При какой температуре плавится сталь 3
При сварке происходит воздействие высокой температуры на детали, поэтому очень важно придавать значение температуре плавления металлов, учитывая её в процессе работы, так как данные показатели играют немаловажную роль в параметрах тока. В горелке, при сгорании газа в момент действия электрической дуги, создается тепловая мощь для того, чтобы подвергнуть разрушению кристаллическую решетку металла. Характеристикам плавления металлов уделяют внимание при подборе материала для сооружения узлов, подвергающихся силе трения или же конструкций из металла, которые испытывают воздействие температур.
Что такое температура плавления?
Чтобы узнать при какой температуре плавится металл, в лабораторных условиях, точку старта в начале процесса плавления вычисляют до сотой градусной доли. При этом данный показатель не находится в зависимости от усилия при давлении на деталь.
При создании определенного давления в условиях вакуума, заготовки из металла имеют одинаковую температуру плавления. Данное явление можно объяснить накоплением энергии внутри вещества, при которой разрушаются связи между молекулами.
Разница между температурой плавления и кипения
Температурой плавления металлов называют точку перехода твердокристаллического вещества в жидкое состояние. В составе расплава у молекул нет собственного места расположения, они удерживаются за счет силы притяжения, поэтому в разжиженном состоянии сохраняется объем, но теряется форма.
В процессе кипения происходит потеря молекулярного объема, а молекулы вяло взаимодействуют друг с другом, двигаясь хаотично в разных направлениях, отставая от поверхности. Температурой кипения называется процесс, при котором уровень давления металлического пара уравновешивается с давлением внешней среды.
Кристаллические решетки металла
Под воздействием высокой температуры на металлическую деталь, возникают изменения в ее кристаллической решетке на молекулярном уровне. Это увеличивает скорость движения молекул. При критической температуре происходит распад молекулярной структуры металла, потому что межмолекулярные связи не в состоянии производить удержание в узловой структуре решетки. И вместо колеблющихся движений в узле возникают хаотичные, разнонаправленные движения, образуя ванну расплава в точках плавления.
Температура плавления различных металлов
Согласно знаниям из раздела физики, процесс превращения твердого вещества в жидкое имеется лишь у тел с кристаллической решеткой. Температура плавления металлов и сплавов возникает в различном диапазоне значений. Но, с точностью высчитать пограничную температуру фазовых состояний у сплавов весьма проблематично. У чистых элементов имеет значимость каждый градус, если это составы с легкой плавкостью.
Железо
Температура плавления железных составов должна быть высокой. Если элемент обладает технической чистотой, то он плавится при температуре 1 539 °C. В составе его вещества присутствуют включения серы, поэтому для её извлечения необходимо жидкое состояние. Также очищенное железо получается в процессе электролиза солей металла.
Чугун
Чугун считается самым лучшим материалом для плавления. Он имеет хорошие показатели жидкой текучести и усадки, поэтому его эффективно использовать в процессе литья. Ниже будут приведены показатели температурного кипения чугуна:
Серая разновидность чугуна, у которой температурный режим доходит до отметки 1 260 °C. А при разливе его в формы, увеличивается до 1 400 °C.
Белая разновидность чугуна, у которого температура поднимается до 1 350 °C.
Одним из немаловажных моментов является то, что температура, которой обладает чугун, на 400 единиц меньше той же стали. Поэтому процесс обработки данного материала менее энергозатратен.
Сталь, температура плавления
Средняя температура плавления стали составляет 1400 °C.
Сталью называется железосодержащий сплав с включением углерода. Её основной характеристикой является прочность. Это достигается за счет того, что она долгое время сохраняет параметры объема и формы. При этом расположение молекул в веществе находится в сбалансированном состоянии. Именно поэтому достигается равновесие между силой притяжения и силой отталкивания.
Диапазон плавления стали выше, чем у чугуна, поэтому она более энергозатратна.
Нержавеющая сталь
Температура плавления нержавеющей стали колеблется в среднем диапазоне между чугуном и сталью. Нержавеющей сталью называется вещество из легированной стали, обладающее антикоррозийными свойствами за счет содержания хрома в своем составе от 11% процентов и больше.
Показатели температуры плавления нержавейки составляют от 1 300 до 15 000 °C.
Алюминий и медь
Температура плавления алюминия составляет 6 600 °C, поэтому он зарекомендовал себя в качестве одного из среднеплавких металлов. Плавление чистых медных составов происходит при температуре 10 830 °C, а сплавов – 930 — 11 400 °C.
Серебро и золото
Серебро в чистом виде плавится при температуре 9 620 °C. При этом при температуре плавления серебра, оно может сравниться с температурой плавления в градусах со сплавами из меди.
Золото плавится при температуре в 10 640 °C.
Ртуть
Ртуть обладает самой низкой температурой плавления с отрицательным значением. Она составляет — 38,80 °C.
Какой металл обладает самой высокой температурой плавления?
