Металл плавится в кипятке

Обновлено: 27.04.2024

При термическом воздействии на детали в процессе сварки важно учитывать температуру плавления металлов. От этого показателя зависят токовые параметры. Необходимо создать электрической дугу или пламя в газовой горелке такой тепловой мощности, чтобы разрушить молекулярные связи. Параметр, при котором сталь или цветной сплав плавится, учитывают при выборе конструкционных материалов для узлов, испытывающих силу трения или металлоконструкций, испытывающих термическое воздействие.

Процесс плавления

При термовоздействии на деталь изменение внутренней структуры происходит за счет накопления энергии молекулами. Скорость их движения возрастает. В критической точке нагрева начинается разрушение кристаллической структуры, межмолекулярные связи уже не могут удержать молекулы в узлах решетки. Взамен колебательным движениям в пределах узла происходит хаотическое движение, образуется ванна расплава в месте нагрева. Точку начала расплавления вещества в лабораторных условиях определяют до сотых долей градуса, причем этот показатель не зависит от внешнего давления на заготовку. В вакууме и под давлением металлические заготовки начинают плавиться при одной и той же температуре, это объясняется процессом накопления внутренней энергии, необходимой для разрушения межмолекулярных связей.

Классификация металлов по температуре плавления

В физике переход твердого тела в жидкое состояние характерен только для веществ кристаллической структуры. Температуру плавления металлов чаще обозначают диапазоном значений, для сплавов точно определить нагрев до пограничного фазового состояния сложно. Для чистых элементов каждый градус имеет значение, особенно, если это легкоплавкие элементы,

значения не имеет. Сводная таблица показателей t обычно делится на 3 группы. Помимо легкоплавких элементов, которые максимально нагревают до +600°С, указывают тугоплавкие, выдерживающие нагрев свыше +1600°С, и среднеплавкие. В этой группе сплавы, образующие ванну расплава при температуре от +600 до 1600°С.

Разница между температурой плавления и кипения

Точкой фазового перехода вещества из твердого кристаллического состояния в жидкое нередко называют температуру плавления металла. В расплаве молекулы не имеют определенного расположения, но притяжение удерживает их вместе, в жидком состоянии кристаллическое тело сохраняет объем, но теряет форму.

При кипении теряется объем, молекулы слабо взаимодействуют, хаотично движутся во всех направлениях, отрываются от поверхности. Температура кипения – это когда давление металлических паров достигает давления внешней среды.

Для наглядности разницу между критическими точками нагрева лучше представить в виде таблицы:

Свойства	Температура плавки	Температура кипения
Физическое состояние	Сплав превращается в расплав, кристаллическая структура разрушается, исчезает зернистость	Переход в газообразное состояние, отдельные молекулы улетают за пределы расплава
Фазовый переход	Равновесие между жидкой и твердой фазами	Равновесие между давлением паров металла и внешним давлением воздуха
Влияние внешнего давления	Не меняется	Изменяется, падает при разряжении

Таблицы температур плавления металлов и сплавов

Для удобства границы фазового перехода указаны по группам в порядке возрастания t фазового перехода из твердого в жидкое состояние. Из всех элементов выбраны часто встречающиеся.

Таблица плавления легкоплавких металлов и сплавов (расплавляются до +600°С).

Таблица плавления среднеплавких металлов и сплавов, диапазон фазового перехода от +600 до 1600°С.

Таблица плавления тугоплавких металлов и сплавов (свыше +1600°С).

Как расплавить железо в домашних условиях

Так как для расплавления железа в домашних условиях требуется источник тепла с высокой температурой, конструкцию самодельной печи выбирают исходя из этого условия. Она должна соответствовать требованиям экологической безопасности, не занимать много места в мастерской или гараже. Этим требованиям в полной мере отвечают установки, в которых даже тугоплавкий металл плавится электрическим током.

Делаем печь для плавки металла

Если есть свободное место для размещения, делают стационарную печь на солярке или угле из шамотного кирпича. Для подачи воздуха потребуется установка вентилятор. Компактная электропечь создает температуру до 3000⁰C за счет протекания тока между двумя электродами через слой углеграфитового порошка. В ней ведется плавка небольших порций любых металлов. Недостатком считается длительный период нагрева до температуры плавления и необходимость ручного переворачивания металла для равномерного прогрева.

Индукционная печь нагревает металл по всему объему за счет наведения в нем вихревых токов магнитным полем катушки (индуктора), подключенной к генератору. К достоинствам относят:

равномерное и быстрое нагревание металла;
высокий КПД, так как нагревается только объект плавки, а не детали установки;
нет испарения легирующих добавок:
перемешивание металла, когда идет плавка, происходит естественным путем;
регулирование температуры нагрева;
за счет высокой производительности возможна плавка небольших порций расплавленного металла через короткие отрезки времени;
плавка проводится в соответствии с требованиями экологической безопасности.

Из недостатков следует отметить:

более низкую температуру шлака по сравнению с металлом, так как в нем не наводятся вихревые токи;
при плавке возможны затруднения при удалении серных и фосфорных примесей из некоторых видов металла.

