آگاهی از نقطه ذوب فلزات برای استفاده آن ها در فرآیندهای صنعتی امری ضروری است تا بتوان از فلزات مقاوم و مناسب برای انجام فعالیت های مدنظر استفاده کرد.
فلزات از جمله عناصر رایج در کره زمین هستند که در شرایط خاص مثل فشارها و ضربات شدید، بار زیاد و محیط‌‌های قابلیت تحمل بالایی را دارند. برخی از تجهیزات صنعتی شامل کوره‌ها، سیستم‌های تخلیه، موتورهای جت، ماشین‌‌های احتراقی و نازل‌‌های قابل اشتعال به طور پیوسته در معرض دماهای بالا قرار دارند که باعث ذوب شدن نوع خاصی از فلزات می‌شود. دانستن بالاترین نقطه ذوب فلزات در مشاغل مربوط به ریخته‌گری اهمیت ویژه‌ای دارد؛ همچنین زمانی که یک فلز برای استفاده از دماهای بالا انتخاب می‌شود باید به دمای نقطه ذوب آن توجه کرد. در این مطلب به بررسی دلایل اهمیت نقطه ذوب فلزات می‌پردازیم.
نقطه ذوب فلزات چیست؟
انواع فلز بسته به نقطه ذوبی که دارند از قالب جامد به مایع تبدیل می‌شوند؛ به عبارتی تا رسیدن به نقطه ذوب فلزات به آن‌ها بدون تغییر درجه دما، حرارت می‌دهند تا از فرم جامد به مایع تغییر شکل دهند. زمانی که فلز به طور کامل به مایع تغییر شکل داد؛ یعنی به نقطه ذوب خود رسیده است.
آشنایی با نقطه ذوب فلزات در ریخته گری
فلزات در برابر حرارت بالا از مقاومت بالایی برخوردار هستند؛ ولی هر فلزی نقطه ذوب متفاوتی دارد که بسته به نوع استفاده آن باید بالاترین نقطه ذوب فلزات را مورد بررسی قرار داد.
نقطه ذوب آهن
آهن از فراوان‌ترین عناصر کره زمین به شمار می‌رود که در سنگ‌هایی نظیر بازالت، رسوبات کربنی، شهاب سنگ‌ها و مواد معدنی وجود دارد. نقطه ذوب آهن ۱.۵۳۸ درجه سانتیگراد یا ۲.۸۰۰ درجه فارنهایت است و از پرکاربردترین فلزات در صنایع گوناگون شناخته می‌شود. در صورتی که به آهن گرمای زیادی داده شود به دلیل استحکام بالایی که دارد قبل از ذوب شدن چندین بار اتم های آن تغییر شکل می‌دهند تا در نهایت به نقطه ذوب خود برسد. از دو روش ذوب با کوره‌های مخصوص و ذوب خمیری برای ذوب آهن استفاده می‌کنند.
نقطه ذوب فولاد
فولاد ترکیبی از آهن با کربن، فولاد بازیافتی و مقداری از عناصر دیگر است؛ به عبارتی در ساختار فولاد کمتر از ۲ درصد کربن، ۱ درصد منگنز و مقدار کمی سیلیسیم، گوگرد، فسفر و اکسیژن وجود دارد. فولاد بیشتر از 3500 درجه مختلف دارد که هر نوع آن دارای ویژگی‌های شیمیایی، فیزیکی و زیست محیطی متفاوتی هستند. این فلز از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز و مهندسی در کل دنیا به شمار می‌رود. همچنین به دلیل داشتن نقطه ذوب ۱۴۲۰ تا ۱۵۴۰ درجه سانتیگراد یا ۲۶۰۰ تا ۲۸۰۰ فارنهایت در ساخت تجهیزات و دستگاه‌هایی نظیر ساخت یخچال و فریزر, ساخت ماشین لباسشویی، تولید اتومبیل، کشتی های باری و ساخت مصالح ساختمان سازی استفاده می‌شود.
