Teplota tání a hustota kovů a slitin » Vše o metalurgii

Teploty tání téměř všech dnes široce používaných kovů jsou uvedeny v tabulce. 1. Jsou tam zmíněny i některé vzácné kovy, jejichž výroba a využití neustále roste. Jak vidíte, bod tání kovů pokrývá velmi široký rozsah od -39 (rtuť) do 3400 °C (wolfram).
Kovy s teplotou tání pod 500-600 °C se nazývají kovy s nízkou teplotou tání. Zinek a všechny ostatní kovy uvedené v tabulce lze považovat za kovy s nízkou teplotou tání. 1 nad ním. Je také zvykem rozlišovat tzv. žáruvzdorné kovy včetně těch, které mají vyšší bod tání než železo (1539 °C), tedy podle tabulky. 1 je titan a dále wolfram.

Z údajů v tabulce. 1 Je vidět, že hustoty kovů při pokojové teplotě mají také velmi široký rozsah. Nejlehčím kovem je lithium, které je přibližně 2x lehčí než voda. V technologii je obvyklé rozlišovat skupinu lehkých kovů, které slouží jako základ pro konstrukční kovové materiály v letectví a raketovém inženýrství. Lehké kovy jsou takové, jejichž hustota nepřesahuje 5 g/cm3. Tato skupina zahrnuje titan, hliník, hořčík, berylium a lithium.
Spolu s hustotou, označovanou písmenem d, se k popisu vlastností kovů používá i reciproká hodnota, měrný objem v=1d (cm3 g).
S rostoucí teplotou klesá hustota všech kovů v pevném skupenství a odpovídajícím způsobem roste i měrný objem. Zvětšení měrného objemu pevného kovu, který při zahřátí o Δt neprochází polymorfními přeměnami, lze poměrně přesně popsat lineární závislostí vтвt=vтв20°С (1+βтв Δt), kde βтв je teplotní koeficient objemové roztažnosti. Jak je známo z fyziky, βtv=3α, kde α je teplotní koeficient lineární roztažnosti v daném teplotním rozsahu. U většiny kovů způsobí zahřívání z pokojové teploty na bod tání zvýšení objemu o 4–5 %, takže dтвtпл = 0,95/0,96dтв20°С.
Přechod kovu do kapalného stavu je ve většině případů doprovázen zvětšením objemu a odpovídajícím snížením hustoty. V tabulce. 1 je to vyjádřeno změnou specifických objemů Δv = 100 (vliq – vsolid)/vliq, kde vliq a vsolid jsou specifické objemy kapalného a pevného kovu při teplotě tání. Lze ukázat, že Δv = 100 (vж — vтв)/vж = Δd = 100 (dтв — dж)/dтв. Pokles hustoty při tavení je vyjádřen několika procenty. Existuje několik kovů a nekovů, které při tavení vykazují inverzní změnu hustoty a specifického objemu. Gallium, vizmut, antimon, germanium a křemík při roztavení zmenšují objem, a proto má jejich Δv zápornou hodnotu. Pro srovnání lze uvést, že pro Vedu Δv = -11 %.
Mírná změna objemu kovů během tavení naznačuje, že vzdálenosti mezi atomy v tekutém kovu se jen málo liší od meziatomových vzdáleností v krystalové mřížce. Počet nejbližších sousedů pro každý atom (tzv. koordinační číslo) v kapalině je obvykle o něco menší než v krystalové mřížce. U kovů s těsně uzavřenou strukturou klesá koordinační číslo při tavení z 12 na 10–11 a u kovů s o. C. ke struktuře se toto číslo mění z 8 na 6. V tekutém kovu blízko bodu tání je zachován řád krátkého dosahu, ve kterém je zachováno uspořádání sousedních atomů ve vzdálenosti přibližně tří atomových průměrů podobně, jako tomu bylo v krystalové mřížce, která, jak známo, má také řád na dlouhé vzdálenosti. Při tavení nedochází u kovů k žádným zásadním změnám v řadě vlastností: tepelné vodivosti, tepelné kapacitě; elektrická vodivost zůstává stejného řádu jako v pevném kovu blízko jeho bodu tání.
Zvýšení teploty tekutého kovu způsobuje nejen postupnou změnu všech jeho vlastností, ale vede i k postupným strukturním změnám, které se projevují poklesem koordinačního čísla a postupným zánikem řádu krátkého dosahu v uspořádání atomů. Zvětšení měrného objemu tekutého kovu způsobené zvýšením teploty lze přibližně popsat lineární závislostí vжt = vжtпл (1 +βж Δt). Teplotní koeficient objemové roztažnosti tekutého kovu je podstatně větší než u pevného kovu. Obvykle βж = 1,5/3βтв.
Slitiny v pevném i kapalném stavu obecně nejsou dokonalými řešeními a fúze dvou nebo více kovů je vždy spojena se změnou objemu. Zpravidla je pozorován pokles objemu slitiny ve srovnání s celkovým objemem čistých složek s přihlédnutím k jejich obsahu ve slitině. Pro technické výpočty však lze pokles objemu během fúze zanedbat. V tomto případě může být specifický objem slitiny určen pravidlem aditivity, tj. hodnotami specifických objemů čistých složek s přihlédnutím k jejich obsahu ve slitině. Tedy měrný objem slitiny, která se skládá ze složek A, B, C, . X, obsažené v hmotnostních procentech v množství a, b, c, . x se rovná

kde vA, vB, vC, vX jsou specifické objemy čistých složek při teplotě, pro kterou se vypočítává specifický objem slitiny.
Změna objemu tekutého kovu před a během krystalizace určuje nejdůležitější vlastnost odlitku – objemové smrštění, které se projevuje, jak bude dále ukázáno, v podobě smršťovacích dutin a pórovitosti (volnosti) v těle odlitku.
Maximální možná hodnota relativního objemového smrštění odlitku je rovna Δvmax = 100 (vжt — vтвtпл)/vжt, kde vжt je měrný objem tekutého kovu při teplotě lití t; ttvtpl je měrný objem pevného kovu při jeho bodu tání.
Experimentálně zjištěné objemové smrštění u odlitků je obvykle menší než hodnota Δvmax. To je vysvětleno tím, že při plnění licí formy dochází k ochlazení taveniny a může dokonce dojít ke krystalizaci, proto počáteční stav taveniny v licí formě není charakterizován měrným objemem vtж. Chlazení ztuhlého odlitku na pokojovou teplotu neovlivňuje velikost relativního objemového smrštění.
U odlitků z kovů a slitin se zápornými hodnotami Δv (viz tabulka 1) není detekováno smršťování, ale tzv. růst — vytlačování taveniny na povrch odlitků.

• Vlastnosti tekutých kovů a slitin
• Bezpečnostní opatření a ochrana životního prostředí při tavení a odlévání slitin neželezných kovů
• Výroba ingotů z hořčíkové slitiny
• Výroba ingotů ze slitin hliníku
• Získávání ingotů z neželezných kovů ponořením formy do vody
• Kontinuální lití ingotů z neželezných kovů