Жалпы металдар мен қорытпалардың балқуы

1. Кіріспе

Материалдың балқу нүктелері, ол белгіленген температура ретінде, оның атмосфералық қысымы төмен температура ретінде - бұл материалдық ғылымдағы негізгі қасиет.

Бұл мән металл немесе қорытпаның өңдеу әдістерін ғана емес, сонымен қатар оның нақты орталар мен қосымшалар үшін жарамдылығына да әсер етеді.

Нақты еру-нүкте туралы мәліметтер қауіпсіз және тиімді дизайн үшін өте маңызды, Материалдық таңдау, және электроника және электроника және энергетика салалары бойынша бірқатар салалар бойынша оңтайландыру.

Бұл мақалада таза металдар мен коммерциялық қорытпалардың балқу әрекеті бар, Негізгі мәліметтер кестелерімен қолдау көрсетіледі, ықпалды факторларды талқылау, және заманауи өлшеу әдістері.

2. Мінсіз мінез-құлықтың негіздері

Термодинамикалық негіз

Балқу реттеледі Термодинамикалық тепе-теңдік, Қатты фазаның гиббсі еркін энергиясы сұйықтыққа тең.

Балқу кезінде, материал сіңіреді Фузияның жасырын жылуы Температураның өзгермесей, бүкіл құрылым сұйық күйге ауысады.

Кристалды құрылым және байланыс

Кристалды құрылымның балқу температурасына терең әсер етеді. Мысалы:

• ФСК (Бет әлпеті бар текше) Металдар, мысалы, алюминий және мыс, тығыз, ерітінділердің көп мөлшері, тығыз оралған атомдар, бірақ төменгі байланыс энергиясына байланысты.
• Цис (Дене орталығы) Темір және хром сияқты металдар, әдетте, мықты атомдық байланыс және үлкен тордың тұрақтылығына байланысты еріген нүктелермен өтеді.

Қорытпалардағы еру мінез-құлқы

Таза заттардан айырмашылығы, Қорытпалардың әдетте өткір балқу нүктесі жоқ. Орнына, олар а балқу диапазоны, анықтайды ырық (балқудың басталуы) жіне сұйықтық (Толық балқу) температуралар.

Бұл ауқымдарды түсіну металлургияда өте маңызды және жиі бейнеленген Екілік және линарлық фазалық диаграммалар.

3. Таза металдардың балқуы

Таза металдардың балқуы жақсы сипатталады және өнеркәсіп пен академиядағы анықтамалық мән ретінде қызмет етеді.

Төмендегі кестеде ортақ инженерлік металдардың балқыту пункттері Цельсий арқылы ұсынады (° °), Фаренгейт (° F), және Келвин (К):

Негізгі металдардың балқу нүктелері

Басқа маңызды таза металдардың балқу

4. Жалпы қорытпалардың балқу нүктелері

Іс жүзінде, Инженерлік материалдардың көпшілігі таза металдар емес, бірақ қорытпалар. Бұл тіркесімдер көбінесе а-дан ериді тау тізбектері Әр түрлі композициялары бар бірнеше фазаларға байланысты.

Жалпы қорытпалар және олардың балқу ауқымдары

5. Мелит нүктесіне әсер ететін факторлар

Металл немесе қорытпаның балқу нүктесі тек элементтік құрамы бойынша ғана белгіленген, белгіленген мән емес.

Бұл күрделі өзара әрекеттестіктің нәтижесі Атомдық құрылым, Химиялық байланыстыру, Микроқұрылым, Сыртқы қысым, және қоспалар.

Легирлеу элементтерінің әсері

Балқуды өзгертетін маңызды факторлардың бірі - бұл болуы легирлеу элементтері.

Бұл элементтер металл кристалды тордың жүйелілігін бұзады, балқыту нүктесін олардың табиғаты мен негізгі металмен өзара әрекеттесуіне байланысты көтеру немесе түсіру.

