О чём речь? Температура плавления стали – одна из характеристик металла, определяющая, в какой момент он из твердого состояния перейдет в жидкое. Это необходимо знать для осуществления сварки сплава.
Что учесть? Температура зависит от вида стали. На нее влияют такие свойства, как содержание углерода, легирующих веществ. Поэтому разные марки будут плавиться при различной степени нагрева.
Из этого материала вы узнаете:
- Зачем знать температуру плавления стали
- Качества стали, влияющие на температуру плавления
- Расчет температуры плавления стали
- Температура плавления стали
- Определение температуры плавления стали
- Часто задаваемые вопросы о температуре плавления стали
Зачем знать температуру плавления стали
Железосодержащие сплавы (стальные) с содержанием углерода не более 2,14 % широко применяются во всех областях современного промышленного производства, машиностроении и строительстве. Изделия из такого металла окружают нас и в повседневной жизни. Температура плавления стали (наравне с особенностями структуры и физико-химическими свойствами) – крайне важные показатели в металлургии.
Сталь – это сплавы железа (Fe) и углерода (C). Процентная доля последнего невысока (теоретически не более 2,14 %, а практически, как правило, не больше 1,5 %). Как и любые другие, эти соединения содержат ряд неметаллических примесей (серу, фосфор, кремний и т. п.). Для улучшения эксплуатационных характеристик в состав вводятся те или иные легирующие добавки.
Какая температура необходима для плавления стали? Это значение, при достижении которого начинается переход металла в жидкое состояние. Знать точные цифры для каждого конкретного сплава необходимо, чтобы контролировать процессы выплавки и термической обработки.
Важно понимать, что данный показатель может быть различным у разных сортов стали. Средняя температура плавления колеблется от +1 500 до +1 600 °C.
Возникает вопрос, с чем связана такая высокая температура плавления? Все достаточно просто – нагревание атомов металлов и неметаллических примесей, входящих в состав сплава, приводит к их растворению друг в друге за счет более свободного движения. Когда достигаются требуемые для плавления значения, происходит соответствующая перестройка кристаллической структуры и переход в жидкое состояние.
В металлургии крайне важно на всех этапах производства точно измерять температуру обрабатываемых металлов/сплавов с помощью специальных методов и аппаратуры, что позволяет обеспечивать требуемое качество и оптимизировать производственные процессы.
Качества стали, влияющие на температуру плавления
В зависимости от химического состава, углеродистости, технологии выплавки, качества и назначения стальные сплавы делятся на различные типы и марки.
В зависимости от процентной доли легирующих добавок сталь бывает:
- низколегированной – с суммарным содержанием легирующих элементов не более 2,5 %;
- среднелегированной – от 2,5 до 10 %;
- высоколегированной – от 10 % и выше.
Вводя в сплавы различные комбинации металлических и неметаллических добавок, производители добиваются изменения структуры стали, улучшения физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик готовых изделий. Легирование выполняют, добавляя в расплав требуемое количество углерода, хрома, вольфрама, никеля, бериллия, марганца и т. д.
Содержание углерода (С) оказывает решающее влияние на характеристики типов стали, которые в зависимости от углеродистости бывают:
- Низкоуглеродистыми – с процентной долей углерода, не превышающей 0,3 %. Этим сплавам присуща высокая ковкость, они хорошо выдерживают ударные нагрузки и вибрацию.
- Среднеуглеродистыми – с процентной долей углерода от 0,3 до 0,7 %. Такие типы стали обладают высокой износостойкостью и сопротивляемостью механическим нагрузкам.
- Высокоуглеродистыми – с процентной долей углерода от 0,7 % и выше. Их отличают повышенные твердость и прочность.
Читайте также: Температура плавления меди: чистого металла, сплавов, припоя
В соответствии с назначением типы стали делятся на:
- Конструкционные. Сплавы повышенной прочности, широко применяемые в металлоконструкциях, производстве пружин и рессор, подшипников и т. п.
- Инструментальные. Эта группа состоит из легированных, валковых, штамповых и быстрорежущих стальных сплавов.
- Нержавеющие. Относящиеся к этой группе сплавы бывают жаропрочными, жаростойкими, кислотостойкими и т. д.
- Специальные. Такие стальные сплавы с уникальными характеристиками выплавляются для изготовления определенных видов изделий.
Расчет температуры плавления стали
Температура плавления стали – крайне важный параметр, используемый для определения возможности применения сплавов в реализации тех или иных проектов. Раньше ее рассчитывали по методике Линдемана, которая не обеспечивала высокой точности. С 1999 года начали пользоваться формулой, предложенной И. В. Гаврилиным:
Тпл = DHпл / 1,5 N0 k,
где:
- Тпл – температура плавления стали;
- DHпл – скрытая температура плавления;
- N0 – скрытая теплота плавки;
- k – константа Больцмана.
Точные значения, которые используются для выполнения расчетов, содержатся в соответствующих ГОСТах и нормативных документах, касающихся базовых характеристик металлов.
Температура плавления стали
Различные виды и марки стали плавятся при разных температурах:
- Углеродистые типы стали имеют температуру плавления от +1 370 до +1 520 °C в зависимости от углеродистости.
- Температура плавления нержавеющей стали выше, она колеблется в диапазоне от +1 375 до +1 530 °C.
- Температура плавления серебряной стали составляет около +1 500 °C.