В зависимости от места расположения нагреваемого объекта индукционные установки бывают:

Канальными, когда емкости, где происходит плавка металла, сделаны в виде каналов, которые установлены вокруг катушки с внутренним сердечником. Применяются на промышленных предприятиях, когда нужна плавка больших объемов чугуна, стали, цветных металлов.
Тигельными со съемной емкостью из жаропрочного материала ― тигля, который помещается внутрь катушки. Такая конструкция получается компактной и удобной для домашнего применения.

Готовую индукционную печь можно купить или при наличии навыков работы с электроникой сделать своими руками.

Самодельная тигельная установка обойдется на порядок дешевле.

Генератор собирают по транзисторной или ламповой схеме, либо подключают индуктор к сварочному инвертору. При изготовлении самодельной установки следует учитывать, что на продолжительность переплавки металла влияют:

мощность и частота генератора;
величина потерь вихревых токов;
помехи от близкорасположенных металлических предметов.

Индукционная печь из сварочного инвертора

Такой вариант прост для самостоятельного изготовления и безопасен при эксплуатации, так как инверторы оснащены защитой от короткого замыкания, перегрузки, перегрева. Для сборки печи достаточно сделать индукционную катушку. Ее наматывают медной трубкой с тонкими стенками диаметром 8 — 10 мм на цилиндрическом шаблоне с шагом 5 — 8 мм. Число витков, от 7 до 12, выбирают в зависимости от параметров инвертора. Следует учитывать, что при низком сопротивлении индуктора плавка будет часто прерываться из-за срабатывания защиты от перегрузки.

Готовую катушку устанавливают на жаростойкую поверхность или помещают в корпус из графита либо текстолита. Если использовать токопроводящий материал, плавка будет выполняться дольше, так как часть энергии магнитного поля будет тратиться на проход вихревых токов через стенки корпуса. Для подключения сварочного инвертора устанавливают розетку, выдерживающую максимальный ток, потребляемый оборудованием.

Важно!

Корпус инвертора должен быть заземлен.

Индукционная печь на транзисторах

Несложную по схеме печь для плавки металла на транзисторах можно собрать из доступных деталей:

двух полевых транзисторов IRFZ44V;
пары диодов UF4007 (допускается замена на UF4001);
двух резисторов номиналом 470 ОМ, 1 Вт;
нескольких пленочных конденсаторов с рабочим напряжением 250 В, чтобы суммарная емкость была 4,7 мкФ;
медного провода с эмалевой изоляцией диаметром 1,2 и 2 мм;
двух ферритовых колец для дросселей (покупают в магазине радиотоваров или снимают со старых компьютерных блоков питания).

Сборку проводят в следующем порядке:

Поскольку транзисторы, когда идет плавка, будут сильно греться, их устанавливают на радиаторах. Чем больше площадь охлаждения, тем лучше. При размещении на общем радиаторе транзисторы изолируют от поверхности пластиковыми прокладками с высокой теплопроводностью.
Дроссели наматывают проводом 1,2 мм на ферритовых кольцах. 7 — 15 витков равномерно укладывают по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга.
Пленочные конденсаторы спаивают параллельно в батарею;
Индукционную катушку наматывают проводом 2 мм на шаблоне диаметром немного больше чем у тигля. После 7 — 8 витков оставляют концы для подключения к генератору.
Подготовленные детали устанавливают на плату и соединяют между собой как показано на схеме:

Напряжение подают с 12-тивольтового аккумулятора емкостью 7,2 А/час. При нагрузке 10 А в рабочем режиме заряда хватит на 30 — 40 минут плавки. Аккумулятор можно заменить источником питания, подключаемого к электросети, с выходным напряжением 10 — 20 В и током не меньше 10 А. При желании для установки делают корпус из термостойкого диэлектрического материала. Для регулирования мощности меняют количество витков катушки и/или ее диаметр. Но проще сделать несколько сменных индукторов с разными параметрами.

Индукционная печь на лампах

Когда требуется плавка большего объема металла, для увеличения мощности индукционной установки собирают ламповый генератор по схеме на рисунке.

На индуктор L подается ток частотой 27,72 МГц. Выходную мощность генератора регулируют переменным конденсатором за счет изменения частоты. Для сборки печи нужно запастись:

четырьмя электронными лампами (тетродами) 6L6 или заменить на 6П3, Г807;
четырьмя дросселями Др с индуктивностью 100 — 1000 мкГн;
четырьмя конденсаторами емкостью 0,001 мкФ;
неоновой лампочкой для сигнализации о готовности печи к работе;
переменным конденсатором емкостью 25 — 150 пФ;
медной трубкой диаметром 10 мм.

Из медной трубки делают спираль диаметром 80 — 150 мм из 15 витков с шагом 5 мм. Тигель, в котором будет собираться расплавленный металл, должен свободно входить внутрь индукционной катушки.
Делают корпус для размещения установки из не электропроводного материала, способного выдерживать высокую температуру нагретого воздуха или из листового металла. Но тогда необходимо обеспечить надежную тепловую и электрическую изоляцию стенок от деталей.
Из ламп, конденсаторов, дросселей собирают 4 каскада, соединенных параллельно.
Неоновую лампочку и переменный конденсатор устанавливают на переднюю стенку корпуса и подключают к схеме.

