درباره نقطه ذوب فلزات چه می دانیم (بخش اول)

آنچه که بهتر است جوشکاران درباره ذوب فلزات بدانند

اطلاعات در خصوص نقطه ذوب فلزات از جمله مباحثی است که بهتر است جوشکاران و کسانی که با جوشکاری سر و کار دارند در باره آن بیشتر بدانند. در این مطلب دو قسمتی به نقطه ذوب فلزات می پردازیم و امیدواریم برای فعالان جوشکاری نیز مفید باشد.

 دانشنامه سایت آلیاژ جوش پارسه سعی دارد در خصوص مسائل مرتبط با فلزات اطلاعات لازم را گرد آوری کرده تا مورد استفاده جوشکاران گرامی قرار گیرد.

 

فلزات به خاطر استحکام زیادشان در شرایط مختلف است که شناخته می‌شوند؛ مثلا به مقاومت‌شان نسبت به محیط‌های سوزاننده، بارهای سنگین، ضربه زیاد، بازیافت مداوم و حتی دمای بالا فکر کنید. با این حال، موتورهای احتراق، کوره‌ها، ماشین آلات پرسرعت، نازل‌های احتراق، سیستم‌های اگزوز و موتورهای جت به طور مداوم در معرض چنان دماهای بالایی قرار دارند که می‌تواند بعضی از فلزات را ذوب کند. به همین دلیل، در نظر گرفتن نقطه ذوب فلزات برای کاربردهایی با درجه حرارت بالا، خیلی مهم است.

ذوب فلزات

دمای ذوب فلزات

نقطه ذوب فلزات یا دمای ذوب فلزات، دمایی است که در آن فلز از حالت جامد به حالت مایع تغییر شکل می‌دهد، که در کار ریخته‌گری فلزات [همچنین جوشکاری] اهمیت زیادی دارد.

در نقطه ذوب، حالت جامد و مایع فلزات، در حالت تعادل است. با رسیدن به این نقطه، دمای فلز حتی با حرارت دادن مداوم ثابت می‌ماند: به طور خلاصه، تغییر در انرژی ِآزاد، صفر است.اما وقتی که فلز کاملا ذوب شد، هرگونه گرمای اضافی دوباره درجه حرارت فلز را افزایش می‌دهد.

 

ناخالصی‌ها و نقطه ذوب فلزات

به‌ندرت فلزات به صورت خالص پیدا می‌شوند. آنها معمولا ناخالصی‌هایی دارند که می‌تواند به طور قابل توجهی بر دمای ذوب‌شان تأثیر بگذارد.

نقطه ذوب به تغییرات آنتالپی (ظرفیت گرمایی) و آنتروپی (ظرفیت گرمایی ویژه) فلز بستگی دارد. هنگام ذوب فلز خالص یا ناخالص، تغییرات آنتالپی یکسان است چون پیوندهای مولکولی مشابه شکسته می‌شوند. با این حال، تغییرات در آنتروپی هنگام ذوب یک فلز خالص و یک فلز ناخالص بسیار متفاوت است و این اختلاف زمانی که فلزات در حالت مایع هستند، حتی بیشتر است. به طور کلی، یک فلز ناخالص، آنتروپی ِبیشتری دارد.

یک فلز ناخالص ِجامد در سطح میکروسکوپی، ناهمگن و مناطق خالص در سراسر آن پخش است، مثل گرانیت. وقتی که این فلز گرم می‌شود، ذوب شدن ِاین مناطق خالص در اجزایی که کمترین نقطه ذوب را دارند شروع می‌شود. این ذوب میکروسکوپی برای چشم قابل مشاهده نیست.

ذوب اولیهء مناطق خالص، حوضچه‌هایی از مایع مذاب را تشکیل می‌دهد که شروع به حل اجزای جزئی/ جامد اطراف خود می‌کند. این اتفاق، باعث ناخالصی بیشتر فلز می‌شود و به این ترتیب، نقطه ذوب آن پایین می‌آید. تا وقتی ذوب‌های اولیه به حالت اشباع نرسیده‌اند، ناخالصی‌ها حل می‌شوند و فلز همچنان به ذوب شدن در همان ترکیب ادامه می‌دهد تا تمام ناخالصی‌هایش حل شوند. وقتی که ناخالصی‌ها تا کوچکترین جزء خود حل شود، ذوب شدن بیشتری صورت می‌گیرد. با پیشروی آن، خلوص مواد مذاب افزایش می‌یابد که به نوبه خود، دمای ذوب مرتبط را بالا می‌برد. به این ترتیب، فرآیند ذوب فلز ناخالص، مجموعه‌ای از کاهش‌ها و افزایش‌هاست که در آن نقطه ذوب با افزایش غلظت اجزای اصلی در ماده مذاب، تغییر می‌کند.

هنگامی که ۲۰-۱۰٪ از فلز ناخالص، تحت ذوب میکروسکوپی قرار گرفت، یک قطره قابل مشاهده از فلز مایع تشکیل می‌شود. با این حال، این درصد بسته به مقدار ناخالصی‌های موجود در فلز متفاوت است و ارزش نهایی ِدامنه آن، به نقطه ذوب فلز خالص بستگی دارد. با این حال، این مقدار غالباً کمتر از آنست که بعنوان کاهش نقطه ذوب درنظر گرفته شود. به طور خلاصه، ناخالصی‌های فلزات معمولا دامنه نقطه ذوب فلزات را کاهش و افزایش می‌دهند و هر چقدر ناخالصی‌ها بیشتر باشند، تأثیرات آنها بر روی دمای ذوب بیشتر است.

ذوب فلزات

تغییر نقطه ذوب فلزات

یکی از رایج‌ترین روش‌هایی که برای پایین آوردن نقطه ذوب فلزات بکار می‌رود، آلیاژسازی یا ترکیب کردن فلزات است. برای مثال، آلیاژهای پایه سرب و آلیاژهای پایه قلع نسبت به فلزات سرب و قلع خالص، نقطه ذوب پایین‌تری دارند.

آلیاژها حاوی بیش از یک عنصر هستند و نقطه ذوب آنها محدوده‌ای است که به ترکیب آنها بستگی دارد.

علاوه بر کاهش نقطه ذوب، آلیاژها نسبت به فلزات خالص انعطاف پذیری بالاتری دارند؛ همین ویژگی به خم شدن فلز بدون شکستن کمک می‌کند. این خاصیت یک نکته کلیدی است، چنانچه کنترل اصطکاک هم در حین کار با فلزات دشوار است.

 

https://weldinginsider.com/the-melting-point-of-metals-guide/