Точки плавления металлов: полная таблица температур плавления металлов

Температура плавления металла – это температура, при которой он переходит из твердого состояния в жидкость. Для чистых металлов этот переход обычно происходит при четко определенной температуре. Однако для конструкционных сплавов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, латунь, алюминий 6061 и алюминий 7075, плавление обычно происходит в температурный диапазон а не в одной точной точке.

Для краткой справки:

• Алюминий: около 660°C/1220°F
• Медь: около 1085°C/1985°F
• Углеродистая сталь: в среднем около 1370–1540°C / 2500–2800°F в зависимости от состава
• нержавеющая сталь 304: около 1400–1450°C / 2550–2640°F
• Чистое железо: около 1538°C/2800°F
• Титан: около 1668°C/3034°F
• Вольфрам: примерно 3420°C/6190°F

Важным инженерным моментом является то, что температура плавления не совпадает с максимальной рабочей температурой. Металл может потерять прочность, окислиться, расползаться или деформироваться на сотни градусов, прежде чем достигнет температуры плавления.

Диаграмма температуры плавления металла

В следующей таблице сравниваются распространенные чистые металлы и конструкционные сплавы.

Для чистых металлов солидус и ликвидус имеют по существу одну и ту же температуру. Для сплавов эти два значения могут различаться на десятки и даже сотни градусов.

*Углеродистая сталь имеет широкий диапазон составов. Многие распространенные низко- и среднеуглеродистые стали начинают плавиться при температуре, близкой к 1425°C, в то время как высокоуглеродистые или по-другому легированные материалы могут иметь более низкие температуры солидуса.

Поэтому значения в таблицах температур плавления следует рассматривать как инженерные эталонные значения, а не универсальные спецификации обработки. Точное поведение плавления зависит от химического состава и, для некоторых сплавов, истории обработки.

Какова температура плавления металла?

Точка плавления — это температура, при которой твердая и жидкая фазы материала могут сосуществовать при определенном давлении.

Для относительно чистого металла переход резкий.

Чистый алюминий, например, плавится при температуре примерно 660,3°С. Чистая медь плавится примерно 1084,6°С, а чистое железо плавится примерно 1538°СПолем

Конструкционные материалы более сложны, поскольку большинство металлов, используемых в конструкциях, машинах, транспортных средствах и промышленном оборудовании, не являются чистыми элементами.

Сталь содержит железо, углерод и другие элементы.

Нержавеющая сталь 304 содержит железо, хром, никель и другие контролируемые добавки.

Алюминий 6061 содержит магний, кремний, медь и другие элементы.

Латунь – это прежде всего сплав меди и цинка.

Поскольку эти легирующие элементы меняют фазу при разных температурах и взаимодействуют друг с другом, сплав обычно не переходит мгновенно из 100% твердого состояния в 100% жидкое.

Вместо этого он проходит через диапазон плавленияПолем

Температура плавления в зависимости от диапазона плавления

Это различие — одна из самых важных вещей, которую следует понимать при чтении диаграммы температуры плавления металлов.

Чистые металлы имеют определенную температуру плавления.

Чистый металл обычно имеет одну характерную температуру плавления.

Примеры включают в себя:

Когда чистый алюминий достигает температуры примерно 660°C при нормальных атмосферных условиях, фазовый переход из твердого состояния в жидкость происходит примерно при этой температуре.

Сплавы обычно имеют диапазон плавления.

Сплав содержит два или более элементов, поэтому разные фазы внутри материала не обязательно плавятся одновременно.

Примеры включают в себя:

• углеродистая сталь
• нержавеющая сталь
• 6061 алюминий
• 7075 алюминий
• латунь
• бронза
• никелевые сплавы

Для этих материалов технически целесообразнее указать:

Температура твердого тела → Температура жидкости

а не просто одна «точка плавления».

Каковы температуры твердого тела и жидкости?

А температура солидуса температура, ниже которой сплав становится полностью твердым.

А температура жидкости — температура, выше которой он полностью жидкий.

Между ними сосуществуют твердая и жидкая фазы.

