Плавления железа: Таблица температуры плавления (tпл) металлов и сплавов при нормальном атмосферном давлении

Температура плавления и основные свойства железа, классификация металлов

Металлы плавятся, как правило, при очень высокой температуре, которая может достигать более 3 тыс. градусов. Хотя некоторые из них можно расплавить в домашних условиях, например, свинец или олово. А вот ртуть плавят при температуре минус 39 градусов. В домашних условиях этого добиться не удастся. Температура плавления — это один из важных показателей производства не только самого металла, но и его сплавов. Выплавляя сырье, специалисты учитывают и другие физические и химические свойства руды и металла.

• Железо и его свойства
• Добыча полезных ископаемых
• Плавление железа и необходимая температура
• Классификация металлов по температуре плавления

Железо и его свойства

Железо — это химический элемент, который в таблице Менделеева находится под номером 26. Это один из самых распространенных элементов во всей Солнечной системе. Согласно материалам исследований, в составе ядра Земли находится примерно 79−85% этого вещества.

В земной коре его тоже присутствует большое количество, но оно уступает алюминию.

В чистом виде металл имеет белый цвет с чуть серебристым оттенком. Он пластичен, но имеющиеся в нем примеси могут определять его физические свойства. Реагирует на магнит.

Железо присутствует в воде. В речных водах его концентрация равна примерно 2 мг/л металла. В морской воде его содержание может быть ниже в сто или даже тысячу раз.

Оксид железа — это основная форма, добыча которой осуществляется и которая находится в природе. Оксидное железо может располагаться в самой верхней части земной коры и быть составляющей осадочных образований.

Элемент, находящийся на двадцать шестом месте в таблице Менделеева, может иметь несколько степеней окисления. Именно они определяют его геохимическую особенность нахождения в определенной среде. В ядре Земли металл присутствует в нейтральной форме.

Добыча полезных ископаемых

Руд, в которых присутствует железо, существует несколько. Однако, в качестве сырья для производства железа в промышленности используют в основном следующие:

• магнезитовую руду;
• гетитовую руду;
• гематитовую руду.

А также часто встречаются такие разновидности руды:

• леллингит;
• сидерит;
• марказит;
• ильменит;
• ярозит.

Существует еще минерал под названием

мелантерит. Его используют преимущественно в фармацевтической промышленности. Из себя он представляет зелёного цвета хрупкие кристаллы, в которых присутствует стеклянный блеск. Из него производят лекарственные препараты, в составе которых имеется ферум.

Основным месторождением этого металла является Южная Америка, а именно Бразилия.

Плавление железа и необходимая температура

Точкой плавления металла называют такую минимальную температуру, при которой он переходит из твердого состояния в жидкое. При этом в объеме он практически остается неизменным.

Металл могут производить из руды различными способами, но самый основной из них — это доменный. Помимо доменного, используют еще выплавку железа при помощи обжига измельченной руды с примесью глины. Из полученной смеси формируют окатыши, которые обрабатываются в печи с последующим восстановлением водородом. Далее плавление железа осуществляется в электрической печи.

Температура плавления железа весьма высока. Для технически чистого элемента она составляет +1539 °C. В этом веществе присутствует примесь — Сера, которую можно извлечь лишь в жидком виде. Без примесей чистый материал получают при электролизе солей металла.

Классификация металлов по температуре плавления

Разные металлы могут переходить в жидкое состояние при разной температуре. Вследствие этого выделяют определённую классификацию. Их делят следующим образом:

1. Легкоплавкие — те элементы, которые могут становиться жидкими уже при температуре ниже 600 градусов. К ним относят цинк, олово, свинец и пр. Их можно расплавить даже в домашних условиях — просто нужно разогреть при помощи плиты или паяльника. Такие виды нашли применение в технике и электронике. Они используются для соединения элементов из металла и движения электрического тока. Олово плавится при 232 градусах, а цинк — при 419 градусах.
2. Среднеплавкие — элементы, которые начинают расплавляться при температуре от шестисот до тысячи шестисот градусов. Эти элементы используют по большей части для строительных элементов и металлоконструкций, то есть при создании арматур, плит и строительных блоков. В эту группу входят: железо, медь, алюминий. Температура плавления алюминия сравнительно низка и составляет 660 градусов. А вот железо начинает переходить в жидкое состояние лишь при температуре 1539 градусов. Это один из самых распространенных металлов, используемых в промышленности, особенно в автомобильной. Однако железо подвержено коррозии, то есть ржавчине, поэтому ему требуется специальная поверхностная обработка. Его необходимо покрывать краской или олифой, и не допускать попадание влаги.
3. Тугоплавкие — это такие материалы, которые расплавляются и становятся жидкими при температуре выше 1600 градусов. В эту группу относят вольфрам, титан, платину, хром и т. п. Они используются в ядерной промышленности и для некоторых машинных деталей. Они могут применяться для расплавки других металлов, изготовления высоковольтных проводов или проволоки. Платину можно расплавить при 1769 градусах, а вольфрам — при 3420 °C.