• Болаттан көміртегі: Темірдегі көміртекті мөлшері жоғарылатылған температураны едәуір төмендетеді.
  Таза темір ~ 1538 ° C температурада ериді, Бірақ көміртекті болат ерітіп бастайды 1425 Темір карбидтерінің пайда болуына байланысты ° C.
• Кремний (Жіне): Көбінесе шойын үтіктер мен алюминий қорытпаларына қосылады, кремний жасай алады ақша жинау Таза алюминийдің балқу нүктесі, бірақ оны эвтектикалық қоспалар бөлігі болған кезде төмендетеді.
• Хромий (Кр), Никель (-Да): Тот баспайтын болаттарда, Бұл легирленген элементтер Микроқұрылымды тұрақтандыру және балқу әрекетіне әсер етуі мүмкін.
  Мысалы, 304 Тот баспайтын болаттан 1400-1450 ° C аралығында ериді 18% Cr және 8% Ni мазмұны.
• Мыс (Друг) және мырыш (Негра): Жезде, КО: ZN коэффициенті балқу диапазонын білдіреді. Жоғары ZN мазмұны балқуды азайтады және кері әсерді жақсартады, Бірақ күшке әсер етуі мүмкін.

Микротруктуралық сипаттамалар

Микроқұрылым - әсіресе астық мөлшері және фазалық үлестіру, бірақ металдардың балқуына әсер етуі мүмкін:

• Астық мөлшері: Дәнді дақылдар астық шекарасының артуына байланысты айқын балқыту нүктесін аздап азайтуға болады, олар дәндерден ертерек ериді.
• Екінші кезеңдер / қосындылар: Жауын-шашын (E.Г., карбидтер, нитридтер) және металл емес қосындылар (E.Г., Оксидтер немесе сульфидтер) Төмен температурада ерітіп немесе әрекет етуі мүмкін,
  қас себеп Жергілікті алку дәнекерлеу немесе соғу кезіндегі механикалық тұтастық.

Қоспалар мен микроэлементтер

Тіпті аз мөлшерде қоспалар - 0,1% -дан аз-канға дейін металл балқытатын мінез-құлықты өзгертеді:

• Болаттан жасалған күкірт және фосфор: Бұл элементтер аз ерітінді нүктелі эцентиктерді құрайды, қайсы астық шекараларын әлсіретеді және Ыстық жұмыс қабілеттілігін азайту.
• Титан немесе алюминийдегі оттегі: Оституалды қоспалар O сияқты, N, немесе h материалды құшақтай алады және балқу диапазоны тар, Кастингке немесе агрегаттарда крекингке апарады.

Экологиялық және қысым әсерлері

Мұяқтылар, сондай-ақ а Сыртқы шарттардың қызметі, әсіресе қысым:

• Жоғары қысымды әсерлер: Сыртқы қысымның жоғарылауы, әдетте, балқу қаупін арттырады, Атомдардың торлы энергияны жеңу қиынға соғады.
  Бұл әсіресе геофизикалық зерттеулер мен вакуумды балқытуға қатысты.
• Вакуум немесе басқарылатын атмосфера: Титан және цирконий сияқты металдар ауадағы жоғары температурада тотады.
  Балқу орындалуы керек вакуум немесе инертті газ (аргон) ластанудың және ластанудың тазалығын сақтау үшін.

Кристалды құрылым және байланыс

Кристальды тордағы атомдық іс-шаралар және байланысқан энергияны еріту үшін негіз болып табылады:

• Дене орталығы (Цис) Металдар: Үтік (Ақысу), хромий (Кр), және молибден (Әзірлеу) Қатты атомдық қаптамадан және жоғары байланыстырылған энергияның арқасында балқытудың жоғары нүктелерін көрсетіңіз.
• Бет әлпеті бар текше (ФСК) Металдар: Алюминий (Әл), мыс (Друг), және никель (-Да) Сондай-ақ, балқудың маңызды нүктелерін көрсетіңіз, бірақ әдетте ұқсас атом салмағының ЦКК металдарынан төмен.
• Алтыбұрышты жабысқақ (ЖК): Титан және мырыш тәрізді металдар анизотропты байланыстырудың салдарынан күтілгеннен төмен температурада ериді.

