Чем обусловлена температура плавления металлов


От чего зависит температура плавления металла в градусах?

Металлы и многие другие материалы могут находиться в твердом или жидком состоянии. При воздействии определенной температуры кристаллическая решетка металла преобразуется, что приводит к повышению пластичности и снижению твердости. За счет подобной формы получают различные сплавы и литые изделия. Однако не всегда низкая температура плавления является положительным качеством материала. В некоторых случаях изготавливаемое изделие должно выдерживать нагрев при эксплуатации. Рассмотрим то, какой может быть температура плавления металла в градусах и от чего зависит подобный показатель.

Твердое и жидкое состояние металла

Многие знакомы с металлами и сплавами по их твердому состоянию. Они встречаются практически во всех сферах деятельности. Только в металлургии и в производственных цехах металл встречается в жидком состоянии. Это связано с тем, что для преобразования кристаллической решетки приходится проводить нагрев сырья до рекордных температур.

Твердое состояние характеризуется следующими качествами:

  1. Структура держит свою форму. Сталь известна тем, что может выдерживать серьезную нагрузку в течение длительного периода.
  2. Каждому материалу свойственны свои показатели прочности и твердости, вязкости.
  3. Постоянный химический состав. Поверхность стали или других сплавов может реагировать на воздействие химических веществ, окисляться или покрываться коррозий, но вот химический состав остается неизменным.
  4. Возможность обработки резанием. При повышении пластичности не образуется стружка на момент механической обработки, что существенно усложняет процесс.

В жидком или вязком состоянии металл приобретает совсем другие свойства:

  1. Высокая пластичность позволяет выполнять литье по форме, ковку или проводить другую обработку, связанную с пластической деформацией заготовок.
  2. Есть возможность изменить химический состав путем добавления легирующих элементов. За счет подвижной кристаллической решетки можно проводить насыщение структуры стали хромом, никелем, титаном и многими другими веществами.
  3. Термическая обработка проводится также при температуре, которая приводит к перестроению кристаллической решетки. Однако при закалке металл сохраняет свою форму, то есть структура остается твердой.

Существуют сплавы, которые можно разогреть до жидкого состояния и в домашних условиях. Примером можно назвать олово, применяемое при изготовлении припоя. Температура плавления олова находится в пределах 250 градусов Цельсия. Этот показатель нагрева можно достигнуть при применении обычного паяльника.

От чего может зависеть температура плавления

Для различных материалов температура, при которой происходит полное перестроение структуры до текучего состояния, разная. Если рассматривать сталь и различные сплавы, то отметим следующие зависимости:

  1. В чистом виде металлы встречаются довольно редко. Во многом показатель температуры кипения зависит от химического состава. Примером назовем олово, в которое могут добавлять цинки, серебро и другие элементы. Примеси могут делать материал более или менее устойчивым к нагреву.
  2. Существуют сплавы, которые из-за своего химического состава могут переходить в жидкое состояние при температуре выше 150 градусов Цельсия. Кроме этого, встречаются сплавы, структура которых может выдерживать нагрев до 3 000 градусов Цельсия и более. С учетом того, что при перестроении кристаллической решетки изменяются все физико-механические качества, а условия эксплуатации могут характеризоваться температурой нагрева, можно сказать: точка плавления металла — важное физическое свойство вещества. Примером можно назвать изготовление деталей для авиационного оборудования.

Термическая обработка, как правило, практически не изменяет устойчивость структуры к нагреву. Единственным способом повышения устойчивости к нагреву можно назвать изменение химического состава, для чего и проводится легирование стали.

Важность рассматриваемого показателя

Температура плавления материалов учитывается практически во всех сферах их применения. Примером можно назвать то, что на момент рождения авиации не могли использовать обычный алюминий, так как он быстро нагревался из-за трения и терял свои линейные размеры. Появление дюралюминия существенно изменило мир авиации. После его открытия все дирижабли и самолеты стали изготавливать при обширном применении этого сплава.

