★ 钢的熔点是从固态开始变为液态时的温度
★ 在熔点温度下,物质的两相与平衡所需的进一步热量平衡存在
★ 杂质会导致分子结构缺陷,从而导致较宽的熔化范围。
★ 熔点也会受到压力的影响,因此在较高压力下加热时,固体物质将更容易,更迅速地液化
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简而言之,例如,钢的熔点就是开始从固态变为液态时的温度。在此特定熔点温度下,物质的两相处于平衡状态。因此,需要进一步加热物质,以完成从固体到液体的转变。熔点还受到压力的影响,随着压力的升高,熔点会降低。因此,在更高压力下加热时,固体物质将更容易,更迅速地液化。这是因为加压促进并增强了分子运动和随后的不稳定性,而这种不稳定性是物质液态的特征。
为了在技术交流中保持共同点,公称熔点总是对应于1个大气压(100kpa)。
分子对称性
人们很早就意识到熔点和压强之间有联系。1882年,Thomas Carnelley在检查了数千种不同的化合物后,成功地将分子对称性与更高的熔点联系起来。这是因为对称结构可以将运动力分布到更多相邻的结点上,并具有更高的吸引力。快进到今天,我们能够预测钢合金的熔点,这是以前从未测试过的。这些预测是基于数据集的。这与材料的分子结构以及热振动的振幅如何随着温度升高而影响材料的分子结构相对应。另一个可以影响钢合金和其他金属熔点的因素是它们中的杂质。
为什么熔点很重要?
对钢铁制造商和冶金学家来说,熔点和熔点范围是值得考虑的重要数据。它们决定了锻造、退火(热处理)和热成型的工艺。对于设计师和其他工程学科来说,熔点几乎没有价值。在达到熔点之前,零件的结构完整性将会受到影响。这是因为随着温度升高,抗拉强度和刚度受到不利影响。
然而,所有的工程师都可以使用钢的熔点范围作为测试,以确定一个钢梁是否纯净,达到什么程度。由于杂质会引起分子结构缺陷,劣质钢往往表现出较大的熔化范围。另一方面,纯钢的熔炼范围更窄,易于观察和评估。
911事变世贸大厦双子塔:
结构工程师和阴谋论者花了很多时间来寻找双塔中使用的钢梁的熔点。许多人认为,熔点也可以用于法医鉴定,以证明或反驳阴谋论。而实际情况下,它是ASTM A36结构钢,其熔点为1510摄氏度(2750摄氏度)。如果你在寻找喷气燃料火焰的温度,大概是1000摄氏度,不足以融化钢铁但足以使其变弱。
合金熔点
钢是铁和碳在熔炼过程中形成的合金。通过实验来创造一些更优秀/更专业的东西,我们将钢铁与其他元素结合起来,如:
★ 镍(镍可提高钢的强度,又可使钢保持良好的塑性和韧性)
★ 锰的强度
★ 铬、钨或钛硬度
★ 钒的抗疲劳性能
★ 钼和铬的耐腐蚀。
混合这些元素会影响钢合金的各种物理和机械性能——同时熔点也不例外。工程师们喜欢利用奥氏体、马氏体、铁素体等晶体结构特征,直接推断出合金钢的部分性能。
碳含量
一般来说,合金钢中含碳量越高,其熔点越低。这是因为更多的碳分子共价结合到铁分子上,原子水平上的电场就变得更有变化。这影响了分子的取向,从而使分子结构变得不那么对称。结果,分子间的作用力减弱,导致熔点降低。我们可以假定,上述所有合金元素都是如此。低合金钢的中值熔点为1436℃(2610 ℉),高允许钢的中值熔点为1415 ℃(2600℉)。
纯铁(Fe)本身的熔点为1535℃,因此将其合金化会降低其熔化范围,如上所述。铬和钼是少数的例外,因为它们的存在实际上提高了合金钢的熔化温度。然而,这仍然取决于许多其他因素,所以最后的合金的熔点依旧是不确定的。
钢合金熔点范围表
一些实用广泛的合金钢的熔点范围
钢种(SAE) | UNS指定 | 合金类型 | 熔点范围° C | 熔点° F |
201 | S20100 | 镍钢 | 1400 – 1450 | 2552 – 2642 |
254 | S31254 | 镍钢 | 1325 – 1400 | 2417 – 2552 |
301 | S30100 | 镍铬钢 | 1400 – 1420 | 2552 – 2588 |
304 | S30400 | 镍铬钢 | 1400 – 1450 | 2552 – 2642 |
305 | S30500 | 镍铬钢 | 1400 – 1450 | 2552 – 2642 |
309 | S30900 | 镍铬钢 | 1400 – 1450 | 2552 – 2642 |
310 | S31000 | 镍铬钢 | 1400 – 1450 | 2552 – 2642 |
316 | S31600 | 镍铬钢 | 1375 – 1400 | 2507 – 2552 |
321 | S32100 | 镍铬钢 | 1400 – 1425 | 2552 – 2597 |
330 | N08330 | 镍铬钢 | 1400 – 1425 | 2552 – 2597 |
347 | S34700 | 镍铬钢 | 1400 – 1425 | 2552 – 2597 |
410 | S41000 | 铬钼钢 | 1480-1530 | 2696 – 2786 |
416 | S41600 | 铬钼钢 | 1480-1530 | 2696 – 2786 |
420 | S42000 | 钼钢 | 1450 – 1510 | 2642 – 2750 |
430 | S43000 | 镍铬钼钢 | 1425-1510 | 2597 – 2750 |
434 | S43400 | 镍铬钼钢 | 1426-1510 | 2600 – 2750 |
440 | S44000 | 钼钢 | 1370 – 1480 | 2498 – 2696 |
446 | S44600 | 钼钢 | 1425-1510 | 2597 – 2750 |