- Коррозионностойкие марки стали плавятся при температуре от +1 400 до +1 530 °C (конкретные значения зависят от химического состава).
Итак, стальные сплавы различных видов плавятся при температуре от +1 350 до +1 535 °С. В приведенной ниже таблице указаны значения для марок, наиболее широко используемых в современной промышленности и строительстве:
Другие металлы, широко применяемые в промышленном производстве и быту, плавятся при температуре:
- алюминий: +660,32 °С;
- медь: +1 084,62 °С;
- свинец: +327,46 °С;
- золото: +1 064,18 °С;
- олово: +231,93 °С;
- серебро: +961,78 °С;
- ртуть: +38,83°С.
Определение температуры плавления стали
Температуру плавления стальных сплавов определяют несколькими способами:
- По специальным таблицам, содержащим значения температуры плавления для разных марок стали. Такие данные можно найти в специализированной справочной литературе или на тематических сайтах в Интернете.
- Визуально. Нагреваясь металл изменяет цвет. К примеру, сталь при определенной степени нагрева приобретает оранжевый или красный оттенок, свидетельствующий о приближении к температуре плавления.
- С помощью специальных термометров.
Важно понимать, что значения меняются в зависимости от физико-химических особенностей каждого сплава.
По этой причине необходимо пользоваться специализированной литературой или консультироваться у специалистов, если возникает необходимость узнать точную температуру плавления конкретной марки стали:
Физические методы
В промышленности для определения температуры плавления стальных сплавов используется ряд физических методов, в основе которых лежат различные принципы и законы:
- Термометрический метод.
В промышленности широко применяются способы определения температуры плавления путем ее измерения специальными электронными, термоэлектрическими или оптическими термометрами.
- Измерение сопротивления.
Температуру плавления стальных сплавов также часто определяют, измеряя электрическое сопротивление металла в ходе нагревания специальными датчиками и измерительными приборами.
- Измерение теплопроводности.
Температуру плавления стали также можно определить, измеряя ее теплопроводность, которая изменяется в ходе нагревания заготовок.
Читайте также: Плавление латуни в различных условиях
Перечисленные физические методы дают возможность точно определять температуру плавления конкретных видов и марок стали для применения полученных данных на практике или в ходе научных исследований. Определенную методику обычно подбирают, исходя из требуемой точности измерений, доступности приборов и условий эксперимента.
Химические методы
Для определения температуры плавления стальных сплавов также широко применяются химические методы, основанные на изменении соответствующих свойств металла при нагревании до определенных значений. В частности, для таких измерений используются термохимические реакции, в которых участвуют стальные сплавы и специальные реагенты.
К примеру, температуру плавления стали термохимическим методом можно определить по тому, как протекает окислительная реакция при взаимодействии металла и кислорода.
Температуру плавления стали также можно определить, используя металлографический анализ. В ходе измерений с применением этого метода поверхность металла обрабатывают особым образом, после чего анализируют его структуру при нагревании до различной температуры.
Кроме того, химические способы позволяют использовать тепловые анализаторы, с помощью которых отслеживаются изменения свойств металла при нагревании и охлаждении, для точного определения температуры плавления конкретных марок стали.
Почему следует обращаться именно к нам
Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.
Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:
- цветные металлы;
- чугун;
- нержавеющую сталь.
При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.
Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.
Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.
Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.
Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.
Часто задаваемые вопросы о температуре плавления стали
От чего зависит и на что влияет температура плавления стального сплава?
Температура плавления – одна из ключевых характеристик любого твердого вещества, имеющего кристаллическое строение. Этим термином принято обозначать степень нагрева, необходимого для перехода из твердого в жидкое состояние. Методы термического анализа, позволяющие определить температуру плавления, широко применяют, чтобы определить свойства того или иного твердого кристаллического вещества.
До какой температуры необходимо разогреть заготовки из нержавеющей стали для того, чтобы их можно было соединять сваркой?
Нержавеющие стальные соединения плавятся при температуре около +1 800 °С. Несмотря на такую тугоплавкость, эти стали хорошо свариваются благодаря малой углеродистости, почти не образуют окалины и не издают неприятного запаха, который имеет место, например, при сваривании деталей из оцинкованного металла. Аустенитные разновидности «нержавейки» соединяют, применяя специальные быстрые методы, которые исключают термическую деформацию (коробление) и межкристаллическую коррозию.
Почему не плавятся стенки емкости для выплавки стали?
Для выплавки стали пользуются печами, выложенными изнутри специальной футеровкой из огнеупорных материалов – шамота, динаса, доломита, магнезита или хромомагнезита, которые легко выдерживают нагревание до +2 000 °С. Также часто применяются медные кристаллизаторы с водяным охлаждением, в которых излишки тепловой энергии отводятся в охладитель таким образом, чтобы металл стенок не расплавлялся. Для отливки используют формы, изготовленные из неметаллического огнеупорного материала или массивных чугунных кубиков. Температура плавления стали, равно как и любого другого металла, – одно из самых важных свойств, посредством которого определяют способы его обработки и эксплуатационные характеристики готовых изделий. Данный параметр у стальных сплавов зависит от соотношения между железом и углеродом в их составе. При разработке и изготовлении тех или иных деталей, конструктивных элементов из стальных сплавов инженерам и металлургам необходимо точно знать температуру плавления конкретной марки стали, чтобы правильно выполнить легирование и обработку, а также определить условия, при которых возможна и целесообразна эксплуатация изделий из данного металла.