Нагреву подвергаются и многие другие ответственные детали различных механизмов. Примером назовем ведущие валы различных механизмов, звездочки и шестерни, которые из-за непосредственного контакта также теряют свою твердость, что приводит к повышенному износу.

Существует довольно большое количество справочников, в которых указывается температура плавления для всех металлов и иных сплавов. При рассмотрении этого показателя следует учитывать химический состав. Даже незначительное изменение концентрации одного из элементов приведет к повышению или понижению температуры перестроения кристаллической решетки.

В какой момент плавится металл? Стол для плавки металлов

Металлы, как правило, имеют более высокую температуру плавления, чем многие другие материалы, и они способны менять форму под воздействием тепла - в отличие от древесины, которая просто разлагается. Когда температура становится достаточно высокой, ионы, из которых состоит металл, вибрируют все больше и больше, в конечном итоге разрывая связи его ионов и позволяя им двигаться свободно.

Когда внутренняя структура металла начинает сдвигаться и связи ослабляются, он становится жидкостью.Прочность связи, которая зависит от самого материала, обычно определяет температуру плавления металла. Некоторые металлические сплавы будут иметь более высокие или более низкие температуры плавления, чем сами металлы, и они не всегда могут плавиться плавно.

Ваш путеводитель по плавке металлов

Обычно, когда кто-то спрашивает о температурах плавления металла, они ищут твердую температуру, до которой металл должен быть нагрет, что приведет к ожижению. Ниже представлена ​​интерактивная таблица, которая основана на различных научных источниках для определения точек плавления различных металлов:

Фосфор
Металл Точка плавления (° F)
Адмиралтейская латунь 1650
Алюминий 1220
Алюминиевый сплав 865
Алюминий бронза 1881 - 1900
Сурьма 1170
Бериллий 2345
Бериллий Медь 1587
Латунь (красный) 1832
Латунь (желтый) 1710
Кадмий 610
Хром 3380
Кобальт 2723
Медь 1983
Купроникель 2140-2260
Золото (2440-2260
) 1945
Инконель Сплав 2540 - 2600
Иридий 4440
Железо (кованое) 2700
Железо (серое литье) 2060
Железо (ковкое) 2100
Свинец 621
Магний 1200
Магниевый сплав 660-1200
Марганец 2271
Марганцевая бронза 1590
Ртуть -37.95
Молибден 4750
Никель 2647
Ниобий (колумбий) 4473
Осмий 5477
Палладий 2831 Фосфор
111
Платина 3220
Плутоний 1180
Калий 146
Красная латунь 1810
Рений 5767
Рений Рений 3569
Рутений 4500
Селен 423
Кремний 2572
Серебро (чистое) 1761
Серебро (стерлинговое) 1640
Натрий 208 9002 6
Сталь, углерод 2600
Сталь, нержавеющая 2750
Тантал 5400
Торий 3180
Олово 449.4
Титан 3040

Знакомство со сплавами

В нашем температурном списке присутствует множество металлических сплавов, но важно знать, что большинство из них имеют значительный температурный диапазон, которого они должны достичь. При изменении состава температура нагрева изменяется, и диапазоны расширяются примерно на 200 ° F.

Диапазон сплава означает, что он начинает иметь жидкое и твердое состояние, иногда одновременно, когда вы приближаетесь к общему диапазону плавления.

Все сразу плавится

При работе с чистыми металлами вы, вероятно, заметите, что он плавится почти равномерно. Это контрастирует с другими элементами, такими как лед, который постепенно тает, и жидкость видна, в то время как куски твердого тела все еще находятся вокруг.

Теплопроводность - одна из главных причин такого равномерного плавления, поскольку металлы обладают исключительной теплопередачей. По сравнению со льдом, проводимость металла на порядки выше. Это означает, что если приложить тепло к одной части металлического стержня или стержня, то тепло будет распределяться очень равномерно по всей поверхности.