У вольфрама самая высокая температура плавления, которая составляет 34 220 °C. Он относится к самым тугоплавким металлам. Очень тяжел, с виду серых оттенков, имеет характерный блеск и практически не поддается стандартной обработке. В помещениях с комнатной температурой быстро ломается и крошится. И ломается из-за того, что содержит включения кислорода и углерода.
Таблица температур плавления
| Легкоплавкие металлы | |
| Литий | + 180 °C |
| Калий | + 63,60 °C |
| Индий | + 156,60 °C |
| Олово | + 2 320 °C |
| Таллий | + 3 040 °C |
| Кадмий | + 3 210 °C |
| Свинец | + 3 270 °C |
| Цинк | + 4 200 °C |
| Среднеплавкие металлы | |
| Магний | + 6 500 °C |
| Алюминий | + 6 600 °C |
| Барий | + 7 270 °C |
| Серебро | + 9 600 °C |
| Золото | +10 630 °C |
| Марганец | + 12 460 °C |
| Медь | + 10 830 °C |
| Никель | + 14 550 °C |
| Кобальт | + 14 950 °C |
| Железо | + 15 390 °C |
| Дюралей | + 6 500 °C |
| Латунь | + 950 – 10 500 °C |
| Чугун | + 1 100 – 13 000 °C |
| Тугоплавкие металлы | |
| Титан | + 16 800 °C |
| Платина | + 17 690 °C |
| Хром | + 19 070 °C |
| Цирконий | + 18 550 °C |
| Ванадий | + 19 100 °C |
| Иридий | + 24 470 °C |
| Молибден | + 26 230 °C |
| Тантал | + 30 170 °C |
| Вольфрам | + 34 200 °C |
От чего зависит температура плавления?
У различных материалов различается, и температура их плавления, при которой происходит коренное перестраивание решетки до состояния жидкости. Металлические изделия и изделия из сплавов имеют следующие особенности:
- У различных материалов различается, и температура их плавления, при которой происходит коренное перестраивание решетки до состояния жидкости. Металлические изделия и изделия из сплавов имеют следующие особенности:
- Они редко встречаются в натуральном виде, т.е. без примесей. Именно состав определяет, какой должна быть температура плавки. В пример можно взять олово, в которое добавляют включения серебра. Благодаря примесям материал начинает становится устойчивым к воздействию температуры.
- Существуют такие сплавы, которые из-за химического состава трансформируются в жидкое состояние, когда столбик термометра поднимается чуть выше отметки в + 1 500 °C. Есть и такие сплавы, которые «держатся», если их нагревать до 30 000 °C.
- Стоит учитывать тот факт, что одним из наиболее важных свойств веществ является их точка плавления. В качестве примера можно привести авиационную технику.
Процесс плавления
Плавление любого металла осуществляется по одинаковой схеме с помощью нагрева внешнего или внутреннего типа. В первом варианте материал подвергается плавке в специальной печи, во втором применяется резистивная методика нагрева. При данной методике через вещество пропускается ток, либо он может быть индукционным нагревом в электромагнитном поле высокой частоты. В обоих случаях достигается одинаковый результат.
Типы сплавов металлов
Типы металлических сплавов различаются на основе температуры плавления, поэтому выделяют следующие варианты сплава:
- Легкоплавкий (олово, цинк, свинец, висмут) с температурой плавления не больше 600 °C.
- Среднеплавкий (алюминий, магний, никель, железо) с температурой 600 — 1 600 °C.
- Тугоплавкий (молибден, вольфрам, титан) с температурой более 1 600 °C.
Далее расскажем немного о разновидностях сталей, о сплаве вуда и припоях.
Особенности углеродистой стали
В данном материале содержится примесь углерода, примерно 2,13 %. При этом он лишен легирующих добавок, но есть примеси кремния, марганца и магния.
Особенности легированной стали
Помимо содержания углерода и железа в неё добавляют дополнительные элементы, улучшающие её свойства.
Особенности нержавейки
Нержавеющая сталь отлична от углеродистой из-за содержания элемента хрома в своем составе, благодаря свойствам которого она не подвержена окислению, а, следовательно, покрытию ржавчиной.
Особенности инструментальной стали
Также обладает углеродистым составом (0,8 – 0,9 %). Демонстрирует твердость, прочность, хорошо поддаются обработке. Используется в изготовлении инструментов, например, медицинских.
Сплав Вуда
Представляет собой материал, применяемый при паянии деталей для радиоприемников, а также в гальванической пластике, при работе в лабораторных условиях с ядохимикатами.
Сплавы для пайки
Другое их название – припои. Материалы для припоев бывают различными. Все зависит от того, что входит в состав материалов, которые необходимо соединить. К примеру, алюминий требует один сплав припоя, а вот медь уже совершенно другой.
Температура плавления неметаллов
У неметаллов также существует свой диапазон плавления, который колеблется от температуры в 38 000°C, которой обладает графит до температуры в — 2 100 °C у азота. Это потому, что неметаллы способны к образованию кристаллических решеток двух вариантов: молекулярной (у кислорода, азота, фосфора и т.д.) и атомной (графит, алмаз, бор, кремний и т.д.).
