Smältpunkten för rent aluminium
Aluminiums smältning, liksom andra ämnen, Det sker med tillförsel av värmeenergi till det, utanför eller direkt i dess volym, Hur sker detta, till exempel, i induktionsvärme.
Aluminiums smältpunkt beror på dess renhet:
- Smältningstemperaturen för ultrarent aluminium 99,996 %: 660,37 ° C.
- När innehållet av aluminium 99,5 % Smältningen börjar vid 657 ° C.
- När innehållet av aluminium 99,0 % Smältningen börjar vid 643 ° C.
Smältningspunkt för metaller
Metaller och icke-metaller
Varje bit metall, till exempel aluminium, miljontals enskilda kristaller, så kallade korn. Varje korn har en unik orientering av kristallgitteret, men tillsammans korn orienterade inom denna bit av slumpmässigt. En sådan struktur kallas polykristallin.
amorfa material, till exempel glas, skiljer sig från kristallina material, till exempel aluminium, för två viktiga skillnader, som är relaterade till varandra:
- frånvaro av långväga ordning i molekylstrukturen
- skillnader i smältningens och värmeexpansionens natur.
molekylärstrukturens skillnad kan ses i figur 1. Till vänster visas tätt packad och ordnad kristallin struktur. Amorft material visas till höger: mindre tät struktur med slumpmässiga arrangemang av atomer.
Figur 1 – Strukturen hos kristallina (a) och amorfa (b) material.
Kristallstruktur: ordnad, repetitiv och tät,
amorf struktur – mer löst packad
ett oordnat arrangemang av atomer.
metallsmältning
Denna skillnad i strukturen manifesteras vid smältning av metaller, bland annat, smältning av aluminium av olika renhet och dess legeringar. Mindre tätt packade atomer ger en volymökning (minskad densitet) jämfört med samma metall i fast kristallint tillstånd.
Metaller med smältning upplever en volymökning. I rena metaller sker denna volymförändring mycket snabbt och vid en konstant temperatur – temperatursmältning, vilket visas i figur 2. Denna förändring är gapet mellan de lutande linjerna på vardera sidan om smältpunkten. Båda dessa sneda linjer karakteriserar metallens termiska expansion, som vanligtvis är en variation av flytande och fast tillstånd.
Figur 2 – Den karakteristiska förändringen av volymen av ren metall
jämfört med förändringen av volymen av det amorfa materialet :
Tg – glasövergångstemperatur (övergång från ett flytande tillstånd till ett fast tillstånd);
Tm – smälttemperaturen
Smältningsvärmen
Med denna dramatiska ökning av metallens volym vid övergången från det fasta till det flytande tillståndet beror en viss mängd värme, som kallas latent smältningsvärme. Denna värme gör att atomerna förlorar en ordnad och tät kristallstruktur. Denna process är reversibel, Han fungerar i båda riktningarna – och vid uppvärmning, och avkylning.
Gränselsmältningstemperaturen
Som framgår ovan har rena kristallina substanser, till exempel rena metaller, en karakteristisk smälttemperatur, som ofta kallas ”smältpunkt”. Vid denna temperatur är det ett rent kristallint fast ämne som smälter och blir en vätska. Övergången mellan fast och flytande tillstånd för små prover av rena metaller är så liten att den kan mätas med en noggrannhet på 0,1 oC.
Vätskor har en karakteristisk temperatur där de omvandlas till fast form. Denna temperatur kallas stelningstemperatur eller stelningspunkt. I teorin – under jämviktsförhållanden – är jämviktstemperaturen för fast smältning densamma, och att jämviktstemperaturen för stelning. I praktiken kan små skillnader observeras mellan dessa värden (figur 3).
Figur 3 – Kurvor för kylning och uppvärmning av ren metall.
Visibla fenomen av underkylning vid kylning och överhettning vid uppvärmning.
I den tidiga stelningen observeras en depression i kylningskurvan,
vilket förklaras av den fördröjda början av kristallisation
Temperatur liquidus och solidus
- Temperatur början av smältning kallas för solidustemperatur (eller soliduspunkt)
- Temperatur slutet av smältning – liquidustemperatur (eller liquiduspunkt).
”Solidus” betyder, förståeligt nog, fast, och ”liquidus” – flytande: vid solidustemperaturen är hela legeringen mer fast, och vid liquidustemperaturen – är hela legeringen redan flytande.
När denna legering stelnar från ett flytande tillstånd, kommer temperaturen för den begynnande kristallisationen (solidifieringen) att vara samma liquidustemperatur, en avslutande kristallisation – samma solidustemperatur. När temperatur legering mellan dess solidus och liquidus temperaturer är det i halvfast halv, mushy tillstånd.
Aluminiums smältning
Inflytandet av legeringselement och föroreningar
Att lägga till andra element till aluminium, inklusive legering, sänker dess smältningstemperatur, mer exakt – startar dess smältning. Så vissa gjutna aluminiumlegeringar med ett högt innehåll av kisel och magnesium smältstartstemperaturen sänks till nästan 500 ° C. Överhuvudtaget gäller termen ”smälttemperatur” endast för rena metaller och andra kristallina ämnen. Legeringar, å andra sidan, har ingen specifik smältpunkt: processen för deras smältning (och stelning) sker inom ett visst temperaturintervall.