Чем плотнее металл, тем лучше его теплопроводность. Это позволяет металлообработке безопасно применять тепло в одном месте, но при этом должным образом нагревать весь кусок металла.

.

Определение температуры плавления

Определение точки плавления соединения - это один из способов проверить, является ли вещество чистым. Чистое вещество обычно имеет интервал плавления (разница между температурой начала плавления образца и температурой завершения плавления) в один или два градуса. Примеси имеют тенденцию снижать и расширять диапазон плавления, поэтому очищенный образец должен иметь более высокий и меньший диапазон плавления, чем исходный, нечистый образец.

  1. Заполните капиллярную трубку кристаллами высотой около 3 мм.Поместите капиллярную трубку (открытым концом вниз) в кристаллы и постучите им по дну чашки для кристаллизации, чтобы кристаллы попали в трубку. Заставьте кристаллы соскользнуть на дно пробирки одним из следующих способов: постучите по пробирке (открытым концом вверх) о лабораторный стол; опустите капиллярную трубку через кусок стеклянной трубки длиной 2-3 фута; или протрите капиллярную трубку куском проволочной сетки.
  2. Поместите капиллярную трубку в прибор для определения точки плавления MEL-TEMP. Установите MEL-TEMP на достаточно высокий уровень, чтобы быстро определить точку плавления.Наблюдайте за процессом плавления через лупу.
  3. После определения диапазона температур плавления подготовьте еще одну капиллярную трубку (трубки следует использовать только один раз, а затем выбросить) и установите MEL-TEMP на соответствующий уровень мощности на основе диаграммы уровня мощности / температуры. На этот раз убедитесь, что повышение температуры не превышает 2oC в минуту. Снова наблюдайте через линзу.

Рис. 1. Прибор для определения точки плавления Фишера-Джонса.

  1. Поместите крышку объектива в круглое углубление и зачерпните кристаллы на крышку объектива (см. Рисунок 2).
  2. Поместите другую крышку линзы поверх кристаллов и переместите увеличительное стекло над лункой.
  3. Установите температуру с помощью шкалы и включите устройство, щелкнув выключателем.
  4. Наблюдайте за составом через увеличительное стекло и запишите температуру, при которой оно плавится (см. Рисунок 3).

Рисунок 2. Кристаллы на крышке объектива

Рисунок 3. Соединение после плавления

  1. Установите кольцевую стойку с горелкой Бунзена (которая должна быть прикреплена к газовой арматуре с помощью резиновой трубки), кольцо над ней и проволочную сетку на кольце (см. Рисунок 4).
  2. Поместите стакан с минеральным маслом на проволочную сетку.
  3. Поместите образец состава в капиллярную трубку и используйте тонкий кусок резиновой трубки в качестве резиновой ленты, чтобы прикрепить капиллярную трубку к термометру (см. Рисунок 5).
  4. Вставьте термометр в отверстие в пробке и прижмите пробку к кольцевой стойке, как показано.

    • Рис. 4. Настройка процедуры

    • Рис. 5. Термометр с капиллярной трубкой, прикрепленной с помощью резиновой трубки
  5. Используйте горелку Бунзена, чтобы медленно нагреть минеральное масло.
  6. Запишите температуру, при которой твердое вещество в капиллярной трубке плавится.
  1. Когда будет определен удовлетворительный диапазон температур плавления, выберите известное вещество, которое имеет точку плавления в пределах 5 ° C от наблюдаемого значения. Сделайте однородную смесь из равных количеств неизвестных и известных веществ. Измельчите их вместе, используя ступку и пестик или полированную стеклянную палочку для перемешивания, а затем заполните смесью капиллярную трубку.
  2. Определите температуру плавления смеси.Если неизвестный образец идентичен известному образцу, температура плавления останется неизменной. Если два образца различаются, температура плавления будет пониженной.

A. Сублимация
B. Плавление
C. Испарение

.

Что такое точка плавления алюминия?