Надеемся, что статья была полезной, если остались вопросы — задавайте в комментарии!
Температура кипения и плавления металлов. Температура плавления стали
В таблице представлена температура плавления металлов tпл, их температура кипения tк при атмосферном давлении, плотность металлов ρ при 25°С и теплопроводность λ при 27°С.
Температура плавления металлов, а также их плотность и теплопроводность приведены в таблице для следующих металлов: актиний Ac, серебро Ag, алюминий Al, золото Au, барий Ba, берилий Be, висмут Bi, кальций Ca, кадмий Cd, кобальт Co, хром Cr, цезий Cs, медь Cu, железо Fe, галлий Ga, гафний Hf, ртуть Hg, индий In, иридий Ir, калий K, литий Li, магний Mg, марганец Mn, молибден Mo, натрий Na, ниобий Nb, никель Ni, нептуний Np, осмий Os, протактиний Pa, свинец Pb, палладий Pd, полоний Po, платина Pt, плутоний Pu, радий Ra, рубидий Pb, рений Re, родий Rh, рутений Ru, сурьма Sb, олово Sn, стронций Sr, тантал Ta, технеций Tc, торий Th, титан Ti, таллий Tl, уран U, ванадий V, вольфрам W, цинк Zn, цирконий Zr.
По данным таблицы видно, что температура плавления металлов изменяется в широком диапазоне (от -38,83°С у ртути до 3422°С у вольфрама). Низкой положительной температурой плавления обладают такие металлы, как литий (18,05°С), цезий (28,44°С), рубидий (39,3°С) и другие щелочные металлы.
Наиболее тугоплавкими являются следующие металлы: гафний, иридий, молибден, ниобий, осмий, рений, рутений, тантал, технеций, вольфрам. Температура плавления этих металлов выше 2000°С.
Приведем примеры температуры плавления металлов, широко применяемых в промышленности и в быту:
- температура плавления алюминия 660,32 °С;
- температура плавления меди 1084,62 °С;
- температура плавления свинца 327,46 °С;
- температура плавления золота 1064,18 °С;
- температура плавления олова 231,93 °С;
- температура плавления серебра 961,78 °С;
- температура плавления ртути -38,83°С.
Максимальной температурой кипения из металлов, представленных в таблице, обладает рений Re — она составляет 5596°С. Также высокими температурами кипения обладают металлы, относящиеся к группе с высокой температурой плавления.
Плотность металлов в таблице находится в диапазоне от 0,534 до 22,59 г/см 3 , то есть самым легким металлом является литий, а самым тяжелым металлом осмий. Следует отметить, что осмий имеет плотность большую, чем плотность урана и даже плутония при комнатной температуре.
Теплопроводность металлов в таблице изменяется от 6,3 до 427 Вт/(м·град), таким образом хуже всего проводит тепло такой металл, как нептуний, а лучшим теплопроводящим металлом является серебро.
Температура плавления стали
Представлена таблица значений температуры плавления стали распространенных марок. Рассмотрены стали для отливок, конструкционные, жаропрочные, углеродистые и другие классы сталей.
Температура плавления стали находится в диапазоне от 1350 до 1535°С. Стали в таблице расположены в порядке возрастания их температуры плавления.
Рабочая температура нержавеющей стали, температура применения жаропрочных сталей и сплавов
Представлены таблицы значений максимальной рабочей температуры стали (нержавеющей, жаропрочной и жаростойкой) распространенных марок при различных сроках эксплуатации. Указана также температура, при которой сталь начинает интенсивно окисляться на воздухе.
Таблицы позволяют подобрать необходимую марку нержавеющей стали или сплава на железоникелевой основе под определенные условия эксплуатации и заданный срок службы.
В первой таблице приведена рабочая температура (максимальная температура применения) нержавеющих сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основах, предназначенных для работы в окислительной среде от 50 до 100 тысяч часов.
По данным таблицы видно, что при сверхдлительной эксплуатации максимальная рабочая температура рассмотренных марок стали не превышает 850°С (нержавеющая сталь 05ХН32Т), а «запас» до температуры интенсивного окалинообразования составляет от 200 до 500 градусов.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 05ХН32Т (ЭП670) | 850 | 1000 |
| 08Х15Н24В4ТР (ЭП164) | 700 | 900 |
| 08Х16Н13М2Б (ЭИ680) | 600 | 850 |
| 09X16Н4Б (ЭП56) | 650 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР (ЭИ695Р) | 700 | 850 |
| 09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726) | 700 | 850 |
| 09Х16Н15М3Б (ЭИ847) | 350 | 850 |
| 12X13 | 550 | 750 |
| 12Х18Н10Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 600 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 600 | 850 |
| 12ХН35ВТ (ЭИ612) | 650 | 850…900 |
| 13Х14Н3В2ФР (ЭИ736) | 550 | 750 |
| 15Х11МФ | 580 | 750 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 500 | 750 |
| 18Х11МНФБ (ЭП291) | 600 | 750 |
| 18Х12ВМБФР (ЭИ993) | 500 | 750 |
| 20Х12ВНМФ (ЭП428) | 600 | 750 |
| 20Х13 | 500 | 750 |
| 31Х19Н9МВБТ (ЭИ572) | 600 | 800 |
| 55Х20Г9АН4 (ЭП303) | 600 | 750 |
| ХН65ВМТЮ (ЭИ893) | 800 | 1000 |
| ХН70ВМЮТ (ЭИ765) | 750 | 1000 |
| ХН80ТБЮ (ЭИ607) | 700 | 1050 |
Во второй таблице представлена максимальная рабочая температура стали при длительной эксплуатации длительностью до 10 тысяч часов. По значениям температуры в таблице видно, что при менее длительном применении стали возможно увеличение ее рабочей температуры. При этом «запас» до температуры интенсивного окалинообразования уменьшается.
