Les métaux possèdent un certain nombre de propriétés originales qui leur sont propres. Il existe un point de fusion pour les métaux auquel le réseau cristallin est détruit. La substance conserve son volume, mais il n'est plus possible de parler de constance de sa forme.
DANS forme pure les métaux individuels sont extrêmement rares. En pratique, des alliages sont utilisés. Ils présentent certaines différences par rapport aux substances pures. Lorsque des composés complexes se forment, les réseaux cristallins se combinent les uns aux autres. Par conséquent, les propriétés des alliages peuvent différer sensiblement de celles de leurs éléments constitutifs. Le point de fusion ne reste plus constant ; il dépend de la concentration des ingrédients inclus dans l'alliage.
Concept d'échelle de température
Certains objets non métalliques possèdent également des propriétés similaires. Le plus courant est l'eau. Une échelle de température a été développée concernant les propriétés du liquide qui occupe une position dominante sur Terre. Les points de référence sont la température des changements des états agrégatifs de l'eau :
- Les transformations de liquide en solide et vice versa sont considérées comme égales à zéro degré.
- L'ébullition (formation de vapeur à l'intérieur d'un liquide) à pression atmosphérique normale (760 mm Hg) est considérée comme étant de 100 ⁰C.
Attention! En plus de l'échelle Celsius, la température est mesurée en pratique en degrés Fahrenheit et sur l'échelle absolue Kelvin. Mais lors de l'étude des propriétés des objets métalliques, d'autres échelles sont assez rarement utilisées.
Treillis cristallins métalliques
Une substance solide se caractérise par la constance :
- formes, l'objet conserve des dimensions linéaires dans différentes conditions ;
- en volume, l'objet ne change pas la quantité de substance qu'il occupe ;
- masse, la quantité d'une substance exprimée en grammes (kilogrammes, tonnes) ;
- densité, l’unité de volume contient une masse constante.
Lors du passage à l'état liquide, après avoir atteint une certaine température, les réseaux cristallins sont détruits. Désormais, on ne peut plus parler de constance de la forme. Le liquide prendra la forme dans laquelle il est versé.
Lors de l’évaporation, seule la masse de la substance reste constante. Le gaz occupera tout le volume qui lui sera fourni. Ici, nous ne pouvons pas dire que la densité est une valeur constante.
Lorsque les liquides se combinent, les options suivantes sont possibles :
- Les liquides se dissolvent complètement les uns dans les autres, tout comme l'eau et l'alcool. La concentration des substances sera la même dans tout le volume.
- Les liquides sont stratifiés par densité, la connexion se fait uniquement à l'interface. Il n'est que temporairement possible d'obtenir un mélange mécanique. Mélangez des liquides aux propriétés différentes. Un exemple est le pétrole et l’eau.
Les métaux forment des alliages à l’état liquide. Pour obtenir un alliage, chacun des composants doit être à l’état liquide. Avec les alliages, des phénomènes de dissolution complète les uns dans les autres sont possibles. Des options ne peuvent être exclues lorsque l'alliage sera obtenu uniquement à la suite d'un mélange intensif. Dans ce cas, la qualité de l'alliage n'est pas garantie, ils essaient donc de ne pas mélanger de composants qui ne permettent pas d'obtenir des alliages stables.
Les substances résultantes, solubles les unes dans les autres, une fois solidifiées, forment des réseaux cristallins d'un nouveau type. Définir:
- Les réseaux cristallins héliocentrés sont également appelés centrés sur le corps. Au milieu se trouve une molécule d'une substance et quatre autres molécules d'une autre sont situées autour d'elle. Il est d'usage de qualifier de tels réseaux de lâches, car les liaisons entre les molécules métalliques qu'ils contiennent sont plus faibles.
- Les réseaux cristallins à faces centrées forment des composés dans lesquels les molécules constitutives sont situées sur les faces. Les métallurgistes appellent ces alliages cristallins denses. En réalité, la densité de l'alliage peut être supérieure à celle de chacun des composants entrant dans la composition (les alchimistes du Moyen Âge recherchaient des options pour des alliages dont la densité correspondrait à la densité de l'or).
Point de fusion des métaux
Différentes substances ont différentes températures fusion. Il est d'usage de diviser les métaux en :
- Bas point de fusion - il suffit de les chauffer à 600 ⁰C pour obtenir la substance sous forme liquide.
- Les métaux à point de fusion moyen fondent dans la plage de température de 600 à 1 600 ⁰С.
- Les réfractaires sont des métaux qui peuvent fondre à des températures supérieures à 1 600 ⁰C.
Le tableau présente les métaux à bas point de fusion par ordre croissant. Ici vous pouvez voir que le métal le plus inhabituel est le mercure (Hg). Dans des conditions normales, il est à l’état liquide. Ce métal a le point de fusion le plus bas.