Қорытынды кесте: Факторлар және олардың әдеттегі әсерлері

Фактор	Балқу нүктесіне әсері	Мысалдар
Көміртекті (Болаттан)	↓ Қатты температураны төмендетеді	Болат еріді ~ 100 ° C-қа қарағанда таза үтіктен төмен
Кремний мөлшері	↑ Матрица / қорытпаларға байланысты ↑ өседі немесе ↓ төмендетеді	Al-si қорытпалары таза ал
Астық мөлшері	↓ Жақсы түйіршіктер айқын балқуды аздап азайтуға болады	Жұқа түйіршіктелген Ni қорытпалары біркелкі еріген
Кірлер	↓ Ерте алкогольді және локализацияланған балқытуды насихаттаңыз	S және P болаттан жасалған ыстықты азайту
Қысым	↑ Жоғары қысым балшықты арттырады	Жоғары қысымды агрегаттарда қолданылады
Облигациялау & Кристалл құрылымы	↑ ҚОРЫТЫНДЫ ОРНАТУ = Жоғары балқу	Әзірлеу > КО күшті BCC торына байланысты

6. Өлшеу техникасы және стандарттары

Материалдарды жобалауда металдар мен қорытпалардың балқу нүктелерін түсіну өте маңызды, Әсіресе, құюға қатысты өтініштер үшін, дәнекерлеу, соғу, және жылу дизайны.

Дегенмен, балқуды өлшеу нүктелері соншалықты көрінбейді, Әсіресе, бір нүктеден гөрі еріген күрделі қорытпалар үшін.

Бұл бөлім ең көп қабылданған өлшеу әдістерін зерттейді, Стандартты хаттамалар, және сенімді балқу нүктелерінің негізгі пікірлері.

Дифференциалды сканерлеу калориметриясы (Өту)

Дифференциалды сканерлеу калориметриясы - металдар мен қорытпалардың балқу нүктелерін анықтау үшін ең дәл және кең қолданылатын әдістердің бірі.

• Жұмыс принципі: DSC Бақыланатын жағдайлардағы сілтемемен салыстырылған үлгінің температурасын арттыру үшін қажетті жылу ағынын өлшейді.
• Өнім шығару: Аспап идентификаторын шығарады Эндотермиялық шың балқу нүктесінде. Қорытпалар үшін, ол екеуін де көрсетеді ырық жіне сұйықтық температуралар.
• Қолданбалар: Жалпы алюминий қорытпаларында қолданылады, дәнді қорытпалар, Қымбат металдар, және пішінді жад қорытпалары сияқты озық материалдар.

Мысал: Al-Si қорытпасының DSC тестінде, балқудың басталуы (ырық) ~ 577 ° C, Толық сұйылту кезінде (сұйықтық) ~ 615 ° C температурада аяқталады.

DTA және TGA арқылы термиялық талдау

Дифференциалды термиялық талдау (DTA)

DTA DSC-ге ұқсас, бірақ назар аударады Температура айырмашылығы жылу ағынының орнына.

• Зерттеу үшін зерттеулерде көп қолданылады Фазалық түрлендірулер және балқыту реакциялары.
• Температураның жоғарылауын қажет ететін ортада DTA, мысалы, SuperAlloys және керамиканы сынау сияқты.

Термогравмиметриялық талдау (Тга)

Еріген нүктені анықтау үшін тікелей пайдаланылмаса да, ТГА бағалауға көмектеседі тотықтыру, ыдырау, жіне булану бұл балқыту мінез-құлқына жоғары температурада әсер етуі мүмкін.

Жоғары температуралы пештермен визуалды бақылау

Болат сияқты дәстүрлі металдар үшін, мыс, және титан, балқу нүктесі көбінесе көзбен пайдаланылады Оптикалық пирометрия немесе Жоғары температуралы микроскоп пештері:

• Рәсім: Үлгі беті бақыланатын кезде бақыланатын пеште қызады. Балқу беттік құлдырау арқылы байқалады, сулау, немесе моншақ түзілуі.
• Ділдік: DSC-тен гөрі, бірақ сапаны бақылаудың өндірістік параметрлерінде кеңінен қолданылады.

Ескерту: Бұл әдіс әлі күнге дейін қарқынды заттардың стандарты болып табылады, онда тез арада скрининг қажет, әсіресе жеке тұжырымдамалар үшін.