Единственный элемент, который при обычных условиях находится в жидком состоянии — это ртуть. Температура его плавления составляет минус 39 градусов и его пары являются ядовитыми, поэтому его используют только в лабораториях и закрытых ёмкостях.

таблица по возрастанию в градусах, самая высокая температура плавления

Plazmen.ru » Сварка

Автор Валерий Шилков На чтение 6 мин Просмотров 20.2к.

Металлы и сплавы — это незаменимая основа для литейного и ювелирного производства, ковки и многих других сфер. Что бы ни делал человек из металла (какой бы это ни был процесс), для правильной работы ему нужно знать, при какой температуре плавится тот или иной металл. Мы подробно рассмотрим процесс плавления, его отличие от кипения, а также сравним температуры в таблицах.

Содержание

Таблица температур плавления

Узнать какая нужна температура для плавления металлов, поможет таблица по возрастанию температурных показателей.

Элемент или соединение	Необходимый температурный режим
Литий	+18°С
Калий	+63,6°С
Индий	+156,6°С
Олово	+232°С
Таллий	+304°С
Кадмий	+321°С
Свинец	+327°С
Цинк	+420°С

Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов.

Элемент либо сплав	Температурный режим
Магний	+650°С
Алюминий	+660°С
Барий	+727°С
Серебро	+960°С
Золото	+1063°С
Марганец	+1246°С
Медь	+1083°С
Никель	+1455°С
Кобальт	+1495°С
Железо	+1539°С
Дюрали	+650°С
Латуни	+950…1050°С
Чугун	+1100…1300°С
Углеродистые стали	+1300…1500°С
Нихром	+1400°С

Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов.

Наименование элемента	Температурный режим
Титан	+1680°С
Платина	+1769,3°С
Хром	+1907°С
Цирконий	+1855°С
Ванадий	+1910°С
Иридий	+2447°С
Молибден	+2623°С
Тантал	+3017°С
Вольфрам	+3420°С

Что такое температура плавления

Каждый металл имеет неповторимые свойства, и в этот список входит температура плавления. При плавке металл уходит из одного состояния в другое, а именно из твёрдого превращается в жидкое. Чтобы сплавить металл, нужно приблизить к нему тепло и нагреть до необходимой температуры – этот процесс и называется температурой плавления. В момент, когда температура доходит до нужной отметки, он ещё может пребывать в твёрдом состоянии. Если продолжать воздействие – металл или сплав начнет плавиться.

Плавление и кипение – это не одно и то же. Точкой перехода вещества из твердого состояния в жидкое, зачастую называют температуру плавления металла. В расплавленном состоянии у молекул нет определенного расположения, но притяжение сдерживает их рядом, в жидком виде кристаллическое тело оставляет объем, но форма теряется.

При кипении объем теряется, молекулы между собой очень слабо взаимодействуют, движутся хаотично в разных направлениях, совершают отрыв от поверхности. Температура кипения – это процесс, при котором давление металлического пара приравнивается к давлению внешней среды.

