Какой металл быстро нагревается

У какого металла самая высокая теплоотдача

Какой металл быстро нагревается

Выбирая батареи необходимо оценивать характеристики.

Один из важнейших параметров, характеризующих работоспособность батареи – показатель теплоотдачи.

От параметра во многом зависит работа всей системы.

Теплоотдача батарей отопления: что это такое, её расчет по паспорту изделий

Количество тепла, которое передано в единицу времени определенному объему в единицу времени является теплоотдачей батареи отопления. Теплоотдачу иногда называют тепловой мощностью, потому что измеряется она в Ваттах.

Иногда теплоотдачу называют мощностью теплового потока, и поэтому можно встретить в паспорте на изделие единицу измерения теплоотдачи кал/час. Между Ваттами и калориями в час существует зависимость 1 Вт = 859, 85 кал/час.

В паспорте на радиатор производителем указывается номинальный параметр теплоотдачи. Исходя из этого параметра, можно рассчитать необходимое количество элементов для каждой индивидуальной комнаты или помещения. Если в паспорте указана мощность одной секции 150 Вт, то секция из 7 элементов будет отдавать более 1 кВт тепла.

Расчет реальной теплоотдачи в кВт

Для этого надо определиться с количеством наружных стен, окон. При одной наружной стене и одном окне на каждые 10 м² площади помещения потребуется 1 кВт тепла.

Если количество наружных стен две, то на каждые 10 м² потребуется 1,3 кВт тепловой энергии.

Точнее можно рассчитать необходимую мощность по формуле Sxhx41:

  • S — площадь комнаты;
  • h — высота помещения;
  • 41 — показатель минимальной мощности на 1 куб.м объема помещения.

Полученная тепловая мощность и будет являть собой необходимую полную мощность батареи отопления. Теперь остается только поделить на мощность одного радиатора и определить их количество.

Формулы для точного подсчета

КТ=1000 Вт/м²*П*К1*К2*К4*К7.

Показатель КТ — количество тепла для индивидуального помещения.

П — Общая площадь помещения.

К1 — коэффициент учета оконных проемов. Если двойное окно, то К1 = 1,27.

  • Двойной стеклопакет — 1,0,
  • Тройной стеклопакет — 0,85.

К2 — коэффициент теплоизоляции стен:

  • Теплоизоляция очень низкая — 1,27;
  • Кладка стен в 2 кирпича и утеплитель — 1,0;
  • Высококачественная теплоизоляция — 0,85.

К3 — соотношение площади окон и пола в комнате:

  • 50%1,2;
  • 40%1,1;
  • 30%1,0;
  • 20%0,9;
  • 10%0,8.

К4 — средняя температура воздуха в комнате в самый холодный период:

  • 35 °С1,5;
  • 25 °С1,3;
  • 20 °С1,1;
  • 15 °С0,9;
  • 10 °С0,7.

К5 — учет наружных стен:

  • 1 стена — 1,1;
  • 2 стены — 1,2;
  • 3 стены — 1,3;
  • 4 стены — 1,4.

К6 — тип помещения над комнатой:

  • Холодный чердак (неутепленный) — 1,0;
  • Чердак с отоплением — 0,9;
  • Отапливаемое помещение — 0,8.

К7 — учет высоты потолков:

  • 2,5 м — 1,0;
  • 3,0 м — 1,05;
  • 3,5 м — 1,1;
  • 4,0 м — 1,15;
  • 4,5 м — 1,2.

При таком расчете учитывается максимальное количество особенностей помещения под отопление.

Внимание! Результат необходимо разделить на теплоотдачу одного радиатора и округлить результат в бо́льшую сторону.

Расчет теплоотдачи по таблице

Многих потребителей мало интересует процесс расчета теплоотдачи, в большей степени для них важна эффективность. Об эффективности можно говорить, когда учитываются все параметры. Многие фирмы производители сводят показатели в таблицы, по которым проще подобрать батареи необходимой эффективности.

Фото 1. Пример таблицы для расчета теплоотдачи радиаторов таких марок, как DeLonghi, Kermi, Korado.

Пример работы

Из таблицы выбираем интересующую фирму производителя. Например, Kermi (Германия). В первой колонке выбираем тип радиатора. Допустим, это радиатор типа 22. Его размеры 400х100х300. Мощность изделия 510 Вт.

Если в нашем помещении расчетная необходимость требует батарею общей мощностью 2000 Вт, то таких батарей потребуется установить 2000/510 = 4 шт. Исходя из указанной цены, общая стоимость будет в пределах 12 тыс. руб.

Сначала необходимо уточнить — найдется ли место для установки такого количества батарей отопления. Если физического места для установки нет, то надо выполнить выбор из других типов рбатарей.

Фото 2. Пример таблицы мощности для радиаторов от производителя Kermi. Указано несколько моделей отопительных приборов.

Выбираем тип 22. Высота 600 мм, длина 1000 мм. В месте пересечения находим мощность батареи — 2249 Вт. Это означает, что одного элемента вполне достаточно, чтобы отопить нашу комнату с расчетной необходимостью в 2 кВт.

Источник: https://vashslesar.ru/uteplenie/u-kakogo-metalla-samaja-vysokaja-teplootdacha.html

Особенности закалки стали

Какой металл быстро нагревается

Термообработка металла изменяет его характеристики. Закалка стали делает ее тверже, прочнее. В отдельных случаях термообработку проводят для измельчения зерна, выравнивания структуры. Простую технологию нагрева и быстрого охлаждения для мелких деталей можно осуществить в домашних условиях. Необходимо знать марку стали и ее температуру нагрева для закалки.

Что такое закалка металла?

Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:

  1. Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
  2. Быстрое охлаждение.
  3. Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.

В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.

По глубине обработки закалка делится на два вида:

В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.

Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.

Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.

Какие стали можно закаливать?

При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.

Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.

Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.

Температура и скорость нагрева

Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.

Свойства стали после закалки

После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:

  • увеличивается твердость и прочность;
  • уменьшается зерно;
  • снижается гибкость и пластичность;
  • повышается хрупкость;
  • увеличивается устойчивость к стиранию;
  • уменьшается сопротивление на излом.

На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.

Виды закалки стали

Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.

Закаливание в одной среде

При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.

Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.

Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.

При закалке на воде легированная сталь подогревается до 40–60⁰. Холодная жидкость будет отскакивать от горячей поверхности, образуя паровую рубашку. Скорость охлаждения значительно снизится.

Ступенчатая закалка

Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.

Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.

Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.

Изотермическая закалка

Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:

  1. Нормализация для улучшения структуры.
  2. Нагрев до температуры закалки.
  3. Опускание в ванну с селитрой, прогретой до 300–350⁰, и выдержка в ней.

После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.

Светлая закалка

Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.

В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.

Закалка с самоотпуском

При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.

Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.

Способы охлаждения при закаливании

Широко используемые в промышленности способы охлаждения металла при закалке на воду и в масле. Самый древний состав для закалки мечей и других тонкостенных предметов — соляной раствор. Закалку производили кузнецы, используя нагрев под ковку и тепло, выделяемое деформацией.