Охлаждение

При работе на большом токе, например, при плавке стали в домашних условиях, активные элементы индукционной печи могут перегреться и выйти из строя. На заводских моделях для защиты от перегрева установлены охлаждающие системы с принудительной циркуляцией воды или антифриза. Можно, конечно, сделать такую систему и в домашних условиях, но придется потратиться больше, чем стоит печь.

Так как плавка на дому непродолжительна по времени для охлаждения самодельной установки достаточно обычного вентилятора. Но ставить его нужно на некотором удалении. Иначе КПД печи снизится, так как часть мощности будет тратиться на вихревые токи через обмотку электродвигателя и металлические детали вентилятора.

Чтобы повысить эффективность охлаждения деталей схемы, на стенках корпуса просверливают вентиляционные отверстия.

Как плавить металл в домашних условиях

Металл помещают в чашку или тигель и переносят в печь. Сначала происходит плавка крупных кусков, затем добавляют маленькие. Мелкими стружками и опилками заполняют сразу всю емкость. Для получения отливок без вредных примесей и уменьшения потерь нужно знать, в чем плавить металл разных видов. Драгметаллы кладут в стеклянные ампулы от лекарственных растворов и плавят вместе с ними. Стеклянная корочка, которая образуется на поверхности отливок, растрескивается и осыпается после охлаждения водой. Цветные металлы плавят в железных емкостях, а сталь, чугун, железо в графитовых тиглях.

Чтобы получить сплав, сначала расплавляют компонент с самой высокой температурой плавления (медь), затем добавляют нужное количество легкоплавкого (олово, алюминий). Для улучшения характеристик стали плавку выполняют с флюсом, содержащим легирующие добавки. Для удаления пустот и неоднородностей после плавки железа в домашних условиях отлитые заготовки необходимо проковать. Их неторопливо расклепывают ударами небольшого молотка. Обработку выполняют несколько раз, чередуя нагрев до красного каления с охлаждением холодной водой.

Запрещена плавка дома магния, кадмия, цинка и его сплавов (цинковой латуни, мельхиора). Плавка контактов реле, пускателей, радиоэлектронных деталей может окончиться тяжелым отравлением. Содержание кадмия в них доходит до 50%, процесс выгорания которого сопровождается образованием ядовитого газа желтого цвета.

Меры безопасности

Приступая к эксплуатации самодельной печи, следует учитывать угрозы, которые возникают при плавке:

Брызги расплавленного металла и нагретые части установки часто становятся причиной сильного ожога.
На случай возгорания рядом с рабочим местом должно стоять ведро с холодной водой.
Ламповую схему необходимо помещать в корпус, чтобы исключить возможность случайного прикосновения к деталям, на которые подано высокое напряжение.
Зона действия электромагнитного поля не ограничена размерами корпуса. Поэтому, прежде чем начнется плавка, нужно снять все украшения из металла и подальше убрать электронные приборы. При нахождении рядом с печью мобильный телефон, цифровая камера, MP3 плеер могут выйти из строя. Людям с вживленным кардиостимулятором не рекомендуется находиться рядом с индукционной установкой, когда ведется плавка.

В домашней печи выполняется не только плавка, но также нагрев деталей перед лужением, формовкой, закалкой. Несмотря на простоту рассмотренных схем, самодельные индукционные установки по основным характеристикам не уступают заводским моделям бытового назначения. При необходимости их несложно настроить для решения конкретной задачи путем изменения параметров индукционной катушки и выходного сигнала генератора.

Температура плавления нержавейки

Прежде, чем говорить о температуре плавления нержавеющей стали, стоит отметить, что эта физическая характеристика важна для литейщиков, сварщиков, производителей марочной нержавеющей стали.

При металлообработке оперируют другими понятиями, например, точка эвтектики (равновесия жидкой и твердой фазы), точка пластичности (t, при которой сплав обретает мягкость, податливость).

В чем заключается проблема

Конструкторы учитывают точку плавления нержавеющих сплавов, когда проектируют производства, связанные с высокими температурами и воздействием агрессивной среды. Рабочая t эксплуатации металла, разумеется, значительно ниже точки эвтектики (фазового перехода в жидкое состояние). Точка плавления одновременно является точкой кристаллизации, этот показатель важен при стерилизации вторичного металла, выделения отдельных компонентов.

При сварке металлоконструкций также полезно знать, при какой t под воздействием дуги образуется ванна расплава. Нагрев способен повлиять на состояние заготовок, приводят к возникновению внутренних напряжений.