Figur 4- Förändring av den specifika volymen av ren metall (aluminium) och
legering av denna metall (aluminiumlegering)
Intervallsmältningstemperatur
Tabellen nedan visar solidus- och liquidustemperaturen för några kommersiella smidda legeringar. Man måste komma ihåg att begreppen liquidus- och solidustemperaturer är definierade för jämviktsreaktioner i vätskefasen och en fast baksida, dvs. vid processer med oändlig varaktighet. I praktiken är det nödvändigt att göra justeringar baserade på uppvärmnings- eller avkylningshastigheten.
Smältande silumin
Inte alla legeringar har avståndet mellan solidus- och liquidustemperaturer. Sådana legeringar kallas eutektiska. till exempel aluminiumlegering som innehåller 12,5 % kisel, liquidus- och soliduspunkterna reduceras till en punkt: denna legering har, liksom rena metaller, inget intervall, en smältpunkt. Denna punkt kallas eutektisk temperatur. Denna legering tillhör de välkända gjutna aluminium-silikonlegeringarna – silumin smalt solidus-liquidus-intervall, vilket ger dem de bästa gjutningsegenskaperna.
De binära legeringarna Al-Si solidustemperaturen är konstant på 577 ° C. Genom att öka innehållet av kisel minskar liquidustemperaturen av det maximala värdet för rent aluminium 660 ° C, och att sammanfalla med solidustemperaturen 577 ° C med kisel Innehåll 12,6 %.
Av andra legeringselement av aluminium, magnesium sänker smältpunkten mest: eutektisk temperatur 450 ° C uppnås när magnesiumhalten 18,9 %. Koppar eutektisk temperatur ger 548 ° C, och mangan – bara 658 ° C! De flesta legeringar är icke dubbla, och tredubbla, och till och med fyrdubbla. Därför, när den gemensamma effekten av flera legeringselement solidustemperatur – smältstart eller slutet av solidifiering kan vara lägre.
aluminium solidifiering
Rent aluminium
rena metaller, inklusive, rent aluminium, har en tydlig smältpunkt – smältpunkt. Stelning eller ”frysning” av rent aluminium sker också vid en konstant temperatur. När rent smält aluminium kyls ner sjunker dess temperatur till fryspunkten och förblir vid den temperaturen tills allt (flytande aluminium) hårdnar. I figurerna 5 och 6 visas typiska kylkurvor för ren metall med dess övergång från flytande till fast form.
Figur 5 – Kylkurva för ren metall (t.ex, aluminium)
Figur 6 – Stelning av rent aluminium
Aluminiumlegering
Under stelningen av aluminiumlegering, som består av aluminium löst i den och legeringselementet, t.ex. kisel eller koppar, visar legeringens avkylningskurva att stelningens början inträffar vid en viss temperatur och att slutet sker vid en annan temperatur (figur 7).
Figur 7 – Kylkurva för legeringen (till exempel aluminiumlegering)
Gjutning av smält aluminiumlegering
För en aluminiumlegering som värms upp till en temperatur i flytande tillstånd, där man kan utföra gjutningsoperationer, används smältugnar av olika typer. Värmeenergi, som krävs för att, för att värma metallen till en temperatur i flytande tillstånd, vid vilken den kan hällas i formar, består av summan av följande komponenter:
- Värme, för att höja metallens temperatur till smältpunkten
- Smältningsvärme, för att omvandla metallen från fast till flytande tillstånd
- Värme för att värma upp den smälta metallen till en förutbestämd gjutningstemperatur
Gjutningstemperatur – en temperatur hos den smälta metallen, vid vilken den hälls i en form. En viktig faktor här är temperaturskillnaden mellan gjutningstemperaturen och den temperatur vid vilken stelningen börjar. Denna temperatur är smältpunkten (punkten) för rent aluminium eller liquidustemperaturen för aluminiumlegering…. Denna temperaturskillnad kallas ibland för överhettning. Termen kan också tillämpas på den värmemängd, som måste bort från den flytande metallen mellan gjutningen och stelningens början.
Sjudningstemperatur
- Sjudningspunkten för rent aluminium är 2494 ºS
Andra termiska egenskaper hos aluminium :
- latent smältvärme: 397 kJ / g
- specifik förångningsvärme: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
- bränslevärde: 1,18 – 10-4 MJ / (g K)
- bränslevärde: 31,05 MJ / kg
- värmekapacitet: 0,900 kJ / (g K) vid 25 ºS;
1,18 kJ / (g K) vid 660,4 ºС (flytande)
Smältningstemperaturen för olika metaller
Smältningspunkten för några andra nettometaller är (grader Celsius) :
- Kvicksilver: minus 39
- Litium: 181
- Bly: 232
- Bly: 328
- zink: 420
- magnesium: 650
- Koppar: 1085
- Nickel: 1455
- järn: 1538
- titan: 1670