نقطه ذوب فلزات

با سلام خدمت دوستان و همراهان پارس بوته. امروز با مطلب آموزشی آشنایی با نقطه ذوب فلزات (Melting point of metals) در خدمت شما هستیم. اطلاعاتی که در مورد فلزات وجود دارد نشان می‌دهد که هر فلز در مقابل فشارهای شدید و حرارت و دمای بالا مقاومتی از خود نمایان می‌کند.

هر فلز دارای خواص و قابلیت‌های بسیاری است که در مقابل ضربات شدید و متعدد، تحمل فشار بار سنگین و مقاومت در محیط‌هایی با دماهای بالا و … از خود نشان می‌دهد. به عنوان مثال می‌توان گفت که یکی از فلزاتی که این خصوصیات را به خوبی بروز می‌دهد فولاد است.

ماشین‌آلات و ابزارآلاتی مانند ماشین‌های قابل اشتعال، کوره، نازل قابل اشتعال، سیستم تخلیه و موتور جت‌ها به مرور در دسترس و معرض دما و حرارت بالا قرار می‌گیرند. بنابراین انتخاب فلزی که مناسب با آن محیط و استفاده از آن باشد اهمیت دارد؛ به این دلیل که وضعیت فشار روی فلزات می‌تواند آن‌ها را به نقطه ذوب خود نزدیک کند.

زمانی که به انتخاب فلزی برای استفاده در دمای بالا پرداخته می‌شود، نقاط حراراتی مختلفی از آن فلز مورد بررسی قرار می‌گیرد که یکی از آن نقاط، نقطه ذوب فلزات است. در ادامه قصد داریم به بررسی نقطه ذوب فلزات و اهمیت آن بپردازیم.

نقطه ذوب فلزات چیست

منظور از نقطه ذوب فلزات، آن نقطه یا دمایی است که فلز در آن تغییر حالت می‌دهد و از حالت جامد به مایع تبدیل می‌شود. زمانی که فلز به طور کامل از حالت جامد به مایع تغییر شکل دهد، آن زمان نقطه ذوب آن فلز است. البته باید این نکته را بدانید که این تغییر حالت باعث تغییر در ترکیبات و ساختار شیمیایی فلز نمی‌شود و فقط این فرم فیزیکی فلز است که تغییر می‌کند.

اهمیت ذوب فلزات

یکی از مهم‌ترین فاکتورهایی که در ساخت، طراحی و میزان استفاده و کاربرد قطعات مختلف در انواع صنایع بسیار اهمیت دارد، نقطه ذوب فلزات است. برای مثال در صنایعی مانند صنایع ریخته‌گری با ذوب کردن فلزات و ریختن مایع فلز در قالب‌هایی با اشکالی گوناگون، محصول نهایی را تولید می‌کنند.

به همین دلیل فاکتور نقطه ذوب فلزات کمک به انتخاب نوع کوره برای ذوب و تولید قطعات مختلف در صنایع ریخته‌گری اهمیت زیادی است. همچنین در صنایع متالورژی دانستن نقطه ذوب هر فلز یا آلیاژ کمک می‌کند تا به اصلاحات فلزی و تولید دیگر آلیاژها پرداخته شود.

دلیل دیگر اهمیت داشتن اطلاعات ذوب فلزات برای عملیات حرارت روی فلزات و آلیاژها است تا در زمان حرارت‌دهی قطعات اصلاحات سخت‌کاری و ریزساختاری آن‌ها ذوب نشوند. علاوه‌براین داشتن اطلاعات لازم در خصوص نقطه ذوب فلزات کمک می‌کند تا در زمان فعالیت با دمای بالا از فلزاتی استفاده شود که نقطه ذوب بالایی دارند.

یکی دیگر از فعالیت‌هایی که دانستن نقطه ذوب در آن اهمیت دارد جوشکاری و لحیم‌کاری فلزات است. بنابراین یکی از دلایل انتخاب مواد و فلزات، بر اساس نقطه ذوب آن‌ها است که اهمیت زیادی دارد.

