Динамическая вязкость сплавов железа обычно изменяется в пределах величин от 0,001 до 0,005 Па•с. Этот показатель варьируется в зависимости от температуры, а также от содержания различных примесей в сплаве, где углерод является одним из наиболее значимых элементов. Стоит отметить, что при значительном перегреве металла, превышающем его температуру плавления, которая может быть выше 25 – 30 °C, влияние температуры на вязкость становится не столь значительным.
Температура плавления и кипения стали
Сталь, известная своим составом из железа и углерода, выделяется высоким уровнем прочности и долговечности, что делает её незаменимым материалом во множестве областей, включая строительство, где из неё создаются металлические каркасы зданий и других сооружений, а также реализуются мощные узлы для различных конструкций.
Особенности
Твердые вещества начинают плавиться при определённых условиях — это утверждение основано на научных исследованиях. Когда температура достигает определённого предела, твердая структура начинает превращаться в жидкую. Каждый материал обладает индивидуальной температурной границей, при которой происходит плавление. В физической науке существуют специальные таблицы, содержащие данные о температурах плавления и кристаллизации — процессов, при которых жидкие тела становятся твердыми.
В этих таблицах указаны значения для многих веществ, включая сталь, средняя температура плавления, которая составляет около 1400 градусов по Цельсию, вне зависимости от его типа.
Плавление — это физический процесс, при котором твердое вещество переходит в жидкое состояние. Температура плавления — это именно та температура, при достижении которой происходит это изменение состояния. В дополнение к плавлению также стоит упомянуть температуру кипения, при которой вещество начинает переходить в газообразное состояние. Для стали температура кипения составляет примерно 3000 градусов по Цельсию.
В контексте стали, основным продуктом металлургической отрасли являются углеродистые соединения. В состав стали наряду с железом и углеродом включают различные добавки, которые улучшает показатели прочности и других характеристик. К числу этих добавок можно отнести марганец, кремний и магний, которые помогают улучшать физико-химические особенности стали.
Существует классификация стали, основанная на содержании углерода в её составе.
- Низкоуглеродистая сталь, в состав которой углерод содержится до 0,29%.
- Среднеуглеродистая сталь с содержанием углерода до 0,6%.
- Высокоуглеродистая сталь, где процентное содержание углерода превышает 0,6%.
Сплавы, содержащие железо и углерод, находят широкое применение в различных отраслях, и их эксплуатационные параметры определяются свойствами полученного материала, включая жаропрочность и коррозионную стойкость. Исходя из этих качеств, стали классифицируют на:
Сплавы могут содержать марганец, что способствует повышению качества стали и её температуры плавления, что является критически важным показателем, если материал планируют использовать в суровых условиях. Уделим внимание основным особенностям наиболее популярных видов сталей.
Легированная сталь
В состав легированной стали входят дополнительные компоненты, которые придают ей необходимые эксплуатационные свойства и обеспечивают требуемую прочность. Сталь может быть разделена на следующие категории в зависимости от концентрации легирующих добавок:
- Низколегированная сталь, где содержание дополнительных компонентов составляет 2,5%;
- Среднелегированная сталь с добавками до 10%.
- Высоколегированная сталь, в которой содержание легирующих добавок превышает 10%.
Стали могут быть классифицированы по содержанию различных легирующих элементов, таких как хром, никель или марганец. Эти добавки значительно улучшают устойчивость к коррозии, механическим повреждениям, а также повышают показатели температуры плавления, что в результате позволяет использовать их в процессе газосварки при температурах порядка 1400–1480 градусов по Цельсию.
Среди веществ, способствующих повышению прочности материала, можно выделить хром, азот, никель и ванадий, однако это не полный перечень.
Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь представляет собой сплав, отличающийся повышенной стойкостью к коррозии как в условиях сухой атмосферы, так и во влажной среде. Чтобы достичь этих желаемых свойств и улучшить характеристики материала, в состав этой стали добавляют: различные элементы, характерные для легированных сталей, которые создают защитную плёнку и предотвращают коррозию.
Температура плавления стали
Важно отметить, что стальные соединения формируются из железа и углерода, и для достижения необходимых прочностных и других свойств необходимо добавлять в сплав никель, хром, молибден и другие компоненты. Одно из основных свойств, которые следует учитывать, — это температура плавления стали, на которой происходят переходы из твердого состояния в жидкое.