Tableau 1, points de fusion et d'ébullition des métaux fusibles :
Tableau 2, points de fusion et d'ébullition des métaux à point de fusion moyen :
Tableau 3, points de fusion et d'ébullition des métaux réfractaires :
Divers appareils sont utilisés pour effectuer le processus de fusion. Par exemple, les hauts fourneaux sont utilisés pour fondre le fer. Pour faire fondre les métaux non ferreux, le chauffage interne est réalisé à l'aide de courants à haute fréquence.
Les moules fabriqués à partir de matériaux non métalliques contiennent des métaux non ferreux à l'état solide. Un champ magnétique micro-onde alternatif est créé autour d’eux. En conséquence, les réseaux cristallins commencent à se relâcher. Les molécules de la substance commencent à bouger, ce qui provoque un échauffement dans toute la masse.
S'il est nécessaire de faire fondre une petite quantité de métaux à faible point de fusion, des fours à moufle sont utilisés. La température y monte jusqu'à 1 000...1 200 ⁰С, ce qui est suffisant pour faire fondre les métaux non ferreux.
Les métaux ferreux sont fondus dans des convecteurs, des foyers ouverts et fours à induction. Le processus implique l'ajout de composants d'alliage qui améliorent la qualité du métal.
La chose la plus difficile à travailler est métaux réfractaires. Le problème est que vous devez utiliser des matériaux dont la température est supérieure au point de fusion du métal lui-même. L’industrie aéronautique réfléchit actuellement à l’utilisation du Titane (Ti) comme matériau de structure. À des vitesses de vol élevées dans l’atmosphère, la peau s’échauffe. Il est donc nécessaire de remplacer l’aluminium et ses alliages (AL).
Le point de fusion maximum de ce métal plutôt léger attire les designers. Par conséquent, les technologues développent des processus et des équipements technologiques pour produire des pièces en titane et ses alliages.
Alliages métalliques
Pour concevoir des produits à partir d’alliages, leurs propriétés sont d’abord étudiées. Pour étudier, les métaux étudiés sont fondus dans de petits récipients dans des rapports différents les uns par rapport aux autres. Sur la base des résultats, des graphiques sont construits.
L'axe inférieur représente la concentration du composant A avec le composant B. L'axe vertical représente la température. Ici, les valeurs de température maximale sont notées lorsque tout le métal est à l'état fondu.
Une fois refroidi, l'un des composants commence à former des cristaux. À l’état liquide, l’eutectique est un composé idéal de métaux dans un alliage.
Les métallurgistes identifient un rapport spécial de composants auquel le point de fusion est minimal. Lors de la fabrication d'alliages, ils essaient de sélectionner la quantité de substances utilisées afin d'obtenir un alliage eutectoïde. Son propriétés mécaniques le meilleur possible. Les réseaux cristallins forment des positions idéales centrées sur les faces des atomes.
Le processus de cristallisation est étudié en étudiant le durcissement des échantillons lors du refroidissement. Ils construisent des graphiques spéciaux dans lesquels ils observent l'évolution de la vitesse de refroidissement. Des diagrammes prêts à l'emploi sont disponibles pour différents alliages. En marquant les points de début et de fin de cristallisation, la composition de l'alliage est déterminée.
Alliage de bois
En 1860, le prothésiste dentaire américain Barnabas Wood recherchait des ratios optimaux de composants pour produire des dents pour ses clients à des températures de fusion minimales. Il a trouvé un alliage dont le point de fusion est de seulement 60,2...68,5 ⁰C. Même dans eau chaude le métal fond facilement. Il comprend :
- étain - 12,5…12,7% ;
- plomb - 24,5…25,0% ;
- bismuth - 49,5…50,3 % ;
- cadmium - 12,5…12,7 %.
L'alliage est intéressant pour sa basse température, mais application pratique Je ne l'ai jamais trouvé. Attention! Le cadmium et le plomb sont des métaux lourds et leur contact est déconseillé. De nombreuses personnes peuvent être intoxiquées par contact avec le cadmium.
Alliages de soudure
Dans la pratique, de nombreuses personnes subissent une fusion lors du soudage de pièces. Si les surfaces des matériaux à assembler sont nettoyées des contaminants et des oxydes, elles peuvent alors être facilement soudées avec des soudures. Il est d'usage de diviser les soudures en soudures dures et tendres. Les softs sont les plus répandus :
- POS-15 - 278…282 °C ;
- POS-25 - 258…262 °C ;
- POS-33 - 245…249 °C ;
- POS-40 - 236…241 °C ;
- POS-61 - 181…185 °C ;
- POS-90 - 217…222 °C.
Ils sont produits pour les entreprises fabriquant divers équipements radio.
Les alliages de brasage à base de zinc, de cuivre, d'argent et de bismuth ont un point de fusion plus élevé :
- PSr-10 - 825…835 °C ;
- PSr-12 - 780…790 °C ;
- PSr-25 - 760…770 °C ;
- PSr-45 - 715…721 °C ;
- PSr-65 - 738…743 °C ;
- PSr-70 - 778…783 °C ;
- PMC-36 - 823…828 °C ;
- PMC-42 - 830…837 °C ;
- PMC-51 - 867…884 °C.