Стандарттар және калибрлеу протоколдары

Тұрақты және жаһандық қабылданған нәтижелерді қамтамасыз ету, балқу-балдық тесттер сәйкес келуі керек Халықаралық стандарттар, ... қоса алғанда:

Стандарт	Түсіндірме
ASTM E794	Жылулық талдау арқылы материалдарды балқыту және кристалданудың стандартты әдісі
ASTM E1392	Индий сияқты таза металдарды қолдану бойынша DSC калибрлеуі туралы нұсқаулық, мырыш, және алтын
Исо 11357	Полимерлер мен металдарға термиялық талдау сериясы, DSC әдістерін қамтиды
-Ден 51004	DTA-ның балқу әрекетін анықтауға арналған неміс стандарты

Калибрлеу дәл нәтижелер үшін қажет:

• Белгілі балқыту нүктелері бар таза анықтамалық металдар (E.Г., индий: 156.6 ° °, фольга: 231.9 ° °, алтын: 1064 ° °) термиялық талдау құралдарын калибрлеу үшін қолданылады.
• Калибрлеуді мерзімді түрде түзету керек жою және дәйекті дәлдікті қамтамасыз етеді, әсіресе жоғарыдағы материалдарды өлшеу кезінде 1200 ° °.

Мелит-пунктті өлшеудегі практикалық мәселелер

Бірқатар факторлар балқу нүктесін сынауға болады:

• Тотықтыру: Алюминий және магний сияқты металдар жоғары температурада тотықтырады, жылу беру және дәлдікке әсер ету. Қорғаныс атмосфера (E.Г., аргон, азот) немесе вакуумдық камералар өте маңызды.
• Үлгі біртектілігі: Көрмеде бірмотанды қорытпалар болуы мүмкін Кең балқу ауқымы, мұқият іріктеуді және бірнеше сынақтарды талап ету.
• Тамаша немесе қатты қызып кету: Динамикалық сынақтарда, Үлгілер болуы мүмкін немесе сызу Термиялық артта қалу немесе термиялық өткізгіштікке байланысты шынайы балқыту нүктесі.
• Шағын үлгі эффектілері: Ұнтақты металлургия немесе нано-масштабтағы материалдар, Бөлшектердің кішкене мөлшері беттік энергияның жоғарылауына байланысты балқу нүктелерін азайтуға болады.

7. Өнеркәсіптік өңдеу және балқу нүктелерін қолдану

Бұл бөлімде балқу әрекеті негізгі өндірістік процестер мен қосымшаларды қалай хабарлайды, Қазіргі салалардағы жағдайларды бөліп көрсету кезінде.

Кастинг және металл түзілуі

Мелит нүктесі туралы мәліметтердің ең тікелей қосымшаларының бірі металл құю жіне Процестерді қалыптастыру, мұндағы Сұйыққа дейінгі ауысу температурасы Қыздыру талаптарын анықтайды, Мольд дизайны, және салқындату стратегиясы.

• Төмен балқытатын металдар (E.Г., алюминий: ~ 660 ° C, мырыш: ~ 420 ° C) жоғары көлемде өте ыңғайлы Кастинг өледі, Жылдам цикл және энергия шығындарын ұсынады.
• Жоғары балқытушы заттар Болат сияқты (1425-1540 ° C) және титан (1668 ° °) талап ету Отқа төзімді қалыптар жіне Нақты термиялық бақылау Беттік ақаулар мен толық емес толтырғыштарды болдырмау үшін.

Мысал: Инвестицияда инъекциялық пышақтарды құю 718 (~ 1350-1400 ° C), Нақты еріген және қатайтуға арналған бақылау микроқұрылымдық тұтастық пен механикалық сенімділікке қол жеткізу үшін өте маңызды.

Дәнекерлеу және жалдау

Дәнекерлеуді қамтиды Локализацияланған балқу күшті жасау үшін металл, тұрақты буындар. Нақты балқу нүктесі деректері таңдау үшін өте маңызды:

• Толтырғыш металдар металдан сәл ерітеді
• Дәнекерлеу температурасы астықтың өсуіне немесе қалдық кернеулердің алдын алу үшін
• Бразинг қорытпалары, мысалы күміске негізделген сатылар, негізін балқытатын компоненттерді біріктіру үшін 600-800 ° C-қа дейін балқытады

Көрегендік: Тот баспайтын болат (304) балқытатын диапазоны ~ 1400-1450 ° C. ТИГ дәнекерлеуінде, Бұл Shielding газын таңдау туралы хабарлайды (Аргон / гелий), Толтырғыш, және ағымдағы деңгейлер.

