نقطه ذوب دمایی است که در آن یک ماده جامد خاص از حالت جامد به مذاب تبدیل می‌شود. هنگامی‌که گرما به یک جامد اعمال می‌شود، دمای آن افزایش می‌یابد تا زمانی که به نقطه ذوب خود برسد. در این لحظه، گرمای بیشتر، یک جامد را بدون تغییر دما به مایع تبدیل می‌کند.

نقطه ذوب چیست ؟

نقطه ذوب دمایی است که در آن یک ماده از جامد به مایع تبدیل می‌شود. در نقطه ذوب، فاز جامد و مایع در تعادل هستند. نقطه ذوب یک ماده وابسته به فشار است و معمولاً در فشارهای استاندارد مانند ۱ اتمسفر یا ۱۰۰ کیلو پاسکال مشخص می‌شود.

هنگامی‌که تمام مواد جامد ذوب می‌شوند، گرمای ناشی از این فرآیند، دمای مایع را افزایش می‌دهد. نقطه ذوب یک جامد کریستالی یک عدد مشخصه است که برای شناسایی ترکیبات و عناصر خالص استفاده می‌شود. بیشتر مخلوط‌ها و جامدات آمورف در محدوده‌ای از دما ذوب می‌شوند.

به دمای تغییر معکوس از مایع به جامد، نقطه انجماد یا نقطه تبلور می‌گویند. نقاط انجماد ممکن است به دلیل توانایی مواد در فوق سرد شدن پایین‌تر از آنچه در واقع هستند به نظر برسند. نقطه ذوب یک جامد معمولاً همان نقطه انجماد مایع مربوطه در نظر گرفته می‌شود. بااین‌حال، نقطه انجماد واقعی ممکن است با نقطه ذوب یکسان نباشد زیرا مایعات می‌توانند در سیستم‌های کریستالی مختلف منجمد شوند و ناخالصی‌ها نقطه انجماد را کاهش می‌دهند.

نقطه ذوب آلیاژهای آهن و فولادها در دماهای بالا، تقریباً در ۱۲۰۵ تا ۱۳۷۰ سانتی‌گراد رخ می‌دهد. آلیاژهای مس (شامل برنز، مس خالص و برنج) نقطه ذوب کمتری نسبت به آهن دارند که تقریباً ۱۰۸۲-۹۱۳ درجه سانتی‌گراد است. در مقاله برنز چیست، با این آلیاژ پرکاربرد بیشتر آنا شوید. فلزات آلیاژ شده با آلومینیوم دارای محدوده دمایی کمتری نسبت به آلیاژهای مس هستند. آلومینیوم خالص در حدود ۶۵۹ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود، اما آلیاژ کردن آن با عناصر دیگر می‌تواند این دما را افزایش دهد.

دلیل اهمیت نقطه ذوب

دماهای مهم زیادی وجود دارد که یک فلز هنگام گرم شدن از طریق فرآیند فلزکاری یا درنتیجه کاربرد به آن‌ها می‌رسد، اما دمای ذوب یک فلز یکی از مهم‌ترین آن‌ها است.

یکی از دلایلی که دمای ذوب بسیار مهم است، خرابی اجزا است که ممکن است پس از رسیدن فلز به دمای ذوب خود رخ دهد. شکست فلز ممکن است قبل از نقطه ذوب اتفاق بیفتد، اما زمانی که یک فلز به دمای ذوب خود می‌رسد و شروع به تبدیل‌شدن به مایع می‌کند، دیگر به هدف موردنظر خود عمل نمی‌کند.

به‌عنوان‌مثال، اگر یک جزء کوره شروع به ذوب شدن کند، اگر جزء به‌اندازه کافی مهم باشد، کوره دیگر کار نخواهد کرد. اگر یک نازل سوخت موتور جت نیز ذوب شود، روزنه‌ها مسدود می‌شوند و ممکن است موتور را بلااستفاده کند.

توجه به این نکته مهم است که انواع دیگر شکست فلز مانند شکستگی‌های ناشی از خزش ممکن است قبل از رسیدن به دمای ذوب رخ دهد، و باید قبل از آن تحقیقاتی در مورد تأثیر دماهای مختلف که یک فلز در معرض آن قرار می‌گیرد انجام شود. برای اطلاع بیشتر درمورد پدیده خزش، مقاله خزش فلزات چیست را مطالعه نمایید.

دلیل دیگری که چرا دمای ذوب یک فلز بسیار مهم است این است که فلزات زمانی که مایع هستند بیشترین شکل‌پذیری را دارند. فلزات برای بسیاری از فرآیندهای مختلف تولید تا دمای ذوب خود گرم می‌شوند. گداختن، جوشکاری ذوبی و ریخته‌گری همگی نیازمند مایع بودن فلزات هستند تا انجام شوند.