Под Солидусом

Материал остается полностью твердым.

Например, для алюминия 6061 типичный солидус составляет около 582°СПолем

При температурах ниже этого значения материал остается практически твердым.

Между твердым телом и жидкостью

Происходит частичное плавление.

Некоторые фазы являются жидкими, а другие остаются твердыми.

Эта полутвердая область имеет значение в:

• кастинг
• сварка
• пайка
• термическая обработка
• рафинирование металла
• аддитивное производство
• полутвердая формовка

Над ликвидусом

Сплав полностью расплавлен.

Для алюминия 6061 это происходит примерно при 652°СПолем

Это не означает, что литейный цех должен просто работать при температуре 652°C. Процессы литья и плавления обычно требуют температур выше ликвидуса для поддержания текучести и компенсации потерь тепла во время транспортировки и разливки.

Какова температура плавления стали?

Не существует единой универсальной температуры плавления стали.

Сталь представляет собой сплав на основе железа, и ее поведение при плавлении меняется в зависимости от:

• содержание углерода
• содержание марганца
• хром
• никель
• молибден
• кремний
• другие легирующие элементы

Широкий эталонный диапазон для углеродистых сталей составляет примерно 1370–1540 °С (2500–2800 °F)Полем

Для многих распространенных низко- и среднеуглеродистых сталей практические интервалы плавления часто приближаются примерно к 1425–1540°СПолем

Вот почему говорю просто:

«Сталь плавится при 1500°С»

может быть полезен в качестве грубой оценки, но недостаточно точен для технологического проектирования.

Чистое железо против углеродистой стали

Чистое железо плавится при температуре примерно 1538°СПолем

Добавление углерода изменяет фазовую систему железо-углерод и в целом снижает температуру начала плавления.

Вот почему чугун, содержащий существенно больше углерода, чем типичная конструкционная углеродистая сталь, может начать плавиться при гораздо более низких температурах.

Упрощенное сравнение:

Содержание углерода — это лишь часть выбора материала. Две низкоуглеродистые стали могут иметь разные характеристики, механические свойства и предполагаемое применение. Например, наш путеводитель по 1018 против стали А36 объясняет, почему два материала, которые обычно называют низкоуглеродистой сталью, не должны автоматически считаться взаимозаменяемыми.

Какова температура плавления нержавеющей стали?

Нержавеющая сталь также не имеет одной точки плавления.

Различные марки нержавеющей стали содержат разные комбинации хрома, никеля, молибдена, марганца и других легирующих элементов.

Типичные диапазоны плавления включают:

Один интересный результат состоит в том, что более высокий диапазон плавления не обязательно означает лучшие эксплуатационные характеристики при высоких температурах.Полем

Например, состав сплава, который улучшает стойкость к окислению или характеристики ползучести, не может существенно повысить температуру плавления.

Это различие важно при выборе нержавеющего материала для компонентов печей, вытяжных систем, теплообменников или другого оборудования, работающего при повышенных температурах.

Steel1Stop поставляет различные марки нержавеющей стали и трубы различных спецификаций, включая 304/304L, 316/316L, 321, 310S и дуплексные марки. Посмотрите наш метрическая направляющая для трубок из нержавеющей стали для выбора марки в реальных условиях применения в трубах.

Какова температура плавления алюминия?

Чистый алюминий плавится примерно при:

660,3°С/1220,5°Ф

Это число встречается почти на каждой диаграмме температуры плавления алюминия.

Однако большинство алюминиевых изделий, используемых в машиностроении, представляют собой алюминиевые сплавы, а не технически чистый алюминий.

Добавление магния, кремния, меди, цинка и других легирующих элементов изменяет как механические свойства, так и поведение плавления.

Таблица диапазонов плавления алюминиевого сплава

Почему 7075 начинает плавиться при более низкой температуре, чем чистый алюминий?

Это отличный пример того, почему поведение сплава при плавлении может показаться нелогичным.

Сплав 7075 значительно прочнее чистого алюминия при комнатной температуре, однако температура его солидуса намного ниже.

Причина в композиции.