Красные сабли, мечи, ножи опускали в мочу рыжих парней. В Европе их просто вонзали в тела живых рабов. Коллоидный состав, содержащий соли и кислоты, позволял с оптимальной скоростью охладить сталь и не создавать лишних напряжений и поводки.

В настоящее время используют различные солевые натриевые растворы, селитру и даже пластиковую стружку.

Как закалить сталь в домашних условиях

Решение о том, как калить металл, принимается исходя из нескольких параметров:

  • марки стали;
  • требуемой твердости;
  • режима работы детали;
  • габаритов.

Не все способы термообработки доступны любителям. Следует выбирать наиболее простые. Чаще всего в домашних условиях приходится закаливать нержавейку при изготовлении ножей и другого домашнего режущего инструмента.

Температура закалки хромсодержащих сталей 900–1100⁰C. Проверять нагрев следует визуально. Металл должен иметь светло оранжевый – темно желтый цвет, равномерный по всей поверхности.

Окунать тонкую нержавейку можно в горячую воду, поднимая на воздух и вновь опуская. Чем выше содержание углерода, тем больше времени сталь проводит на воздухе. Один цикл длится примерно 5 секунд.

Простые свариваемые стали греют до вишневого цвета и охлаждают в воде. Среднелегированные материалы должны перед окунанием в воду иметь красный цвет. После 10–30 секунд перекладываются в масло, затем укладываются в печь.

При закалке получают максимальную твердость, которую дает сталь при данной технологии. Затем высокотемпературным отпуском понижают ее до требуемой.

Закалка в домашних условиях

Оборудование

Нагрев металла производится различными способами. Нужно только помнить, что температура горения дерева не может обеспечить нагрев металла.

Если требуется улучшить качество 1 детали, достаточно развести костер. Его надо по периметру обложить кирпичами и после укладки заготовки частично закрыть сверху, оставив щели для доступа воздуха. Лучше жечь уголь.

Отдельный участок и небольшую по размерам деталь греют газовой и керосиновой горелкой, постоянно водя пламенем и прогревая со всех сторон.

Изготовление муфельной печи требует много времени и ресурсов. Ее целесообразно строить при постоянном использовании.

Охлаждающая жидкость может находиться в ведре и любой другой емкости, которая обеспечит полное погружение детали с толщиной масла в 5 наибольших сечений детали:

  • одна часть под закаливаемым изделием;
  • две сверху.

Деталь необходимо медленно двигать в охлаждающей жидкости. В противном случае образуется паровая рубашка.

Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла

Наипростейшее подобие муфельной печи делается из огнеупорного кирпича, шамотной глины и асбеста:

  1. На оправку навить медную проволоку. Для домашнего напряжения подойдет сечение 0,8 мм. Оставить длинные концы.
  2. Расположить спираль внутри кирпичей и зафиксировать глиной, обмазав всю внутреннюю поверхность.
  3. Внутри сделать поддон — площадку для расположения заготовок. Для этого нужно смешать глину с асбестом.
  4. Теплоизолирующий материал можно расположить и снаружи, уменьшая теплоотдачу стенок.
  5. Подключить концы проволоки к проводам с вилкой.
  6. Сзади герметично заделать отверстие между кирпичами.
  7. Впереди соорудить крышку, которая будет открываться.

Высыхать все материалы должны при комнатной температуре. На это уйдет несколько дней. Затем можно укладывать деталь на изоляционный материал и греть.
Закалка топора в домашних условиях.

Дефекты при закаливании стали

При закаливании стали возникают 2 группы дефектов:

Первые связаны с неравномерной, пятнистой закалкой и несоответствием полученной твердости требованиям в чертеже. Вызваны такие дефекты в основном неправильным охлаждением или некачественно проведенной термообработкой.

К неисправимым относятся сколы, трещины, полное разрушение деталей. Причина чаще всего заключается в некачественном металле.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как подобрать диаметр сверла под саморез

Закалка значительно изменяет структуру и эксплуатационные качества металла. Делать ее самостоятельно можно на простых деталях. Необходимо точно знать марку стали, температуру ее закалки и охлаждающую среду.

Источник: https://metalloy.ru/obrabotka/termo/zakalka-stali

Как выбрать чайник для плиты

Какой металл быстро нагревается

16.02.2018 10:08:25

Чтобы ваш чайник был удобным в использовании и не «пал смертью храбрых» после нескольких месяцев эксплуатации, перед покупкой обратите внимание на материал, из которого он изготовлен, длину носика, объем и другие параметры. Как это сделать, мы расскажем в нашей статье.

Какие бывают чайники для плиты

Чайники для плиты чаще всего производятся из нержавейки и эмалированной стали. Реже встречаются в продаже изделия из термостойкого стекла, алюминия и керамики, а чугунную посуду практически невозможно найти, разве что на блошином рынке или в сундуке у бабушки. Все они имеют свои плюсы и минусы.

Чайники из нержавеющей стали

Один из самых популярных и удачных типов чайников. Посуда из нержавеющей стали имеет красивый внешний вид (блестящую зеркальную поверхность), а также высокую прочность и устойчивость к деформациям. В нержавейке не содержится каких-либо токсических веществ, которые могут «мигрировать» в воду, поэтому этот материал является абсолютно безопасным для здоровья.

Многие модели из нержавейки имеют «слоеное» дно из других материалов, например, меди и алюминия. Это улучшает распределение тепла и делает нагревание чайника более равномерным.

Чайники из алюминия

Алюминий — это дешевый и легкий материал, устойчивый к коррозии. Во времена Советского Союза из него часто делали кастрюли, чашки, столовые приборы и чайники, но сейчас его используют намного реже.

На просторах интернета можно найти информацию о том, что алюминиевая посуда при нагревании выделяет тяжелые металлы в воду и продукты, и они постепенно накапливаются в нашем организме. Это опасно для здоровья, т.к. избыточное содержание алюминия может привести развитию таких заболеваний, как остеопороз, рак, заболевания почек и пр.

Другие утверждают, что использование такой посуды для кипячения воды безопасно, т.к. при взаимодействии с кислородом на поверхности алюминия образуется оксидная пленка, которая защищает напитки от «миграции» токсических веществ. Эта пленка повреждается только при длительном хранении пищи и воздействии кислот, например, из томатного сока или кислой капусты. Поэтому использование алюминиевого чайника не может стать причиной развития рака и других болезней.

К сожалению, нельзя точно сказать, как использование посуды из алюминия влияет на организм человека. По этому вопросу было проведено слишком мало исследований. Стоит ли покупать такое изделие, решать вам.

Чайники из эмалированной стали

Эмалированные чайники пользуются большой популярностью среди жителей нашей страны и стран СНГ. «Мода» на них началась во времена СССР и продолжается до сих пор. И не удивительно, ведь они могут иметь самые разные размеры и расцветки. Благодаря этому чайник можно подобрать под любой кухонный дизайн. Кроме того, такие изделия при нагревании не вступают в реакцию с водой и не выделяют опасных веществ.

Чайники из стекла

Стеклянный чайник для плиты – хороший способ удивить гостей. Это отличный вариант для нечастого использования и праздничного стола. Но если вы будете кипятить в нем воду постоянно, то чайник быстрее разобьется. Изделие также может треснуть при резком колебании температуры, например, если вы подставите горячий чайник под холодную струю воды.