Джозеф Кипроп, 10 октября 2017 в Знаете ли вы,

Плавка алюминия - обязательная часть процесса переработки.

Алюминий - это металл, который находится во втором ряду 13-й группы периодической таблицы Менделеева. Это третий по распространенности элемент после кислорода и кремния, обнаруженный в земной коре.Алюминий естественным образом встречается в соединениях, но никогда в виде чистого металла. Процесс извлечения алюминия из его соединений сложен и довольно сложен. Алюминий - полезный и распространенный металл, который известен своей легкостью, пластичностью и устойчивостью к коррозии. Алюминий, как правило, легче перерабатывать, чем очищать от руды. Он также достаточно безопасен при контакте с кожей и при использовании с едой.

Какова точка плавления алюминия?

Точка плавления вещества определяется как температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое, но при определенном атмосферном давлении.Именно в точке плавления жидкое и твердое состояния вещества находятся в равновесии. Однако температура плавления вещества в основном зависит от давления; он часто бывает специфическим при стандартном давлении в стандартных материалах. Точка плавления вещества также называется ликвидусом, точкой разжижения или солидусом. Температура плавления алюминия составляет 659 градусов по Цельсию или 1218 по Фаренгейту.

Какова цель определения температуры плавления вещества?

Температура плавления вещества является важным физическим свойством.Основная цель определения точек кипения и плавления веществ во время лабораторного эксперимента - использовать результаты для выявления примесей в этих веществах или неизвестных веществ. Точка плавления неизвестного твердого вещества может быть использована для его идентификации путем сравнения с множеством других потенциальных твердых веществ и их точек плавления, что позволяет идентифицировать твердое тело. Кроме того, цель определения температуры плавления вещества - использовать диапазон его точек плавления, чтобы определить его общую чистоту.В этом отношении, чем больше диапазон плавления вещества, тем менее чистое вещество, а чем больше уменьшается диапазон температуры плавления, тем чище вещество.

Факторы, влияющие на температуру плавления веществ

Температура плавления вещества варьируется от одного вещества к другому. Например, кислород тает при 218 градусах Цельсия, лед тает при 0 градусах Цельсия, а алюминий - при 219 градусах Цельсия.Следовательно, определенные вещи влияют на температуру плавления различных веществ. Факторы, влияющие на точку плавления веществ, включают межмолекулярные силы, вариации температуры плавления ионных связей, форму молекул и размер молекул. Чистое кристаллическое соединение обычно имеет более точную температуру плавления, поэтому полностью плавится в небольшом диапазоне температур, не превышающем 0,5–1 градус Цельсия. Если такое вещество содержит хотя бы малейшее количество примесей, обычно возникает депрессия в точках замерзания, показывающая увеличение ширины диапазона точек плавления.Если диапазон температур плавления превышает пять градусов, это означает, что вещество нечисто.

Использование алюминия

Алюминий - один из самых полезных металлов в мире. В чистом виде алюминий в основном используется в электронной промышленности для изготовления жестких дисков, проводников на кремниевых микросхемах и фольги конденсаторов. Когда металл сплавлен с другими металлами, такими как кремний, цинк, медь и магний, он становится еще прочнее.Другое важное применение алюминия - производство банок для напитков и фольги, используемой для защиты продуктов питания и различных кухонных принадлежностей.

.

Великий паводок мелассы - предсказание температуры плавления металлов | by Flawnson Tong

Потому что у нас недостаточно машинного обучения

Этот проект был личным испытанием, поставленным мне во время моего визита в Гамильтон Онтарио для Deltahacks, где Arcelormittal , крупнейшие производители стали в мире, спонсировало мероприятие . Поскольку их штаб-квартира Dofasco находилась чуть дальше по улице, я спросил их, что они делают по-другому. Основные моменты их конвейера включают с использованием A.Я занимаюсь инвентаризацией, транспортом и менеджментом организации , но ни одна из них не оказала влияния на исследования и разработки.