7075 содержит значительное количество цинка, а также магния, меди и других легирующих элементов. Эти добавки укрепляют сплав, но также изменяют фазовые соотношения внутри материала.

Поэтому:

Более высокая механическая прочность не означает более высокую температуру плавления.

Это важно при сварке и термообработке. Алюминиевый сплав может испытывать локальное начальное плавление на определенных фазах, даже если температура сыпучего материала все еще ниже температуры, которую люди ассоциируют с «плавлением алюминия».

6061 Диапазон плавления алюминия

6061 обычно имеет диапазон плавления примерно:

582–652°С / 1080–1205°F

6061 является одним из наиболее широко используемых конструкционных алюминиевых сплавов, поскольку он сочетает в себе хорошую прочность, свариваемость, обрабатываемость и коррозионную стойкость.

Если вы выбираете трубку, а не просто сравниваете тепловые свойства, см. 6061 направляющая для алюминиевых трубокПолем

6063 Диапазон плавления алюминия

6063 обычно плавится примерно:

615–655°С / 1139–1211°F

Он особенно распространен в архитектурных экструзиях из-за его превосходной экструдируемости и качества поверхности.

Информацию о применении, способах и доступных формах см. 6063 алюминиевая трубкаПолем

2024 Диапазон плавления алюминия

Алюминий 2024 обычно имеет диапазон плавления примерно:

502–638°С/935–1180°F

Его богатый медью химический состав придает ему высокую прочность и хорошие усталостные характеристики, что делает его особенно важным в аэрокосмических конструкциях, но также способствует значительно более низкому солидусу, чем чистый алюминий.

Смотрите наши подробные 2024 алюминиевая трубчатая направляющая за его механические свойства, характер и применение.

Для более широкого сравнения марок алюминия и доступных форм труб посетите наш направляющая для алюминиевых трубокПолем

Точки плавления меди, латуни и бронзы

Медь плавится примерно при:

1084,6°С/1984°Ф

В отличие от меди, латунь и бронза являются сплавами, поэтому обычно плавятся в разных диапазонах.

Типичные эталонные значения включают в себя:

Особенно важно большое разнообразие бронзы.

«Бронза» не описывает один химический состав. Оловянная бронза, алюминиевая бронза, кремниевая бронза и другие медные сплавы могут вести себя по-разному.

При закупке или производстве всегда указывайте фактическое обозначение сплава, прежде чем использовать общее значение температуры плавления.

Какой металл имеет самую высокую температуру плавления?

Среди элементарных металлов вольфрам имеет самую высокую температуру плавленияПолем

Температура его плавления составляет примерно:

3420°С/6190°Ф

Опубликованные справочные значения немного различаются, обычно они составляют около 3414–3422°C в зависимости от набора справочных данных и правил округления.

Другие металлы с высокой температурой плавления включают:

Чрезвычайно высокая температура плавления вольфрама является одной из причин, по которой он используется при очень высоких температурах.

Однако, опять же, сама по себе температура плавления не определяет, подходит ли материал для конкретной высокотемпературной среды.

Стойкость к окислению, термическому удару, ползучести, хрупкости, атмосфере и стоимости могут быть более важными.

Какой металл имеет самую низкую температуру плавления?

Если рассматривать все элементарные металлы, ртуть имеет исключительно низкую температуру плавления — около -38,8°C., поэтому при обычной комнатной температуре он является жидким.

Некоторые другие необычные металлы также плавятся при комнатной температуре.

Для обычных твердых конструкционных металлов можно привести некоторые знакомые примеры легкоплавких металлов:

• Олово: около 232°C
• Свинец: около 327°C
• Цинк: около 420°C
• Магний: около 650°C
• Алюминий: около 660°C

Следовательно, такие утверждения, как «свинец имеет самую низкую температуру плавления среди металлов», верны только в пределах ограниченного списка материалов, а не для всей таблицы Менделеева.

Почему разные металлы имеют разные температуры плавления?

Плавление требует достаточно тепловой энергии, чтобы разрушить упорядоченную твердую структуру материала.

Сколько энергии потребуется, зависит от нескольких факторов.

Атомная связь

Для преодоления более прочной связи между атомами обычно требуется больше энергии.

Это помогает объяснить, почему тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, остаются твердыми при температурах, при которых алюминий или медь уже были бы жидкими.

Кристаллическая структура

Металлы могут иметь различную кристаллическую структуру, в том числе:

• объемноцентрированный кубический
• гранецентрированный куб
• шестиугольный плотноупакованный

Кристаллическая структура влияет на расположение атомов и способствует термическому и механическому поведению металла.

Химический состав

В сплавах добавление других элементов изменяет фазовую стабильность.

Углерод изменяет поведение железа при плавлении.

Никель и хром модифицируют нержавеющую сталь.

Магний и кремний модифицируют алюминий 6000-й серии.

Медь сильно влияет на алюминий 2000-й серии.

Цинк является основным легирующим элементом алюминия 7000-й серии.

Несколько фаз

Многие конструкционные сплавы содержат более одной фазы.

Различные фазы могут начать плавиться при разных температурах, создавая диапазон от солидуса до ликвидуса, указанный в таблицах данных сплавов.

Как легирование меняет температуру плавления

Распространенным заблуждением является следующее:

Если сплав более прочный, он также должен выдерживать более высокую температуру перед плавлением.

В целом это не так.

Рассмотрим три примера.

Чистый алюминий по сравнению с алюминием 7075

Чистый алюминий:

Точка плавления ~660°C

7075 алюминий:

Диапазон плавления ~ 477–635 ° C.

7075 намного прочнее при комнатной температуре, но его первая жидкая фаза может оказаться намного ниже температуры плавления чистого алюминия.

Чистое железо против углеродистой стали

Чистое железо:

1538°С

Углеродистая сталь:

обычно плавится в диапазоне ниже чистого железа или приближается к нему в зависимости от содержания углерода и сплавов.

Добавление углерода фундаментально меняет фазовую диаграмму железо-углерод.

Медь против латуни

Чистая медь:

1085°С

Желтая латунь:

примерно 905–932°С

Добавление цинка снижает интервал плавления, при этом получается сплав с различной прочностью, обрабатываемостью, коррозионными характеристиками и внешним видом.

Эти примеры иллюстрируют важный принцип выбора материала:

Легирование используется для создания комбинации свойств, а не просто для максимизации температуры плавления.

Точка плавления не является максимальной рабочей температурой

Это, пожалуй, самая большая практическая ошибка при использовании диаграмм плавления металлов.

Предположим, сталь не плавится примерно до 1450°C.

Это делает нет означает, что стальной компонент может безопасно работать при температуре 1300°C.

Задолго до того, как произойдет плавление, высокая температура может вызвать серьезные изменения.

Потеря силы

Предел текучести и прочность на растяжение обычно уменьшаются с повышением температуры.

Компонент может необратимо деформироваться под нагрузкой, которая была бы совершенно безопасна при комнатной температуре.

Слизняк

Ползучесть – это медленная, зависящая от времени деформация под действием постоянной нагрузки и повышенной температуры.

Это может произойти, пока материал остается полностью твердым.

Это делает сопротивление ползучести особенно важным для:

• печи
• котлы
• энергетическое оборудование
• теплообменники
• системы давления
• высокотемпературный трубопровод

Окисление и накипь

Многие металлы быстрее реагируют с кислородом при повышении температуры.

Углеродистая сталь может образовывать тяжелые оксидные окалины, температура которых значительно ниже точки плавления.

Нержавеющие стали более эффективно противостоят высокотемпературному окислению благодаря защитному оксидному слою, содержащему хром, хотя их характеристики по-прежнему сильно зависят от марки и атмосферы.

Искажение

Неравномерный нагрев приводит к тепловому расширению.

Когда разные области компонента подвергаются воздействию разных температур, результирующие термические напряжения могут привести к:

• деформация
• искажение
• коробление
• растрескивание
• нестабильность размеров

Металлургические изменения

Повышенная температура также может измениться:

• размер зерна
• выпадает в осадок
• твердость
• характер
• фазовый баланс
• остаточное напряжение

Для термообработанных алюминиевых сплавов механическая прочность может серьезно ухудшиться при температурах, значительно ниже диапазона плавления.

Поэтому:

Температура плавления является абсолютным свойством фазового перехода. Максимальная рабочая температура является пределом инженерного проектирования.

Их никогда не следует рассматривать как одно и то же число.

Почему температура плавления имеет значение в производстве

Хотя сама по себе температура плавления не должна определять выбор материала, она чрезвычайно важна в производстве.

Кастинг

Для литья недостаточно достижения температуры ликвидуса.

Расплавленный металл обычно требует некоторой степени перегревать над ликвидусом, чтобы он оставался жидким во время перекачивания и разливания.

Правильная сумма зависит от:

• сплав
• метод литья
• толщина сечения
• материал пресс-формы
• расстояние заливки
• печь
• желаемая микроструктура

Сварка

При сварке плавлением температура сварочной ванны превышает локальную температуру ликвидуса.

Окружающая зона термического влияния не плавится, но ее микроструктура и механические свойства все равно могут резко меняться.

Это особенно важно для термообработанных алюминиевых сплавов и некоторых высокопрочных сталей.

Термическая обработка

Данные о плавлении определяют жесткий верхний предел.

Некоторые сплавы имеют узкую разницу между нормальной температурой обработки на раствор и началом локализованного плавления.

Это делает необходимым точный контроль температуры.

Как выбрать металл для применения при высоких температурах

Если ваше применение связано с повышенной температурой, не оценивайте материалы только по температуре плавления.

Рассмотрим полную рабочую среду.

1. Постоянная рабочая температура

Компонент, постоянно подвергающийся воздействию температуры 600°C, представляет собой совершенно другую проблему проектирования, чем компонент, который кратковременно достигает температуры 600°C во время обработки.

2. Механическая нагрузка при температуре

Проверьте высокую температуру:

• предел текучести
• предел прочности
• сила ползучести
• прочность на разрыв

Значения прочности при комнатной температуре могут не отражать эксплуатационные характеристики при повышенной температуре.

3. Устойчивость к окислению

Атмосфера имеет значение.

Материал может работать по-разному:

• воздух
• пар
• восстановительная атмосфера
• пустой
• дымовой газ
• условия цементации

4. Тепловое расширение

Повторное нагревание и охлаждение может привести к:

• изменения размеров
• термическая усталость
• совместный стресс
• разрушение покрытия

5. Теплопроводность

Медь и алюминий быстро проводят тепло.

Нержавеющая сталь проводит тепло гораздо медленнее.

Это может повлиять на температурные градиенты, скорость охлаждения и термическую деформацию.

6. Коррозионная среда

Высокая температура и коррозия могут действовать вместе.

Например, материал, выбранный только для высокой температуры плавления, может плохо работать в хлоридной, серосодержащей или сильно окислительной среде.

7. Требования к изготовлению

Также подумайте, должен ли материал быть:

• сварной
• обработанный
• согнутый
• экструдированный
• кованый
• бросать
• анодированный
• полированный

Лучшим материалом является тот, который удовлетворяет полному набору эксплуатационных и производственных требований, и не обязательно тот, который имеет самую высокую температуру плавления.

Преобразование температуры плавления по Цельсию в Фаренгейт

Температуры плавления металлов обычно указываются в градусах Цельсия и Фаренгейта.

Использовать:

°F = (°C × 9/5) + 32

Например, чистый алюминий плавится примерно при 660°С:

(660 × 9/5) + 32 ≈ 1220°F

Чтобы преобразовать градусы Фаренгейта в градусы Цельсия:

°C = (°F − 32) × 5/9

Для инженерных работ используйте значения температуры, указанные в соответствующей спецификации материала или технических данных для точной марки, а не полагайтесь на округленные преобразования, когда требуется строгий контроль процесса.

Часто задаваемые вопросы

Какова температура плавления стали?

Сталь не имеет одной точной температуры плавления, поскольку это сплав. Углеродистые стали обычно плавятся примерно 1370–1540 °С (2500–2800 °F), с точным солидусом и ликвидусом в зависимости от состава.

Какова температура плавления нержавеющей стали?

Это зависит от класса. Нержавеющая сталь 304 обычно плавится при температуре примерно 1400–1450°C., пока Температура стали 316/316L обычно составляет около 1375–1400°C.Полем

Какова температура плавления алюминия?

Чистый алюминий плавится при температуре примерно 660,3°С/1220,5°ФПолем

Плавится ли алюминий 6061 при температуре 660°C?

Не совсем. 6061 представляет собой сплав и обычно плавится примерно 582–652°С. Чистый алюминий плавится при температуре около 660°С.

Какова температура плавления алюминия 6063?

Алюминий 6063 имеет типичный диапазон плавления примерно 615–655°С / 1139–1211°FПолем

Какова температура плавления алюминия 7075?

Алюминий 7075 обычно имеет солидус вокруг 477°С и ликвидус вокруг 635°С, что дает ему относительно широкий диапазон плавления.

Почему у сплава есть предел плавления?

Сплав содержит несколько элементов и может содержать несколько фаз. Эти фазы не обязательно плавятся одновременно, поэтому частичное плавление начинается в момент солидуса и продолжается до достижения ликвидуса.

В чем разница между солидусом и ликвидусом?

А солид температура, ниже которой сплав становится полностью твердым. жидкость — температура, выше которой сплав становится полностью жидким. Между ними сосуществуют твердое и жидкое.

Какой металл имеет самую высокую температуру плавления?

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди элементарных металлов, примерно 3420°С/6190°ФПолем

Какой обычный конструкционный металл имеет низкую температуру плавления?

Олово плавится всего лишь при 232°С, а свинец плавится при температуре около 327°С. Алюминий также имеет относительно низкую температуру плавления по сравнению с материалами на основе железа: его температура плавления составляет примерно 660°С в чистом виде.

Влияет ли содержание углерода на температуру плавления стали?

Да. Углерод изменяет фазовую систему железо-углерод, а увеличение количества углерода обычно снижает температуры, связанные с плавлением, по сравнению с чистым железом. Другие легирующие элементы также влияют на солидус и ликвидус.

Имеет ли нержавеющая сталь более высокую температуру плавления, чем углеродистая сталь?

Не обязательно. Их диапазоны перекрываются, и результат зависит от конкретных сравниваемых марок и составов.

Может ли металл выйти из строя до того, как расплавится?

Абсолютно. Металлы могут терять прочность, ползать, окисляться, деформироваться или подвергаться металлургическим изменениям на сотни градусов ниже температуры плавления.

Является ли температура плавления тем же самым, что и термостойкость?

Нет. Термостойкость зависит от таких свойств, как стойкость к окислению, предел ползучести, сохранение прочности, тепловое расширение и условия окружающей среды. Температура плавления — это только одно свойство материала.

Заключительный вывод

Диаграмма температуры плавления металлов полезна для быстрого сравнения, но конструкционные материалы не следует выбирать только по одному значению температуры.

Наиболее важным отличием является:

Чистый металл → обычно одна определенная температура плавления.

Конструкционный сплав → обычно диапазон плавления от солидуса до ликвидуса.

Чистый алюминий плавится при температуре около 660°С, медь — при температуре около 1085°С, железо — при температуре около 1538°С, а вольфрам — примерно при 3420°С. Но обычные конструкционные сплавы, такие как алюминий 6061, углеродистая и нержавеющая сталь, плавятся в пределах, определяемых их химическим составом.

При изготовлении и выборе материала также помните:

температура плавления ≠ максимальная рабочая температура

Потеря прочности, ползучесть, окисление и деформация могут стать критическими задолго до того, как материал расплавится.

Steel1Stop поставляет продукцию из углеродистой, нержавеющей стали и алюминия различных марок, спецификаций и форм для глобальных производственных проектов. При выборе материала для эксплуатации при повышенных температурах определите точный сплав или марка, рабочая температура, время воздействия, атмосфера и механическая нагрузка вместо того, чтобы выбирать материал только по его номинальной температуре плавления.