نقطه ذوب فلزات و آلیاژهای پرکاربرد

با توجه به این‌که فلزات و آلیاژها از انواع مختلفی تشکیل شده‌اند اما گروهی از این فلزات و آلیاژها هستند که کاربردهای مهمی در ساخت قطعات دارند که به فلزات مهندسی معروف شده‌اند. این فلزات عبارتند از فولاد که خود در چند دسته قرار دارد، مس، نیکل، آلومینیوم، استیل و تیتانیوم. در ادامه نقطه ذوب فلزات و آلیاژهای اشاره شده را معرفی و شرح می‌دهیم.

دمای ذوب آهن

یکی از پرکاربردترین و فراوان‌ترین عناصر بر روی کره زمین آهن است که نقطه ذوب آن معادل 1538 درجه سانتی‌گراد یا 2800 درجه فارنهایت است. این عنصر را می‌توان بیشتر در سنگ‌های بازالت، شهاب سنگ‌ها، رسوبات کربتی، مواد معدنی و در پوسته زمین به میزان زیاد پیدا کرد.

اضافه نمودن آلیاژهایی به آهن موجب تغییراتی در نقطه ذوب فلزات آن می‌شود. آهن یکی از پرکاربردترین عنصرهای مورد استفاده در صنایع مانند صنعت ریخته‌گری است که با حرارت دادن به آن تغییراتی در آرایش اتم‌های آن بوجود می‌آید.

نقطه ذوب فولاد

فولاد یکی از فلزاتی است که کاربرد فراوانی دارد و نقطه ذوب آن در صورت ضد زنگ بودن 1530 درجه سانتی‌گراد یا 2500 تا 2875 درجه فارنهایت است. همچنین نقطه ذوب فولاد کربنی 1425 تا 1540 درجه سانتی‌گراد یا 2597 تا 2800 درجه فارنهایت است. بنابراین می‌توان گفت که نقطه ذوب فولاد بستگی به نوع فولاد دارد چون که ممکن است حاوی آلیاژهای متفاوتی باشد.

این آلیاژهای به دلیل ایجاد مقاومت و بهتر کردن آن در برابر خوردگی، آسانی در ساخت و استحکامات آن به فولاد اضافه می‌شوند. همچنین میزان درصد اضافه شده آلیاژها به فولاد در تغییر نقطه ذوب فلزات تاثیرگذار است.

این درصدهای اضافه شده موجب ایجاد انواع مختلفی از فولاد شده که به فولاد ضد زنگ، فولاد کربنی و فولاد ابزار معروف شده‌اند و نقطه ذوب متفاوتی نسبت به یکدیگر دارند.

دمای ذوب فولاد کربنی

فولاد کربنی خود شامل دو نوع فولاد کم‌کربنی و فولاد پرکربنی است که نقطه ذوب متفاوتی دارند. نوع کم‌کربن آن شامل ترکیبات کربن به مقدار وزنی 0.05 تا 0.15 درصد از آن، مس به مقدار 0.6 از آن، منگنز به مقدار 1.65 درصد از آن و سیلیسیم به مقدار 0.6 درصد از آن است.

فولاد کم‌کربنی در دمای 1410 درجه سانتی‌گراد یا 2570 درجه فارنهایت ذوب می‌شود. اما نوع پرکربن آن شامل ترکیبات کربن به مقدار وزنی 0.3 تا 1.7 درصد از آن بوده و در دمای 1425 تا 1540 درجه سانتی‌گراد یا 2600 تا 2800 درجه فارنهایت ذوب می‌شود.

دمای ذوب فولادهای آلیاژی

نوع دیگری از فولاد به عنوان فولاد آلیاژی معروف است که شامل 1 تا 50 درصد وزن عنصر آلیاژ بوده و به دو نوع کم‌آلیاژ و پرآلیاژ شناخته می‌شود. در نوع کم‌آلیاژ آن نقطه ذوب به 1432 درجه سانتی‌گراد یا 2610 فارنهایت می‌رسد و به دلیل وجود عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن نسبت به نوع ساده آن خواص بهتر و تاثیرگذارتری دارد.

در نوع پرآلیاژ که به فولاد سخت معروف است حداقل یکی از آلیاژهای کروم، وانادیوم، نیکل، کبالت، مولیبدن، تیتانیوم و … را با غلظتی زیاد که بیش از 8 درصد است را در ترکیب خود دارد. نقطه ذوب فلزات فولاد سخت به 1415 درجه سانتی‌گراد یا 2600 درجه فارنهایت می‌رسد.

