فلزات در برابر نیروهای شدید مقاومت زیادی دارند و می‌توانند ضربات متعدد، محیط‌های حرارتی و بار سنگین را به راحتی تحمل کنند. فلزات عناصر سختی هستند که امکان فرم‌دهی به آنها بدون حرارت وجود ندارد. اغلب فلزات در حرارت بالا تغییر شکل می‌دهند و خواص مکانیکی و شیمیایی آنها تغییر می‌کند. جهت ذوب کردن فلزات دستگاه‌ها و ماشین‌آلات گوناگون مانند موتورهای جت، ماشین‌های احتراقی، کوره‌ها و نازل‌های قابل‌اشتعال وجود دارند.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
این دستگاه‌ها همواره در معرض حرارت بالا قرار دارند و باعث ذوب شدن انواع فلزات می‌شوند. اطلاع داشتن از نقطه ذوب هر کدام از فلزات کمک می‌کند تا با توجه به آن فلز موردنظر را حرارت بدهید. میزان حرارت باید به صورتی باشد که فلز خواص و کارایی خود را حفظ کند.
نقطه ذوب فلز چیست و چه اهمیتی دارد
نقطه ذوب فلز به دمایی گفته می‌شود که در آن فلز تغییر شکل می‌دهد و از جامد به مایع تبدیل می‌شود. برای آن که فلزات به مایع تبدیل شوند باید با استفاده از حرارت بالا کاملاً ذوب شوند. هر چه میزان حرارت افزایش یابد دمای فلز مایع نیز به حداکثر می‌رسد و نشانه بالا رفتن دمای کلی نیست. ذوب شدن فلزات در دمای مربوطه تأثیری در تغییر ترکیبات و ساختار شیمیایی فلزات نخواهند داشت.
انتخاب روش فرم‌دهی و شکل دادن به فلزات مهم‌ترین دلیل اهمیت نقطه ذوب است. با اطلاع از نقطه ذوب هر فلز می‌توانید با توجه به آن انرژی و زمان صرف کنید. از دیگر علل اهمیت نقطه ذوب فلز به عدم تغییر خواص شیمیایی و مکانیکی آن می‌توان اشاره کرد. این ویژگی برای همه فلزات صدق نمی‌کند. برخی از فلزات در دماهای خاص دچار تغییر در خواصش شیمیایی و مکانیکی می‌شوند.
در کارخانه‌های نورد و ذوب‌آهن با دانستن دمای ذوب فلز انتخاب کوره‌های ذوب با توجه به ترکیب شیمیایی فلز انجام می‌شود. در نتیجه انرژی هدر نمی‌رود و کیفیت محصول نهایی حفظ می‌شود. جالب است بدانید که برای ذوب کردن و فرم‌دهی فلزات مختلف باید از کوره‌های مناسب استفاده کرد. برای مثال اگر دمای ذوب مواد به کار رفته در یک کوره کمتر از فلز موردنظر باشد آن کوره دیگر کارایی لازم را ندارد.
1.نقطه ذوب برنج
برنج از پرمصرف‌ترین فلزات است که از مس و روی تشکیل می‌شود. برخی از عناصر دیگر به مقادیر کمتر در آلیاژ برنج به کار رفته‌اند. در واقع برنج آلیاژی است که جهت توصیف طیف گسترده‌ای از آلیاژ‌های مس و روی مورد استفاده قرار می‌گیرد. درصد مس به کار رفته شده در آلیاژ برنج بین ۶۰ تا بالای ۸۰ درصد است. درصد روی به کار رفته در آلیاژ برنج نیز از کمتر از ۱۰ درصد تا بیش از ۴۰ درصد است. در صورتی که میزان روی در آلیاژ برنج بیشتر از ۳۰ درصد باشد به آن برنج بالا می‌گویند و باعث می‌شود که بیشتر مستعد خوردگی شود.
آلیاژ برنجی که درصد مس آن بالا باشد با نام برنج قرمز شناخته می‌شود. وجود ۸۵ درصد مس در آلیاژ برنج آن را در برابر خوردگی مقاوم می‌کند و شکل‌پذیر می‌شود. برنج از فلزات بسیار مستحکم است و در برابر خوردگی مقاومت بالایی دارد. همچنین دارای طول عمر بالا بوده و دوام زیادی دارد. نقطه ذوب فلز برنج به طور کلی ۱۷۱۰ درجه فارنهایت یا ۹۳۰ درجه سانتیگراد است. از رایج‌ترین آلیاژ‌های برنج در بازار می‌توان برنج قرمز و برنج زرد را نام برد. نقطه ذوب برنج زرد ۹۳۰ درجه سانتیگراد و نقطه ذوب برنج قرمز ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد است.