Общее описание процесса плавления позволяет более детально понять моменты, связанные с температурой плавления стали. Расплавление происходит через нагревание материала, которое может быть проведено как снаружи, так и изнутри. Внешний нагрев осуществляется с использованием термических печей, а внутренний — с помощью резистивного нагрева, основанного на свойствах электрического сопротивления, которые присущи всем материалам.
Независимо от способа нагрева, в материале происходят одни и те же изменения. Увеличение температуры вызывает усиление тепловых колебаний молекул, что ведет к появлению структурных дефектов в кристаллической решетке. Эти изменения в свою очередь способствуют разрушению межатомных связей, что и приводит к переходу сплава в жидкое состояние.
Типы сплавов
Сплавы классифицируются в зависимости от температуры, необходимой для перехода металла из одного состояния в другое.
Легкоплавкие сплавы способны плавиться при сравнительно низких температурах — их обработка может выполняться без необходимости в специальном оборудовании. Температура плавления таких сталей составляет до 600°C. Примером легкоплавких металлов можно привести свинец, олово и цинк.
Среди легкоплавких металлов выделяется ртуть, которая становится жидкой при температуре -39°C.
Что касается среднеплавких соединений, их температура плавления варьируется от 600°C до 1600°C. В эту категорию попадают такие металлы, как алюминий, медь, олово, а также некоторые виды нержавеющей стали и разнообразные сплавы с небольшим содержанием хрома. Среднеплавкие соединения широко используются как в промышленности, так и в быту.
Тугоплавкие сплавы требуют нагрева свыше 1600°C для плавления. В эту категорию входят высоколегированные металлы, содержащие материалы, такие как вольфрам, титан и хром. Эти добавки придают металлу высокую прочность и устойчивость к коррозионному и химическому воздействию. Например, к тугоплавким сплавам относится и нержавеющая сталь.
При этом стоит отметить, что щелочные металлы плавятся при сравнительно низких температурах, а для неполупроводниковых металлов диапазон температур для плавления значительно шире.
Градус кипения
Процесс нагрева металла также должен учитывать температуру кипения, при которой жидкое состояние переходит в газообразное. Поэтому градус кипения является значимым технологическим параметром.
В большинстве случаев температура кипения металла вдвое превышает температуру его плавления, это значение определяется при нормальных атмосферных условиях. При увеличении давления этот процесс требует более высоких температур, тогда как при понижении давления температура кипения снижается.
Особенности углеродистой стали
Углеродистые стали представляют собой один из основных видов продукции металлургических заводов. В их состав, помимо железа, входит углерод, концентрация которого не должна превышать 2,14%. Также в углеродистой стали содержится минимальное количество примесей и легирующих компонентов, среди которых можно выделить марганец, кремний и магний. Эти добавки способствуют улучшению физико-химических характеристик стали.
Особенности определения температуры кипения
Перед началом работы с чистыми металлами или их сплавами, необходимо установить основные параметры давления и температуры кипения. Эти значения не произвольны и установлены на основе закона термодинамики. Существует несколько методов, которые позволяют определить температуру кипения металлов. Один из традиционных способов включает нагревание нити с электрическим сопротивлением и последующее измерение скорости испарения через взвешивание нити до и после процесса. Также показатели можно наблюдать, отслеживая цвет и интенсивность света.
Эксперименты по такого рода определениям обычно проводятся в специализированных лабораториях, так как работа с открытым огнем может быть опасна. Часто используются специальные устройства и колбы с термометрами для повышения точности измерений.
Норма температуры кипения
Теперь, когда вы ознакомлены с температурой кипения стали и процессами, её контролирующими, следует ещё раз подчеркнуть, что эта температура зависит от приложенного давления. Нормальная температура кипения — это значение, при котором давление паров равно стандартному атмосферному давлению на уровне моря, т.е. 760 мм ртутного столба. Для узнавания показателей кипения можно воспользоваться доступными таблицами, которые можно найти как в Интернете, так и в специализированной литературе.
Температура плавления считается одним из ключевых показателей, которые нужно учитывать при выборе металла для эксплуатации в условиях высоких температур. Чаще всего данный аспект имеет значение при производстве:
- печей;
- двигателей внутреннего сгорания;
- форсунок зажигания;
- выхлопных систем;
- высокоскоростного оборудования и других аналогичных устройств.
Зная максимальную температуру кипения металла, можно достичь оптимальных результатов при проектировании и производстве оборудования и отдельных его систем.
Таблицы температур плавления металлов и сплавов
Для удобства понимания границ фазовых переходов все данные представлены по группам в порядке возрастания температуры плавления, о чем можно узнать из нижеприведенных таблиц.