دمای ذوب فولادهای ابزار

نوع دیگری از فولاد که از گروه فولادهای سخت به شمار می‌روند معروف به فولاد ابزار هستند. این نوع از فولاد مانند فولاد فنر شامل آلیاژهای با میزان 0.7 تا 1.4 درصد وزنی از کربن، کروم، منگنز، تنگستن، نیکل، فسفر، مولیبدن و گوگرد با نسبت‌های مختلف است.

میزان دمای ذوب برای این نوع از فولاد حدود 1400 تا 1425 درجه سانتی‌گراد یا 2550 تا 2600 درجه فارنهایت است.

دمای ذوب استیل

در ادامه نقطه ذوب فلزات بع استیل می رسیم. استیل از فولاد ضد زنگ است که شامل درصد وزنی 10.5 تا 11 کروم می‌شود و دمای ذوب آن به 1510 درجه سانتی‌گراد یا 2750 درجه فارنهایت می‌رسد. فولاد استیل انواع مختلفی دارد که به نسبت استفاده آلیاژها در آن دارای ویژگی‌ها و خواص منحصر به خود است و هر کدام دمای ذوب متفاوتی دارند.

معروف‌ترین این استیل‌ها به سه گروه بگیر، نگیر و نسوز تقسیم می‌شوند که بگیرها شامل استیل 410، استیل 420 و استیل 430 که علاوه‌بر ویژگی‌های منحصر به فرد خود قیمت ارزان‌ترین نسبت به بگیرها دارند. استیل نگیر شامل استیل 304، استیل 316، استیل 321 و استیل 316Ti است.

نوع سوم از استیل‌ها نسوز است که با توجه به نامش مقاومت بالایی در برابر حرارت دارد و دو نوع از آن به استیل 309 و 310 معروف است.

دمای ذوب آلومینیوم

نقطه ذوب فلزات آلومینیوم 660 درجه سانتی‌گراد یا 1220 درجه فارنهایت است که پس از فولاد از پرمصرف‌ترین و پرکاربردترین فلزات در بین آلیاژهای مهندسی به شمار می‌رود. دلیل استفاده زیاد از این فلز سبکی آن و مقاومت بالا در برابر خوردگی است که استفاده از آن در صنایع خودروسازی، در و پنجره، هوا و فضا و … بیشتر مورد استقبال قرار گرفته است.

دمای ذوب نیکل

نقطه ذوب نیکل 1453 درجه سانتی‌گراد یا 2647 درجه فارنهایت است. نقطه ذوب فلزات مانند نیکل به دلیل بالا بودن قابلیت و خاصیت استفاده از آن را در دماهای بالا امکان‌پذیر می‌کند. به همین منظور است که از نیکل به عنوان آلیاژی برای بهبود بخشیدن به مقاومت دمای پایین فولاد در آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

لازم به ذکر است که بدانید نیکل یکی از رایج‌ترین پوشش‌ها برای ساخت و تولید قطعات است که در دماهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

دمای ذوب مس

مس فلزی است که خواصی عالی از نوع رسانایی الکتریکی و حرارتی دارد و نقطه ذوب آن 1084 درجه سانتی‌گراد یا 1983 درجه فارنهایت است

این دما از ذوب جزء نقاط پر اهمیت و قوت این فلز است که موجب کاربردهای فراوان آن در صنایع می‌شود. یکی از کاربردهای مس استفاده از آن برای رسانای الکتریکی در دمای بالا است که این توانایی را دارد تا از آن در انواع مختلف و به خصوص در قالب پوشش محافظتی بهره گرفت.

دمای ذوب برنج

برنج آلیاژی است که شامل ترکیب دو فلز مس و روی است و میزان درصد استفاده از این دو فلز، این آلیاژ را به دسته‌های مختلفی تقسیم کرده است. رایج‌ترین و مهم‌ترین نوع برنج‌ها برنج قرمز و زرد است که نقطه ذوب قرمز آن 1000 درجه سانتی‌گراد و نقطه ذوب زرد آن 930 درجه سانتی‌گراد است.