L'utilisation de soudures dures permet d'obtenir des connexions solides.
Attention! mer signifie que l'argent est utilisé dans la soudure. De tels alliages ont une résistance électrique minimale.
Point de fusion des non-métaux
Les matériaux non métalliques peuvent se présenter sous forme solide et liquide. Les substances inorganiques sont présentées dans le tableau. 4.
Tableau 4, point de fusion des non-métaux inorganiques :
En pratique, ce sont les matières organiques qui intéressent le plus les utilisateurs : polyéthylène, polypropylène, cire, paraffine et autres. Les points de fusion de certaines substances sont indiqués dans le tableau. 5.
Tableau 5, température de fusion des matériaux polymères :
Attention! La température de transition vitreuse fait référence à l’état dans lequel un matériau devient cassant.
Vidéo : point de fusion des métaux connus.
Conclusion
- Le point de fusion dépend de la nature de la substance elle-même. Le plus souvent, il s'agit d'une valeur constante.
- En pratique, ce ne sont pas des métaux purs qui sont utilisés, mais leurs alliages. Ils ont généralement de bien meilleures propriétés que le métal pur.
Dans l'industrie métallurgique, l'un des principaux domaines est la coulée des métaux et de leurs alliages en raison du faible coût et de la relative simplicité du processus. Des moules de n'importe quelle forme et de différentes dimensions peuvent être coulés, du plus petit au plus grand ; Il convient aussi bien à la production de masse qu’à la production sur mesure.
La fonte est l'un des domaines les plus anciens du travail des métaux et commence vers l'âge du bronze : 7-3 millénaires avant JC. e. Depuis lors, de nombreux matériaux ont été découverts, entraînant des progrès technologiques et des exigences accrues envers l’industrie de la fonderie.
De nos jours, il existe de nombreuses directions et types de moulage, différant par processus technologique. Une chose reste inchangée : la propriété physique des métaux de passer du solide au liquide, et il est important de savoir à quelle température commence la fusion. différents types métaux et leurs alliages.
Processus de fusion des métaux
Ce processus fait référence à la transition d’une substance d’un état solide à un état liquide. Lorsque le point de fusion est atteint, le métal peut être à l'état solide ou liquide ; une augmentation supplémentaire entraînera la transition complète du matériau vers un liquide.
La même chose se produit lors de la solidification - lorsque la limite de fusion est atteinte, la substance commencera à passer d'un état liquide à un état solide et la température ne changera pas jusqu'à la cristallisation complète.
Il convient de rappeler que cette règle ne s'applique qu'aux métal pur. Les alliages n'ont pas de limite de température claire et subissent des transitions d'état dans une certaine plage :
- Solidus est la ligne de température à laquelle le composant le plus fusible de l'alliage commence à fondre.
- Liquidus est le point de fusion final de tous les composants, en dessous duquel les premiers cristaux d'alliage commencent à apparaître.
Il est impossible de mesurer avec précision le point de fusion de telles substances ; le point de transition des états est indiqué par un intervalle numérique.
Selon la température à laquelle les métaux commencent à fondre, ils sont généralement divisés en :
- Faible point de fusion, jusqu'à 600 °C. Ceux-ci incluent le zinc, le plomb et autres.
- Fusion moyenne, jusqu'à 1600 °C. Alliages et métaux les plus courants tels que l'or, l'argent, le cuivre, le fer et l'aluminium.
- Réfractaire, plus de 1600 °C. Titane, molybdène, tungstène, chrome.
Il existe également un point d’ébullition – le point auquel le métal en fusion commence à passer à l’état gazeux. Il s'agit d'une température très élevée, généralement 2 fois supérieure au point de fusion.
Effet de la pression
La température de fusion et la température égale de solidification dépendent de la pression, augmentant avec son augmentation. Cela est dû au fait qu'avec l'augmentation de la pression, les atomes se rapprochent les uns des autres et, pour détruire le réseau cristallin, ils doivent être éloignés. À une pression accrue, une plus grande énergie thermique est nécessaire et la température de fusion correspondante augmente.
Il existe des exceptions lorsque la température nécessaire pour passer à l'état liquide diminue avec l'augmentation de la pression. Ces substances comprennent la glace, le bismuth, le germanium et l'antimoine.
Tableau des points de fusion
Il est important pour toute personne impliquée dans l'industrie métallurgique, qu'il s'agisse d'un soudeur, d'un fondeur, d'un fondeur ou d'un bijoutier, de connaître les températures de fusion des matériaux avec lesquels elle travaille. Le tableau ci-dessous montre les points de fusion des substances les plus courantes.