Важный фактор, который влияет на точку эвтектики нержавеющих сплавов, это концентрация углерода. Чем выше % содержания элемента, тем ниже будет температура плавления. При увеличении доли легирования точка фазового перехода зависит от состава и соотношения легирующих компонентов. Железо в чистом виде относится к категории легкоплавких металлов, плавится при t выше, чем легированные нержавеющие стали. Компоненты, улучшающие потребительские свойства нержавейки, относятся к различным группам:

легкоплавкие (натрий, калий, висмут, олово и другие);
среднеплавкие (основные — алюминий, медь, кремний, кобальт);
тугоплавкие (например, вольфрам, титан, ванадий).

Для высокотемпературных технологий конструкторы выбирают нержавеющие сплавы с заданными физическими характеристиками. Самой важной остается t плавления. Иногда металл прогревается до критической отметки. Сложности с определением показателя возникают из-за многокомпонентности нержавейки. В зависимости от содержания легирующих компонентов металл плавится при +1300…1500°C, разлет в 200 градусов слишком велик, чтобы не обращать на него внимание. Углеродистые стали варят при температуре +1600°C, но для отдельных марок нержавейки такой нагрев станет губительным.

Что влияет на температуру плавления нержавейки

В табличных значениях, ГОСТах указывается t плавления чистых металлов, это постоянная величина. Теоретически температуру плавления нержавейки определить сложно, так как система металлов порой ведет себя непредсказуемо. В металловедении различают два понятия: расплава и кристаллизации. Нержавеющие сплавы кристаллизуются и переходят в жидкость не при фиксированной температуре, а в определенном диапазоне. Этот интервал рассчитывается по регламентированным методикам с учетом компонентного состава, свойств двухкомпонентных и трехкомпонентных систем.

В табличных значениях, ГОСТах указывается t плавления чистых металлов, это постоянная величина.

При производстве нержавеющих сплавов образуются сложные вещества, основу которого составляет железо. В чистом виде этот химический элемент плавится при +1539°C, когда присутствуют примеси, t плавления повышается или понижается в зависимости от состава сплава. Необходимо отметить, что основным компонентом нержавейки остается Fe, но температура фазового перехода существенно меняется, когда в нержавеющем сплаве имеются другие металлы.

Как влияют определенные легирующие добавки на физические свойства железа:

снижают точку фазового перехода примеси углерода, фосфора, серы, кремния;
алюминий снижает только в двухкомпонентных системах, при незначительных концентрациях не влияет;
хром снижает, если в нержавеющем сплаве содержится до 23% этого металла, при большей концентрации хрома сталь необходимо нагревать сильнее, ликвидус повышается (хром часто вводится совместно с никелем, присутствует в жаропрочных марочных сталях);
молибден легкоплавкий, нержавеющие стали с этим металлом расплавить легче;
вольфрам – тугоплавкий, по степени влияния на ликвидус схож с титаном, используется в жаропрочных и термически устойчивых сплавах, оба металла значительно повышают жаропрочность нержавейки (ванадий и титан нередко вводят вместе);
никель в концентрациях, используемых для легирования, снижает температуру фазового перехода.

Нержавеющие сплавы с никелем классифицируют по двум группам:

железоникелевые с содержанием железа выше 65%, никеля от 26 до 47% (соотношение 1:1,5);
никелевые, содержание этого легирующего металла в пределах 50%, доля железа в пределах 20%.

В этих сплавах влияние никеля особенно заметно, температура плавления значительно ниже, чем у железа, приближается к t плавления чистого никеля (+1455°C). В железоникелевых системах снижение ликвидуса пропорционально изменению концентрации никеля. В никелевых сплавах снижение температуры ликвидус наблюдается только до предельной концентрации никеля, 68%, при увеличении доли этого металла t постепенно увеличивается.

Какая температура плавления нержавеющей стали

Нержавейка относится к разряду среднеплавких сталей. Существуют таблицы, в которых указывается интервал ликвидуса (полного расплавления). Дается диапазон, в пределах которого происходит фазовое превращение. Точную температуру плавления нержавеющей стали можно установить только экспериментальным путем. Если говорить об стальных сплавах, обладающих устойчивостью к коррозии, они плавятся при нагреве свыше +1300°С, самые популярные – свыше +1450°С, самые термически устойчивые становятся жидкими при +1520°С.

Точную температуру плавления нержавеющей стали можно установить только экспериментальным путем.

Необходимо учитывать, что по стандарту при плавке допускаются небольшие отклонения химического состава марочных сталей. Изменение концентрации легирующих металлов влияет на показатель. Например, стали для отливок Х28Л и Х34Л плавятся при +1350°С, а жаропрочная высоколегированная 40Х10С2М при +1440°С.

В справочниках можно найти ориентировочные значения ликвидуса, полученные расчетным путем, исходя из химического состава стали. Обычно металлургические предприятия в открытый доступ выкладывают подобную справочную информацию, на сайтах компаний можно найти таблицу с t плавления выпускаемых сталей, чтобы потребители знали пределы использования нержавеющих металлоизделий, температуру фазового перехода из твердого состояния в жидкое при нормальном давлении.

