Урок 3 79СМ Форма урока: офлайн лекция
План:
Ознакомиться с материалом лекции по теме, сделать конспект в лекционной тетради.
Выполненное задание подписать на каждом рукописном листе и направить в vk: https://vk.com/id561933027
Физические свойства металлов и сплавов
Температура плавления металла во многом предопределяет используемые при плавке вид топлива или энергии и способ нагрева металла. В табл.2 приведены температуры плавления наиболее широко применяемых металлов.
Таблица 2 Физические свойства чёрных и цветных металлов
| Металл | Атомная масса | Температура плавления, °С | Температура кипения, °С | Плотность при 20°С кг/м3 | Р пара при tплавл, Па | Удельная теплоёмкость, 103 Дж/кг·К |
| Олово | 118,69 | 10-21 | 0,25 | |||
| Свинец | 207,19 | 10-6 | 0,15 | |||
| Цинк | 65,38 | 13,3 | 0,48 | |||
| Магний | 24,3 | 1,36 | ||||
| Алюминий | 26,98 | 10-6 | 1,08 | |||
| Золото | 196,97 | 1064,5 | 0,84 | 0,13 | ||
| Медь | 63,55 | 0,13 | 0,50 | |||
| Марганец | 54,94 | 0,80 | ||||
| Кремний | 28,09 | 0,13 | 1,05 | |||
| Никель | 58,71 | 1,3 | 0,62 | |||
| Железо | 55,86 | 1,3 | 0.80 | |||
| Титан | 47,9 | 1,3 | 0,7 | |||
| Хром | 52,00 | 103 | 0,76 | |||
| Молибден | 95,94 | 1,3 | 0,57 | |||
| Вольфрам | 183,85 | 1,3 | 0,13 |
Температура плавления сплавов может быть определена по соответствующей диаграмме состояния двойных и тройных сплавов. В случае многокомпонентных сплавов с большим содержанием добавок необходимо прибегать к практическим замерам.
При приготовлении сплавов желательно, чтобы температура плавления вводимых добавок была близка к температуре расплава. При введении тугоплавких добавок плавка затягивается, увеличиваются потери металла в результате его окисления. Слишком низкая температура плавления добавок вызывает затруднения при плавке, т.к. такие добавки могут затеряться в шлаке. Поэтому стремятся подобрать такие добавки, чтобы разница температур их плавления и расплава была наименьшей. Это достигается применением лигатур.
Плотность металлов и сплавов определяет массу будущих изделий. Знание плотностей и всех добавок, которые предстоит ввести в сплав, позволяет предвидеть их поведение и рационально проводить плавку. Если добавки обладают значительно меньшей плотностью, чем расплав, они будут плавать на поверхности, окисляться и ошлаковываться. Если же они значительно тяжелее расплава, то будут погружаться на дно плавильной ванны, и не всегда удаётся надёжно проверить, насколько полно они растворились.
Плотность металлов и сплавов в твёрдом состоянии с повышением температуры снижается вследствие теплового расширения. При переходе в жидкое состояние у большей части металлов наблюдается уменьшение плотности.
Изменение плотности металлов и сплавов с изменением температуры имеет очень большое значение при получении литых заготовок. Увеличение плотности при охлаждении расплава и его кристаллизации выражается в уменьшении объёма и приводит к объёмной усадке, которая приводит к образованию в отливке пустот – усадочных раковин и пористости. Рост плотности сплава в твёрдом состоянии при охлаждении приводит к сокращению линейных размеров отливки, т.е. к линейной усадке. Правильно подобранная технология получения отливки должна обеспечивать отсутствие в ней пустот и заданные линейные размеры.
Жидкие металлы и сплавы характеризуются определённой динамической вязкостью. Более тугоплавкие металлы обладают большей вязкостью. Динамическая вязкость олова, алюминия, магния практически такая же, как вязкость воды при 20°С. Перегрев жидких металлов всегда сопровождается снижением вязкости. Заметное увеличение вязкости при перемешивании или при переливах расплава связано обычно либо с началом кристаллизации, либо с сильным загрязнением расплава мелкими инородными частицами оксидов, шлака и пр.
Диффузия в металлических расплавах определяется коэффициентом диффузии и значительно возрастает с увеличением температуры. Наибольший коэффициент диффузии у водорода.
Для обеспечения равномерного распределения вводимых в расплав добавок необходимо принудительное перемешивание.
Давление пара металла при температуре плавления является важным свойством для оценки поведения металла. Некоторые металлы обладают очень большими значениями давления пара при температуре плавления, например, цинк, магний. Их плавка характеризуется значительными потерями вследствие испарения, которое становится особенно интенсивным при плавке в вакууме. Давление пара сплава определяется суммой парциальных давлений входящих в его состав компонентов.
Введение в расплав летучих добавок приводит не только к потерям из-за испарения, но может сопровождаться выбросами расплава. Поэтому обычно летучие добавки стремятся вводить в виде лигатур.
Электрическое сопротивление жидких металлов в 5 – 15 раз больше, чем твёрдых. У жидких расплавов оно зависит от состава. Для оценочных расчётов электрическое сопротивление жидкого расплава принимается по основному. Величина электрического сопротивления расплава предопределяет работу индукционных электрических плавильных печей, где тепловая энергия выделяется в самом расплаве от индуцируемых токов.
Теплота плавления и теплоёмкость жидкого и твёрдого металла определяют количество энергии, которое необходимо для получения расплава и его нагрева до заданной температуры. Эти характеристики необходимы для тепловых расчётов плавильного оборудования.
Теплопроводность жидких металлов примерно в два раза меньше теплопроводности твёрдых металлов вблизи температуры плавления. Так как в жидкости возможна тепловая конвекция, то физическая теплопроводность играет второстепенную роль. Расчёты показывают, что теплопередача за счёт конвекции в расплавах происходит в 15 – 20 раз интенсивнее, чем за счёт физической теплопроводности.
В связи с тем, что строение расплавов изменяется с температурой, можно влиять на состояние расплава путём его перегрева и воздействовать тем самым на структуру и свойства твёрдого сплава.