Tableau des températures de fusion des métaux et alliages
| Nom | T pl, °C |
|---|---|
| Aluminium | 660,4 |
| Cuivre | 1084,5 |
| Étain | 231,9 |
| Zinc | 419,5 |
| Tungstène | 3420 |
| Nickel | 1455 |
| Argent | 960 |
| Or | 1064,4 |
| Platine | 1768 |
| Titane | 1668 |
| Duralumin | 650 |
| Acier au carbone | 1100−1500 |
| 1110−1400 | |
| Fer | 1539 |
| Mercure | -38,9 |
| Cupronickel | 1170 |
| Zirconium | 3530 |
| Silicium | 1414 |
| Nichrome | 1400 |
| Bismuth | 271,4 |
| Germanium | 938,2 |
| Étain | 1300−1500 |
| Bronze | 930−1140 |
| Cobalt | 1494 |
| Potassium | 63 |
| Sodium | 93,8 |
| Laiton | 1000 |
| Magnésium | 650 |
| Manganèse | 1246 |
| Chrome | 2130 |
| Molybdène | 2890 |
| Plomb | 327,4 |
| Béryllium | 1287 |
| Va gagner | 3150 |
| Féchral | 1460 |
| Antimoine | 630,6 |
| carbure de titane | 3150 |
| carbure de zirconium | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
En plus de la table de fusion, il existe de nombreux autres matériaux auxiliaires. Par exemple, la réponse à la question quel est le point d’ébullition du fer se trouve dans le tableau des substances bouillantes. En plus de l'ébullition, les métaux ont un certain nombre d'autres propriétés physiques comme la force.
En plus de la capacité de passer d'un état solide à un état liquide, l'une des propriétés importantes d'un matériau est sa résistance - la capacité d'un corps solide à résister à la destruction et aux changements de forme irréversibles. Le principal indicateur de résistance est la résistance qui se produit lorsqu'une pièce pré-recuite se brise. La notion de force ne s’applique pas au mercure car il est à l’état liquide. La désignation de la force est acceptée en MPa - Mega Pascals.
Il existe les groupes de résistance des métaux suivants :
- Fragile. Leur résistance ne dépasse pas 50MPa. Il s'agit notamment de l'étain, du plomb et des métaux doux-alcalins.
- Durable, 50 à 500 MPa. Cuivre, aluminium, fer, titane. Les matériaux de ce groupe constituent la base de nombreux alliages structurels.
- Haute résistance, supérieure à 500 MPa. Par exemple, le molybdène et .
Tableau de résistance du métal
Les alliages les plus courants dans la vie quotidienne
Comme le montre le tableau, les points de fusion des éléments varient considérablement, même parmi les matériaux que l'on trouve couramment dans la vie quotidienne.
Ainsi, le point de fusion minimum du mercure est de -38,9 °C, donc à température ambiante, il est déjà à l'état liquide. Ceci explique pourquoi les thermomètres domestiques ont une marque inférieure de -39 degrés Celsius : en dessous de cet indicateur, le mercure se transforme en état solide.
Les soudures les plus courantes à usage domestique contiennent un pourcentage important d'étain, qui a un point de fusion de 231,9 °C, de sorte que la plupart des soudures fondent à la température de fonctionnement du fer à souder de 250 à 400 °C.
En outre, il existe des soudures à bas point de fusion avec une limite de fusion inférieure, jusqu'à 30 °C, et sont utilisées lorsque la surchauffe des matériaux à souder est dangereuse. À ces fins, il existe des soudures au bismuth et la fusion de ces matériaux se situe dans la plage de 29,7 à 120 °C.
La fusion des matériaux à haute teneur en carbone, en fonction des composants de l'alliage, se situe entre 1 100 et 1 500 °C.
Les points de fusion des métaux et de leurs alliages se situent dans une plage de températures très large, allant de très basses températures (mercure) à plusieurs milliers de degrés. La connaissance de ces indicateurs, ainsi que d'autres propriétés physiques, est très importante pour les personnes travaillant dans le domaine métallurgique. Par exemple, la connaissance de la température à laquelle l’or et d’autres métaux fondent sera utile aux bijoutiers, fonderies et fonderies.
Le point de fusion des métaux, qui varie du plus petit (-39 °C pour le mercure) au plus élevé (3400 °C pour le tungstène), ainsi que la densité des métaux à l'état solide à 20 °C et la densité du liquide. les métaux au point de fusion sont indiqués dans le tableau de fusion des métaux non ferreux .