Ұнтақты металлургия және қоспалар өндірісі

Балқу баллдары сонымен қатар алдыңғы қатарлы өндірістік технологияларды басқарады Ұнтақты металлургия (Кешкі) жіне Металл қоспалар өндірісі (Боламын), қайда Жылу профильдері тікелей әсер ету сапасы.

• -Да Премьер-министр, металдар балқу нүктесінің астынан жылытылады (E.Г., Темір ~ 1120-1180 ° C) бөлшектерді сұйылтпай диффузия арқылы оқшаулау.
• -Да Лазер ұнтағы Төсеуі (Lpbf), балқу нүктелері анықталады Лазерлік қуат параметрлері, Сканерлеу жылдамдығы, жіне қабатты жабысқақ.

Кейс-стади: TI-6AL-4V үшін (балқу диапазоны: 1604-1660 ° C), Қоспаны өндіру Қалдық кернеулерді азайту үшін бақылауды алдын ала қыздыруды талап етеді.

Жоғары температуралы компоненттер дизайны

Жоғары сапалы секторларда аэроғарыш, Электр қуатын өндіру, жіне Химиялық өңдеу, Компоненттер жоғары температурада механикалық беріктігін сақтауы керек.

Солай, балқу нүктесі а Скрининг шегі Материалдық таңдау үшін.

• Никель негізіндегі суперқортойлар (E.Г., Жұқпалы, Гастеля) турбиналық пышақтарда және ағынды қозғалтқыштарда олардың биік еріген ауқымдарына байланысты қолданылады (1300-1400 ° C) және қарсылық.
• Отқа төзімді металдар вольфрам сияқты (балқу нүктесі: 3422 ° °) Плазмалық қаптама мен пештерде жылу элементтері қолданылады.

Қауіпсіздік туралы ескерту: Әрқашан а Қауіпсіздік шегі термалды жұмсартуды болдырмас үшін материалдың балқу нүктесінің астында, Фазалық тұрақсыздық, немесе құрылымдық сәтсіздік.

Қайта өңдеу және қайталама өңдеу

Қайта өңдеу жұмыстарында, та Балқу нүктесі сыни параметрмен қамтамасыз етеді Бөлу үшін, қалпына келтіру, және құнды металдарды қайта өңдеу:

• Алюминий және мырыш қорытпалары, олардың салыстырмалы түрде төмен балқу нүктелерімен, энергияны үнемдейтін және қалпына келтіруге өте ыңғайлы.
• Сұрыптау жүйелері Ермікті профильдеуге арналған, ерекше балқудың мінез-құлқы негізінде аралас металл сынықтарын пайдалануға болады.

Арнайы қосымшалар: Дәнекерлеу, Мүсінбегіш қорытпалар, және жылу сақтандырғыштары

Кейбір қолданбалар пайдалану дәл бақыланатын төмен балқу нүктелері -ге Функционалды дизайн:

• Дәнді қорытпалар (E.Г., In-pb эвтектикалық 183 ° °) олардың өткір балқу нүктелеріне байланысты электроника үшін таңдалады, Схемалар тақталарына жылу кернеуін азайту.
• Мүсінбегіш қорытпалар ағаштың металл сияқты (~ 70 ° C) немесе өрістің металл (~ 62 ° C) қызмет етеді Термиялық кесу, Қауіпсіздік клапандары, жіне Температуралық-сезімтал қоздырғыштар.

8. Қорытынды

Балқу нүктелері тек термодинамика мәселесі емес - олар металдар мен қорытпалардың қалай жасалғанына тікелей әсер етеді, өңделген, және нақты деңгейде қолданылады.

Ірігерлік зерттеулерден практикалық өндіріске дейін, балқуды түсіну үшін қажет сенімділік, әсерлілік, жіне жаңалық.

Өйткені индустриялар жоғары озық материалдарды итереді Экстремиялық орта, Балқу әрекетін дәлдікпен өңдеу және өлшеу мүмкіндігі материалдар инженерия және термофизикалық ғылымның негізі болып қала береді.