate curbele tipice de răcire a metalului pur cu trecerea acestuia de la lichid la solid.
Figura 5 – Curba de răcire a metalului gol (de ex, aluminiu)
Figura 6 – Solidificarea aluminiului pur
Aliaj de aluminiu
În timpul solidificării aliajului de aluminiu, care constă din aluminiu dizolvat în el și elementul de aliere, de exemplu, siliciu sau cupru, curba de răcire a aliajului arată, că începutul solidificării are loc la o temperatură, iar sfârșitul este la o temperatură diferită (figura 7).
Figura 7 – Curba de răcire a aliajului (de exemplu, a aliajului de aluminiu)
Cola de turnare a aliajului de aluminiu topit
Pentru un aliaj de aluminiu încălzit la o temperatură de stare lichidă, în care se pot face operațiile de turnare, se folosesc cuptoare de topire de diferite tipuri. Energia termică, care este necesară pentru, pentru a încălzi metalul la o temperatură de stare lichidă, la care poate fi turnat în matrițe, este formată din suma următoarelor componente:
- Căldura, pentru a ridica temperatura metalului până la punctul de topire
- Căldura de fuziune, pentru a transforma metalul din stare solidă în stare lichidă
- Căldura pentru încălzirea metalului topit până la o temperatură de turnare prestabilită
Temperatura de turnare – o temperatură a metalului topit, la care acesta este turnat într-o matriță. Un factor important aici este diferența de temperatură dintre temperatura de turnare și, la care începe solidificarea. Această temperatură este punctul (punctul) de topire pentru aluminiul pur sau temperatura liquidus pentru aliajul de aluminiu… Această diferență de temperatură se numește uneori supraîncălzire. Termenul poate fi, de asemenea, aplicat la cantitatea de căldură, care trebuie să fie departe de metalul lichid între turnarea și începerea solidificării.
Temperatura de fierbere
- Punctul de fierbere al aluminiului pur este de 2494 ºS
Alte proprietăți termice ale aluminiului :
- Căldura latentă de fuziune: 397 kJ / g
- Căldura specifică de vaporizare: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
- valoare calorică: 31,05 MJ / kg
- capacitate termică: 0,900 kJ / (g K) la 25 ºS;
1,18 kJ / (g K) la 660,4 ºС (lichid)
Temperatura de topire a diferitelor metale
Temperatura de topire a unor alte metale nete este (grade Celsius) :
- Mercur: minus 39
- Litiu: 181
- Plumb: 232
- Plumb: 328
- zinc: 420
- magneziu: 650
- cupru: 1085
- nichel: 1455
- fier: 1538
- titan: 1670
.