Для того, чтобы упростить разницу между критическими точками нагрева мы подготовили для вас простую таблицу:

Свойство	Температура плавки	Температура кипения
Физическое состояние	Сплав переходит в расплав, разрушается кристаллическая структура, проходит зернистость	Переходит в состояние газа, некоторые молекулы могут улетать за пределы расплава
Фазовый переход	Равновесие между твердым состоянием и жидким	Равновесие давления между парами металла и воздухом
Влияние внешнего давления	Нет изменений	Изменения есть, температура уменьшается при разряжении

При какой температуре плавится

Металлические элементы, какими бы они ни были — плавятся почти один в один. Этот процесс происходит при нагреве. Оно может быть, как внешнее, так и внутреннее. Первое проходит в печи, а для второго используют резистивный нагрев, пропуская электричество либо индукционный нагрев. Воздействие выходит практически схожее. При нагреве, увеличивается амплитуда колебаний молекул. Образуются структурные дефекты решётки, которые сопровождаются обрывом межатомных связей. Под процессом разрушения решётки и скоплением подобных дефектов и подразумевается плавление.

У разных веществ разные температуры плавления. Теоретически, металлы делят на:

1. Легкоплавкие – достаточно температуры до 600 градусов Цельсия, для получения жидкого вещества.
2. Среднеплавкие – необходима температура от 600 до 1600 ⁰С.
3. Тугоплавкие – это металлы, для плавления которых требуется температура выше 1600 ⁰С.

Плавление железа

Температура плавления железа достаточно высока. Для технически чистого элемента требуется температура +1539 °C. В этом веществе имеется примесь — сера, а извлечь ее допустимо лишь в жидком виде.

Без примесей чистый материал можно получить при электролизе солей металла.

Плавление чугуна

Чугун – это лучший металл для плавки. Высокий показатель жидкотекучести и низкий показатель усадки дают возможность эффективнее пользоваться им при литье. Далее рассмотрим показатели температуры кипения чугуна в градусах Цельсия:

• Серый — температурный режим может достигать отметки 1260 градусов. При заливке в формы температура может подниматься до 1400.
• Белый — температура достигает отметки 1350 градусов. В формы заливается при показателе 1450.

Важно! Показатели плавления такого металла, как чугун – на 400 градусов ниже, по сравнению со сталью. Это значительно снижает затраты энергии при обработке.

Плавление стали

Плавления стали при температуре 1400 °C

Сталь — это сплав железа с примесью углерода. Её главная польза — прочность, поскольку это вещество способно на протяжении длительного времени сохранять свой объем и форму. Связано это с тем, что частицы находятся в положении равновесия. Таким образом силы притяжения и отталкивания между частицами равны.

Справка! Сталь плавится при 1400 °C.

Плавление алюминия и меди

Температура плавления алюминия равна 660 градусам, это означает то, что расплавить его можно в домашних условиях.

Чистой меди – 1083 градусов, а для медных сплавов составляет от 930 до 1140 градусов.

От чего зависит температура плавления

Для разных веществ температура, при которой полностью перестраивается структура до жидкого состояния – разная. Если взять во внимание металлы и сплавы, то стоит подметить такие моменты:

1. В чистом виде не часто можно встретить металлы. Температура напрямую зависит от его состава. В качестве примера укажем олово, к которому могут добавлять другие вещества (например, серебро). Примеси позволяют делать материал более либо менее устойчивым к нагреву.
2. Бывают сплавы, которые благодаря своему химическому составу могут переходить в жидкое состояние при температуре свыше ста пятидесяти градусов. Также бывают сплавы, которые могут «держаться» при нагреве до трех тысяч градусов и выше. С учетом того, что при изменении кристаллической решетки меняются физические и механические качества, а условия эксплуатации могут определяться температурой нагрева. Стоит отметить, что точка плавления металла — важное свойство вещества. Пример этому – авиационное оборудование.

Термообработка, в большинстве случаев, почти не изменяет устойчивость к нагреву. Единственно верным способом увеличения устойчивости к нагреванию можно назвать внесение изменений в химический состав, для этого и проводят легирование стали.

У какого металла самая высокая температура плавления

Вольфрам – самый тугоплавкий металл, 3422 °C (6170 °F).

Твердый, тугоплавкий, достаточно тяжелый материал светло-серого цвета, который имеет металлический блеск. Механической обработке поддается с трудом. При комнатной температуре достаточно хрупок и ломается. Ломкость металла связана с загрязнением примесями углерода и кислорода.

Примечание! Технически, чистый металл при температуре выше 400 °C становится очень пластичным. Демонстрирует химическую инертность, неохотно вступает в реакции с другими элементами. В природе встречается в виде таких сложных минералов, как: гюбнерит, шеелит, ферберит и вольфрамит.