Tableau 1. Fontes de métaux non ferreux
Masse atomique | Point de fusion t svp , °C | Densité ρ , g/cm3 |
||
solide à 20 °C | rare quand t svp |
|||
Aluminium | ||||
Tungstène | ||||
Manganèse | ||||
Molybdène | ||||
Zirconium | ||||
Soudage et fusion de métaux non ferreux
Soudage du cuivre . La température de fusion du métal Cu est presque six fois supérieure à la température de fusion de l'acier ; le cuivre absorbe et dissout intensément divers gaz, formant des oxydes avec l'oxygène. L'oxyde de cuivre II avec le cuivre forme un eutectique dont le point de fusion (1064°C) est inférieur au point de fusion du cuivre (1083°C). Lorsque le cuivre liquide se solidifie, l’eutectique se situe le long des joints de grains, ce qui rend le cuivre cassant et sujet à la fissuration. Par conséquent, la tâche principale lors du soudage du cuivre est de le protéger de l’oxydation et de désoxyder activement le bain de fusion.
Le soudage au gaz le plus courant du cuivre s'effectue avec une flamme oxyde-acétylène en utilisant des torches 1,5 à 2 fois plus puissantes qu'une torche pour le soudage de l'acier. Le métal d'apport est constitué de tiges de cuivre contenant du phosphore et du silicium. Si l'épaisseur des produits est supérieure à 5...6 mm, ils sont d'abord chauffés à une température de 250...300°C. Le flux utilisé en soudage est du borax torréfié ou un mélange composé de 70 % de borax et de 30 % d'acide borique. Pour augmenter les propriétés mécaniques et améliorer la structure du métal déposé, le cuivre est forgé après soudage à une température d'environ 200...300°C. Ensuite, il est chauffé à nouveau à 500-550°C et refroidi dans l'eau. Le cuivre est également soudé selon la méthode de l'arc électrique à l'aide d'électrodes, dans un flux de gaz protecteurs, sous une couche de flux, sur des machines à condensateurs et par friction.
Soudage du laiton . Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc (jusqu'à 50 %). La principale contamination dans ce cas est l'évaporation du zinc, à la suite de laquelle le joint perd sa qualité et des pores y apparaissent. Le laiton, comme le cuivre, est principalement soudé avec une flamme oxydante d'acétylène, qui crée un film d'oxyde de zinc réfractaire à la surface du bain, réduisant ainsi la combustion et l'évaporation du zinc. Les flux utilisés sont les mêmes que ceux utilisés pour le soudage du cuivre. Ils créent des scories à la surface du bain de fusion, qui lient les oxydes de zinc et rendent difficile la sortie des vapeurs du bain de fusion. Le laiton est également soudé dans des gaz de protection et sur des machines à contact.
Soudure du bronze . Dans la plupart des cas, le bronze est un matériau de moulage.
Le soudage est utilisé pour corriger des défauts ou lors de réparations. Le soudage à l'électrode métallique est le plus souvent utilisé. Le métal d'apport est constitué de tiges de même composition que le métal de base, et les flux ou revêtements d'électrodes sont des composés de chlorure et de fluorure de potassium et de sodium.
. Les principaux facteurs qui rendent difficile le soudage de l'aluminium sont son faible point de fusion (658°C), sa conductivité thermique élevée (environ 3 fois supérieure à la conductivité thermique de l'acier), la formation d'oxydes d'aluminium réfractaires, qui ont un point de fusion de 2050°. C, donc la technologie de fusion des métaux non ferreux , comme le cuivre ou le bronze, ne convient pas à la fusion de l'aluminium. De plus, ces oxydes réagissent mal avec les flux acides et basiques et sont donc difficiles à éliminer du joint.
Le soudage au gaz de l'aluminium avec une flamme d'acétylène est le plus souvent utilisé. Ces dernières années, le soudage automatique à l’arc avec électrodes métalliques sous arc immergé et sous argon s’est également largement répandu. Pour toutes les méthodes de soudage, à l'exception de l'arc à l'argon, des flux ou des revêtements d'électrodes sont utilisés, qui contiennent des composés de fluorure et de chlorure de lithium, de potassium, de sodium et d'autres éléments. Comme métal d'apport dans toutes les méthodes de soudage, on utilise du fil ou des tiges de même composition que le métal de base.
L'aluminium peut être bien soudé avec un faisceau d'électrons sous vide, sur des machines à contact, sous laitier électrique et par d'autres méthodes.
Soudage des alliages d'aluminium . Les alliages d'aluminium avec du magnésium et du zinc sont soudés sans
des complications particulières, tout comme l'aluminium. Une exception est le duralumin - alliages d'aluminium et de cuivre. Ces alliages sont renforcés thermiquement après trempe et vieillissement ultérieur. Lorsque la température de fusion des métaux non ferreux dépasse 350°C, ils subissent une diminution de leur résistance, qui n'est pas restaurée. traitement thermique. Par conséquent, lors du soudage du duralumin dans la zone affectée thermiquement, la résistance diminue de 40 à 50 %. Si le duralumin est soudé dans des gaz de protection, cette réduction peut être restaurée par traitement thermique à 80...90 % par rapport à la résistance du métal de base.