Например, максимальная рабочая температура нержавеющей стали 12Х18Н9Т при длительной эксплуатации на 200 градусов выше, чем при сверхдлительной. Эта сталь может применяться при температуре до 800°С в течении 10 тысяч часов.
Максимальная рабочая температура из приведенных в таблице марок соответствует стали 10ХН45Ю — она может использоваться при 1250…1300°С.
| Марка стали или сплава | Максимальная температура применения, °С | Температура начала интенсивного окалинообразования на воздухе, °С |
|---|---|---|
| 03X21Н32М3Б (ЧС33) | 550…750 | — |
| 03X21Н32М3БУ (ЧС33У) | 550…750 | — |
| 05Х12Н2М | 550 | — |
| 07Х15Н30В5М2 (ЧС81) | 850 | — |
| 08Х16Н11М3 | 600 | — |
| 08X18Н10 | 800 | 850 |
| 08Х18Н10Т (ЭИ914) | 800 | 850 |
| 09X18Н9 | 550 | — |
| 10Х18Н9 | 550 | — |
| 10Х23Н18 | 1000 | 1050 |
| 10ХН45Ю (ЭП747) | 1250…1300 | — |
| 11Х11Н2В2МФ (ЭИ962) | 600 | 750 |
| 12Х18Н9 | 800 | 850 |
| 12Х18Н9Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н10Т | 800 | 850 |
| 12Х18Н12Т | 800 | 850 |
| 12Х25Н16Г7АР (ЭИ835) | 1050 | 1100 |
| 12ХН38ВТ (ЭИ703) | 1000 | 1050 |
| 13Х11Н2В2МФ (ЭИ961) | 600 | 750 |
| 14Х17Н2 (ЭИ268) | 400 | 800 |
| 15Х12ВНМФ (ЭИ802) | 780 | 950 |
| 16X11Н2В2МФ (ЭИ962А) | 600 | 750 |
| 20Х23Н13 (ЭИ319) | 1000 | 1050 |
| 20Х23Н18 (ЭИ417) | 1000 | 1050 |
| 20Х25Н20С2 (ЭИ283) | 1050 | 1100 |
| 36Х18Н25С2 | 1000 | 1100 |
| 37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ481) | 630 | 750 |
| 40Х9С2 | 650 | 850 |
| 40X10С2М (ЭИ107) | 650 | 850 |
| 45Х14Н14В2М (ЭИ69) | 650 | 850 |
| 45Х22Н4М3 (ЭП48) | 850 | 950 |
| ХН33КВЮ (ВЖ145, ЭК102) | 1100 | — |
| ХН45МВТЮБР (ВЖ105, ЭП718) | 700 | — |
| ХН54К15МБЮВТ (ВЖ175) | 750 | — |
| ХН55К15МБЮВТ (ЭК151) | 750 | — |
| ХН55МВЦ (ЧС57) | 950 | — |
| ХН55МВЦУ (ЧС57У) | 950 | — |
| ХН56К16МБВЮТ (ВЖ172) | 900 | — |
| ХН56КМЮБВТ (ЭК79) | 750 | — |
| ХН58МБЮ (ВЖ159, ЭК171) | 1000 | — |
| ХН59КВЮМБТ (ЭП975) | 850 | — |
| ХН60ВТ (ЭИ868, ВЖ98) | 1000 | 1100 |
| ХН60Ю (ЭИ559А) | 1200 | 1250 |
| ХН62БМКТЮ (ЭП742) | 750 | — |
| ХН62ВМЮТ (ЭП708) | 900 | — |
| ХН62МВКЮ (ЭИ867) | 800 | 1080 |
| ХН67МВТЮ (ЭП202) | 800 | 1000 |
| ХН68ВМТЮК (ЭП693) | 950 | — |
| ХН69МБЮТВР (ВЖ136, ЭК100) | 650 | — |
| ХН70ВМТЮ (ЭИ617) | 850 | 1000 |
| ХН70ВМТЮФ (ЭИ826) | 850 | 1050 |
| ХН70Ю (ЭИ652) | 1100 | 1250 |
| ХН73МБТЮ (ЭИ698) | 700 | 1000 |
| ХН75ВМЮ (ЭИ827) | 800 | 1080 |
| ХН75МБТЮ (ЭИ602) | 1050 | 1100 |
| ХН78Т (ЭИ435) | 1100 | 1150 |
В третьей таблице указана максимальная рабочая температура нержавеющей стали при кратковременной эксплуатации (до 1000 часов). При таких сроках эксплуатации сталь и жаропрочные сплавы могут иметь рабочую температуру на 50…100 градусов выше, чем при длительной работе (до 10 тыс. часов).