2.نقطه ذوب طلا
طلا از دیگر فلزات پرکاربرد و مفید است که در سراسر جهان همه روزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. طلا از فلزات قیمتی و گران‌بها به شمار می‌رود که اغلب به شکل زیورآلات و جواهرات زیبا دیده می‌شود. از ویژگی‌های آن می‌توان به هدایت الکتریسیته و عدم تغییر رنگ اشاره کرد. طلا کاربرد زیادی دارد و در صنایع فناوری، پزشکی و صنعتی بسیار استفاده می‌شود. از دیگر ویژگی‌های آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- دوام قابل قبولی دارد.
- دارای رنگ و درخشش جذاب است.
- چکش‌خوار است.
- به صورت خالص در طبیعت یافت می‌شود.
- تراکم زیادی دارد.
- شکل‌پذیر و انعطاف‌پذیر است.
طلا به دلیل خاصیت چکش‌خواری فراوان به راحتی فرم داده می‌شود و برای ساخت جواهرات بهترین انتخاب است. نقطه ذوب طلا ۱۹۴۵ درجه فارنهایت یا ۱۰۶۳ درجه سانتیگراد است.
3.نقطه ذوب آلومینیوم
آلومینیوم از فلزات نقره‌ای رنگ و غیرآهنی است که چگالی کمی دارد. در تجارت و حوزه ساختمان‌سازی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دیگر کاربردهای آن می‌توان به ساخت محصولات گوناگون مانند ظروف آشپزخانه، قاب پنجره، دستگاه‌های صنعتی، قوطی، فویل و قطعات هواپیما اشاره کرد. آلومینیوم پرمصرف‌ترین فلز را در بین آلیاژ‌های مهندسی به خود اختصاص می‌دهد. دمای ذوب آن پایین بوده و به راحتی شکل‌دهی می‌شود. از آنجایی که در برابر خوردگی مقاومت مطلوبی دارد و از فلزات سبک محسوب می‌شود در صنعت خودروسازی به‌عنوان یکی از متریال مهم به شمار می‌رود. نقطه ذوب آلومینیوم ۱۲۲۰ درجه فارنهایت یا ۶۶۰ درجه سانتیگراد است.
4.نقطه ذوب نقره
نقره از فلزات سفید براق و بسیار درخشان است که به دلیل زیبایی و جلوه خاصی که دارد در ساخت انواع جواهرات و محصولات تزیینی به کار می‌رود. نقره در کنار طلا و پلاتین از فلزات گران‌بها محسوب می‌شود. ویژگی‌های نقره عبارت‌اند از:
- دارای رنگ سفید و درخشان است.
- خاصیت شکل‌پذیری و انعطاف‌پذیری دارد.
- چکش‌خواری بالایی دارد.
- در برابر اکسیداسیون اتمسفر مقاوم است.
- رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی دارد.
- اتیلن را به اکسید اتیلن تبدیل می‌کند.
- نقش کاتالیزور دارد.
نقره در بین انواع عناصر انتقالی کمترین واکنش‌های شیمیایی را نشان می‌دهد. این فلز گران‌بها و زیبا نسبتاً کمیاب است و به راحتی پیدا نمی‌شود. نقطه ذوب نقره ۱۷۶۲ درجه فارنهایت یا ۹۶۱ درجه سانتیگراد است.
5.نقطه ذوب شیشه
از متریال استفاده در ساخت انواع ساختمان‌ها شیشه را می‌توان نام برد. شیشه انواع مختلفی دارد که هر کدام کاربردهای متنوعی را شامل می‌شوند. هر کدام از شیشه‌ها ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارند و در فرایند ساخت تغییراتی ایجاد می‌کنند. ترکیبات به کار رفته در ساخت شیشه شامل شن کوارتز، کربنات کلسیم، آهک و بور هستند. میزان درصد به کار رفته هر کدام از این ترکیبات در ساخت شیشه منجر به پدید آمدن مدل‌های مختلف از آن شده است. نقطه ذوب شیشه ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد است. شیشه در این دما استحکام مکانیکی، ثبات گرمایی و ویژگی‌های بصری خارق‌العاده‌ای به دست می‌آورد. بسیاری از ویژگی‌های شیشه در این دما در سطح بالایی قرار می‌گیرند.