Корпус изделия производится из огнеупорного стекла, а крышка и ручка – из пластика. Благодаря прозрачным стенкам можно контролировать процесс закипания воды и ее уровень, а пластик снижает вероятность ожогов.

Чайники из чугуна

Чугунные чайники – один из самых прочных и надежных вариантов. Их тяжело поцарапать или деформировать, а срок их службы составляет десятки лет. Такие чайники равномерно прогреваются и медленно остывают. Во время длительных посиделок вам не придется постоянно кипятить воду – она останется горячей на долгое время.

Ручка

При покупке чайника обязательно обратите внимание на материал, из которого изготовлена ручка. Если он будет обладать низкой теплопроводностью, это убережет вас от ожогов.

Ручки могут быть сделаны из:

  1. Бакелита;

  2. Металла;

  3. Керамики.

Бакелит – это термостойкий материал, рассчитанный на температуру не более 180C. При превышении 180C он начинает обугливаться, поэтому его следует держать подальше от огня. Бакелитовыми ручками удобно пользоваться, они не скользят и приятны на ощупь.

Эмалированные чайники обычно оснащаются ручками из металла или керамики. Металлические ручки сильно нагреваются, но обладают высокой прочностью и устойчивостью к ударам и падениям, а керамические отличаются повышенной хрупкостью. Они медленно нагреваются, но если чайник вовремя не снять с плиты, об них можно обжечься.

Иногда чайники оснащаются силиконовыми ручками. Силикон имеет низкую теплопроводность и выдерживает температуру до 230C.

Носик

При помощи чайника с небольшим и широким носиком можно быстро наполнить чашку. Однако в него нельзя наливать много жидкости – уровень воды не должен быть выше нижней точки, в которой соединяются носик и корпус чайника. Если же вы будете использовать изделие с узким и длинным носиком, поток воды будет более медленным. Кроме того, если вы сильно наклоните чайник, кипяток может выплеснуться из-под крышки.

Объем

Объем чайника может составлять как 0,7 литра, так и 3,2 литра. Выбор литража, в первую очередь, должен зависеть от количества людей, которые будут пить чай. Например, для праздничного стола или большой компании выбирайте модели на 2–3 л, а для семьи из четырех человек подойдет посуда на 1,5–2 литра. Одному человеку хватит чайника с объемом 0,7 л, а влюбленной парочке – одного литра.

Как правильно мыть чайники эмалированные и из нержавеющей стали

Неправильный уход за чайником не только сокращает срок службы изделия, но и может навредить здоровью человека. Например, использование абразивных чистящих средств и жестких губок истончают эмалевое покрытие посуды, из-за чего на нем появляются трещины и сколы, и чайник приходится выкинуть. Если же человек продолжает пользоваться таким чайником, «открытый» металл вступает в реакцию с водой и выделяет в нее вещества, опасные для здоровья.

Уход за эмалированным чайником

Прежде чем использовать изделие впервые, «закалите» его. Прокипятите в нем воду с солью (1 ст. ложка соли на 500 мл воды). Так вы сделаете покрытие более прочным.

Эмалированные чайники склонны к появлению накипи. Чтобы предупредить ее образование, ежедневно очищайте внутреннюю поверхность чайника с помощью мягкой губки. Не используйте сильнодействующие моющие средства и жесткие губки (ершики). Не оставляйте воду в чайнике надолго.

Чтобы избавиться от накипи, можно использовать лимонную кислоту, пищевую соду, уксус и даже картофельные очистки. Чаще всего хозяйки используют лимонную кислоту. Чтобы отмыть накипь, необходимо:

  1. Заполнить чайник раствором воды и лимонной кислоты из расчета 25 г на 2,5 л;

  2. Закипятить раствор и сразу же снять с огня;

  3. Подождать, пока жидкость остынет;

  4. Промыть под проточной водой и удалить остатки накипи при помощи губки.

  5. Нельзя мыть горячий чайник в холодной воде. Из-за резкой смены температуры эмаль может треснуть.

Уход за чайником из нержавеющей стали

Посуда из нержавейки быстро пачкается, и на ней моментально появляются разводы. Поэтому ее следует регулярно мыть с помощью мягких моющих средств или хозяйственного мыла. Не рекомендовано использовать жесткие губки и абразивные чистящие средства – они могут поцарапать поверхность. Чтобы отмыть стойкие и старые пятна, можно использовать пищевую соду с мылом. Для этого:

  1. Промойте чайник под проточной водой;

  2. Намыльте губку мылом и сверху присыпьте содой;

  3. Посыпьте чайник содой;

  4. Протрите изделие губкой с подготовленной смесью;

  5. Спустя  40–60 минут помойте посуду в теплой воде;

  6. При необходимости повторите.

Лучшие производители чайников для плиты

Качество чайника, безопасность покрытия и срок его службы зависят от производителя. Покупка посуды от неизвестного бренда может не только привести к лишним тратам, но и навредить здоровью.

Некоторые производители выпускают посуду из низкокачественного материала, который быстро деформируется, а покрытие скалывается, позволяя металлу вступать в реакцию с водой и выделять опасные для здоровья соединения. Кроме того, некоторые бюджетные модели чайников имеют слишком тонкие стенки и дно, из-за чего они неравномерно прогреваются и быстро приходят в негодность, а «термостойкая» ручка нагревается и плавится.

Чтобы снизить риск неудачной покупки, обратите внимание на следующих производителей:

  1. Rondell;

  2. Bekker;

  3. Vinzer;

  4. Bork;

  5. Esprado;

  6. Wellberg.

Эти производители пользуются большой популярностью у жителей РФ, стран СНГ и Европы. Большинство отзывов о чайниках этих фирм положительные – потребители сообщают о высоком качестве посуды, долговечности и удобстве использования.

Внимание! Данный материал носит субъективное мнение авторов проекта и не является руководством к покупке.

Источник: https://expertology.ru/kak-vybrat-chaynik-dlya-plity/

Какой металл быстрее нагревается — Справочник металлиста

Высокая теплопроводность меди и другие ее полезные характеристики послужили одной из причин раннего освоения этого металла человеком. И по сей день медь и медные сплавы находят применение почти во всех областях нашей жизни.

Медные пластины

Немного о теплопроводности

Под теплопроводностью в физике понимают перемещение энергии в объекте от более нагретых мельчайших частиц к менее нагретым. Благодаря этому процессу выравнивается температура рассматриваемого предмета в целом.

Величина способности проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности.

Данный параметр равен количеству тепла, которое пропускает через себя материал толщиной 1 метр через площадь поверхности 1 м2 в течение одной секунды при единичной разнице температур.

МатериалКоэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)
Серебро 428
Медь 394
Алюминий 220
Железо 74
Сталь 45
Свинец 35
Кирпич 0,77

Медь обладает коэффициентом теплопроводности 394 Вт/(м*К) при температуре от 20 до 100 °С. Соперничать с ней может только серебро. А у стали и железа этот показатель ниже в 9 и 6 раз соответственно (см. таблицу).

Стоит отметить, что теплопроводность изделий, изготовленных из меди, в значительной мере зависит от примесей (впрочем, это касается и других металлов).

Например, скорость проводимости тепла снижается, если в медь попадают такие вещества, как:

  • железо;
  • мышьяк;
  • кислород;
  • селен;
  • алюминий;
  • сурьма;
  • фосфор;
  • сера.

Медная проволока

Если добавить к меди цинк, то получится латунь, у которой коэффициент теплопроводности намного ниже.

В то же время добавление других веществ в медь позволяет существенно снизить стоимость готовых изделий и придать им такие характеристики, как прочность и износостойкость.

К примеру, для латуни характерны более высокие технологические, механические и антифрикционные свойства.

Поскольку для высокой теплопроводности характерно быстрым распространение энергии нагрева по всему предмету, медь получила широкое применение в системах теплообмена.

На данный момент из нее изготавливают радиаторы и трубки для холодильников, вакуумных установок и автомашин для быстрого отвода тепла.

Также медные элементы применяют в отопительных установках, но уже для обогрева.

Медный радиатор отопления

Чтобы поддерживать теплопроводность металла на высоком уровне (а значит, делать работу устройств из меди максимально эффективной), во всех системах теплообмена используют принудительный обдув вентиляторами. Такое решение вызвано тем, что при повышении температуры среды теплопроводность любого материала существенно понижается, ведь теплоотдача замедляется.

  Чем отличаются сверла по металлу и дереву

Алюминий и медь – что лучше?

У алюминия есть один минус по сравнению с медью: его теплопроводность в 1,5 раза меньше, а именно 201–235 Вт/(м*К). Однако по сравнению с другими металлами это достаточно высокие значения. Алюминий так же, как и медь, обладает высокими антикоррозийными свойствами. Кроме того, он имеет такие преимущества, как:

  • малая плотность (удельный вес в 3 раза меньше, чем у меди);
  • низкая стоимость (в 3,5 раза меньше, чем у меди).

Алюминиевый радиатор отопления

Благодаря простым расчетам получается, что алюминиевая деталь может оказаться дешевле медной практически в 10 раз, ведь она весит намного меньше и изготовлена из более дешевого материала.

Этот факт наряду с высокой теплопроводностью позволяет использовать алюминий в качестве материала для посуды и пищевой фольги для духовых шкафов.

Главный недостаток алюминия состоит в том, что он является более мягким, поэтому его можно использовать только в составе сплавов (например, дюралюминия).

Для эффективного теплообмена важную роль играет скорость отдачи тепла в окружающую среду, и этому активно способствует обдув радиаторов.

В результате меньшая теплопроводность алюминия (относительно меди) нивелируется, а вес и стоимость оборудования снижаются.

Эти важные плюсы позволяют алюминию постепенно вытеснять медь из использования в системах кондиционирования.

Использование меди в электронике

В некоторых отраслях, к примеру, в радиопромышленности и электронике, медь является незаменимой.

Дело в том, что этот металл по природе своей очень пластичен: его можно вытянуть крайне тонкую проволоку (0,005 мм), а также создать другие специфические токопроводящие элементы для электронных приборов.

А высокая теплопроводность позволяет меди крайне эффективно отводить неизбежно возникающее при работе электроприборов тепло, что очень важно для современной высокоточной, но в то же время компактной техники.

Актуально использование меди в тех случаях, когда требуется сделать наплавку определенной формы на стальную деталь.

При этом применяется шаблон из меди, который не соединяется с привариваемым элементом. Использование алюминия для этих целей невозможно, так как он будет расплавлен или прожжен.

Стоит также упомянуть, что медь способна выполнить роль катода при сварке угольной дугой.

1 — шестерня, 2 — крепления шаблонов, 3 — наплавляемый зуб шестерни, 4 — медные шаблоны

  Вытяжка листового металла

Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов

Медь обладает куда более высокой стоимостью, чем латунь или алюминий. При этом у данного металла есть свои недостатки, напрямую связанные с его достоинствами.

Высокая теплопроводность приводит к необходимости создавать специальные условия во время резки, сварки и пайки медных элементов. Так как нагревать медные элементы нужно намного более концентрировано по сравнению со сталью.

Также часто требуется предварительный и сопутствующий подогрев детали.

Не стоит забывать и о том, что медные трубы требуют тщательной изоляции в том случае, если из них состоит магистраль или разводка системы отопления. Что приводит к увеличению стоимости монтажа сети в сравнении с вариантами, когда применяются другие материалы.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как самому сделать токарный станок по металлу

Пример теплоизоляции медных труб

Сложности возникают и с газовой сваркой меди: для этого процесса потребуются более мощные горелки. При сварке металла толщиной 8–10 мм потребуются две-три горелки. Пока одна горелка используется для сварки, другими ведется подогрев детали. В целом сварочные работы с медью требуют повышенных расходов на расходные материалы.

Плазменная резка меди

Можно ли повысить теплопроводность меди?

Медь широко используется при создании микросхем электронных устройств и призвана отводить тепло от нагреваемых электрическим током деталей.

При попытке увеличить быстродействие современных компьютеров разработчики столкнулись с проблемой охлаждения процессоров и других деталей. В качестве одного из решений применялся вариант разбиения процессора на несколько ядер.

Однако данный способ борьбы с перегревом себя исчерпал, и сейчас требуется искать новые проводники с более высокой теплопроводностью и электропроводимостью.

Одним из решений этой проблемы является недавно открытый элемент графен. Благодаря напылению из графена теплопроводность медного элемента увеличивается на 25%. Однако пока изобретение находится на уровне разработки.

Источник: https://ssk2121.com/kakoy-metall-bystree-nagrevaetsya/

Теплопроводность металлов

Все изделия, используемые человеком, способны передавать и сохранять температуру прикасаемого к ним предмета или окружающей среды. Способность отдачи тепла одного тела другому зависит от вида материала, через который проходит процесс.

Свойства металлов позволяют передавать тепло от одного предмета другому, с определенными изменениями, в зависимости от структуры и размера металлической конструкции.

Теплопроводность металлов — один из параметров, определяющих их эксплуатационные возможности.

Что такое теплопроводность и для чего нужна

Процесс переноса энергии атомов и молекул от горячих предметов к изделиям с холодной температурой, осуществляется при хаотическом перемещении движущихся частиц. Такой обмен тепла зависит от агрегатного состояния металла, через который проходит передача.

В зависимости от химического состава материала, теплопроводность будет иметь различные характеристики.

Данный процесс называют теплопроводностью, он заключается в передаче атомами и молекулами кинетической энергии, определяющей нагрев металлического изделия при взаимодействии этих частиц, или передается от более теплой части – к той, которая меньше нагрета.

Способность передавать или сохранять тепловую энергию, позволяет использовать свойства металлов для достижения необходимых технических целей в работе различных узлов и агрегатов оборудования, используемого в народном хозяйстве.

Примером такого применения может быть паяльник, нагревающийся в средней части и передающий тепло на край рабочего стержня, которым выполняют пайку необходимых элементов.

Зная свойства теплопроводности, металлы применяют во всех отраслях промышленности, используя необходимый параметр по назначению.

Понятие термического сопротивления и коэффициента теплопроводности

Если теплопроводность характеризует способность металлов передавать температуру тел от одной поверхности к иной, то термическое сопротивление показывает обратную зависимость, т.е. возможность металлов препятствовать такой передаче, иначе выражаясь, – сопротивляться. Высоким термическим сопротивлением обладает воздух. Именно он, больше всего, препятствует передаче тепла между телами.

Количественную характеристику изменения температуры единицы площади за единицу времени на один градус (К), называют коэффициентом теплопроводности. Международной системой единиц принято измерять этот параметр в Вт/м*град. Эта характеристика очень важна при выборе металлических изделий, которые должны передавать тепло от одного тела к другому.

Таблица 1

Металл Коэффициент теплопроводности металлов при температура, °С
— 100 100 300 700
Алюминий 2,45 2,38 2,30 2,26 0,9
Бериллий 4,1 2,3 1,7 1,25 0,9
Ванадий 0,31 0,34
Висмут 0,11 0,08 0,07 0,11 0,15
Вольфрам 2,05 1,90 1,65 1,45 1,2
Гафний  — 0,22 0,21
Железо 0,94 0,76 0,69 0,55 0,34
Золото 3,3 3,1 3,1
Индий 0,25
Иридий 1,51 1,48 1,43
Кадмий 0,96 0,92 0,90 0,95 0,44 (400°)
Калий 0,99 0,42 0,34
Кальций 0,98
Кобальт 0,69
Литий 0,71 0,73
Магний 1,6 1,5 1,5 1,45
 Медь 4,05 3,85 3,82 3,76 3,50
Молибден 1,4 1,43  — 1,04 (1000°)
Натрий 1,35 1,35 0,85 0,76 0,60
Никель 0,97 0,91 0,83 0,64 0,66
Ниобий 0,49 0,49 0,51 0,56
Олово 0,74 0,64 0,60 0,33
Палладий 0,69 0,67 0,74
Платина 0,68 0,69 0,72 0,76 0,84
Рений 0,71
Родий 1,54 1,52 1,47
Ртуть 0,33 0,09 0.1 0,115
Свинец 0,37 0,35 0,335 0,315 0,19
Серебро 4,22 4,18 4,17 3,62
Сурьма 0,23 0,18 0,17 0,17 0,21
Таллий 0,41 0,43 0,49 0,25 (400 0)
Тантал 0,54 0,54
Титан 0,16 0,15
Торий 0,41 0,39 0,40 0,45
Уран 0,24 0,26 0,31 0,40
Хром 0,86 0,85 0,80 0,63
Цинк 1,14 1,13 1,09 1,00 0,56
Цирконий 0,21 0,20 0,19

От чего зависит показатель теплопроводности

Изучая способность передачи тепла металлическими изделиями выявлено, что теплопроводность зависит от:

  • вида металла;
  • химического состава;
  • пористости;
  • размеров.

Металлы имеют различное строение кристаллической решетки, а это может изменить теплопроводность материала. Так, например, у стали и алюминия, особенности строения микрочастиц влияют по-разному на скорость передачи тепловой энергии через них.

Коэффициент теплопроводности может иметь различные значения для одного и того же металла при изменении температуры воздействия. Это связано с тем, что у разных металлов градус плавления отличается, а значит, при других параметрах окружающей среды, свойства материалов также будут отличаться, а это отразится на теплопроводности.

Методы измерения

Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.

Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.

Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.

Теплопроводность стали, меди, алюминия, никеля и их сплавов

Обычное железо и цветные металлы имеют разное строение молекул и атомов. Это позволяет им отличаться друг от друга не только механическими, но и свойствами теплопроводности, что, в свою очередь, влияет на применение тех или иных металлов в различных отраслях хозяйства.

Таблица 2

Сталь имеет коэффициент теплопроводности, при температуре окружающей среды 0 град. (С), равный 63, а при увеличении градуса до 600, он снижается до 21 Вт/м*град. Алюминий, в таких же условиях, наоборот – увеличит значение от 202 до 422 Вт/м*град. Сплавы из алюминия, будут также повышать теплопроводность, по мере увеличения температуры. Только величина коэффициента будет на порядок ниже, в зависимости от количества примесей, и колебаться в пределах от 100 до 180 единиц.

Медь, при изменении температуры в тех же пределах, будет уменьшать теплопроводность от 393 до 354 Вт/м*град. При этом, медь содержащие сплавы латуни будут иметь такие же свойства, как и алюминиевые, а значение теплопроводности будет изменяться от 100 до 200 единиц, в зависимости от количества цинка и других примесей в составе сплава латуни.

Коэффициент теплопроводности чистого никеля считается низким, он будет менять свое значение от 67 до 57 Вт/м*град. Сплавы с содержанием никеля, будут также иметь коэффициент с пониженным значением, который, благодаря содержанию железа и цинка, колеблется от 20 до 50 Вт/м*град. А наличие хрома, позволит понизить теплопроводность в металлах до 12 единиц, с небольшим увеличением этой величины, при нагреве.

Применение

Агрегатное состояние материалов имеет отличительную структуру строения молекул и атомов. Именно это оказывает большое влияние на металлические изделия и их свойства, в зависимости от назначения.

Отличающийся химический состав узлов и деталей из железа, позволяет обладать различной теплопроводностью. Это связано со структурой таких металлов как чугун, сталь, медь и алюминий. Пористость чугунных изделий способствует медленному нагреванию, а плотность медной структуры – наоборот, ускоряет процесс теплоотдачи. Эти свойства используют для быстрого отвода тепла или постепенного нагревания продукции инертного назначения. Примером использования свойств металлических изделий является:

  • кухонная посуда с различными свойствами;
  • оборудование для пайки труб;
  • утюги;
  • подшипники качения и скольжения;
  • сантехническое оборудование для подогрева воды;
  • приборы отопления.

Медные трубки широко используют в радиаторах автомобильных систем охлаждения и кондиционеров, применяемых в быту. Чугунные батареи сохраняют тепло в квартире, даже при непостоянной подаче теплоносителя требуемой температуры. А радиаторы из алюминия, способствуют быстрой передаче тепла отапливаемому помещению.

При возникновении высокой температуры, в результате трения металлических поверхностей, также важно учитывать теплопроводность изделия. В любом редукторе или другом механическом оборудовании, способность отводить тепло, позволит деталям механизма сохранить прочность и не быть подвергнутыми разрушению, в процессе эксплуатации. Знание свойств теплопередачи различных материалов, позволит грамотно применить те или иные сплавы из цветных или черных металлов.

Источник: https://prompriem.ru/metally/teploprovodnost.html

Индукционный нагреватель металла. Принцип работы

Технология индукционного нагрева заготовок востребована не только в цехах горячей объёмной штамповки. Компактные индукторы необходимы, в частности, для автосервиса, занимающегося изготовлением и ремонтом стальных деталей из профилированного проката. Приобретать промышленный индуктор дорого. Есть ли альтернатива?

Как работает индукционный нагреватель?

Для реализации процесса индукционного нагрева используется известный физический принцип, когда для деформирования в горячем состоянии заготовку размещают в магнитном поле кольцеобразного индуктора. Питание такой катушки производится электрическим переменным током частоты, резко выше, чем обычная (50 или 60 Гц).

Принцип работы индукционного нагревателя следующий. Создаваемые в электромагнитном поле вихревые токи (у них есть и другое название – токи Фуко) производят нагрев металла. Непосредственное соприкосновение заготовки и нагревательного элемента не обязательно, важно только, чтобы индуктор равномерно охватывал нагреваемую поверхность металла. Используя трансформатор, установка подключается к генератору, который обеспечивает требующиеся значения мощности и частоты.

Индукционным нагревом можно обеспечить сравнительно быстрое повышение температуры поверхностных слоёв. В частности, для нагревания прутковой заготовки сечением 3540 мм и длиной 140.150 мм потребуется около 2025 с.

Примерные диапазоны соответствия наилучшей частоты тока и поперечного сечения круглого прутка приведены в таблице.

Диаметр, мм 2040 4060 6080 80100 100120
Частота, кГц 10040 4010 104 41 10,5

Для полосового металла применять индукционный нагрев менее выгодно, чем для круглого прутка, поскольку расстояние между внутренним диаметром катушки и металлом непостоянно.

Обычно применяется частота от 10 кГц, тогда КПД индукционного нагревателя достигает максимума. Частота регулируется в зависимости от:

  • требуемой производительности нагрева;
  • температуры нагреваемого металла;
  • размеров поперечного сечения.

Конструкции промышленных индукторов снабжаются устройствами для автоматической загрузки-выгрузки нагретых заготовок. Это необходимо потому, чтобы интервал между нагревом и пластическим деформированием металла был минимальным.

Время нагрева стальных заготовок невелико: для сечения 20 мм оно составляет всего 10 с, поэтому потери металла в окалину незначительны.

Индукционный нагреватель своими руками

Известен ряд конструкций индукторов, изготовленных из сварочного инвертора, принцип действия которых может быть использован для наведения в металле вихревых токов Фуко.

Изготовление самодельного индуктора заключается в следующем. Вначале потребуется изготовить прочный корпус, в котором будет находиться узел крепления нагреваемой заготовки. Корпус необходимо подвергнуть закалке, чтобы он не деформировался под воздействием возможных ударов.

Ещё лучше, если материал подвергнуть азотированию: в этом случае реализуются два преимущества —  дополнительное увеличение твердости за счет более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит, и улучшение скин-эффекта, когда по внешней стороне заготовки будет протекать более мощный ток.

Прочность оценивается по пробе на искру.

Следующей стадией является изготовление нагревающей катушки. Её делают из индивидуально изолированных проводов: в этом случае потери мощности будут минимальными. Подойдёт и медная трубка – она имеет  большую площадь поверхности, по которой будут наводиться вихревые токи, при этом собственный нагрев индуктора из-за высокой электропроводности меди практически отсутствует.

После подключения катушки к системе водяного охлаждения и проверки системы прокачки индуктор готов к работе.

Рабочая схема

В состав нагревателя входят следующие составляющие:

  1. Инверторный блок, рассчитанный на напряжение 220240 В, при токе не менее 10 А.
  2. Трёхпроводная кабельная линия (один провод – заземляющий) с нормально разомкнутым переключателем.
  3. Система водяного охлаждения (крайне желательно использовать очистные фильтры для воды).
  4. Набор катушек, отличающихся внутренними диаметрами и длиной (при ограниченных объёмах работ можно обойтись и одной катушкой).
  5. Нагревающий блок (можно применить модуль на силовых транзисторах, которые выпускаются китайскими фирмами Infineon или  IGBT).
  6. Демпферная цепь с несколькими конденсаторами Semikron.

Генератор высокочастотных колебаний принимается тот же, что и у базового инвертора. Важно, чтобы его эксплуатационные характеристики полностью соответствовали тем, которые указаны в предыдущих разделах.

После сборки блок заземляется, и с помощью соединительных кабелей нагревательная индукционная катушка присоединяется к блоку питания инвертора.

Примерные эксплуатационные возможности самодельного индукционного нагревателя металла:

  • Наибольшая температура нагрева, °С – 800.
  • Минимальная мощность инвертора – 2 кВА.
  • Продолжительность включения ПВ, не менее – 80.
  • Рабочая частота, кГц (регулируемая) — 1,05,0.
  • Внутренний диаметр катушки, мм – 50.

Следует отметить, что такой индуктор потребует специально подготовленного рабочего места – бака для отработанной воды, насоса, надёжного заземления.

Источник: https://proinstrumentinfo.ru/induktsionnyj-nagrevatel-metalla-iz-svarochnogo-invertora-shema/

Температура плавления металлов. Самый тугоплавкий и легкоплавкий металл :

Почти все металлы при нормальных условиях представляют собой твердые вещества. Но при определенных температурах они могут изменять свое агрегатное состояние и становиться жидкими. Давайте узнаем, какая температура плавления металла самая высокая? Какая самая низкая?

Температура плавления металлов

Большая часть элементов периодической таблицы относится к металлам. В настоящее время их насчитывается примерно 96. Всем им необходимы разные условия, чтобы превратиться в жидкость.

Порог нагревания твердых кристаллических веществ, превысив который они становятся жидкими, называется температурой плавления. У металлов она колеблется в пределах нескольких тысяч градусов. Многие из них переходят в жидкость при относительно большом нагревании. Благодаря этому они являются распространенным материалом для производства кастрюль, сковородок и других кухонных приборов.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как защитить от коррозии

Средние температуры плавления имеют серебро (962 °С), алюминий (660,32 °С), золото (1064,18 °С), никель (1455 °С), платина (1772 °С) и т.д. Выделяют также группу тугоплавких и легкоплавких металлов. Первым, чтобы превратиться в жидкость, нужно больше 2000 градусов Цельсия, вторым – меньше 500 градусов.

К легкоплавким металлам обычно относят олово (232 °C), цинк (419 °C), свинец (327 °C). Однако у некоторых из них температуры могут быть еще ниже. Например, франций и галлий плавятся уже в руке, а цезий можно греть только в ампуле, ведь от кислорода он воспламеняется.

Самые низкие и высокие температуры плавления металлов представлены в таблице:

Тугоплавкие Легкоплавкие
Вольфрам 3422 °C Ртуть -38,87 °C
Рений 3186 °C Галлий 26,79 °C
Тантал 3017 °C Франций 27 °C
Осмий 3033 °C Цезий 28,5 °C
Молибден 2623 °C Рубидий 39,31 °C
Ниобий 2477 ​​°C Калий 63,5 °C
Иридий 2466 °C Натрий 97,8 °C

Вольфрам

Самая высокая температура плавления — у металла вольфрама. Выше него по этому показателю стоит только неметалл углерод. Вольфрам представляет собой светло-серое блестящее вещество, очень плотное и тяжелое. Он кипит при 5555 °C, что почти приравнивается к температуре фотосферы Солнца.

При комнатных условиях он слабо реагирует с кислородом и не подвергается коррозии. Несмотря на свою тугоплавкость, он довольно пластичен и поддается ковке уже при нагревании до 1600 °C. Эти свойства вольфрама используют для нитей накаливания в лампах и кинескопах электродов для сварки. Большую часть добытого металла сплавляют со сталью, чтобы повысить ее прочность и твердость.

Широкое применение вольфрам имеет в военной сфере и технике. Он незаменим для изготовления боеприпасов, брони, двигателей и наиболее важных частей военного транспорта и самолетов. Из него также делают хирургические инструменты, ящики для хранения радиоактивных веществ.

Ртуть

Ртуть — единственный металл, температура плавления которого имеет минусовое значение. К тому же это один из двух химических элементов, простые вещества которых при нормальных условиях, существуют в виде жидкостей. Интересно, что кипит металл при нагревании до 356,73 °C, а это намного выше температуры его плавления.

Имеет серебристо-белый цвет и ярко выраженный блеск. Она испаряется уже при комнатных условиях, конденсируясь в небольшие шарики. Металл очень токсичен. Он способен накапливается во внутренних органах человека, вызывая болезни головного мозга, селезенки, почек и печени.

Ртуть – один из семи первых металлов, о которых узнал человек. В Средние века она считалась главным алхимическим элементом. Несмотря на ядовитость, когда-то ее применяли в медицине в составе зубных пломб, а также как лекарство от сифилиса. Сейчас ртуть почти полностью исключили из медицинских препаратов, но широко используют ее в измерительных приборах (барометрах, манометрах), для изготовления ламп, переключателей, дверных звонков.

Сплавы

Чтобы изменить свойства того или иного металла, его сплавляют с другими веществами. Так, он может не только приобрести большую плотность, прочность, но и снизить или повысить температуру плавления.

Сплав может состоять из двух или больше химических элементов, но хотя бы один из них должен быть металлом. Такие «смеси» очень часто используют в промышленности, ведь они позволяют получить именно те качества материалов, которые необходимы.

Температура плавления металлов и сплавов зависит от чистоты первых, а также от пропорций и состава вторых. Для получения легкоплавких сплавов чаще всего используют свинец, ртуть, таллий, олово, кадмий, индий.

Те, в составе которых находится ртуть, называются амальгамами. Соединение натрия, калия и цезия в соотношении 12%/47%/41% становится жидкостью уже при минус 78 °C , амальгама ртути и таллия — при минус 61°C.

Самым тугоплавким материалом является сплав тантала и карбидов гафния в пропорциях 1:1 с температурой плавления 4115 °C.

Источник: https://syl.ru/article/374078/temperatura-plavleniya-metallov-samyiy-tugoplavkiy-i-legkoplavkiy-metall

Цвета побежалости металлов

Цвета побежалости – спектр цветов, образующихся на поверхности железных сплавов в результате появления окисной пленки. Они образуются при нагревании поверхностей из металла до определенных температур без участия воды. Цвета побежалости являются дефектом сварного соединения.

Происхождение

В природе цвета побежалости образуются на поверхности многих минералов, включая пирит и халькопирит. Из-за окисления они покрываются тонкой оксидной пленкой, преломляющий солнечный свет. В результате интерференции поверхности металла окрашивается в разные цвета.

Яркость побежалости зависит от толщины оксидной пленки и длины волны. Наиболее яркие цвета побежалости образуются на медных минералах. Также цвет зависит от качественного состава металла. Если в элементе присутствует большое количество ионов металлов, то он окрашивается в синие цвета.

При наличии хромофоров минералы становятся красными.

Также цвета побежалости могут образовывать в естественных условиях на поверхностях старых стекол или монет. Изменение окраса может быть обусловлено длительным контактом этих материалов с землей. Если на них присутствует жировая пленка, то они окрашиваются в радужный цвет. Побежалость скрывает настоящий цвет металла. Поэтому нельзя определять его истинный окрас на свежем изломе. Рекомендуется определять цвет при рассмотрении оксидной пленки.

Искусственно цвета побежалости образуются на поверхности металлических заготовок при сварке или закалке. Они появляются при нагревании металлов до критических температур без участия молекул воды или иных жидкостей. Во время нагревания происходит процесс образования оксидной пленки.

Ее толщина составляет несколько молекул и уменьшается по мере нагрева. Это обусловлено явлением диффузии – процессом проникновения мельчайших частиц одного химического элемента в другой. В данном случае происходит взаимодействие атомов металла и кислорода.

На углеродистых сталях пленки из оксидов возникают быстрее, чем на легированных.

Процедура покрытия стали и железа слоем оксидной пленки называется воронением. После проведения этой процедуры повышается коррозийная стойкость изделия. Обработанные детали не покрываются ржавчиной. Процедура воронения позволяет придать изделию окрас, даже если металлическая поверхность по условиям эксплуатации не подлежит покраске.

Во время воронения заготовку протирают минеральным маслом и нагревают на железном листе. После выгорания масляной жидкости на заготовке появляются цвета побежалости. Для нужного окраса необходимо нагреть деталь до соответствующей температуры. Получившийся слой окисла является влагоустойчивым и не подвергается воздействию воздуха.

На скорость образования окисных пленок влияют следующие факторы:

  1. Структура поверхности: закаленные детали окисляются с большей скоростью.
  2. Загрязненность изделия: поверхности, покрытые маслом, при длительном нагреве обугливаются, что приводит к возникновению сажи. По этой причине образуется неровная и тонкая оксидная пленка.
  3. Наличие шероховатостей: если нагревается заготовка с шершавой поверхностью, то оксидная пленка получается плотной. Если перед процедурой термообработки отполировать деталь, то образуется тонкая пленка из оксидов.
  4. Оборудование для нагрева: если при термообработке применяются специальные нагревательные печи, способные поддерживать устойчивую температуру, то окисная пленка будет плотной. В бытовых условиях можно также использовать духовые шкафы, газовые горелки или металлургические печи (горны).

Тонкие оксидные пленки поглощают световые волны с меньшей длиной волны, но отражают – с большей. Цвет металлических деталей меняется в зависимости от температуры и плотности оксидной пленки. Чем толще оксидная пленка, тем светлее окраска. Синий или фиолетовый цвет получается, когда из спектра отражаются наиболее длинные волны.

Если пленка из оксидов отражает волны с малой длиной волны, то металлическая поверхность становится желтой. Светлые цвета соответствуют высокой температуре нагрева, светлые – более низкой.

По этой причине многие мастер часто определяют при помощи цветов побежалости степень закалки изделий, стальной стружки и режущих инструментов, применяемых во время проведения токарных работ.

Несмотря на эти факторы, при помощи цветов побежалости нельзя точно определить температуру металла, потому что на величину этого показателя оказывают влияние следующие факторы:

  • время нагрева: промежуток времени, в течение которого металлическая деталь нагревается до температуры окружающей среды при отсутствии теплоотдачи.
  • наличие различных примесей в составе металла;
  • особенности освещения в помещении, где проводилась сварка или закалка заготовок;
  • скорость разогревания: изменение температуры изделия в единицу времени при его нагревании.

В современной промышленности контроль температуры производится при помощи специальных приборов – пирометров. Они оснащены специальными датчиками, определяются степень нагрева заготовки при помощи лазера.

Цвета побежалости используются при изготовлении рабочих инструментов, лазерной маркировке и внешней обработке изделий из железа, меди, алюминия и латуни.

Если требуется изготовить инструментарии с высокой плотностью (бритвенные лезвия, предметы для проведения хирургических операций, режущие кромки резцов и грабштихели), то побежалость должна быть яркого цвета: красного, оранжевого или желтого.

До пурпурных и зеленых тонов нагревают инструменты, применяющихся в деревообрабатывающем секторе. Для достижения упругости при изготовлении пил, ножей, вил и пружин необходимо нагреть заготовки до появления синих или черных цветов.

В процессе нагревания металлическая заготовка становится гибкой, что позволяет мастеру придать ей необходимую форму. После данного процесса изделие закаляется при определенных температурах.

Согласно рекомендациям специалистов, оптимальной температурой для закалки металлов является 700–800 °C. В этом случае изделие окрашивается в разные оттенки красного или розового цветов. При превышении этих значений на 300 °C заготовка становится оранжевой или желтой.

При больших температурах происходит перекал, что негативно сказывается на прочности изделия.

Закалка улучшает следующие параметры металлической поверхности:

  1. Твердость: этот показатель является номинальным. Он прописан в шкале Роквелла и измеряется в HRC. Твердость определяет степень сопротивляемости металла к механическим повреждениям. На мягких изделиях при длительном соприкосновении с иными поверхностями остаются следы, что ухудшает их режущие свойства. Твердость ножей европейского образца составляет 60 HRC, азиатских – 70 HRC.
  2. Упругость: данный параметр определяет степень деформации металла при изгибах и ударах. Если сталь закалена, при изгибе на 10–30° она вернется в исходное положение. При перегреве снижается упругость поверхности, что приводит к поломке инструментов.
  3. Износостойкость: данный критерий показывает общую стойкость металла (сопротивление абразивному износу, стойкость к большим нагрузкам). При правильной закалке изделие сможет стабильно функционировать в течение более длительного срока.

После закалки заготовка приобретает высокую твердость. Для восстановления ее прочности необходимо провести процедуру отпуска, представляющую собой повторную термообработку детали. Металлическое изделие нагревается до более низких температур и охлаждается. Между закалкой и охлаждением также осуществляется полное остывание металлической поверхности при помощи его погружения в раствор соли или в масло. При выборе отпуска необходимо учитывать следующие особенности:

  1. Для изделий, подвергающимся деформациям или ударным нагрузкам, нужно использовать высокотемпературный отпуск: до 700 °C.
  2. Для легких клинков используется среднетемпературный отпуск: до 500 °C.
  3. Для обеспечения оптимальной твердости применяется низкотемпературный отпуск: до 250 °C. Но в этом случае изделие не сможет выдерживать высокие ударные нагрузки и будет легко деформироваться.

Температура цветов побежалости и каления

Во время отпуска возникают цвета каления. По ним можно определить, до какой температуры нагрелась заготовка. В отличие от побежалости, цвета каления меняются в процессе охлаждения металлической поверхности. Переход между цветами осуществляется в строгой последовательности, но с быстрой скоростью, поэтому мастер должен тщательно контролировать процесс термообработки.

Шкала цветов побежалости стали

Окрас углеродистых деталей при соответствующих температурах указан в следующей шкале цветов побежалости стали:

Температура цветов побежалости для углеродистых сталей
Окрас Пределы температур, °С
Лимонный 220 – 229
Желтый (цвет соломы) 230 – 245
Золотой 246 – 255
Земляной или коричневый 256 – 264
Алый или красно-оранжевый 265 — 274
Пурпурный 275 – 279
Аметистовый 280 – 289
Небесный 290 – 294
Твиттера 295 – 299
Индиго Крайола 300 – 309
Светло-голубой 310 – 329
Аквамариновый 320 — 339

На заготовках из нержавеющей стали12Х18Н10Т, содержащей 18% хрома, 10% никеля и 1% титана (значения определены в ГОСТ 5632-2014), цвета побежалости образуются при иных температурах. Это обусловлено тем, что данный материал коррозийно-стойкий и жаропрочный. Поэтому при закалке и охлаждении мельчайшие частицы металлов и кислорода взаимодействуют медленнее, что препятствует образования оксидной пленки во время закалки и каления.

В следующей таблице цветов побежалости представлены особенности изменения цвета изделий из нержавеющей стали:

Температура цветов побежалости для нержавеющих сталей
Окрас Пределы температур,°С
Светло-соломенный 300 – 399
Золотистый

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/cveta-pobezhalosti.html

Почему металл холодный?

Все мы не раз замечали, что даже в тёплом помещении металлические предметы на ощупь всё равно холодные. Почему так происходит? Почему металл не нагревается сам по себе?

21 ноября 2018

Начнём с того, что не всегда предметы из металла холодные. Вспомните, какой становится металлическая ложка в горячей воде. Например, если поместить деревянную ложку в кипяток, она нагреется. Но ложка из металла, побывавшая в кипятке, нагреется намного сильнее. При неаккуратном обращении можно даже ошпариться, забыв металлические столовые приборы в горячей кастрюле или сковороде.

Делиться теплом

Секрет кроется в теплопроводности — способности тела передавать тепло другому телу, от более нагретых частей к менее нагретым.

У разных предметов разная теплопроводность. У металла она чрезвычайно высока. Практически это можно подтвердить с помощью обычного прикосновения к металлическому предмету.

Возьмите в руку любой металлический предмет, например ту же ложку (не побывавшую в кипятке!) или металлические ключи. Нормальная температура нашего тела 36,6°C. Когда мы касаемся менее горячего предмета, чем наше тело, мы сами начинаем передавать ему тепло. Температура поверхности кожи становится ниже, и мы ощущаем холод предмета.

Такая разная теплопроводность

Тепло нашего тела начинает нагревать верхний слой прохладного предмета. Если предмет обладает высокой теплопроводностью (как наши металлические ложка или ключи), то энергия начинает стремительно распространяться по всему предмету. Температура увеличивается несильно, передача тепла продолжается. Однако предмет остаётся всё ещё холодным.

Если же предмет имеет низкую теплопроводность (например, как наша деревянная ложка), то верхние слои нагреваются гораздо быстрее. Зачастую нагрев происходит моментально, и мы даже не успеваем заметить, что предмет был прохладным. Когда тепло передано, теплоотдача практически прекращается. Предмет стал тёплым.

А что происходит с горячими телами?

В горячих предметах процессы протекают в ином порядке. Теплопроводность металлических тел является высокой благодаря свободным электронам, отвечающим за металлическую электропроводность. Электроны в металлических телах стремительно двигаются по всему объёму, перенося тепло во все части предмета.

#ADVERTISING_INSERT#

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/pochemu-metall-kholodnyy/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Металлы и их обработка
-- Сайдб лев (липк) -->
Как самому сделать трубогиб из домкрата

Закрыть