Вольфрам можно получить из руды, благодаря сложным химическим переработкам, в качестве порошка. Используя прессование и спекание, из него создают детали обычной формы и бруски.

Вольфрам — крайне стойкий элемент к любым температурным воздействиям. По этой причине размягчить вольфрам не могли более сотни лет. Не существовало такой печи, которая смогла бы нагреться до нескольких тысяч градусов по Цельсию. Ученым удалось доказать, что это самый тугоплавкий металл. Хотя бытует мнение, что сиборгий, по некоторым теоретическим данным, имеет большую тугоплавкость, но это лишь предположение, поскольку он является радиоактивным элементом и у него небольшой срок существования.

Оцените автора

Почему плавление железа — такой странный процесс

При нагревании железа расположение его атомов меняется несколько раз, прежде чем оно расплавится. Это странное поведение является одной из причин, почему сталь, в которой железо играет большую роль, такая прочная. Это также объясняет, почему мы используем сталь для всего, от чайников до небоскребов.

Новое исследование предлагает доказательства того, как магнетизм железа играет роль в этом любопытном свойстве — понимание, которое может помочь исследователям разработать более качественную и прочную сталь.

«Люди работали с обычным старым железом тысячи лет, но это статья о его термодинамике, которую никто никогда по-настоящему не понимал», — говорит Брент Фульц, профессор материаловедения и прикладной физики Калифорнийского технологического института.

Чугунное литье. (Фото: iStockphoto)

Законы термодинамики управляют естественным поведением материалов, например, температурой кипения воды и временем химических реакций. Эти же принципы определяют и то, как устроены атомы в твердых телах, а в случае с железом природа несколько раз меняет свое мнение при высоких температурах.

При комнатной температуре атомы железа находятся в необычной рыхлой упаковке; когда железо нагревается выше 912 градусов по Цельсию, атомы становятся более плотно упакованными, прежде чем снова разорваться при 1394 градусах по Цельсию и, в конечном итоге, плавиться при 1538 градусах по Цельсию.

Железо является магнитным при комнатной температуре, и предыдущая работа предсказала, что магнетизм железа благоприятствует его открытой структуре при низких температурах, но при 770 градусах Цельсия железо теряет свой магнетизм.

Однако железо сохраняет свою открытую структуру более чем на сто градусов после этого магнитного перехода. Это навело исследователей на мысль, что должно быть что-то еще, способствующее необычным термодинамическим свойствам железа.

Для этого недостающего звена аспирантке Лизе Могер и ее коллегам пришлось приложить больше усилий. Твердые тела накапливают тепло в виде небольших колебаний атомов — колебаний, создающих беспорядок или энтропию. При высоких температурах энтропия доминирует в термодинамике, а колебания атомов являются крупнейшим источником энтропии в железе. Изучая, как эти вибрации изменяются по мере повышения температуры и потери магнетизма, исследователи надеялись узнать больше о том, что движет этими структурными перестройками.

Магноны и фононы

Для этого группа доставила образцы железа на линию луча Группы совместного доступа высокого давления к Усовершенствованному источнику фотонов в Аргоннской национальной лаборатории в Аргонне, штат Иллинойс. Эта синхротронная установка производит интенсивные рентгеновские вспышки, которые можно настроить для обнаружения квантовых частиц атомных колебаний, называемых фононными возбуждениями, в железе.

Сопоставив эти вибрационные измерения с ранее известными данными о магнитном поведении железа при этих температурах, исследователи обнаружили, что колебательная энтропия железа намного больше, чем первоначально предполагалось.

На самом деле превышение было похоже на энтропийный вклад магнетизма, что свидетельствует о синергетическом взаимодействии магнетизма и атомных колебаний при умеренных температурах. Эта избыточная энтропия увеличивает стабильность открытой структуры железа, даже когда образец нагревается после магнитного перехода.

Этот метод позволил исследователям экспериментально и впервые заключить, что магноны — квантовые частицы электронного спина (магнетизм) — и фононы взаимодействуют, повышая стабильность железа при высоких температурах.

Лучший «рецепт»

Поскольку измерения группы Калифорнийского технологического института совпали с теоретическими расчетами, которые одновременно проводились в лаборатории Йорга Нойгебауэра в Институте Макса Планка для Eisenforschung GmbH (MPIE), результаты Могера также способствовали валидация новой вычислительной модели.