Легкоплавкие сплавы

Легкоплавкие сплавы — это, как правило, эвтектические металлические сплавы, имеющие низкую температуру плавления, не превышающую температуру плавления олова. Для получения легкоплавких сплавов используются свинец, висмут, олово, кадмий, таллий, ртуть, индий, галлий и иногда цинк. За нижний предел температуры плавления всех известных легкоплавких сплавов принимается температура плавления амальгамы таллия (−61 °C), за верхний предел взята температура плавления чистого олова.

Сплавы щелочных металлов также способны к образованию легкоплавких эвтектик и могут быть отнесены к группе легкоплавких сплавов. Так сплавы системы натрий-калий-цезий имеют рекордно низкую температуру плавления: Советский сплав плавится при −78 °C. Однако, применение этих сплавов затруднено из-за их высокой химической активности.

Содержание

Виды и составы легкоплавких сплавов

Состав сплава	T_пл, °C	Плот- ность г/см³	Область приме- нения	Примечание	Другие сведения
висмут 76,5 %, таллий 23,5 %	198	Т, П	Кислотоупорен	Эвтектический сплав
олово 89 %, цинк 11 %	198	Т, П
висмут 47,5 %, таллий 52,5 %	188	Т	Эвтектический сплав
висмут 44,2 %, свинец 9,8 %, таллий 48 %	186	Т	∑?	Эвтектический сплав
олово 62 %, свинец 38 %	183	8,5	Т, П	Эвтектический сплав, ~ПОС 61
олово 64 %, свинец 36 %	181	Т, П
натрий 70 %, ртуть 30 %	181	Т	Хим.акт, Токсичен.
кадмий 32 %, олово 68 %	177 (178)	Т, П	Токсичен.	Эвтектический сплав
свинец 32 %, олово 68 %	177	Т, П
висмут 12,8 %, свинец 49 %, олово 38,2 %	172	Т, П
калий 80 %, таллий 20 %	165	Т	Хим.акт
висмут 13,3 %, свинец 46 %, олово 40,1 %	165	Т, П	∑?
висмут 10,5 %, свинец 42 %, олово 47,5 %	160	Т, П
висмут 13,7 %, свинец 44,8 %, олово 41,5 %	160	Т, П	Эвтектический сплав
висмут 16 %, свинец 36 %, олово 48 %	155	Т, П
висмут 18,1 %, свинец 36,2 %, олово 45,7 %	151	Т, П
висмут 25 %, свинец 50 %, олово 25 %	149	Т, П
висмут 62,5 %, кадмий 37,5 %	149	Т, П	Токсичен.
висмут 19 %, свинец 38 %, олово 43 %	148	Т, П
висмут 50 %, свинец 50 %	145	Т, П
свинец 32 %, олово 50 %, кадмий 18 %	145	Т, П	Токсичен.
висмут 60 %, кадмий 40 %	144	Т, П	Токсичен.	Эвтектический сплав
свинец 42 %, олово 37 %	143	Т, П	∑?
кадмий 18,2 %, свинец 30,6 %, олово 51,2 %	142	8,8	Т, П	Токсичен.	~ПОСК 50-18
висмут 57 %, таллий 43 %	139	Т	Эвтектический сплав
висмут 57 %, олово 43 %	138	Т, П	Эвтектический сплав
висмут 58 %, олово 42 %	136,5	Т, П
ртуть 70 %, калий 30 %	135	Т	Хим.акт, Токсичен.
калий 90 %, таллий 10 %	133	Т	Хим.акт
висмут 28,5 %, свинец 43 %, олово 28,5 %	132	Т, П
висмут 56 %, олово 40 %, цинк 4 %	130	Т, П	Эвтектический сплав
висмут 43 %, свинец 43 %, олово 13 %	128	Т, П	∑?
висмут 27,2 %, свинец 44,5 %, олово 33,3 %	127	Т, П	∑?
висмут 56,5 %, олово 43,5 %	125	Т, П	Эвтектический сплав
висмут 56 %, свинец 44 %	125	Т, П
олово 52 %, индий 48 %	125	П	~ПОИн 52
висмут 55,5 %, свинец 44,5 %	124	Т, П	Эвтектический сплав
висмут 33,4 %, свинец 33,3 %, олово 33,3 %	123	Т, П	~ПОСВ 33
висмут 36,5 %, свинец 36,5 %, олово 27 %	117	Т, П
висмут 40 %, свинец 40 %, олово 20 %	113	Т, П	Висмутовый Сплав
висмут 42,1 %, свинец 42,1 %, олово 15,8 %	108	Т, П
висмут 48 %, свинец 28,5 %, олово 14,5 %, ртуть 9 %	105	Т
висмут 53 %, олово 26 %, кадмий 21 %	103	Т, П	Токсичен.
висмут 54,4 %, свинец 25,8 %, олово 19,8 %	101	Т, П
висмут 50 %, свинец 28 %, олово 22 %	100	Т, П	Сплав Роуза (Розе)
висмут 50 %, свинец 40 %, олово 10 %	100	Т, П
висмут 40 %, свинец 20 %, олово 40 %	100	Т, П, М
висмут 47 %, свинец 35,3 %, олово 17,7 %	98	Т, П, М
висмут 52,5 %, свинец 32 %, олово 12,5 %	96	Т, П, М	∑?
висмут 52 %, свинец 32 %, олово 16 %	96	Т, П, М
висмут 50 %, олово 25 %, кадмий 25 %	95	Т, П, М	Токсичен.
висмут 49,9 %, свинец 43,4 %, кадмий 6,7 %	95	Т, П, М	Токсичен.
висмут 50 %, свинец 31 %, олово 19 %	94,5	Т, П, М
висмут 50 %, свинец 31,2 %, олово 18,8 %	94	Т, П, М	Сплав Ньютона
висмут 50 %, свинец 25 %, олово 25 %	93 (93,75)	Т, П, М	Сплав Розе
висмут 50 %, свинец 30 %, олово 20 %	92 (91,6)	Т, П, М	Сплав Лихтенберга