Например, жаропрочный сплав ХН62МВКЮ при кратковременной эксплуатации может применяться при температурах до 900°С, а при длительной эксплуатации — только до 800°С.
Виды стали: нержавеющая, иные марки, температура плавления
Сталь — это сплав железа, к которому примешивают углерод. Её главная польза в строительстве — прочность, ведь это вещество длительное время сохраняет объем и форму. Все дело в том, что частицы тела находятся в положении равновесия. В этом случае сила притяжения и сила отталкивания между частицами являются равными. Частицы находятся в чётко обозначенном порядке.
- Температуры плавления стали
- Нержавеющая сталь
- Чугун и сталь
Есть четыре вида этого материала: обычная, легированная, низколегированная, высоколегированная сталь. Они отличаются количеством добавок в своём составе. В обычной содержится малое количество, а дальше возрастает. Используют следующие добавки:
- Марганец.
- Никель.
- Хром.
- Ванадий.
- Молибден.
Как происходит процесс
Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты. Воздействие при этом примерно одинаковое.
Когда происходит нагревание, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются структурные дефекты решётки, сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.
В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:
- легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
- среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
- тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.
В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.
Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.
Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.
Это интересно: Классификация и маркировка стали
Таблица характеристик
Металлы и сплавы — непременная основа для ковки, литейного производства, ювелирной продукции и многих других сфер производства. Чтобы не делал мастер (ювелирные украшения из золота, ограды из чугуна, ножи из стали или браслеты из меди), для правильной работы ему необходимо знать температуры, при которых плавится тот или иной элемент.
Чтобы узнать этот параметр, нужно обратиться к таблице. В таблице также можно найти и градус кипения.
Среди наиболее часто применяемых в быту элементов показатели температуры плавления такие:
- алюминий — 660 °C;
- температура плавления меди — 1083 °C;
- температура плавления золота — 1063 °C;
- серебро — 960 °C;
- олово — 232 °C. Олово часто используют при пайке, так как температура работающего паяльника составляет как раз 250–400 градусов;
- свинец — 327 °C;
- температура плавления железо — 1539 °C;
- температура плавления стали (сплав железа и углерода) — от 1300 °C до 1500 °C. Она колеблется в зависимости от насыщенности стали компонентами;
- температура плавления чугуна (также сплав железа и углерода) — от 1100 °C до 1300 °C;
- ртуть — -38,9 °C.
Как понятно из этой части таблицы, самый легкоплавкий металл — ртуть, которая при плюсовых температурах уже находится в жидком состоянии.
Градус кипения всех этих элементов почти вдвое, а иногда и ещё выше градуса плавления. Например, у золота он 2660 °C, у алюминия — 2519 °C, у железа — 2900 °C, у меди — 2580 °C, у ртути — 356,73 °C.
У сплавов типа стали, чугуна и прочих металлов расчёт примерно такой же и зависит от соотношения компонентов в сплаве.
Максимальная температура кипения у металлов — у рения — 5596 °C. Наибольшая температура кипения — у наиболее тугоплавящихся материалов.
Бывают таблицы, в которых также указана плотность металлов. Самым лёгким металлом является литий, самым тяжёлым — осмий. У осмия плотность выше, чем у урана и плутония, если рассматривать её при комнатной температуре. К лёгким металлам относятся: магний, алюминий, титан. К тяжёлым относится большинство распространённых металлов: железо, медь, цинк, олово и многие другие. Последняя группа — очень тяжёлые металлы, к ним относятся: вольфрам, золото, свинец и другие.
Ещё один показатель, встречающийся в таблицах — это теплопроводность металлов. Хуже всего тепло проводит нептуний, а лучший по теплопроводности металл — серебро. Золото, сталь, железо, чугун и прочие элементы находится посередине между этими двумя крайностями. Чёткие характеристики для каждого можно найти в нужной таблице.
Технология и применение
По структуре и способу получения специальные стали подразделяются на следующие: аустенитные, мартенситные, перлитные, мартенсито-ферритные. Мартенситные и аустенитные стали применяются, если температура достигает 450−700 о С и по объёму плавки занимают первое место.
С повышением температуры до 700−1000 о С используются никелевые сплавы, при ещё более высоких температурах необходимо включать в технологический процесс кобальтовые сплавы, графит, тугоплавкие металлы и термическую керамику.
