12.3. Основные физико-химические свойства цветных металлов и сплавов

12.3.1.Температура плавления металлов и сплавов.

Температура плавления металла во многом определяет способ плавки металла и способ получения отливок. В зависимости от температуры плавления металла выбирают вид плавильной установки, источник энергии, материал футеровки плавильной печи, а также материал литейной формы. При этом необходимо учитывать также, что расплав в печи обычно перегревается на 100-200 ºС выше температуры плавления. Температура плавления металлов находится в пределах от - 39ºС (ртуть) до 3400ºС (вольфрам). Металлы, имеющие температуру плавления ниже 600ºС считаются легкоплавкими, металлы с температурой плавления более 1600ºС называют тугоплавкими (табл.5).

12.3.2. Плотность металлов и сплавов

Знание плотности металлов и сплавов необходимо для определения массы отливок по их геометрическим параметрам и для определения массы расплава в плавильной ванне или в тигле. Иногда приходится определять объём, занимаемый расплавом по его массе. В зависимости от плотности составляющих компонентов определяют их поведение в расплаве. Большая разница в плотности компонентов может привести к расслоению расплава.

Металлы, имеющие плотность меньше плотности железа (7,87 г/см³), относятся

к лёгким металлам (табл.2). Металлы, имеющие плотность больше плотности железа, относятся к тяжёлым металлам (табл.3). Самым лёгким металлом является литий, который в два раза легче воды. Наиболее тяжёлые металлы – вольфрам и золото, имеющие плотность более 19 г/ см³. Осмий имеет плотность 22500 кг/м³.

Плотность металлов и сплавов в твёрдом состоянии необходимо знать для определения массы литой детали по её размерам на чертежах. Плотность в жидком состоянии предопределяет массу расплава, необходимого для заполнения литейной формы.

С повышением температуры плотность всех металлов в твёрдом состоянии уменьшается. У большинства металлов нагрев от комнатной температуры до температуры плавления вызывает уменьшение плотности на 3…5%.

Переход металла в жидкое состояние сопровождается в большинстве случаев увеличением объёма на несколько процентов и соответствующим уменьшением плотности. Однако, такие элементы, как галлий, висмут, сурьма, германий и кремний при плавлении уменьшаются в объёме.

Повышение температуры жидкого металла приводит к дальнейшему уменьшению его плотности. Изменение плотности жидкого металла до начала кристаллизации и в процессе кристаллизации предопределяет важнейшее литейное свойство – объёмную усадку, которая проявляется в виде усадочных раковин и пористости в теле отливки.

В отливках из металлов и сплавов, у которых наблюдается уменьшение плотности при затвердевании, обнаруживается не усадка, а так называемый рост – выдавливание расплава на поверхность литой заготовки.

Удельный объём сплава, как правило, меньше суммарного объёма чистых компонентов. Однако, для технических расчётов плотность сплавов может быть определена по правилу аддитивности, т.е., исходя из плотности и содержания исходных компонентов из равенства:

100/ ρ спл =(А/ρА) + (В/ρВ) + ….,где

ρспл - плотность сплава,

ρА,ρ В – плотность, соответственно, компонентов «А « и «В»,

А,В – содержание компонентов в сплаве, %. Отсюда

ρспл =