6.نقطه ذوب روی
روی از پرمصرف‌ترین فلزات است که در تجارت اهمیت ویژه‌ای دارد. روی از معدود فلزات زود گداز است که نسبت به دیگر فلزات حرارت کمتری برای ذوب شدن نیاز دارد. فلز روی براق است و به رنگ آبی مایل به سفید دیده می‌شود. حالت آن در دمای معمولی کریستالی و شکننده است؛ اما زمانی که بین دمای ۱۱۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد قرار بگیرد گرم، چکش‌خوار و انعطاف‌پذیر می‌شود.
از فلزات واکنش‌پذیر است که با سایر فلزات غیرفلز، اکسیژن و اسیدهای رقیق به سرعت واکنش می‌دهد. عمده کاربرد آن گالوانیزه کردن آهن است. از دیگر موارد مصرف آن می‌توان به ساخت‌وساز ساختمان، ساخت سقف و ناودان و ساخت صفحات منفی در باتری‌های الکتریکی اشاره کرد. نقطه ذوب روی ۷۸۷ درجه فارنهایت و ۴۲۰ درجه سانتیگراد است.
7.نقطه ذوب فولاد ضدزنگ
فولاد ضدزنگ از انواع فولادهای آلیاژی است که ۱۰ تا ۳۰ درصد آن را کروم تشکیل داده است. کروم به کار رفته در فولاد موجب شده تا در برابر خوردگی و گرما مقاومت قابل توجهی به دست آورد. ممکن است عناصر دیگری مانند تیتانیوم، آلومینیوم، گوگرد، نیتروژن، نیکل، مس، فسفر، سلنیوم و نیوبیم به فولاد اضافه شوند. این عناصر برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون و ایجاد ویژگی‌های خاص اضافه می‌شوند. فولاد ضدزنگ با توجه به درصد کروم و دیگر عناصر انواع مختلفی دارد و هر کدام به منظور خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال تمامی فولادهای ضدزنگ در برابر خوردگی دارای مقاومت بالایی هستند. نقطه ذوب فولاد ضدزنگ ۲۷۸۵ تا ۲۵۰۰ درجه فارنهایت یا ۱۳۷۵ تا ۱۵۳۰ درجه سانتیگراد است.
8.نقطه ذوب فولاد کربن
از دیگر انواع فولادهای آلیاژی می‌توان فولاد کربن را نام برد که عنصر اصلی آن را کربن تشکیل داده است. فولاد کربن از نظر ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی دارای گریدهای مختلف است و عبارت‌اند از:
- فولاد ملایم یا فولاد کم‌کربن
- فولاد کربن متوسط
- فولاد کربن بالا
- فولاد فوق کربن
هر کدام از انواع فولاد کربن دارای کاربردهای خاصی هستند. فولادهای متوسط به بالا در ساخت اجزای ماشین‌آلات مانند میل لنگ، میل و چرخ دنده‌ها استفاده می‌شوند و کاربرد گسترده‌ای در ساخت بسیاری از سازه‌ها و محصولات دارند. کربن از جمله عناصری است که در تمام آلیاژ‌های فولادی وجود دارد؛ ولی وقتی درصد بالایی از آن در آلیاژ وجود داشته باشند به آن فولاد کربنی گفته می‌شود. نقطه ذوب فولاد کربن ۲۸۰۰ تا ۲۵۹۷ درجه فارنهایت یا ۱۴۲۵ تا ۱۵۴۰ درجه سانتیگراد است.
9.نقطه ذوب پلاتین
از دیگر فلزات گران‌بها و سنگین پلاتین را می‌توان نام برد. از عناصر شناخته شده و پرکاربرد محسوب می‌شود که دارای رنگ سفید نقره‌ای است. ویژگی‌های پلاتین عبارت‌اند از:
- نرم و انعطاف‌پذیر است.
- نقطه ذوب بالایی دارد.
- مقاومت خوبی در برابر خوردگی نشان می‌دهد.
- از قوی‌ترین و سخت‌ترین آلیاژ‌ها است.
- کمیاب و ارزشمند است.