Аустенитные — самые жаропрочные стали, которые используются, если температура среды достигает 600 о С. Основа легирования — хром и никель. Присадки Ti, Nb, Cr, Mo, W, Al.
Стали мартенситного класса предназначены для производства изделий, работающих при температуре в диапазоне 450−600 о С. Повышенная жаропрочность у мартенситных сталей достигается уменьшением (до 0.10−0.15%) содержания углерода и легированием хромом 10−12%, молибденом, ниобием, вольфрамом, либо средним (0,4%) содержанием углерода и легированием кремнием (до 2−3%) и хромом (в пределах 5−10%).
Применение специальных сталей и сплавов узконаправленное и наиболее эффективно в сложных областях производства. К примеру, жаропрочные стали марки 30Х12Н7С2 и 30Х13Н7С2С нашли широкое применение в современном двигателестроении. Марки 15ХМ и 12Х12ВНМФ — в производстве котлов и сосудов под давлением. Марка стали ХН70ВМТЮ идёт на производство лопаток газовых турбин, а 08Х17Т используется при изготовлении топочных элементов печей. К жаропрочным также относится нержавеющая сталь.
Разделение металлов
В зависимости от температуры плавления металлы делятся на:
- Легкоплавкие: им необходимо не более 600С
о
. Это цинк, свинец, виснут, олово.
. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.
В зависимости от температуры плавления выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.
Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости. Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.
Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.
- Увеличивается давление — увеличится величина плавления.
- Уменьшается давление — уменьшается величина плавления.
Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600С
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Олово | Sn | 232 С о | 2600 С о |
| Свинец | Pb | 327 С о | 1750 С о |
| Цинк | Zn | 420 С о | 907 С о |
| Калий | K | 63,6 С о | 759 С о |
| Натрий | Na | 97,8 С о | 883 С о |
| Ртуть | Hg | — 38,9 С о | 356.73 С о |
| Цезий | Cs | 28,4 С о | 667.5 С о |
| Висмут | Bi | 271,4 С о | 1564 С о |
| Палладий | Pd | 327,5 С о | 1749 С о |
| Полоний | Po | 254 С о | 962 С о |
| Кадмий | Cd | 321,07 С о | 767 С о |
| Рубидий | Rb | 39,3 С о | 688 С о |
| Галлий | Ga | 29,76 С о | 2204 С о |
| Индий | In | 156,6 С о | 2072 С о |
| Таллий | Tl | 304 С о | 1473 С о |
| Литий | Li | 18,05 С о | 1342 С о |
Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С
Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600С
Общее описание процесса
Чтобы понять, при какой температуре плавится сталь, нужно рассмотреть этот процесс более детально. Расплавление происходит при нагревании. Нагревать материал можно как снаружи, так и изнутри. Внешний нагрев осуществляется в термических печах. Для того чтобы расплавить сплав изнутри, используется резистивный нагрев. Принцип резистивного нагрева заключается в электросопротивлении, которым обладают любые материалы.
Вне зависимости от типа термического воздействия, в материалах происходят одинаковые изменения. За счет нагревания тепловые колебания молекул усиливаются, что приводит к структурным дефектам решетки. Такие изменения способствуют разрыву межатомных связей, в результате чего сплав переходит в жидкое состояние.
Достоинства и недостатки
Свойства жаропрочных сталей делают незаменимым этот материал в таких сферах, как ракетостроение и космическая отрасль, сложное двигателестроение, авиапромышленность, производство ключевых элементов газовых турбин и многих других. Их доля в прокате высокотехнологичной стали достигает 50%. Некоторые сплавы способны работать при температуре свыше 7000° С.
Этот сложный в производстве материал, изготовление которого невозможно без специального оборудования и квалифицированного персонала, имеет высокую себестоимость. Использование подобных сталей не может быть универсальным, поэтому для его эффективного применения необходимо наличие развитой научно-технической базы.
Таблицы плавления металлов и сплавов
Ниже, представлены таблицы, для наглядного знакомства с температурами плавления тех или иных металлов и их сплавов.
Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов
Таблица с температурами плавления легкоплавких металлов
| Название | Обозначение | Плавление | Кипение |
| Олово | Sn | 232°C | 2600°C |
| Свинец | Pb | 327°C | 1750°C |
| Цинк | Zn | 420°C | 907°C |
| Калий | K | 63,6°C | 759°C |
| Натрий | Na | 97,8°C | 883°C |
| Ртуть | Hg | -38,9°C | 356.73°C |
| Цезий | Cs | 28,4°C | 667.5°C |
| Висмут | Bi | 271,4°C | 1564°C |
| Полоний | Po | 254°C | 962°C |
| Кадмий | Cd | 321,07°C | 767°C |
| Рубидий | Rb | 39,3°C | 688°C |
| Галлий | Ga | 29,76°C | 2204°C |
| Индий | In | 156,6°C | 2072°C |
| Таллий | Tl | 304°C | 1473°C |
| Литий | Li | 18,05°C | 1342°C |
Powered by Inline
Температура плавления стали находится в диапазоне от 1350 до 1535°С. Стали в таблице расположены в порядке возрастания их температуры плавления.