Soudage des alliages de magnésium . Lors du soudage au gaz, on utilise nécessairement des flux fluorés qui, contrairement aux flux chlorure, ne provoquent pas de corrosion des joints soudés. Le soudage à l'arc des alliages de magnésium avec des électrodes métalliques en raison de la mauvaise qualité des soudures n'a pas encore été utilisé. Lors du soudage d'alliages de magnésium, une croissance significative des grains est observée dans les zones proches du joint et un fort développement de cristaux en colonnes dans souder. Par conséquent, la résistance à la traction des joints soudés représente 55 à 60 % de la résistance à la traction du métal de base.
Tableau 2. Propriétés physiques des métaux non ferreux industriels
Propriétés | M e grand |
|||||||||||
Numéro atomique | ||||||||||||
Masse atomique | ||||||||||||
à température 20 °C, kg/m 3 | ||||||||||||
Point de fusion, °C | ||||||||||||
Point d'ébullition, °C | ||||||||||||
Diamètre atomique, nm | ||||||||||||
Chaleur latente de fusion, kJ/kg | ||||||||||||
Chaleur latente de vaporisation, | ||||||||||||
Capacité thermique spécifique à température 20 °C, J/(kg.°C) | ||||||||||||
Conductivité thermique spécifique, 20 °C,W/(m—°C) | ||||||||||||
Coefficient de dilatation linéaire en température 25 °C, 10 6 — ° AVEC — 1 | ||||||||||||
Résistivité électrique à température 20°C, µOhm—m | ||||||||||||
Module d'élasticité normale, GPa | ||||||||||||
Module de cisaillement, GPa | ||||||||||||
Fusion du creuset
Une partie intégrante de la production de métaux et de produits métalliques est l'utilisation pendant processus de production creusets pour la production, la fusion et la refusion de métaux ferreux et non ferreux. Les creusets font partie intégrante des équipements métallurgiques permettant de couler divers métaux, alliages, etc.
Les creusets en céramique pour la fusion des métaux non ferreux sont utilisés depuis l'Antiquité pour la fusion des métaux (cuivre, bronze).
Dans l'industrie métallurgique, l'un des principaux domaines est la coulée des métaux et de leurs alliages en raison du faible coût et de la relative simplicité du processus. Des moules de n'importe quelle forme et de différentes dimensions peuvent être coulés, du plus petit au plus grand ; Il convient aussi bien à la production de masse qu’à la production sur mesure.
La fonte est l'un des domaines les plus anciens du travail des métaux et commence vers l'âge du bronze : 7-3 millénaires avant JC. e. Depuis lors, de nombreux matériaux ont été découverts, entraînant des progrès technologiques et des exigences accrues envers l’industrie de la fonderie.
De nos jours, il existe de nombreuses directions et types de coulée, différant par le processus technologique. Une chose reste inchangée : la propriété physique des métaux de passer de l'état solide à l'état liquide, et il est important de savoir à quelle température commence la fusion des différents types de métaux et de leurs alliages.
Processus de fusion des métaux
Ce processus fait référence à la transition d’une substance d’un état solide à un état liquide. Lorsque le point de fusion est atteint, le métal peut être à l'état solide ou liquide ; une augmentation supplémentaire entraînera la transition complète du matériau vers un liquide.
La même chose se produit lors de la solidification - lorsque la limite de fusion est atteinte, la substance commencera à passer d'un état liquide à un état solide et la température ne changera pas jusqu'à la cristallisation complète.
Il ne faut pas oublier que cette règle s'applique uniquement au métal pur. Les alliages n'ont pas de limite de température claire et subissent des transitions d'état une certaine gamme:
- Solidus est la ligne de température à laquelle le composant le plus fusible de l'alliage commence à fondre.
- Liquidus est le point de fusion final de tous les composants, en dessous duquel les premiers cristaux d'alliage commencent à apparaître.
Il est impossible de mesurer avec précision le point de fusion de telles substances ; le point de transition des états est indiqué par un intervalle numérique.
En fonction de la température à laquelle les métaux commencent à fondre, ils sont généralement divisés en:
- Faible point de fusion, jusqu'à 600 °C. Il s'agit notamment de l'étain, du zinc, du plomb et autres.
- Fusion moyenne, jusqu'à 1600 °C. Alliages et métaux les plus courants tels que l'or, l'argent, le cuivre, le fer et l'aluminium.
- Réfractaire, plus de 1600 °C. Titane, molybdène, tungstène, chrome.
Il existe également un point d’ébullition – le point auquel le métal en fusion commence à passer à l’état gazeux. Il s'agit d'une température très élevée, généralement 2 fois supérieure au point de fusion.
Effet de la pression
La température de fusion et la température égale de solidification dépendent de la pression, augmentant avec son augmentation. Cela est dû au fait qu'avec l'augmentation de la pression, les atomes se rapprochent les uns des autres et, pour détruire le réseau cristallin, ils doivent être éloignés. À une pression accrue, une plus grande énergie thermique est nécessaire et la température de fusion correspondante augmente.