هنگام انجام یک فرآیند تولید که در آن فلز قرار است ذوب شود، دانستن دمایی که در آن اتفاق می‌افتد مهم است تا بتوان مواد مناسب برای تجهیزات مورد استفاده انتخاب کرد. به‌عنوان‌مثال، یک تفنگ جوشکاری باید بتواند گرمای محیط قوس الکتریکی و فلز مذاب را تحمل کند. تجهیزات ریخته‌گری مانند قالب‌ها نیز باید دمای ذوب بالاتری نسبت به فلز ریخته‌گری داشته باشند.

فرآیندهای تولید و نقاط ذوب فلزات

هنگام انجام یک فرآیند تولیدی که نیاز به مایع شدن فلز دارد، دانستن دمایی که در آن ذوب شروع می‌شود بسیار حیاتی است تا بتوان مواد مناسب برای تجهیزات مورد استفاده را انتخاب کرد. ازآنجایی‌که فلزات در حالت مایع شکل‌پذیر هستند، درک نقطه ذوب فلز یا فلز آلیاژی شما ضروری است. فرآیندهای تولیدی که نیاز به فلز به شکل مایع دارند عبارت‌اند از:

• ریخته‌گری
• جوشکاری ذوبی
• گداختن

گداختن

گداختن یا Smelting، فرآیند حذف یک عنصر فلزی از سنگ معدن استخراج شده است. بیشتر فلزات به‌صورت رگه‌هایی در سنگ‌ها یا به‌عنوان بخشی از عوامل دیگر یافت می‌شوند. ذوب اولین مرحله استخراج است. ذوب فرآیندی است که در آلیاژهای فلزی یا فلزات خالص انجام می‌شود. برای این منظور، قراضه‌ها ذوب شده و حرارت آن‌ها منجر به ذوب سنگ معدن می‌شود.

جوشکاری در مقابل لحیم‌کاری

قبل از انتخاب فرآیندی که استفاده می‌کنید، چه در حال جوشکاری یا لحیم‌کاری هستید، باید چندین عامل در نظر گرفته شود که در رابطه با این فرآیندها، دمای ذوب آلیاژ فلز مهم‌ترین عامل است.

جوشکاری ذوبی فرآیند اتصال دو بخش فلزی با گرم کردن هر دو قسمت تا نقطه ذوب آن‌ها است و یک حوضچه مذاب مایع ایجاد می‌کند که مولکول‌های آن‌ها کاملاً در آن مخلوط می‌شوند. یک پرکننده فلزی سوم اغلب به حوضچه مذاب اضافه می‌شود. هنگامی‌که فلز مذاب سرد و جامد می‌شود، دو قسمت با یک پیوند به یکدیگر متصل می‌شوند.

دانستن اینکه کدام فلزات را می‌توان جوش داد و انتخاب بهترین فلزات برای جوشکاری، ممکن است تا حدی به نقطه ذوب آن‌ها بستگی داشته باشد. اگر دمای ذوب آن‌ها مقدار قابل‌توجهی متفاوت باشد، یکی از بخش‌ها سریع‌تر از دیگری ذوب می‌شود. این امر می‌تواند باعث ایجاد عیوب جوشکاری یا سایر ضعف‌های مکانیکی شود.

هنگام اتصال فلزات با نقاط ذوب بسیار متفاوت، مانند مس و فولاد، لحیم‌کاری ممکن است انتخاب بهتری نسبت به جوشکاری باشد. در لحیم‌کاری، از یک مشعل اکسی استیلن برای گرم کردن یک فلز پرکننده، معمولاً یک آلیاژ برنج، با نقطه ذوب پایین‌تر از دو بخش فلزی استفاده می‌شود. همان‌طور که پرکننده ذوب می‌شود، به داخل مفصل کشیده می‌شود و هنگامی‌که سرد می‌شود جامد می‌شود. دو قسمت به‌هم‌پیوسته هرگز به نقطه ذوب خود نمی‌رسند، به این معنی که این نوع اتصال دائمی نیست.

دمای ذوب فلزات مهم

هنگامی‌که یک فلز به دلیل خواص مفید آن انتخاب می‌شود، اطلاع از اینکه نمی‌تواند حداکثر دمای خروجی برنامه شما را تحمل کند، ناامیدکننده است. درک نقطه ذوب فلز در حال پردازش بسیار مهم است.

مهم است که به یاد داشته باشید که آلیاژهای حاوی چندین عنصر دارای محدوده دمای ذوب هستند که به ترکیب کلی آلیاژ بستگی دارد. لیست زیر شامل انواع فلزات رایج و نقطه ذوب مربوط به آن‌ها است.