دمای ذوب برنز

نوع دیگری از فلزات و آلیاژها که پایه ایجاد آن از مس است، آلیاژ برنز نام دارد که از مس و قلع ایجاد می‌شود. قابلیت و خاصیت آلیاژ برنز در کاربردهای مکانیکی است و خواص تقویت‌کننده‌ای دارد. این آلیاژ در دمای 913 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود که از دمای ذوب مس خالص کمتر است.

جدول نقطه ذوب فلزات مختلف

نقطه ذوب فلزات زمانی است که در پایین‌ترین دمای ممکن فلز از حالت جامد به مایع تبدیل می‌شود. در این دما حالت جامد و مایع فلزات در کنار یکدیگر برای مدتی کوتاهی ظاهر می‌شوند و در تعادل قرار می‌گیرند. در ادامه بالاترین و پایین نقاط ذوب را برای فلزات پرکاربرد معرفی می‌کنیم.

دلایل ذوب فلزات

برای ذوب فلزات می‌توان علت‌های مختلفی را در نظر گرفت و دلیل اهمیت نقطه ذوب فلزات را بیشتر مورد بررسی قرار داد. حال این علت‌ها می‌تواند به :

• آلیاژسازی
• تصفیه و بازیافت
• جوشکاری
• شکل‌دهی

مربوط شود. فلزات زمانی که به نقطه ذوب خود می‌رسند، کاملا مایع هستند و شکل‌پذیری راحتی دارند و برای تبدیل و تغییر شکل آن‌ها به لوله‌ها، ورق‌ها، میله و قطعات پیچیده مشکل خاصی نخواهند داشت.

ذوب کردن فلزات مختلف کمک می‌کند تا بتوان با اندازه‌های خاص آن‌ها با هم ترکیب کرد و از این ترکیبات آلیاژهای جدیدی با خواص متفاوت و مورد نظر برای استفاده را بوجود آورد. به عنوان نمونه نیاز به فلز یا آلیاژی با استحکام و مقاومت بالا برای استفاده در قسمت‌های مختلفی مانند تولیدات خودرو و قطعات موجب ترکیب دو فلز آهن و کربن شده است.

این ترکیب باعث ایجاد آلیاژ فولاد می‌شود و کاربردهای فراوانی در صنعت و صنایع تولیدی دارد.

اگر لبه‌های بالایی دو قطعه فلز را ذوب کنند و به هم بچسبانند، می‌توانند موجب جوش این دو فلز با هم شوند. این عمل از جوشکاری کاربردهای فراوانی در صنایع ساخت و ساز، تولیدات ابزارآلات و ماشین‌آلات و دیگر موارد دارد. لازم به ذکر است که بدانید ذوب فلزات می‌تواند ناخالصی را در آن‌ها از بین ببرد و آن‌ها تبدیلی به فلزی خالص کند.

از بین بردن ناخالصی‌ها از این جهت اهمیت دارد که روی نقطه ذوب فلزات، مقاومت و استحکام آن و دیگر خواص فلزات تاثیرگذار است. علاوه‌براین ذوب فلزات کمک می‌کند تا ضایعات فلزی را تصفیه کرده تا به طور مجدد بتوان به عنوان مواد اولیه از آن‌ها استفاده کرد.

تصفیه و بازیافت فلزات کمک می‌کند تا استفاده از منابع طبیعی را کاهش داد و آسیب کمتری به محیط زیست وارد کرد.

سخن پایانی

با توجه به اطلاعات گفته شده فوق در مورد نقطه ذوب فلزات و اهمیت آن در صنایع و قطعات و ابزارآلات مورد نیاز جامعه، می‌توان نقش پررنگ هر فلز و میزان استفاده آن‌ها را در دماهای مختلف برای ایجاد قطعات مختلف را درک کرد.

حال می‌دانید که در صنایع مختلف و به خصوص ریخته‌گری چه فلزات و آلیاژهایی با هم ترکیب می‌شوند یا چگونه ترکیب می‌شوند تا در کوره با دماهای بالا قطعات باکیفیت و پرکاربرد برای نیاز جامعه را بسازند.