Температура плавления стали — таблица
| 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 |
- Волков А. И., Жарский И. М. Большой химический справочник. — М: Советская школа, 2005. — 608 с.
- Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
- Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь — это один из многих железных сплавов, которые содержатся в стали. Она содержит в себе Хром от 15 до 30%, который делает её ржаво-устойчивой, создавая защитный слой оксида на поверхности, и углерод. Самые популярные марки такой стали зарубежные. Это 300-я и 400-я серии. Они отличаются своей прочностью, устойчивостью к неблагоприятным условиям и пластичностью. 200-я серия менее качественная, но более дешёвая. Это и является выгодным для производителя фактором. Впервые её состав заметил в 1913 году Гарри Бреарли, который проводил над сталью много разных экспериментов.
На данный момент нержавейку разделяют на три группы:
- Жаропрочная — при высоких температурах имеет высокую механическую прочность и устойчивость. Детали, которые из неё изготавливаются применяют в сферах фармацевтики, ракетной отрасли, текстильной промышленности.
- Ржаво-стойкая — имеет большую стойкость к процессам ржавления. Её используют в бытовых и медицинских приборах, а также в машиностроении для изготовления деталей.
- Жаростойкая — является устойчивой при коррозии в высоких температурах, подходит для использования на химических заводах.
Температура плавления нержавеющей стали колеблется в зависимости от её марки и количества сплавов приблизительно от 1300 °C до 1400 °C.
Особенности классификации материала
Температура плавления припоя. свойства припоев и подшипниковых материалов
Материал более хрупкий по сравнению со сталью, может разрушаться даже в тех случаях, если отсутствуют значительные деформации. Углерод в составе представлен в виде графита или цементита, каждое вещество может быть представлено отдельно. Разделяют чугун на виды, ориентируясь на форму и количество данных веществ:
- Белый. Углерод в полном объеме в виде цементита. Оттенок можно заметить именно на изломе материалов. Отличается хрупкостью и одновременной твердостью. Его поддают обработке преимущественно для того, чтобы обеспечить нормальную ковку.
- Серый. Углерод пластичной формы в виде графита. Характеризуется мягкостью, отличается легкостью обработки при низких температурах.
- Ковкий. Данное обозначение является условным, ведь материал не поддается ковке. Разновидность получают путем длительного обжига белого, в результате чего образовывается графит. На полезные свойства оказывает негативное воздействие нагрев, превышающий 900 градусов Цельсия, а также значительная скорость охлаждения самого графита, что ведет к затруднению процесса обработки и сваривания.
- Высокопрочный. Характеризуется содержанием шаровидного графита, который получают путем кристаллизации.
Технические характеристики углеродистой стали 3
К категории конструкционных углеродистых сплавов обыкновенного качества относится сталь 3, характеристики которой обеспечили ей применение во многих областях народного хозяйства. Одним из факторов, способствующих широкому распространению материала, является его низкая себестоимость.
Расшифровка марки стали Ст3 указывает на основные компоненты в ее составе – железо (97%) и углерод (0,14-0,22%). От концентрации углерода зависит основное качество сплава – его твердость. В состав стали входят также небольшие количества:
- марганца – 0,4-0,65%;
- кремния – 0,15-0,17%;
- никеля и хрома – по 0,3%;
- мышьяка – 0,08%;
- меди – до 0,3%;
- серы – 0,05%;
- фосфора – 0,04%;
- азота – до 0,008%.
Особенностью сплава Ст3 является жесткое регламентирование содержания вредных примесей – серы и фосфора. Фосфор снижает пластичность металла при действии высоких температур, а сера при взаимодействии с железом образует сульфиды, вызывающие явление красноломкости. Следует отметить и повышенную концентрацию азота, на который приходится почти 0,1%. В соответствии с ГОСТом 380-2005 сплав маркируется с сопутствующими индексами, которые указывают на степень раскисления, например, Ст3Гсп:
- первые две буквы указывают на углеродистую сталь обыкновенного качества;
- цифра «3» означает порядковый номер марки по данному ГОСТу;
- знак «Г» свидетельствует о модификации с повышенным содержанием марганца;
- «сп», «кп», «пс» – степени раскисления.
Заменителями марки стали Ст3 могут выступать:
- С245, согласно ГОСТу 27772-88;
- С285;
- ВСт3Сп.
Зарубежные аналоги маркируются по другим правилам:
- A57036, K01804 – США;
- 40B, 722M24, HFS4 – Великобритания;
- 1.0038, DC03 – Германия;
- E24-2, E24-4 – Франция;
- SS330, SS400 – Япония;
- Fe360B, Fe360C – Италия;
- G235C – Китай;
- RSt360B – Австрия;
- Fe235D – Венгрия.