Il existe des exceptions lorsque la température nécessaire pour passer à l'état liquide diminue avec l'augmentation de la pression. Ces substances comprennent la glace, le bismuth, le germanium et l'antimoine.
Tableau des points de fusion
Il est important pour toute personne impliquée dans l'industrie métallurgique, qu'il s'agisse d'un soudeur, d'un fondeur, d'un fondeur ou d'un bijoutier, de connaître les températures de fusion des matériaux avec lesquels elle travaille. Le tableau ci-dessous montre les points de fusion des substances les plus courantes.
Tableau des points de fusion métaux et alliages
| Nom | T pl, °C |
|---|---|
| Aluminium | 660,4 |
| Cuivre | 1084,5 |
| Étain | 231,9 |
| Zinc | 419,5 |
| Tungstène | 3420 |
| Nickel | 1455 |
| Argent | 960 |
| Or | 1064,4 |
| Platine | 1768 |
| Titane | 1668 |
| Duralumin | 650 |
| Acier au carbone | 1100−1500 |
| Fonte | 1110−1400 |
| Fer | 1539 |
| Mercure | -38,9 |
| Cupronickel | 1170 |
| Zirconium | 3530 |
| Silicium | 1414 |
| Nichrome | 1400 |
| Bismuth | 271,4 |
| Germanium | 938,2 |
| Étain | 1300−1500 |
| Bronze | 930−1140 |
| Cobalt | 1494 |
| Potassium | 63 |
| Sodium | 93,8 |
| Laiton | 1000 |
| Magnésium | 650 |
| Manganèse | 1246 |
| Chrome | 2130 |
| Molybdène | 2890 |
| Plomb | 327,4 |
| Béryllium | 1287 |
| Va gagner | 3150 |
| Féchral | 1460 |
| Antimoine | 630,6 |
| carbure de titane | 3150 |
| carbure de zirconium | 3530 |
| Gallium | 29,76 |
En plus de la table de fusion, il existe de nombreux autres matériaux de support. Par exemple, la réponse à la question quel est le point d’ébullition du fer se trouve dans le tableau des substances bouillantes. En plus de l'ébullition, les métaux possèdent un certain nombre d'autres propriétés physiques, telles que la résistance.
Résistance des métaux
En plus de la capacité de passer d'un état solide à un état liquide, l'une des propriétés importantes d'un matériau est sa résistance - la capacité d'un corps solide à résister à la destruction et aux changements de forme irréversibles. Le principal indicateur de résistance est la résistance qui se produit lorsqu'une pièce pré-recuite se brise. La notion de force ne s’applique pas au mercure car il est à l’état liquide. La désignation de la force est acceptée en MPa - Mega Pascals.
Les groupes suivants existent résistance des métaux:
- Fragile. Leur résistance ne dépasse pas 50MPa. Il s'agit notamment de l'étain, du plomb et des métaux doux-alcalins.
- Durable, 50 à 500 MPa. Cuivre, aluminium, fer, titane. Les matériaux de ce groupe constituent la base de nombreux alliages structurels.
- Haute résistance, supérieure à 500 MPa. Par exemple, le molybdène et le tungstène.
Tableau de résistance du métal
Les alliages les plus courants dans la vie quotidienne
Comme le montre le tableau, les points de fusion des éléments varient considérablement, même parmi les matériaux que l'on trouve couramment dans la vie quotidienne.
Ainsi, le point de fusion minimum du mercure est de -38,9 °C, donc à température ambiante, il est déjà à l'état liquide. Ceci explique pourquoi les thermomètres domestiques ont une marque inférieure de -39 degrés Celsius : en dessous de cet indicateur, le mercure se transforme en état solide.
Les soudures les plus courantes à usage domestique contiennent un pourcentage important d'étain, qui a un point de fusion de 231,9 °C, de sorte que la plupart des soudures fondent à la température de fonctionnement du fer à souder de 250 à 400 °C.
En outre, il existe des soudures à bas point de fusion avec une limite de fusion inférieure, jusqu'à 30 °C, et sont utilisées lorsque la surchauffe des matériaux à souder est dangereuse. À ces fins, il existe des soudures au bismuth et la fusion de ces matériaux se situe dans la plage de 29,7 à 120 °C.
La fusion des matériaux à haute teneur en carbone, en fonction des composants de l'alliage, se situe entre 1 100 et 1 500 °C.
Les points de fusion des métaux et de leurs alliages se situent dans une plage de températures très large, allant de très basses températures (mercure) à plusieurs milliers de degrés. La connaissance de ces indicateurs, ainsi que d'autres propriétés physiques, est très importante pour les personnes travaillant dans le domaine métallurgique. Par exemple, la connaissance de la température à laquelle l’or et d’autres métaux fondent sera utile aux bijoutiers, fonderies et fonderies.
Presque tous les métaux sont solides dans des conditions normales. Mais à certaines températures, ils peuvent changer d’état d’agrégation et devenir liquides. Voyons quel est le point de fusion le plus élevé du métal ? Quel est le plus bas ?