نقطه ذوب استیل
یکی دیگر از فولادهای آلیاژی استیل یا فولاد ضد زنگ است که در ساختار این فلز نیکل، مولبیدن، تیتانیوم، آلومینیوم، مس، ازت، گوگرد، حدود ۱۰ تا ۳۰ درصد کروم و… وجود دارد. عامل مقاومت این فلز در برابر حرارت و خوردگی وجود همین مقدار اندک کروم است؛ همچنین فلز استیل به سبب داشتن ترکیبات فوق در برابر پوسیدگی و اکسیداسیون مقاومت زیادی دارد. نقطه ذوب استیل ۱۵۱۰ درجه سانتیگراد یا ۲۷۵۰ درجه فارنهایت است و برای ذوب آن از کوره های قوس الکتریکی استفاده می‌کنند.
دلایل اهمیت نقطه ذوب فلزات
یکی از علل اهمیت دانستن نقطه ذوب فلزات، ایجاد مشکل در برخی از اجزای فلز در هنگام ذوب شدن فلز می‌باشد. علاوه بر این انواع فلزات در حالت مایع شکل‌پذیری بهتری دارند و می‌توان از آن‌ها در ساخت تجهیزات گوناگون فلزی بهره برد. هنگامی که فلز به نقطه ذوب خود برسد و شروع به تغییر فاز از حالت جامد به مایع کند، کارکرد اصلی خود را از دست می‌دهد و برای کاربردهای دیگر می‌توان از آن استفاده کرد. به عنوان مثال در صورتی که عناصر موثر در عملکرد یک کوره با افزایش حرارت شروع به ذوب شدن کنند، کوره کارایی خود را از دست می‌دهد. مثال دیگر در مورد نازل سوخت یک موتور جت است که در صورت ذوب شدن انسداد روزنه‌های موتور اتفاق می‌افتد و منجر به از بین رفتن موتور کارایی موتور می‌شود. علاوه بر این ممکن است قبل از رسیدن به نقطه ذوب، انواع گسیختگی‌های فلزی ایجاد شود؛ بنابراین باید تغییرات فلزات در دماهای مختلفی را مورد بررسی قرار داد و سپس از آن فلز در فعالیت مورد نظر استفاده کرد.
بالاترین نقطه ذوب فلزات
نقطه ذوب فلزات با توجه به ترکیب دقیق آلیاژ متفاوت است؛ در ادامه لیستی از نقاط ذوب فلزت معمول و آلیاژ آن ها ارائه شده است.
- سرب دارای کمترین نقطه ذوب یعنی 327 درجه سانتی گراد است.
- نقطه ذوب آلومینیوم ۶۵۹درجه‌ی سانتی گراد است و با افزودن فلزات آلیاژی به آن نقطه ذوب آن از حدود ۴۵۳ تا ۶۶۶ درجه سانتی گراد تغییر می‌کند.
- برنز نقطه ذوب ۹۱۳درجه‌ی سانتی گراد دارد؛ البته برنز مقاوم دارای مس، سرب و روی است که باعث افزایش نقطه ذوب این فلز به 977 درجه سانتیگراد می‌شود.
نکته: برنز سیلیکون شامل آلیاژ برنجی با سرب کم بوده که شامل ۹۶٪ مس و درصد کمی سیلیکون است و نقطه ذوب ۱۰۲۵ درجه سانتیگراد دارد.
- برنج: ۹۲۷درجه‌ی سانتی گراد
نکته: فلز برنج آلیاژی از مس است.
- مس: ۱۰۸۳درجه سانتیگراد
- چدن: ۱۲۰۴درجه سانتی گراد
- فولاد: ۱۳۷۱درجه سانتیگراد
- استیل: ۱۵۱۰درجه سانتی گراد
- نیکل: ۱۴۵۲درجه سانتیگراد
- آهن: ۱۵۳۸درجه سانتی گراد
- تنگستن با داشتن نقطه ذوب بسیار بالا حدود 3399 درجه سانتی گراد، بالاترین نقطه ذوب فلزات را دارد. این فلز برای الکترودهای جوشکاری TIG به کار می‌رود.
جمع بندی
آگاهی از نقطه ذوب فلزات برای استفاده آن ها در فرآیندهای صنعتی امری ضروری است تا بتوان از فلزات مقاوم و مناسب برای انجام فعالیت های مدنظر استفاده کرد.
منبع: تجارت آلیاژ
بدون دیدگاه