Таблица плавления легкоплавких металлов и сплавов (расплавляются до +600°С).
| Название элемента или соединения | Буквенный символ в периодической таблице элементов | Температура образования расплава | Температура закипания |
|---|---|---|---|
| Ртуть | Hg | -38,9°С | +356,7°С |
| Литий | Li | +18°С | +1342°С |
| Цезий | Cs | +28,4°С | +667,5°С |
| Калий | K | +63,6°С | +759°С |
| Натрий | Na | +97,8°С | +883°С |
| Индий | In | +156,6°С | +2072°С |
| Олово | Sn | +232°С | +2600°С |
| Висмут | Bi | +271,4°С | +1564°С |
| Таллий | Tl | +304°С | +1473°С |
| Кадмий | Cd | +321°С | +767°С |
| Свинец | Pb | +327°С | +1750°С |
| Цинк | Zn | +420°С | +907°С |
Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов, с температурным диапазоном фазового перехода от +600 до 1600°С.
| Наименование | Обозначение металла или химический состав сплава | Температура плавления | Температура кипения |
|---|---|---|---|
| МЕТАЛЛЫ | |||
| Сурьма | Sb | +630,6°С | +1587°С |
| Магний | Mg | +650°С | +1100°С |
| Алюминий | Al | +660°С | +2519°С |
| Барий | Ba | +727°С | +1897°С |
| Кальций | Ca | +842°С | +1484°С |
| Серебро | Ag | +960°С | +2180°С |
| Золото | Au | +1063°С | +2660°С |
| Марганец | Mn | +1246°С | +2061°С |
| Медь | Cu | +1083°С | +2580°С |
| Бериллий | Be | +1287°С | +2471°С |
| Кремний | Si | +1415°С | +2350°С |
| Никель | Ni | +1455°С | +2913°С |
| Кобальт | Co | +1495°С | +2927°С |
| Железо | Fe | +1539°С | +900°С |
| СПЛАВЫ | |||
| Дюрали | Al + Mg + Cu + Mn | +650°С | |
| Латуни | сплавы на основе меди и цинка | +950…1050°С | |
| Нейзильбер | Cu + Zn + Ni | +1100°С | |
| Чугун | углеродистое железо | +1100…1300°С | |
| Углеродистые стали | — | +1300…1500°С | |
| Нихром | Fe + Ni + Cr + Si + Mn + Al | +1400°С | |
| Инвар | Fe + Ni | +1425°С | |
| Фехраль | Fe + Cr + Al + Mn + Si | +1460°С | |
Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов (с temperaturas свыше +1600°С).
Температуры плавления стали
Каждому веществу в определённых условиях присущи специфика плавления, когда твёрдое тело переходит в жидкое состояние. Каждое вещество имеет свою уникальную температуру плавления.
- Процесс плавления представляет собой переход вещества из твёрдого состояния в жидкое.
- Температура плавления — это температура, при которой твёрдое кристаллическое вещество становится жидким. Таким образом, данный показатель обозначается буквой t.
Физики применяют специальные таблицы, чтобы отследить процесс плавления и кристаллизации для различных веществ, что обобщено в таблице ниже:
| Вещество | t,°C | Вещество | t,°C | Вещество | t,°C |
| Алюминий | 660 | Медь | 1087 | Спирт | — 115 |
| Водород | — 256 | Нафталин | 80 | Чугун | 1200 |
| Вольфрам | 3387 | Олово | 232 | Сталь | 1400 |
| Железо | 1535 | Парафин | 55 | Титан | 1660 |
| Золото | 1065 | Ртуть | — 39 | Цинк | 420 |
Согласно приведенной таблице, можно с уверенностью утверждать, что температура плавления стали составляет приблизительно 1400 °C.
Это интересно: Свойства стали — её удельный вес, плотность в кг/см³ и множество других показателей.
Кратко о процессе
Плавка алюминия в домашних условиях является весьма выполнимым процессом, который может показаться сложным неспециалисту. Чтобы расплавить алюминий, кусочки этого металла необходимо нагреть до необходимой температуры в специальной посуде.
Некоторое время расплавленный металл следует поддерживать в разогретом состоянии и периодически удалять образующийся шлак с его поверхности. После этого очищенный расплавленный металл заливается в специально подготовленную форму, где он будет остывать.
Время, необходимое для плавления, зависит от типа используемой печи и её температуры. В случае использования газовой горелки желательно, чтобы её тепло распространялось вниз на металл.