Point de fusion des métaux
La plupart des éléments du tableau périodique sont des métaux. Il y en a actuellement environ 96. Ils nécessitent tous des conditions différentes pour se transformer en liquide.
Le seuil de chauffage des substances cristallines solides, au-dessus duquel elles deviennent liquides, est appelé point de fusion. Pour les métaux, elle varie de plusieurs milliers de degrés. Beaucoup d’entre eux se transforment en liquide sous une chaleur relativement élevée. Cela en fait un matériau courant pour fabriquer des casseroles, poêles et autres ustensiles de cuisine.
L'argent (962 °C), l'aluminium (660,32 °C), l'or (1064,18 °C), le nickel (1455 °C), le platine (1772 °C), etc. ont des points de fusion moyens. Il existe également un groupe de métaux réfractaires et à bas point de fusion. Les premiers ont besoin de plus de 2000 degrés Celsius pour se transformer en liquide, les seconds ont besoin de moins de 500 degrés.
Les métaux à bas point de fusion comprennent généralement l'étain (232 °C), le zinc (419 °C) et le plomb (327 °C). Cependant, certains d’entre eux peuvent avoir des températures encore plus basses. Par exemple, le francium et le gallium fondent dans la main, mais le césium ne peut être chauffé que dans une ampoule, car il s'enflamme avec l'oxygène.
Les températures de fusion les plus basses et les plus élevées des métaux sont présentées dans le tableau :
Tungstène
Le tungstène métallique a le point de fusion le plus élevé. Seul le carbone non métallique occupe une place plus élevée dans cet indicateur. Le tungstène est une substance gris clair brillante, très dense et lourde. Son ébullition atteint 5 555 °C, ce qui est presque égal à la température de la photosphère solaire.
Dans des conditions ambiantes, il réagit faiblement avec l'oxygène et ne se corrode pas. Malgré son caractère réfractaire, il est assez ductile et peut être forgé même lorsqu'il est chauffé à 1600 °C. Ces propriétés du tungstène sont utilisées pour les filaments incandescents des lampes, des tubes cathodiques et des électrodes pour le soudage. La majeure partie du métal extrait est alliée à l’acier pour augmenter sa résistance et sa dureté.
Le tungstène est largement utilisé dans le domaine militaire et technologique. Il est indispensable à la fabrication de munitions, de blindages, de moteurs et des pièces les plus importantes des véhicules et avions militaires. Il est également utilisé pour fabriquer des instruments chirurgicaux et des boîtes pour stocker des substances radioactives.
Mercure
Le mercure est le seul métal dont le point de fusion est négatif. De plus, c'est l'un des deux éléments chimiques dont les substances simples, dans des conditions normales, existent sous forme de liquides. Il est intéressant de noter que le métal bout lorsqu’il est chauffé à 356,73 °C, ce qui est bien supérieur à son point de fusion.
Il a une couleur blanc argenté et une brillance prononcée. Il s'évapore déjà dans les conditions ambiantes, se condensant en petites boules. Le métal est très toxique. Il peut s'accumuler dans organes internes l'homme, provoquant des maladies du cerveau, de la rate, des reins et du foie.
Le mercure est l'un des sept premiers métaux que l'homme a découvert. Au Moyen Âge, il était considéré comme le principal élément alchimique. Malgré sa toxicité, il était autrefois utilisé en médecine dans le cadre des obturations dentaires et également comme remède contre la syphilis. Aujourd'hui, le mercure a été presque totalement éliminé des préparations médicales, mais il est largement utilisé dans les instruments de mesure (baromètres, manomètres), pour la fabrication de lampes, d'interrupteurs et de sonnettes.
Alliages
Pour modifier les propriétés d'un métal particulier, il est allié à d'autres substances. Ainsi, il peut non seulement acquérir une plus grande densité et résistance, mais également réduire ou augmenter le point de fusion.
Un alliage peut être constitué de deux ou plusieurs éléments chimiques, mais au moins l’un d’entre eux doit être un métal. De tels « mélanges » sont très souvent utilisés dans l’industrie, car ils permettent d’obtenir exactement les qualités de matériaux recherchées.
Le point de fusion des métaux et alliages dépend de la pureté des premiers, ainsi que des proportions et de la composition des seconds. Pour obtenir des alliages à bas point de fusion, on utilise le plus souvent le plomb, le mercure, le thallium, l'étain, le cadmium et l'indium. Ceux qui contiennent du mercure sont appelés amalgames. Un composé de sodium, potassium et césium dans un rapport de 12%/47%/41% devient un liquide déjà à moins 78°C, un amalgame de mercure et de thallium - à moins 61°C. Le matériau le plus réfractaire est un alliage de carbures de tantale et de hafnium dans des proportions 1:1 avec un point de fusion de 4 115 °C.