Номенклатура продукции включает:
Свойства сплаваОсновные физические свойства стали 3:
- плотность – 7850 кг/м 3 , показатель может колебаться в определенных пределах;
- модуль упругости – 200 ГПа;
- коэффициент теплопроводности – 55 Вт/м*К;
- величина, характеризующая отношение относительного поперечного сжатия к растяжению – 0,3.
Среди технических параметров особое значение придается:
- поверхностной твердости – 131 МПа;
- временному сопротивлению – 360-570 МПа;
- пределу текучести – 235-245 МПа;
- относительному удлинению – 33%;
- относительному сужению – 59%;
- температурному диапазону ковки – 750-1300 градусов;
- неограниченной свариваемости любым из возможных способов;
- отсутствию склонности к отпускной хрупкости и флокеночувствительности.
На механические свойства стали Ст3 большое влияние оказывает степень раскисления, которая обязательно должна указываться в маркировке. Раскислением называют процесс удаления растворенного кислорода из расплава. Кислород считается вредной примесью, так как он образует с железом оксиды, повышающие хрупкость и пористость сплава.
В качестве раскислителей используются вещества, обладающие более высоким сродством к кислороду, чем железо – марганец, кремний или алюминий. Соединяясь с кислородом, они восстанавливают железо до свободного состояния. Образующиеся при этом оксиды MnO, SiO2, Al2O3 удаляются вместе со шлаками. Различают три степени окисления стали.
Спокойные стали входят в разряд самых качественных. Они маркируются символами «сп» и отличаются:
- плотной, однородной структурой;
- высокими показателями пластичности;
- максимальной устойчивостью к коррозии.
Характеристики стали 3сп позволяют использовать ее при сооружении несущих металлоконструкций. Ее главным недостатком является высокая стоимость.
Полуспокойные стали («пс») занимают промежуточное положение по качеству и цене. Их кристаллизация происходит без кипения, но с выделением большого количества газа. В силу более доступной стоимости полуспокойные стали часто используют для изготовления менее ответственных изделий.
Кипящие стали характеризуются:
- неоднородной структурой;
- высокой загрязненностью газами;
- повышенной хрупкостью.
Но они превосходно поддаются обработке при любом температурном режиме. При соблюдении необходимых условий они представляют самый доступный и практичный материал.
Термическая обработкаДля улучшения эксплуатационных характеристик стали Ст3 применяется термообработка с помощью:
- отжига, позволяющего добиться равновесной структуры металла и более низкой пластичности;
- закалки, придающей сплаву максимальную твердость;
- отпуска, который снимает внутренние напряжения, возникающие при закалке;
- цементации, повышающей поверхностную твердость и износоустойчивость без изменения внутренней структуры.
- для закалки – 900-920 градусов;
- отпуска – 180-250;
- нормализации – 920-950 градусов.
После термообработки основной структурной составляющей поверхности сплава становится мартенсит с карбидами высокой износостойкости и твердости – выше 60 HRC. Внутренняя структура металла будет оставаться пластичной и вязкой с показателем твердости 30-42 HRC.
Преимущества и недостаткиПлюсы и минусы сплава определяются его механическими свойствами. Одной из важных характеристик стали 3 является хорошая свариваемость без предварительной подготовки и последующей термообработки. Сварку можно проводить любым из методов:
- дуговым;
- электрошлаковым;
- контактно-точечным;
- плавящимся электродом в углекислом газе;
- аргонно-дуговым.
Для изделий, толщина которых превышает 36 мм, сварочные работы рекомендуется проводить с подогревом детали и термической обработкой шва.
Сплав представляет универсальный конструкционный материал, который по совокупности положительных качеств превосходит высоколегированные стали.
Достоинства марки стали Ст3сп состоят:
- в наличии гомогенной структуры, обеспечивающей защиту металла от внешнего воздействия;
- высокой коррозионной устойчивости;
- повышенной твердости и упругости;
- отсутствии флокеночувствительности и отпускной хрупкости;
- устойчивости к динамическим нагрузкам;
- доступной стоимости по сравнению с другими сплавами.
Недостатком сталей Ст3 является невысокая устойчивость к низким температурам.
Область примененияТехнологические параметры спокойных сталей позволяют использовать их в производстве:
- листового и фасонного проката;
- труб и арматуры для магистральных газопроводов;
- крупных подвесных конструкций в железнодорожной отрасли;
- двухслойных листов, устойчивых к коррозии.
Наиболее широкое применение имеют полуспокойные стали. Несмотря на сниженные показатели твердости и пластичности, эти сплавы характеризуются более доступной стоимостью. Из них получают:
- трубы для систем отопления разного диаметра и толщины стенок;
- листовой прокат для обшивки корпуса различных агрегатов;
- уголки и квадраты для несущих конструкций.
Кипящая сталь входит в категорию самых доступных по стоимости. Из-за высокой концентрации кислорода эксплуатационные свойства материала заметно ниже, но он хорошо поддается термической обработке. Из него производят изделия рядового назначения, которые не подвергаются переменным нагрузкам.
Читайте также: