Температура плавления и кипения стали

Сталь представляет собой сплав из железа и углерода, который отличается высокими прочностными характеристиками и долгим сроком службы. Материал востребован в строительстве, из него собирают металлокаркасы зданий и сооружений, а также выполняют устройство мощных узлов различных конструкций.

При определенных условиях твердые тела начинают плавиться – это доказанный факт. Постепенно твердая консистенция приобретает жидкое состояние, и у каждого материала свой температурный предел, при котором это происходит. В физике существует определенная таблица, где указаны температуры плавления и кристаллизации – приобретение жидким телом твердой формы – для большинства материалов.

Плавление представляет собой процесс, когда твердое вещество становится жидким. Температура плавления, как нетрудно догадаться, температура, при которой происходит изменение состояния. А также выделяют температуру кипения – при ней материал постепенно начинает переходить в газообразное состояние. Температура кипения стали достигает 3000 градусов по Цельсию.

Теперь о самой стали. Углеродистое соединение – основной вид продукции, который можно встретить на металлургических заводах. В состав материала, помимо железа и углерода, включают другие добавки, которые повышают характеристики металла и придают ему дополнительные свойства. Среди подобных добавок выделяют марганец, кремний и магний – все они направлены на улучшение физических и химических показателей стали.

Сталь делят на разные группы исходя из содержания углерода в его составе.

• Низкоуглеродистые, в которых процентное содержание углерода составляет всего 0,29%.
• Среднеуглеродистые с показателем в 0,6%.
• Высокоуглеродистые, у которых содержание углерода превышает 0,6%.

Соединения с содержанием железа и углерода востребованы во многих сферах, возможности их эксплуатации определяются характеристиками произведенного материала, к числу которых относят жаропрочность и коррозионную стойкость. По этим критериям стали делят на:

• конструкционные;
• инструментальные.

Вторые содержат в своем составе марганец, повышающий качество стали и температуру плавления – особый показатель, который характеризует возможность использования материала в суровых условиях. Стоит рассмотреть основные особенности наиболее востребованных видов сталей.

Состав этого материала включает дополнительные компоненты, которые придают ему необходимые свойства и обеспечивают требуемую прочность. В зависимости от концентрации сталь делят на:

• низколегированную, где концентрация дополнительных компонентов составляет 2,5%;
• среднелегированную с процентным содержанием добавок до 10%;
• высоколегированную, где показатель превышает 10%.

В соответствии с добавками сталь делят на тугоплавкую, хромоникелевую или марганцовистую. Наличие дополнительных веществ делает материал более стойким к коррозии, механическим воздействиям, а также повышает температуру плавления при газосварке до 1400-1480 градусов по Цельсию.

Нержавейка представляет собой сплав, характеризуемый повышенной устойчивостью к сухой и влажной коррозии, а также абсолютно невосприимчивый к воздействию агрессивной среды. Чтобы добиться желаемых свойств, и повысить характеристики материала, в состав стали добавляют:

• хром;
• никель;
• магний;
• титан.

Нержавеющая сталь считается одним из востребованных железных сплавов, и самыми популярными марками являются зарубежные – это 300 и 400 серии материала. Среди положительных свойств стали выделяют высокую прочность и устойчивость к большинству неблагоприятных воздействий.

Сегодня выделяют 3 варианта нержавеющей стали.

• Жаропрочная. Сохраняет прочностные характеристики при работе в высоких температурах. Из нее изготавливают детали, которые впоследствии используют в фармацевтике, ракетной отрасли и текстильной промышленности.
• Ржаво-стойкая. Отличается повышенной стойкостью к процессам окисления, из-за чего обладает долгим сроком службы по сравнению с остальными материалами. В основном используется в медицинской и строительной отраслях, а также для изготовления деталей в машиностроении.
• Жаростойкая. Обладает отличной устойчивостью к коррозии и демонстрирует неплохую работу при высоких температурах. Идеальный вариант для использования в условиях агрессивных сред.

Итак, выделяют несколько видов сталей: обычная, легированная, низколегированная и высоколегированная, а также нержавеющая. Каждая характеризуется определенным содержанием добавок, выраженном в процентном соотношении. Выше уже были определены температуры плавления популярных разновидностей сталей. Для сталей Ст3, 35, 40 или 20 он будет лежать в пределах от 1200 до 1500 градусов. Отдельной категорией стоит выделить чугун, который представляет собой сплав углерода и железа. В материале также присутствуют:

• марганец;
• кремний;
• сера;
• фосфор.

Чугун отличается повышенной устойчивостью к воздействию высоких температур, способен выдержать длительные нагрузки и негативные воздействия. Выделяют четыре вида чугуна.

• Белый. Самый прочный материал, который дополнительно делят на доэвтектический, эвтектический и заэвтектический. Белым он называется за характерный оттенок, который приобретает в процессе изготовления. Обладает внушительной массой, подходит для изготовления механических деталей.
• Серый. Состав чугуна также включает фосфор, небольшое количество серы и кремния. Отличается простотой изготовления и неплохими механическими свойствами. В основном используется для производства деталей, которые подвергаются воздействию ударных нагрузок.
• Ковкий. Подвид белого, который получают посредством длительного нагрева и выдержки материала. Обладает повышенной прочностью и легко поддается обработке.
• Высокопрочный. Считается наиболее прочным среди перечисленных за счет содержания в составе углерода, марганца, серы и фосфора. А также обладает повышенной ударной вязкостью, подходит для изготовления коленчатых валов и труб.

Неудивительно, что температуры плавления стали и чугуна отличаются. Если внимательно изучить таблицу, то параметр для чугуна находится в промежутке между 1100 и 1200 градусами по Цельсию. Интересно, что температуры кипения у материалов одинаковые, и у чугуна удельный показатель также составляет 3000 градусов.

Температура плавления стали – один из важных параметров, с помощью которого удается определить возможность эксплуатации выбранного профиля в разрабатываемом проекте. Ранее для расчета показателя пользовались формулой Линдемана, однако она не позволяла получить высокоточные результаты. В 1999 году Гаврилин И. В. вывел новую методику расчета по формуле:

Тпл = DH пл / 1,5 N0 k, где:

• Тпл – температура плавления стали;
• DH пл – скрытая температура плавления;
• N0 – скрытая теплота плавки;
• k – константа Больцмана.