پلاتین یکی از معدود فلزاتی است که نقطه ذوب بالایی دارد و جهت ذوب و فرم‌دهی آن باید از حرارت بالایی استفاده کرد. نقطه ذوب پلاتین ۳۲۱۸ درجه فارنهایت یا ۱۷۷۰ درجه سانتیگراد است.
10.نقطه ذوب مس
مس از فلزات مهم و کاربردی در صنایع گوناگون است که به رنگ قرمز دیده می‌شود. ویژگی‌های مس عبارت‌اند از:
- رسانای الکتریکی و هدایت حرارتی بالایی دارد.
- در برابر خوردگی مقاومت خوبی نشان می‌دهد.
- انعطاف‌پذیر و چکش‌خوار است.
- نسبت به فلز روی نرم‌تر است.
مس به‌صورت آزاد در طبیعت یافت می‌شود و واکنش شیمیایی پایینی دارد. با قرار گرفتن در معرض رطوبت یک لایه سبز رنگ تشکیل می‌دهد که فلز را در برابر حمله محافظت می‌کند. نقطه ذوب مس ۱۹۸۳ درجه فارنهایت یا ۱۰۸۴ درجه سانتیگراد است.
فرایندهای ذوب فلزات
قبل از انجام فرایند تولید و تبدیل کردن فلز به مایع باید دمای ذوب هر یک از آنها را بدانید. دمای ذوب فلزات مهم و پرکاربرد در مباحث فوق ذکر شد و می‌توانید به آنها مراجعه کنید. فرایندهای تولید فلزات از حالت جامد به مایع عبارت‌اند از:
روش ریخته‌گری
عمل ریخته‌گری در واقع برای ساختن یک محصول به وسیله ذوب کردن فلز و ریختن آن درون قالب است. در این روش فلز موردنظر توسط حرارت به مایع تبدیل می‌شود و درون محفظه‌هایی به نام قالب ریخته می‌شوند. پس از آن که قالب به طور کامل پر شد آن را در محیطی به دور از حرارت قرار می‌دهند تا ماده درون آن سرد شود و به حالت جامد درآید.
ریخته‌گری برای تولید قطعات در تعداد بسیار بالا مناسب است. از نظر سرعت تولید و اقتصادی نسبت به روش‌های دیگر به‌صرفه‌تر است. ریخته‌گری دارای دو قالب یک‌بار مصرف و دائمی است. قالب‌های یک‌بار مصرف به‌صورت ماسه‌ای یا گچی ساخته شده‌اند و پس از یک‌بار استفاده نمی‌توان دوباره آنها را به کار گرفت. قالب‌های دائمی قابلیت انبساط ندارند و می‌توان چندین بار از آنها استفاده کرد.
روش گداختن
به روشی گفته می‌شود که در آن عنصر فلزی از یک سنگ معدن استخراج شده یافت می‌شود. بسیاری از فلزات به‌صورت طبیعی و خالص به شکل رگه‌هایی در سنگ‌ها یافت می‌شوند. گداختن در واقع روشی است که در آن فلزات از سنگ‌ها استخراج می‌شوند و می‌توان برای ساخت محصولات فلزی از آنها استفاده کرد.
جوشکاری ذوبی
در این روش دو قسمت از دو فلز جهت اتصال حرارت می‌بینند و به ایجاد یک حوضچه مذاب مایع می‌پردازند. به حوضچه مذاب یک پرکننده فلزی سوم اضافه می‌شود. پس از سرد شدن فلز مذاب و تبدیل آن به حالت جامد آن بین دو قسمت فلزی با یکدیگر یک پیوند ایجاد می‌شود و به هم متصل می‌شوند. جوشکاری ذوبی روش مرسوم و رایجی نیست چرا که ممکن است دو فلز دارای نقطه ذوب متفاوت باشند. در این صورت فلزی که نقطه ذوب بالاتری دارد باید سریع‌تر ذوب شود و همین امر منجر به ایجاد عیوب جوشکاری می‌شود.
لحیم‌کاری
در روش لحیم‌کاری برای گرم کردن فلز پرکننده مانند آلیاژ برنج از یک مشعل اکسید استیلن استفاده می‌شود. لحیم‌کاری تا حدودی شبیه به روش جوشکاری است و انتخاب بهتری نسبت به آن محسوب می‌شود. اتصال بین دو فلز در روش لحیم‌کاری از نوع دائمی نیست در واقع قسمت‌های ذوب شده هیچگاه به نقطه ذوب کامل نمی‌رسند.