[связанный]

«Уже давно предполагалось, что структурная стабильность железа тесно связана с внутренней связью между магнетизмом и движением атомов», — говорит Фриц Кёрманн, научный сотрудник MPIE и первый автор вычислительной статьи.

«Обнаружение этой связи и того, что данные наших коллег-экспериментаторов и результаты наших собственных вычислений находятся в таком прекрасном согласии, было действительно захватывающим моментом», — говорит Нойгебауэр. «Недавно полученное представление о том, как термодинамическая стабильность реализуется в железе, поможет сделать разработку новых сталей более систематической».

На протяжении тысячелетий металлурги работали над созданием более прочной стали почти так же, как вы пытаетесь разработать рецепт лучшего в мире печенья: угадайте и проверьте. Сталь начинается с основы из стандартных ингредиентов — железа и углерода — так же, как обычное тесто для печенья начинается с муки и масла. И точно так же, как вы настраиваете рецепт печенья, меняя количество других ингредиентов, таких как специи и орехи, свойства стали можно изменять, добавляя различные количества других элементов, таких как хром и никель.

Благодаря улучшенной вычислительной модели термодинамики железа при различных температурах, учитывающей влияние как магнетизма, так и атомных колебаний, металлурги теперь смогут более точно предсказывать термодинамические свойства сплавов железа при изменении их рецептуры. .

Экспериментальная работа появляется в журнале Physical Review B . Вычислительная статья, написанная в соавторстве с Фульцем и Могером и возглавляемая исследователями из Института Макса Планка, появилась в Письма о физическом обзоре . Министерство энергетики США поддержало работу Фульца и Могера.

Источник: Калифорнийский технологический институт

Как плавить железо: 6 шагов к выплавке железа | Горнило

перейти к содержанию

Основы плавки железа в тигле

Кристин Арцт

Плавка — это процесс извлечения неблагородных металлов из руды путем ее нагревания для проведения химических реакций, необходимых для удаления других присутствующих элементов. В этой статье будет рассказано, как The Crucible производила собственное железо путем плавки железной руды. Во-первых, давайте начнем с понимания основ.

Что такое железная руда?

Железные руды — это горные породы и минералы, богатые оксидом железа, которые при плавке могут давать металлическое железо. Из-за природы оксида железа, присутствующего в железной руде, они могут иметь цвет от темно-серого до темно-красного. Железо в таких рудах обычно находится в виде магнетита, гематита, гетита, лимонита и сидерита.

Какие инструменты и материалы необходимы для выплавки чугуна?

Плавка чугуна всегда должна выполняться в безопасных условиях под присмотром профессионалов. Вот основные инструменты и материалы, необходимые для выплавки железа:

1. Железная руда
2. Печь
3. Древесный уголь (в качестве восстановителя)
4. Молоток
5. Наковальня
6. Совки и ковши
7. Щипцы для цветения
8. Кочерги
9. Кожаные перчатки сварщика
10. Ведро для воды
11. Сильфон

Как The Crucible выплавлял железо за 6 шагов:

В следующем примере показаны основные этапы выплавки железа с нуля. Мы начали с того, что сами собрали руду и построили печь, чтобы продемонстрировать, насколько простым является процесс выплавки железа.

Вот как кузнецы выплавляли железо на протяжении сотен лет:

1. Собрать железную руду

Железную руду можно купить или собрать, но для наглядности мы собрали руду сами. Лучшее время для сбора железной руды — зима, потому что океан более активен. Активные волны отделяют черный магнитный песок от более светлого кварцевого песка. Этот магнитный песок представляет собой железную руду, называемую магнетитом, который в сочетании с углеродом создает железо. Как вы можете себе представить, железная руда тяжелая, поэтому собирать ее на месте и в группе легче.

2. Построить печь

Печь, также называемая плавильной печью, используется для нагрева железной руды вместе с химическим восстановителем (древесным углем). Традиционный завод не производит достаточно тепла, чтобы полностью расплавить руду. Вместо этого руда плавится в губчатую массу, которую нужно будет дополнительно очистить путем ковки на шаге 6.