Поскольку я был очарован идеей научного прогресса, управляемого данными, я предложил несколько способов, которыми компания могла бы использовать AI для улучшения исследований и разработок , одной из самых дорогих и трудоемких частей любой крупной корпорации, такой как Arcelormittal. Вот несколько идей высокого уровня:

  • Виртуальный скрининг с высокой пропускной способностью
  • Автоматизированные лабораторные эксперименты
  • Обнаружение и оптимизация молекул (обратные модели)
  • Прогнозирование свойств молекул (прямые модели)

Последнее было особенно интересным, и Меня спросили , можно ли предсказать температуру плавления данного металла, особенно если металл никогда раньше не синтезировался. Я ответил одним из основных принципов контролируемого обучения, сформулированным таким образом, что даже великий Архимед одобрил бы:

Дайте мне достаточно большой набор данных и правильную модель машинного обучения, и я буду предсказывать все (в пределах определенная степень точности)

Это серьезное и иногда опасное упрощение, я сказал, что посмотрю, что я могу сделать.

Это предложение стало Project Molten.

Project Molten - это нейронная сеть, построенная для предсказания точки плавления (в градусах Цельсия) данной молекулы.Обученная на наборе данных из более чем 28 000 меченых молекул, модель оказалась жизнеспособной для использования в реальных приложениях, в частности, в металлургии, металлографии и материаловедении.

Существует невероятное множество сплавов, и еще многое предстоит открыть (любезно предоставлено Unsplash)

Важно отметить, что молекулы, используемые в Project Molten, не полностью сделаны из металлов; в наборе данных есть множество молекул.

Такая модель может быть полезна при прогнозировании катастрофы из-за разрушения термического материала, например, большого наводнения патоки.

Модель получает строку SMILES в качестве входных данных и выводит прогнозируемую температуру точки плавления. Строки SMILES однозначно отображаются в целое число с помощью словаря и дополняются нулями, чтобы гарантировать, что все они имеют одинаковую длину. Длина заполнения была определена путем добавления 1 дополнительного 0 к самой длинной строке SMILES в наборе данных. В этом случае длина всех строк после заполнения составляет 282 символа.

Самое меньшее, что вы можете сделать, чтобы помочь своему бедному ПК.

Нормализация набора данных - важный шаг в этом проекте, просто потому, что он снижает вычислительную нагрузку, необходимую для обучения алгоритма, экономя время и упрощая процесс.Существует два популярных способа нормализации: либо погружения заданного входа на общее количество уникальных входов, либо нормализации между 0 и 1 с использованием x-min (x)) / (max (x) -min (x) ) .

Ваш базовый код нормализации (лучшие методы - вызовы для создания функции)

После нормализации как строк SMILES, так и температур, наборы данных были разделены на 90% для использования в обучении и 10% для тестирования. Также можно было выделить проверочный набор , , но для того, чтобы иметь как можно больше обучающих данных, его оставили как есть.Небольшая часть кода была выделена для , чтобы утверждать , что наборы данных имеют одинаковый размер и готовы к приему в сеть.

Модель нейронной сети создается с помощью библиотеки PyTorch ML, которая делает определение сетевых параметров Pythonic простым и понятным. Ошибка среднего квадрата ( MSE ) с оптимизатором Adam . Скорость обучения ( lr ) установлена ​​на 0,001, но ее можно свободно настраивать и экспериментировать. Обученные более 100 эпох, потери запрограммированы на печать каждые 10 эпох вместе с текущими текущими потерями.

Обратите внимание на форму сети; 282 входных нейрона используются для соответствия размеру заполненных и целочисленных строк SMILES. Начиная со второго скрытого слоя количество нейронов на слой уменьшается примерно вдвое. Выходной слой - 1; чтобы вычислить форму нашего вывода, которая, если все сработает, представляет собой единственное предсказанное число , которое будет расчетной температурой точки плавления в градусах Цельсия, включая отрицательные значения.

.

Смотрите также