висмут 52 %, кадмий 8 %, свинец 40 %	91,5	Т, П, М	Токсичен.
висмут 51,6 %, кадмий 8,1 %, свинец 40,3 %	91	Т, П, М	Токсичен.
висмут 55,2 %, свинец 33,3 %, таллий 11,5 %	91	Т	Эвтектический сплав
натрий 50 %, ртуть 50 %	90	Т	Хим.акт, Токсичен.
натрий 90 %, ртуть 10 %	90	Т	Хим.акт, Токсичен.
висмут 50 %, олово 25 %, свинец 25 %	90	Т, П, М	~ПОСВ 50, сплав Розе
висмут 53,2 %, кадмий 7,1 %, свинец 39,7 %	89,5	Т, П, М	Токсичен.
натрий 96,7 %, золото 3,3 %	80	Т	Хим.акт.	Эвтектический сплав
натрий 80 %, ртуть 20 %	80	Т	Хим.акт, Токсичен.
висмут 35,3 %, кадмий 9,5 %, свинец 35,1 %, олово 20,1 %	80	Т, П, М	Токсичен.
висмут 58 %, индий 17 %, олово 25 %	79	Т, П, М	Эвтектический сплав. Сплав Филдса (англ.) русск. .
натрий 90 %, калий 10 %	77	Т	Хим.акт
висмут 50 %, свинец 34,5 %, олово 9,3 %, кадмий 6,2 %	77	Т, П, М	Токсичен.
висмут 50 %, свинец 34,4 %, олово 9,4 %, кадмий 6,2 %	76,5	Т, П, М	Токсичен.
висмут 27,5 %, кадмий 34,5 %, свинец 27,5 %, олово 10,5 %	75	Т, П, М	Токсичен.
висмут 33,7 %, индий 65,3 %	72	Т, П, М	∑?	Эвтектический сплав
висмут 38,4 %, свинец 30,8 %, олово 15,4 %, кадмий 15,4 %	71	Т, П, М	Токсичен.
висмут 49,5 %, свинец 27,27 %, олово 13,13 %, кадмий 10,1 %	70	Т, П, М	Токсичен.	Эвтектический сплав
висмут 50 %, свинец 26,3 %, олово 13,3 %, кадмий 10 %	70	Т, П, М	Токсичен.
натрий 70 %, ртуть 30 %	70	Т	Хим.акт, Токсичен.
висмут 48,8 %, свинец 24,3 %, олово 13,8 %, кадмий 13,1 %	68,5	Т, П, М	Токсичен.
висмут 52,2 %, свинец 26 %, олово 14,8 %, кадмий 7 %	68,5	Т, П, М	Токсичен.
висмут 50,1 %, свинец 22,6 %, олово 13,3 %, кадмий 10 %	68	Т, П, М	Токсичен.	Сплав Липовица
висмут 50 %, свинец 25 %, олово 12,5 %, кадмий 12,5 %	68	Т, П, М	Токсичен.	Сплав Вуда
висмут 50,4 %, свинец 25,1 %, олово 14,3 %, кадмий 10,2 %	67,5	Т, П, М	Токсичен.	Сплав Вуда
висмут 50,1 %, свинец 24,9 %, олово 14,2 %, кадмий 10,8 %	65,5	Т, П, М	Токсичен.	Сплав Вуда
натрий 99 %, таллий 1 %	64	Т	Хим.акт	Эвтектический сплав
висмут 50,0 %, олово 12,5 %, свинец 25 %, кадмий 12,5 %	60,5	Т, П, М, Ж	Токсичен.
висмут 53,5 %, олово 19 %, свинец 17 %, ртуть 10,5 %	60	Т	токсичен
натрий 60 %, ртуть 40 %	60	Т	Хим.акт. Токсичен.
натрий 80 %, калий 20 %	58	Т	Хим.акт.
висмут 49,4 %, индий 21 %, свинец 18 %, олово 11,6 %	57	Т, П, М, Ж	Эвтектический сплав
ртуть 70 %, натрий 30 %	55	Т	токсичен, реаг.с водой.
висмут 42 %, свинец 32 %, ртуть 20 %, кадмий 6 %	50	Т	токсичен
висмут 36 %, ртуть 30 %, свинец 28 %, кадмий 6 %	48	Т	токсичен
висмут 47,7 %, индий 19,1 %, олово 8,3 %, кадмий 5,3 %, свинец 22,6 %	47	Т, П, М, Ж	Токсичен.	Эвтектический сплав
натрий 50 %, ртуть 50 %	45	Т	Хим.акт.
висмут 40,2 %, кадмий 8,1 %, индий 17,8 %, свинец 22,2 %, олово 10,7 %, таллий 1 %	41,5	Т, П, М, Ж	Токсичен.
натрий 70 %, калий 30 %	41	Т	∑?Хим.акт.
натрий 60 %, калий 40 %	26	Т	Хим.акт.
галлий 95 %, цинк 5 %	25	5,95	Т
натрий 85,2 %, ртуть 14,8 %	21,4	Т	Хим.акт.
галлий 92 %, олово 8 %	20	Т
натрий 56 %, калий 44 %	19	Т	Хим.акт.
калий 90 %, натрий 10 %	17,5	Т	Хим.акт.
галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 %	17	6,13	Т
галлий 76 %, индий 24 %	16	6,235	Т
галлий 67 %, индий 29 %, цинк 4 %	13	6,355	Т
калий 50 %, натрий 50 %	11	Т	Хим.акт.
Галлий 67 %, индий 20,5 %, олово 12,5 %	10,6	Т
калий 60 %, натрий 40 %	5	Т	Хим.акт.
галлий 62 %, индий 25 %, олово 13 %	4,85	6,44	Т
галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 %	3	6,4	Т	Русский сплав
калий 70 %, натрий 30 %	−3,5	Т, Л	Хим.акт.
рубидий 91,8 %, натрий 8,2 %	−4,5	1,485	Т	Хим.акт.
калий 80 %, натрий 20 %	−10	0,878	Т, Л	Хим.акт.
калий 78 %, натрий 22 %	−11,4	Т, Л	Хим.акт.
калий 77,3 %, натрий 22,7 %	−12,5	0,882	Т, Л, И	Хим.акт.
цезий 93 %, натрий 7 %	−28	1,765	Т, И	Хим.акт.
цезий 94,5 %, натрий 5,5 %	−30	1,778	Т, И	Хим.акт.
ртуть 97,2 %, натрий 2,8 %	−48,2	13,16	Т	Реаг.с водой.
ртуть 91,44 %, таллий 8,56 %	−61	13,45	Т	Наиболее легкоплавкая амальгама
натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 %	−78	1,28	Т, И	Реаг. с водой.	Советский сплав