Наш кузнечный отдел построил собственную горнильную печь, используя 350 фунтов глины, украсив ее океанским вдохновением, чтобы отразить источник железная руда. «Большинство людей, которые строят плавильные печи, добавляют в них немного волшебства, делая скульптуры. Традиционно считается, что украшения приносят удачу или духовную составляющую плавке железа», — сказал нам Джефф. Селеста, которая также занимается керамикой, объяснила, что они использовали метод, похожий на создание котла для змеевиков, чтобы построить печь, сначала формируя большие змеевики, а затем сдвигая и надрезая каждый виток, чтобы собрать все это вместе.

3. Подготовка восстановителя

Для извлечения железа из железной руды наряду с теплом необходим восстановитель. Древесный уголь оказался отличным и дешевым восстановителем, поэтому мы использовали его для этой демонстрации.

Прежде чем использовать древесный уголь, его необходимо разбить на более мелкие, более удобные части. В конечном итоге это одна из самых трудоемких работ в процессе плавки.

«Сама корюшка привлекает людей, даже если они застряли на работе по разбиванию нескольких сотен фунтов древесного угля и становятся грязными в конце дня», — сказал нам Джефф Прингл. Наша команда использовала мескитовый и дубовый уголь, наиболее распространенный тип древесного угля в Соединенных Штатах.

Разбитый на мелкие кусочки древесный уголь и железная руда (песок) смешиваются в соотношении 1:1.

4. Загрузить печь

Перед добавлением смеси железной руды и древесного угля печь необходимо загрузить. Загрузить печь просто означает нагреть ее до температуры, достаточно высокой для начала плавки.

Когда печь нагрелась, кузнецы Горнила добавили смесь песка и древесного угля. Бен Локвуд-Джонстон, один из наших первокурсников молодежного отдела Fuego в кузнечном отделе, помогал заправлять печь. «Меня всегда интересовало использование огня, — объяснял пятнадцатилетний Бен о своем интересе к кузнечному делу. «Горнило помогло мне отточить свои навыки и применить их для создания более сложных вещей».

5. Нагрев железной руды и древесного угля

Внутри печи углерод от неполного сгорания древесного угля восстанавливает оксиды железа до металлического железа. Температуру и соотношение древесного угля необходимо тщательно контролировать, чтобы железо не поглощало слишком много углерода. В нижней части печи древесный уголь, который в основном состоит из углерода, высасывает кислород из воздуха, создавая горячую печь. Основание печи становится богатым на топливо, и углерод, жаждущий кислорода, начинает тянуть кислород из железной руды. Частицы железа падают на дно печи и соединяются с расплавленным шлаком, также называемым «блюмом».

После извлечения цветка его откладывают для дальнейшей обработки с целью удаления примесей.

6. Последние штрихи

Кузнецы тигля Адриан и Крис разогрели блюм в горне и отбили его молотком, чтобы выбить расплавленный шлак и очистить железо. У нашей команды осталось двадцать пять фунтов низкоуглеродистого железа. Низкое содержание углерода облегчает работу с железом и делает его прекрасным материалом для совместной скульптуры сообщества!

Продолжайте читать…

Заниматься искусством с друзьями и семьей — это гарантированно прекрасное времяпрепровождение! На наших трехчасовых дегустационных занятиях, которые пройдут 8 и 9 октября, вы и ваши близкие сможете опробовать техники в восьми. ..

Читать далее →

Наши последние занятия 2022 года вот-вот начнутся! С более чем 100 классами октября-декабря в списке есть что-то для каждого возраста и уровня опыта….

Читать далее →

Совет директоров Крусибла — талантливая и преданная группа, которая помогает направлять нашу миссию. За последние несколько лет, пока мы боролись с пандемией, наш Совет директоров…

Читать далее →

Каждое лето наша студия оживает, когда молодые туристы возвращаются на недельные занятия промышленным искусством. Этим летом у студентов будет возможность отливать металл,…

Подробнее →

Ранее в этом году мы возобновили работу нашего отдела выдувания стекла, уделяя больше внимания сообществу. Идея заключалась в том, чтобы расширить наши предложения, включив в них бесплатное или субсидируемое программирование…

Подробнее →

За последние четыре месяца группа основателей The Crucible Open For Business — Эми Аламан, Брэндин Уилридж, Кори Пиллоуз и Комойя Джонсон — приобретают новые навыки в.