Điểm nóng chảy của hợp kim thép

Nhiệt độ nóng chảy của thép là nhiệt độ khi nó bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang thể lỏng.

Ở nhiệt độ điểm nóng chảy, cả hai pha của chất đều tồn tại ở trạng thái cân bằng với nhiệt lượng cần thiết để hoàn thành quá trình chuyển đổi

Các tạp chất gây ra các khuyết tật cấu trúc phân tử tạo ra một khoảng nóng chảy rộng.

Nhiệt độ nóng chảy cũng bị ảnh hưởng bởi áp suất nên chất rắn sẽ hóa lỏng dễ dàng và nhanh chóng hơn khi bị nung nóng dưới áp suất lớn hơn

Nói một cách dễ hiểu, ví dụ, điểm nóng chảy của thép là nhiệt độ khi nó bắt đầu chuyển từ trạng thái rắn sang thể lỏng. Ở nhiệt độ điểm nóng chảy riêng này, cả hai pha của chất đều tồn tại ở trạng thái cân bằng. Do đó, cần phải đun nóng thêm qua chất để hoàn thành quá trình chuyển từ thể rắn sang thể lỏng. Điểm nóng chảy cũng bị ảnh hưởng bởi áp suất, nhận được các giá trị thấp hơn khi giá trị sau tăng lên. Vì vậy, một chất rắn (chúng ta hãy xem xét lại nhiệt độ nóng chảy của thép) sẽ hóa lỏng dễ dàng và nhanh chóng hơn khi bị nung nóng dưới áp suất lớn hơn. Điều này xảy ra bởi vì áp suất thúc đẩy và tăng cường chuyển động của phân tử và sự mất ổn định tiếp theo đặc trưng cho trạng thái lỏng của một chất.

Để duy trì một mặt bằng chung trong giao tiếp kỹ thuật, các điểm nóng chảy danh nghĩa luôn tương ứng với 1 áp suất khí quyển (100 kPa).

Đối xứng phân tử

Người ta đã sớm nhận ra rằng có mối liên hệ giữa điểm nóng chảy và áp suất. Thomas Carnelley đã kết hợp thành công đối xứng phân tử với điểm nóng chảy cao hơn sau khi kiểm tra hàng nghìn hợp chất hóa học khác nhau vào năm 1882. Điều này là do cấu trúc đối xứng có thể phân phối lực chuyển động đến nhiều nút liền kề hơn và đặc trưng cho lực hút cao hơn nói chung. Ngày nay, chúng ta có thể dự đoán điểm nóng chảy của các hợp kim thép chưa từng được thử nghiệm thực tế trước đây. Những dự đoán này dựa trên các tập dữ liệu. Những điều này tương ứng với cấu trúc phân tử của vật liệu và cách biên độ dao động nhiệt ảnh hưởng đến nó khi nhiệt độ tăng lên. Một điều khác có thể ảnh hưởng đến điểm nóng chảy của hợp kim thép và các kim loại khác là các tạp chất được tìm thấy trong chúng.

Tại sao Điểm nóng chảy lại quan trọng?

Đối với các nhà sản xuất thép và luyện kim, điểm nóng chảy và phạm vi là những con số quan trọng cần xem xét. Chúng quyết định quá trình rèn, ủ (xử lý nhiệt) và tạo nhiệt. Đối với các nhà thiết kế và các ngành kỹ thuật khác, điểm nóng chảy có rất ít giá trị. Tính toàn vẹn cấu trúc của mảnh sẽ bị tổn hại trước khi đạt đến điểm nóng chảy. Điều này là do độ bền kéo và độ cứng bị ảnh hưởng bất lợi khi nhiệt độ tăng.

Tuy nhiên, tất cả các kỹ sư có thể sử dụng điểm nóng chảy của dải thép như một phép thử để tìm xem một dầm thép, chẳng hạn, có nguyên chất hay không và đạt đến điểm nào. Bởi vì các tạp chất gây ra các khuyết tật về cấu trúc phân tử, các loại thép có chất lượng xấu có xu hướng thể hiện một phạm vi nóng chảy rộng. Mặt khác, thép nguyên chất có phạm vi nóng chảy chặt chẽ hơn, điều này rất dễ quan sát và đánh giá.

Điểm nóng chảy hợp kim

Thép là hợp kim của sắt và cacbon được hình thành thông qua quá trình nấu chảy. Thông qua thử nghiệm để tạo ra thứ gì đó cao cấp hơn / chuyên biệt hơn, chúng tôi đã kết hợp thép với các yếu tố khác như: –

• Niken
• Mangan cho sức mạnh
• Crom và vonfram hoặc titan cho độ cứng
• Vanadium để chống lại sự mệt mỏi
• Molypden và crom để chống ăn mòn.

Việc trộn các nguyên tố này ảnh hưởng đến các đặc tính tính năng cơ lý khác nhau của hợp kim thép – điểm nóng chảy cũng không ngoại lệ. Các kỹ sư thích sử dụng các đặc tính cấu trúc tinh thể như Austenit, Mactenxit và Ferit, để suy ra một phần các đặc tính của hợp kim thép trực tiếp từ chúng.

Hàm lượng carbon

Nói chung, hàm lượng cacbon trong hợp kim thép càng cao thì điểm nóng chảy của nó càng thấp. Điều này là do càng có nhiều phân tử cacbon liên kết cộng hóa trị với các phân tử của sắt thì điện trường ở cấp độ nguyên tử càng bị biến đổi. Điều này ảnh hưởng đến định hướng và do đó cấu trúc phân tử ít đối xứng hơn. Do đó, lực giữa các phân tử yếu đi, dẫn đến điểm nóng chảy thấp hơn. Chúng ta có thể giả định rằng điều tương tự cũng áp dụng cho tất cả các nguyên tố hợp kim được đề cập ở trên. Như được phản ánh bởi các điểm nóng chảy trung bình của thép hợp kim “thấp” là 1436 OC (2610 OF) và thép cho phép cao là 1415 OC (2600 OF).

Riêng sắt nguyên chất (Fe) có nhiệt độ nóng chảy là 1535 oC, do đó hợp kim hóa nó làm giảm khoảng nóng chảy như đã giải thích ở trên. Crom và molypden là hai trong số ít ngoại lệ, vì sự hiện diện của chúng thực sự làm tăng nhiệt độ nóng chảy của thép hợp kim. Tuy nhiên, điều này còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nên không chắc chắn.

Bảng phạm vi nóng chảy hợp kim thép

Phạm vi nấu chảy của các hợp kim thép được sử dụng rộng rãi nhất ở độ C và độ F.