Примечание: Несколько различных T_пл для одного и того же сплава — результат разночтений источников данных

Т — теплоноситель
П — припой
М — модельный литейный сплав
Ж — для датчиков пожарной сигнализации
Л — лабораторный для абсолютирования растворителей
И — рабочее тело ионных ракетных двигателей

Области применения легкоплавких сплавов

Во всех областях применения легкоплавких сплавов главным востребованным свойством является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем, которые могут выйти из строя из-за перегрева при пайке обычными припоями. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическая инертность, вакуумоплотность, теплопроводность. В настоящий момент основными областями применения легкоплавких сплавов являются:

Какой металл можно расплавить в кипящей воде

Передавая телу энергию, можно перевести его из твёрдого состояния в жидкое (например, расплавить лёд), а из жидкого — в газообразное (превратить воду в пар).

Если газ отдаёт энергию, то может превратиться в жидкость, а жидкость, отдавая энергию, может превратиться в твёрдое тело.

Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называют плавлением.

Чтобы расплавить тело, нужно сначала нагреть его до определённой температуры.

Температуру, при которой вещество плавится, называют температурой плавления вещества.

Плавление олова в стальной ложке

Одни кристаллические тела плавятся при низкой температуре, другие — при высокой. Лёд, например, можно расплавить, внеся его в комнату. Кусок олова или свинца — в стальной ложке, нагревая её на спиртовке. Железо плавят в специальных печах, где достигается высокая температура.

Из таблицы 3 видно, в каких широких пределах лежат температуры плавления различных веществ.

Таблица 3.
Температура плавления некоторых веществ (при нормальном атмосферном давлении)

Например, температура плавления металла цезия 29 °С, т. е. его можно расплавить в тёплой воде.

Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое называют отвердеванием или кристаллизацией.

Чтобы началась кристаллизация расплавленного тела, оно должно остыть до определённой температуры.

Температура, при которой вещество отвердевает (кристаллизуется), называют температурой отвердевания или кристаллизации.

Опыт показывает, что вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся. Например, вода кристаллизуется (а лед плавится) при 0 °С, чистое железо плавится и кристаллизуется при температуре 1539°С.

Каждый металл или сплав обладает уникальными свойствами, в число которых входит температура плавления. При этом объект переходит из одного состояния в другое, в конкретном случае становится из твёрдого жидким. Чтобы его расплавить, необходимо подвести к нему тепло и нагревать до достижения нужной температуры. В момент, когда достигается нужная точка температуры данного сплава, он ещё может остаться в твёрдом состоянии. При продолжении воздействия начинает плавиться.

