Температуры плавления металлов и сплавов

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 30.11.2023

Температура плавления металлов является точным статичным показателем. Иными словами – это достижения определённой границы точки, при которой материал приобретает жидкую, текучую форму. Этот фазовый переход связан с обратным процессом кристаллизации внутренней структуры решетки. И данный процесс характерен абсолютно для каждого типа металла без исключения. А вот, для того чтобы достичь плавления, требуется выполнить два важных условия:

  • металл необходимо нагревать с использованием внешнего теплового источника. Такое воздействие продолжается до определенной температуры;
  • следующий шаг заключается в продолжении подвода тепла. В результате достигается преодоление так называемой энергии фазового перехода.

Какую практическую роль играет температура плавления стали или металла?

Действительно, а почему так важен вопрос, связанный с плавлением твёрдых металлов? Всё просто. Современная промышленность имеет четкое понимание значимости описываемого физического свойства. Это позволяет правильно выдерживать важные технологические процессы, не допуская ошибок. Для более ясного понимания перечислим основные моменты:

  • переход материала из твёрдого в жидкое состояние. Это позволяет рассчитать необходимое количество энергии, которое тратится на преобразование металла. Например, точная температура плавления железа позволяет повысить рентабельность процессов в промышленном литейном цехе;
  • учет предела стойкости металла при выплавке специальных конструктивных элементов. То есть необходимо понимать в какой момент изделие не сможет справляться со своей функциональной нагрузкой (приобретёт критический дефект или вовсе разрушится). Например, температура плавления алюминия составляет 660 градусов по шкале Цельсия. Зная это значения его можно использовать в автомобилестроении (крышки двигателя, термостаты, масляные насосы или трамблёры);
  • использование температуры плавления для искусственной деформации металла. Точная температура плавления меди (он 1083 градуса по шкале Цельсия) определяет технологию изготовления декоративных изделий (накладки, литьё) или широко востребованной массовым потребителем электротехнической продукции (провод с медной или алюминиевой жилой).

Даже в быту или мелком частном производстве без такой технической информации не обойтись. И не важно о чём именно конкретно идёт речь (литье из вторсырья или кузнечное мастерство). В каждом случае – температура плавления металлов является важнейшим блоком знаний.

Температура плавления металлов

У каждого металла свои уникальные физические свойства. А это значит, что температура плавления олова и свинца между собой будут отличаться. И даже если, например, разница в значении будет всего в несколько градусов – это не означает схожесть их эксплуатационных особенностей. Один металл, преимущественно, используется в производстве радиоэлектронной аппаратуры, а другой при сборке АКБ или изготовлении рентгенозащитных листов и другого защитного оборудования. Соответственно и нагрузка на металл будет сильно варьироваться. И так можно говорить практически про любой элемент из химической таблицы.

Металл или сплав

tпл. С

Алюминий

660,4

Вольфрам

3420

Германий

937

Дуралюмин

~650

Железо

1539

Золото

1064?4

Инвар

1425

Иридий

2447

Калий

63,6

Карбиды гафния

3890

ниобия

3760

титана

3150

циркония

3530

Константин

~1260

Кремний

1415

Латунь

~1000

Легкоплавкий сплав

60,5

Магний

650

Медь

1084,5

Натрий

97,8

Нейзильбер

~1100

Никель

1455

Нихром

~1400

Олово

231,9

Осмий

3030

Платина

17772

Ртуть

~38,9

Свинец

327,4

Серебро

961,9

Сталь

1300-1535

Фехраль

~1460

Цезий

28,4

Цинк

419,5

Чугун

1100-1300

Температура плавления стали

Если температура плавления свинца, меди, алюминия статична, то у сложных соединений, она различается в зависимости от входящих в неё компонентов. Здесь удельная температура плавления играет огромную роль. То есть при выполнении сложных рабочих операций необходимо точно знать, какое количество теплоты потребуется сообщить расчётной массе вещества (мера – 1 кг) для изменения его физического состояния. Таких ситуаций довольно много. Среди них:

  • сварка магистральных трубопроводов из стали по перекачке жидких и газообразных веществ;
  • изготовление литьевых стальных ковшей с расчётом их температурной нагрузки;
  • производство комплектующих и конструктивных элементов из высококачественной для оборонной отрасли.

И таких примеров, где температура плавления стали – приоритетная информация – множество.

Сталь

tпл, °С

Сталь

tпл, °С

Стали для отливок Х28Л и Х34Л

1350

Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9Т

1425

Сталь конструкционная 12Х18Н10Т

1400

Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н13

1440

Жаропрочная высоколегированная 20Х20Н14С2

1400

Жаропрочная высоколегированная 40Х10С2М

1480

Жаропрочная высоколегированная 20Х25Н20С2

1400

Сталь коррозионно-стойкая Х25С3Н (ЭИ261)

1480

Сталь конструкционная 12Х18Н10

1410

Жаропрочная высоколегированная 40Х9С2 (ЭСХ8)

1480

Коррозионно-стойкая жаропрочная 12Х18Н9

1410

Коррозионно-стойкие обыкновенные 95Х18…15Х28

1500

Сталь жаропрочная Х20Н35

1410

Коррозионно-стойкая жаропрочная 15Х25Т (ЭИ439)

1500

Жаропрочная высоколегированная 20Х23Н18 (ЭИ417)

1415

Углеродистые стали

1535

Что такое фазовый переход?

Температура плавления металла часто называется точкой фазового перехода. То есть это процесс, когда металл (сплав) плавно переходит из твердого кристаллического состояния в жидкое. Молекулы же вещества, находясь в жидком состоянии, характеризуются своим неопределенным расположением. Однако статичность всё равно сохраняется. И всё благодаря так называемым силы притяжения. Это они удерживают все молекулы вместе. На практике это означает, что кристаллическое тело сохраняет свой объем без изменений. И только форма подвергается возвратной деформации.

При активном кипении происходит неизбежная потеря объема. В этом момент наблюдается процесс слабого взаимодействия молекул. Их движения не имеет правильной направленности, а напротив – хаотична.

Опытные испытание металлов и сплавов

Удельная температура плавления и температура плавления металлов точна известна. Она изучена опытным путём и каждый раз проверяется в специальных условиях для подтверждения качества и заявленных эксплуатационных свойств изделия. То есть данные параметры являются критерием для использования конкретного металла или сплава в готовой продукции.