Наиболее низкая температура плавления у ртути — она плавится даже при -39 °C, самая высокая у вольфрама — 3422 °C. Для сплавов (стали и других) определить точную цифру крайне сложно. Все зависит от соотношения компонентов в них. У сплавов она записывается как числовой промежуток.

Как происходит процесс

Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты. Воздействие при этом примерно одинаковое.

Когда происходит нагревание, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются структурные дефекты решётки, сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.

В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:

легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.

Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.

Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.

Таблица характеристик

Металлы и сплавы — непременная основа для ковки, литейного производства, ювелирной продукции и многих других сфер производства. Чтобы не делал мастер (ювелирные украшения из золота, ограды из чугуна, ножи из стали или браслеты из меди), для правильной работы ему необходимо знать температуры, при которых плавится тот или иной элемент.

Чтобы узнать этот параметр, нужно обратиться к таблице. В таблице также можно найти и градус кипения.

Среди наиболее часто применяемых в быту элементов показатели температуры плавления такие:

алюминий — 660 °C;
температура плавления меди — 1083 °C;
температура плавления золота — 1063 °C;
серебро — 960 °C;
олово — 232 °C. Олово часто используют при пайке, так как температура работающего паяльника составляет как раз 250–400 градусов;
свинец — 327 °C;
температура плавления железо — 1539 °C;
температура плавления стали (сплав железа и углерода) — от 1300 °C до 1500 °C. Она колеблется в зависимости от насыщенности стали компонентами;
температура плавления чугуна (также сплав железа и углерода) — от 1100 °C до 1300 °C;
ртуть — -38,9 °C.

Как понятно из этой части таблицы, самый легкоплавкий металл — ртуть, которая при плюсовых температурах уже находится в жидком состоянии.

Градус кипения всех этих элементов почти вдвое, а иногда и ещё выше градуса плавления. Например, у золота он 2660 °C, у алюминия — 2519 °C, у железа — 2900 °C, у меди — 2580 °C, у ртути — 356,73 °C.

У сплавов типа стали, чугуна и прочих металлов расчёт примерно такой же и зависит от соотношения компонентов в сплаве.

Максимальная температура кипения у металлов — у рения — 5596 °C. Наибольшая температура кипения — у наиболее тугоплавящихся материалов.

Бывают таблицы, в которых также указана плотность металлов. Самым лёгким металлом является литий, самым тяжёлым — осмий. У осмия плотность выше, чем у урана и плутония, если рассматривать её при комнатной температуре. К лёгким металлам относятся: магний, алюминий, титан. К тяжёлым относится большинство распространённых металлов: железо, медь, цинк, олово и многие другие. Последняя группа — очень тяжёлые металлы, к ним относятся: вольфрам, золото, свинец и другие.

Ещё один показатель, встречающийся в таблицах — это теплопроводность металлов. Хуже всего тепло проводит нептуний, а лучший по теплопроводности металл — серебро. Золото, сталь, железо, чугун и прочие элементы находится посередине между этими двумя крайностями. Чёткие характеристики для каждого можно найти в нужной таблице.

Всё зависит от массы металла, который нужно расплавить и от его формы. Посмотрим, какие металлы самые легкоплавкие. Ртуть расплавлять не нужно, она и так жидкая. Цезий плавится при 28°С, нор самовоспламеняется на воздухе, его плавить не нужно. Галлий плавится при температуре 30°С, его (в ампуле) можно расплавить подмышкой или (в небольшим количестве) – расплавить дыханием на ладони. Рубидий плавится при 39°С, очень активный, но можно расплавить теплой водой, если он в запаянной ампуле. Горячей водой можно расплавить (в запаянных ампулах) калий (плавится при 63°С) и натрий (98°С). Индий плавится при 156°С – никаких проблем. Литий (186°С) плавим на газу в запаянной ампуле. Олово (232°С) плавится паяльником. Висмут (плавится при 271°С), таллий (248°С – яд!), кадмий (321°С – ядовит!) и свинец (327°С) расплавляются тоже легко. Цинк (419°С) я плавил на газу в больших количествах в консервной банке. Сурьме (631°С) может плавиться в запаянной тугоплавкой ампуле, иначе загорится. Магний (651°С) тоже легко загорается, но в инертной атмосфере лента из магния расплавится. Алюминий (660°С каждый может расплавить, если взять проволоку, только капелька расплава повиснет с чехольчике из тугоплавкого оксида алюминия. Барий (660°С) и стронций (770°С) слишком активны на воздухе. Но даже серебро (961°С), золото (1063°С) и медь (1083°) можно расплавить на газу, если взять тонкую проволоку (маленький теплоотвод) и сунуть ее конец в самое горячую часть пламени (синюю) – образуется на конце проволоки маленький королек расплавленного металла. А вот марганец (1250°С) и тем более кобальт, никель и железо уже не расплавить.

Читайте также: