Какая температура плавления алюминия по цельсию. Какие соли нужны для литья алюминия

Алюминий - всем известный из школьного курса химии элемент из таблицы Менделеева. В большей части соединений он проявляет трехвалентность, но в условиях высоких температур достигает некоторой степени окисления. Одним из самых важных его соединений является оксид алюминия .

Основные характеристики алюминия

Алюминий - серебристый металл с удельным весом 2,7*10 3 кг/м 3 и плотностью 2,7 г/см 3 . Легкий и пластичный, хорош, как проводник электроэнергии, благодаря тому, что теплопроводность алюминия довольно высока - 180 ккал/м*час*град (указан коэффициент теплопроводности). Теплопроводность алюминия превышает аналогичный показатель чугуна в пять раз и железа в три раза.

Благодаря своему составу, этот металл можно легко раскатать в тонкий лист или вытянуть в проволоку. При соприкосновении с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка (оксид алюминия), которая является защитой от окисления и обеспечивает его высокие антикоррозионные свойства . Тонкий алюминий, например, фольга или порошок этого металла мгновенно сгорают, если их нагреть до высоких температур и становятся оксидом алюминия.

Металл не особенно устойчив к агрессивным кислотам. К примеру, его можно растворить в серной или соляной кислотах даже, если они разбавленны, особенно, если их нагреть. Однако он не растворяется ни в разбавленной ни в концентрированной и при этом холодной азотной кислоте, благодаря оксидной пленке. Определенное воздействие на металл имеют водные растворы щелочей - оксидный слой растворяется и образуются соли, содержащие этот металл в составе аниона - алюминаты.

Известно, что алюминий является самым часто встречающимся металлом в природе, но впервые в чистом виде его смог получить ученый-физик из Дании Х. Эрстед еще в 1925 году XIX века. Этот металл занимает третье место по распространенности в природе среди элементов и является лидером среди металлов. 8,8% алюминия содержит земная кора. Его выявили в составе слюд, полевых шпатов, глин и минералов.

Процесс производства очень энергоемкий и поэтому первый большой завод в нашей стране был построен и запущен в XX веке. Основным сырьем для получения этого металла является оксид алюминия. Чтобы его получить, необходимо минералы, содержащие алюминий или бокситы, очистить от примесей. Далее электролитическим способом расплавляют естественный или полученный искусственным путем криолит при температуре чуть ниже 1000 ºС. Затем начинают понемногу добавлять оксид алюминия и сопутствующие вещества, необходимые для улучшения качества металла. В процессе оксид начинает разлагаться и выделяется алюминий. Чистота получаемого металла 99,7% и выше.

Этот элемент нашел свое применение в пищевом производстве в качестве фольги и столовых приборов, в строительстве используют его сплавы с другими металлами, в авиации, электротехнике в качестве заменителя меди для кабелей, как легирующая добавка в металлургии, алюмотермии и других отраслях.

Что такое температура плавки металлов?

Температура плавки металлов – значение температуры нагревания металла, при которой начинается процесс перехода из исходного состояния в другое, то есть процесс противоположный кристаллизации (отвердевания), но неразрывно связаный с ней.

Итак, для расплавления металл нагревают извне до температуры плавки и продолжают нагревать для преодоления границы фазового перехода. Суть в том, что показатель температуры плавки означает температуру, при которой металл находится в фазовом равновесии, то есть между жидким и твердым телом. Другими словами существует одновременно, как в том, так и в другом состоянии. А для плавления нужно нагреть его больше пограничной температуры , чтобы процесс пошел в нужную сторону.

Стоит сказать о том, что только для чистых составов температура плавки постоянна. Если в составе металла находятся примеси, то это сместит границу фазового перехода, а, соответственно, и температура плавления будет другой. Это объясняется тем, что состав с примесями имеет иную кристаллическую структуру, в которой атомы взаимодейстуют между собой по-другому. Исходя из этого принципа, металлы можно разделить на:

легкого плавления, такие как ртуть и галлий, например, (температура плавки до 600°С)
среднеплавкие - это алюминий и медь (600-1600°С)
тугоплавкие - молибден, вольфрам (больше 1600°С).

Знание показателя температуры плавления необходимо, как при производстве сплавов для правильного расчета их параметров, так и при эксплуатации изделий из них, поскольку этот показатель определяет ограничения их использования. Уже давным давно для удобства ученые физики свели эти данные в одну таблицу. Существуют таблицы температур плавки как металлов, так и их сплавов.

Температура плавления алюминия

Плавление - процесс перерабатывания металлов обычно в специальных печах для получения сплава нужного качества в жидком состоянии. Как уже говорилось выше, алюминий относится к среднеплавким металлам и плавится при нагреве до 660ºС. При изготовлении изделий из металла температура плавления влияет на выбор плавильной печи или агрегата и, соответственно, используемых для отливки огнеупорных форм.

Указанная температура относится к процессу расплавки чистого алюминия. Так как в чистом виде он применяется реже, а введение в его состав примесей меняет температуру плавления. Сплавы алюминия изготавливаются для того, чтобы изменить какие-либо его свойства, увеличить прочность, например, или жароустойчивость . В качестве добавок применяют:

магний
кремний
марганец.

Добавление примесей влечет за собой снижение электропроводности, ухудшение или улучшение коррозионных свойств, повышение относительной плотности.

Обычно добавление других элементов в металл приводит к тому, что температура плавления сплава понижается, но не всегда. К примеру, добавление меди в объеме 5,7% приводит к понижению температуры плавления до 548ºС. Полученный сплав называют дюралюминием, его подвергают дальнейшей термической закалке. А алюминиево-магниевые составы плавятся при температуре 700 - 750ºС.

Во время процесса плавления необходим строгий контроль температуры расплава , а также присутствия газов в составе, которые выявляют через технологические пробы или способом вакуумной экстракции. На заключительной стадии производства сплавов алюминия проводят их модифицирование.

Алюминий – металл, который широко используется в промышленности и быту. ?>

Из него производят не только детали самолетов и кораблей, но и посуду, и другие предметы утвари. Поэтому нередко возникает потребность в самостоятельном изготовлении алюминиевых деталей, вышедших из строя.

Производить из него литые изделия в кустарных условиях позволяет свойство алюминия плавиться при относительно невысоких температурах. Для того чтобы самостоятельно изготавливать литые изделия из алюминия, нужно знать поведение этого металла при высоких температурах и его физико-химические свойства.

Характеристики алюминия

Температура плавления алюминия зависит от степени чистоты металла и составляет приблизительно 660 °C. Его точка кипения – 2500 °C.

Алюминий отличается своей легкостью и пластичностью, поэтому хорошо гнется и поддается обработке штамповкой.

Этот металл является отличным проводником тепла и активно вступает в химическую реакцию при высоких температурах с кислородом воздуха, образуя на поверхности окисную пленку. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления, однако при расплавлении лома существенно отражается на составе сплава. В процессе плавки металла структура алюминия меняется.

При его резком охлаждении могут возникнуть внутренние напряжения и усадка полученного сплава. Это надо учитывать при работе с алюминием в домашних условиях.

Технологии домашнего литья алюминия и необходимое оборудование

Принцип литья алюминия в домашних условиях должен исходить из технологии его получения на производстве с поправкой на условия, которые можно использовать дома.

Алюминиевые изделия путем литья получают несколькими способами. В бытовых условиях наиболее распространенным и удобным способом является технология литья алюминиевого расплава в специально изготовленные формы.

Поэтому для проведения процесса необходимо обеспечить две вещи:

соорудить печь для расплавления алюминиевого лома;
создать нужную форму для получения литого сплава или отдельной детали.

Процесс литья должен включать несколько этапов:

Подготовка алюминиевого лома, включающая очистку от грязи, примесей и разных наполнителей, а также его измельчение до небольшого размера.
Проведение процесса плавки запланированным способом. При полном расплавлении металла с его поверхности нужно удалить шлаковые образования.
Заполнение приготовленной формы жидким алюминиевым расплавом. После отвердевания слиток освобождается от формовочной массы.

Рассмотрим, как плавить алюминий в домашних условиях, какие конструкции печей для расплавления металла можно использовать, а также варианты самостоятельного изготовления формы.

Самодельные печи и способы расплавления алюминия

Для того чтобы расплавить алюминий, нужно разогреть его до температуры, близкой к 660 °C. На открытом пламени костра такой температуры невозможно достичь. Поэтому необходимо закрытое пространство, которое может обеспечить самодельная печь. Нагревать ее можно с помощью сжигания угля и дров или использования природного газа.

Можно также использовать электрическую муфельную печь, если она есть в хозяйстве.

При самостоятельно изготовленной печи нужно обеспечить принудительную вентиляцию для поддержания процесса горения.

1. Самый простой вариант самодельного очага можно изготовить из старых кастрюль.

Его конструкция выполняется следующим образом:

В качестве каркаса используют стальную емкость, например, старую кастрюлю, сбоку которой нужно проделать отверстие для подачи воздуха через подведенный металлический патрубок.
Воздух через шланг принудительно может подаваться с помощью пылесоса.
Внутрь устройства проводится закладка каменного угля.
Затем уголь поджигают и подают воздух, чтобы огонь не погас.
Емкость для расплавления алюминия предварительно ставят внутри импровизированной печной конструкции и обкладывают ее с боков углем. При его сгорании обеспечивается равномерное распределение тепла.
Чтобы тепло не расходовалось на окружающий воздух, сверху «кастрюльную» печь следует неплотно накрыть крышкой, оставив небольшую щель для выхода дыма.

Идеальной конструкцией может служить топливник, имеющий овальный свод, выполненный из кладочной смеси, применяемой для жаропрочного кирпича. В качестве каркаса для создания овального свода можно использовать цветочный горшок нужного размера.

После высыхания смеси получается добротный топливник, который может выдержать несколько плавок.

2. Второй вариант печи подразумевает использование для нагрева алюминия пламени бытовой газовой горелки.

Его можно применять только для штучных изделий из алюминия весом не более 150 грамм. Имитация печи создается с помощью использования двух емкостей, вставленных друг в друга с небольшим зазором. Это могут быть обыкновенные жестяные банки из-под консервов.

Внешняя банка должна иметь больший размер. В ней проделывается отверстие, диаметром около 4 см, чтобы обеспечить подвод пламени к внутренней банке.

Струя пламени должна поступать направленно в отверстие банки. Греется непосредственно только внутренняя емкость, а наружная служит оболочкой, удерживающей тепло. Сверху конструкцию нужно прикрыть имитированной крышкой, оставив зазор для отвода продуктов сгорания.

Такая конструкция является одноразовой и можно использовать только для одной плавки, т. к. жесть тонкая и может быстро прогореть.

Способы создания формы для литья алюминия

Одной из основных задач домашнего плавления алюминия является подготовка формы, в которую сливается расплавленный металл. Существуют разные варианты заливки алюминиевого расплава. Основными являются открытый и закрытый способ литья.

Открытый способ литья

Самый простой – это слив жидкого металла в подручную форму, например металлическую кружку или банку из-под консервов.

После застывания сплава болванку из емкости достают. Чтобы облегчить этот процесс, производят простукивание по неостывшей до конца форме.

Если не требуется придавать литью четкой формы, можно просто слить жидкий расплав на приготовленную устойчивую к горению поверхность.

Закрытая форма

При необходимости получения сложной отливки сначала изготавливают для нее форму, соответствующую всем параметрам детали. Чтобы обеспечить четкое соответствие изделия заданным параметрам, ее изготавливают из составных формовочных частей.

Материалы для литых форм

При открытом способе заливки часто используется самый простой материал, который всегда под рукой, это – кремнезем. Сначала земля укладывается с послойной трамбовкой. Между слоями закладывают макет отливки, который после тщательной трамбовки оставляет отпечаток в кремнеземе. Эту форму осторожно вынимают и заливают вместо нее алюминий.

Некоторые мастера используют при приготовлении основы формы речной песок с добавлением жидкого стекла. Также иногда применяется смесь цемента с тормозной жидкостью.

Гипсовые формы

При изготовлении макета сложной формы часто используют гипс, который в основном может служить для разового процесса литья. При литье алюминия в гипсовую форму в качестве макетов используют парафин или пенопласт.

Восковой макет изделия заливается гипсом и после его сушки при высокой температуре расплавляется и сливается через специальное отверстие.

В случае изготовления макета из пенопласта его заливают гипсовой смесью и оставляют в ней до полного отвердевания формы. Горячий алюминиевый расплав заливают прямо на пенопласт. Благодаря высокой температуре металла происходит расплавление и испарение пенопласта, а его место занимает алюминиевый расплав, принимая заданную пенопластом форму.

При использовании пенопласта в качестве макета работы необходимо проводить в открытом пространстве или обеспечить хорошее проветривание помещения, т. к. продукты горения пенопласта вредны для человека.

При работе с гипсом следует избегать типичных ошибок. Несмотря на то, что гипсовые формы являются удобным способом отливки нужных конфигураций деталей, этот материал очень чувствителен к влаге. При обычной сушке на воздухе она остается в составе гипса. Это вредит качеству алюминиевой отливки, т. к. может спровоцировать образование мелких раковин и пузырьков. Поэтому сушить гипсовые формы нужно несколько суток.
Металл перед заливкой должен быть достаточно горячим, чтобы успеть заполнить всю форму, прежде чем начать отвердевать. Поэтому после достижения температуры расплавления с учетом быстрого остывания алюминия не надо затягивать с его разливкой в форму.
Не рекомендуется окунать полученную отливку в холодную воду для ускорения процесса отвердевания. Это может нарушить внутреннюю структуру металла и приведет к трещинам.

P.S. Всё, можете начинать литье в домашних условиях!

Многим приходила эта идея в голову, но мало кто этим занимался. Рассмотрим, как правильно плавить алюминий в домашних условиях.

Перед началом работ

Для начала следует определиться с размерами изделия и объемами работ:

Для небольших подойдет газовая плита.
Для средних - самодельная небольшая печь из огнеупорного кирпича
Для больших - муфельная печь.

При любом выборе нужно максимально закрыть емкость с расплавленным алюминием от сквозняка и максимально уплотнить стенки, чтоб сократить потери тепла. Алюминий быстро отдает тепло, поэтому его сложно нагреть в простых условиях. Рассмотрим, как этого добиться.

Какие существуют технологии для расплавки металла?

При использовании газовой плиты нужно снять имеющуюся плоскую насадку, и установить сверху на решетку специальное приспособление - цилиндр, который можно изготовить из любой железной банки подходящего размера. Снизу цилиндра делается отверстие 3-4 см, и закручиваются 3 винта - они нужны для того чтобы форма с алюминием внутри цилиндра на них стояла.

Из камфорки будет выходить факел, попадая в цилиндр, будет нагревать форму с металлом. Цилиндр нужен для экономии тепла и максимальной концентрации пламени вокруг формы. Сверху зарывается пластинкой, чтоб тепло не уходило, но оставляется небольшая щель для тяги.

Для печек используется тот же принцип, здесь можно разместить большие емкости в связи с минимальными потерями тепла и большому пространству внутри печи. Делается небольшой мангал, на который ставятся формы, после чего печь максимально закрывается со всех сторон, остаются лишь небольшие отверстия снизу и сверху для тяги.

Муфельная печь - идеальный домашний вариант для частых работ

Муфельная печь представляет собой подобие простой «буржуйки» только с толстыми стенами. Может быть как на дровах, так и на электричестве, кому как удобно. Во втором случае проволока натягивается по спирали с внутренней стороны кирпичей, поближе к форме.

Внутри посередине располагается тигель - специальная емкость для расплавки металла. В данной конструкции потери сведены к минимуму - свободное пространство занимает тигель, между которым и стенками остается небольшой зазор 5-10 см.

Благодаря большой толщине - 20-30 см, стенки можно заполнить разными теплоизоляторами, для сохранения тепла. Ее можно переносить либо сделать стационарной, в связи с чем, подбирается теплоизолятор. Внутри располагается кирпич, снаружи - железо, а чем заполнить остальное пространство остается на усмотрение каждого отдельно.

Плавка металла

При плавке важно использовать чистую посуду (из железа либо не цветного металла). Если впервые растапливать - есть смысл в следующей подготовке. Нужно емкость почистить, удалить ржавчину и мусор, пыль, тщательно сполоснуть, дать просохнуть и только после этого ее можно использовать.

Во время варки удалять всплывающий шлак - остатки краски либо загрязнения, они значительно понизят качество металла. После того, как металл хорошо расплавился ему нужно немного остыть, чтоб было поменьше брызг и удобнее было заливать в формы. Последняя должна быть не сырой, чтоб испаряющаяся влага не создавала пузырей в изделии.

Температура плавления алюминия характеризует градиент перехода в жидкое состояние и определяет физические параметры химического элемента. Свойства металла позволяют применять его в различных отраслях промышленного производства, а способность образовывать устойчивые соединения значительно расширяет сферы его использования.

Способность переходить из твердого в жидкое состояние определяет физические свойства металла.

Характеристика физических и технических параметров алюминия

Алюминий относится к самым распространенным химическим элементам и характеризуется небольшим весом, мягкостью. Основные физические параметры металла, способность образовывать устойчивые к воздействию среды соединения, позволяют его использовать в различных отраслях промышленного производства.
Металл является привлекательным материалом для работы в домашних условиях. Удельная теплота плавления алюминия составляет 390 кДж/кг, и для литейных целей расплавить его в бытовых условиях не составляет труда.
Плавка металла может осуществляться поверхностным и внутренним нагревом. Способ внешнего теплового воздействия не требует особого оборудования и применяется в кустарных условиях.
Алюминий, температура плавления которого зависит от чистоты соединения, давления, для перехода в жидкое состояние требует нагрева в среднем до 660 °C или 993,5°К.
Существуют различные мнения относительно показателя температуры плавления металла в домашних условиях, но проверить их можно только на практике.

Свойства сплавов металла

Показатель температурного градиента колеблется для соединений металла с другими химическими элементами, определяющими их свойства. Для литейных сплавов, содержащих магний и кремний, он составляет 500 °C.

Удельная теплота плавления определяет физическое свойство химического элемента. Для сплавов этот показатель характеризует процесс перехода из одного агрегатного состояния в другое в определенном температурном интервале.

Температура начала перехода в жидкое состояние называется точкой солидус (твердый), а окончание - ликвидус (жидкий). Соответственно начало кристаллизации будет определяться точкой ликвидус, а окончание - солидус. В температурном интервале соединение находится в переходном состоянии от жидкости к твердой фазе.

В некоторых соединениях алюминия с другими химическими элементами отсутствует интервал между температурными показателями перехода из твердого состояния в расплав. Эти сплавы называются эвтектическими .

Например, соединению алюминия с 12,5% кремния, как и чистому металлу, свойственна точка плавления, а не интервал. Этот сплав относится к литейным и характеризуется постоянной температурой 577 °C.

При увеличении в сплаве количества кремния градиент ликвидус снижается от максимального показателя, свойственного чистому металлу. Среди лигатурных добавок температурный градиент снижает использование магния (450 °C). Для соединения с медью он составляет 548 °C, а с марганцем - всего 658 °C.

Алюминий образует различные сплавы с минералами.

Большинство соединений состоят из нескольких компонентов, что влияет на показатель затвердевания и плавления материала. Понятия температурных градиентов солидус и ликвидус определены для бесконечной длительности процессов равновесных переходов в жидкое и твердое состояние.

На практике учитываются поправки скорости нагревания и охлаждения составов.

Применение металла в промышленном производстве

В естественных условиях алюминий имеет свойство образовывать тонкую оксидную пленку, что предотвращает реакции с водой и азотной кислотой (без нагрева). При разрушении пленки в результате контакта со щелочами химический элемент выступает в качестве восстановителя.

С целью предотвращения образования оксидной пленки в сплав добавляют другие металлы (галлий, олово, индий). Металл практически не подвергается коррозионным процессам. Он является востребованным материалом в различных отраслях промышленности.

Алюминий и его сплавы очень востребованы в различных сферах жизни человека.

Алюминий считается популярным материалом для изготовления посуды, основным сырьем для авиационной и космической отрасли промышленности. Отличная электропроводность металла позволяет использовать его при напылении проводников в микроэлектронике.
Свойство алюминия и его сплавов при низких температурах приобретать хрупкость позволяет его использовать в криогенной технике. Отражательная способность и дешевизна, легкость вакуумного напыления делают алюминий незаменимым материалом для изготовления зеркал.
Нанесение металла на поверхность деталей турбин, нефтяных платформ придают устойчивость к коррозии сплавам из стали. Для производства сероводорода применяется сульфид металла, а чистый алюминий используется в качестве восстановителя редких сплавов из оксидов.
Химический элемент используют как компонент соединений, например, в алюминиевых бронзах, магниевых сплавах. Наряду с другими материалами его применяют для изготовления спиралей в электронагревательных приборах. Соединения металла широко применяются в стекловарении.
В данное время чистый алюминий редко используется в качестве материала для ювелирной бижутерии, но набирает популярности его сплав с золотом, обладающий особым блеском и игрой. В Японии металл вместо серебра используется для изготовления украшений.
В пищевой промышленности алюминий зарегистрирован в качестве добавки. Алюминиевые банки для пива стали популярной упаковкой для напитка с 60-х годов прошлого века. Технологическая линия предусматривает производство тары 0,33 и 0,5 л. Упаковка имеет одинаковый диаметр и отличается только высотой.
Основным преимуществом упаковки перед стеклом является возможность вторичного использования материала.
Банки для пива (газированных напитков) выдерживают давление до 6 атмосфер, имеют куполообразное, толстое дно и тонкие стенки. Особенности технологии изготовления путем вытяжки обеспечивают конструкционную прочность и надежные эксплуатационные свойства тары.

Плавление алюминия, как и других веществ, происходит при подводе к нему тепловой энергии, снаружи или непосредственно в его объём, как это происходит, например, при индукционном нагреве.

Температура плавления алюминия зависит от его чистоты:

Температура плавления сверхчистого алюминия 99,996 %: 660,37 °С.
При содержании алюминия 99,5 % плавление начинается при 657 °С.
При содержании алюминия 99,0 % плавление начинается при 643 °С.

Температура плавления алюминия повышается с увеличением давления. Зависимость температуры плавления алюминия от давления представлена на графике ниже.

Температура плавления алюминиевых сплавов

Добавление в алюминий других элементов, в том числе легирующих, снижает температуру его плавления. Так, у некоторых литейных алюминиевых сплавов с большим содержанием кремния и магния температура начала плавления снижается почти до 500 °С. Вообще, понятие «температура плавления» распространяется только на чистые металлы и другие кристаллические вещества. У сплавов же нет определённой температуры плавления: процесс их плавления (и затвердевания) происходит в некотором интервале температур.

Температуры солидус и ликвидус алюминиевых сплавов

При плавлении сплава температура начала плавления называется температурой солидус (или точкой слоидус), а температура окончания плавления – температурой ликвидус (или точкой ликвидус). «Солидус» означает, понятно, твердый, а «ликвидус» - жидкий: при температуре солидуса весь сплав еще твердый, а при температуре ликвидуса – весь уже жидкий. При затвердевании этого сплава из жидкого состояния температура начала кристаллизации (затвердевания) будет та температурой ликвидус, а конца кристаллизации – та же температура солидус. При температуре сплава между его температурами солидуса и ликвидуса он находится в полужидком-полутвердом, кашеобразном состоянии.

Эвтектическая температура алюминиевых сплавов

Не все сплавы имеют интервал между температурами солидус и ликвидус. Такие сплавы называют эвтектическим. Например, у алюминиевого сплава с содержанием 12,5 % кремния точки ликвидуса и солидуса сводятся в точку: этот сплав как и чистые металлы имеет не интервал, а точку плавления. Эта точка и температура называются эвтектическими. Этот сплав относится к знаменитым литейным алюминиево-кремниевым сплавам – силуминам с узким интервалом солидус-ликвидус, что и дает их лучшие литейные свойства.

В двойном сплаве Al-Si температура солидус постоянна и составляет 577 °С. При увеличении содержания кремния температура ликвидус снижается от максимального значения для чистого алюминия 660 °С и до совпадения с температурой солидуса 577 °С при содержании кремния 12,6 %.

Среди других легирующих элементов алюминия сильнее всего понижает температуру плавления магний: эвтектическая температура 450 °С достигается при содержании магния 18,9 %. Медь дает эвтектическую температуру 548 °С, а марганец – всего лишь 658 °С! Большинство сплавов являются не двойными, а тройными и даже четверными. Поэтому при совместном влиянии нескольких легирующих элементов температура солидуса – начала плавления или конца затвердевания может быть еще ниже.

Интервал температуры плавления алюминиевых сплавов

В таблице ниже представлены температуры ликвидуса и солидуса некоторых промышленных деформируемых сплавов. Необходимо иметь в виду, что понятия температур солидус и ликвидус определены для равновесных превращений жидкой фазы в твердую и обратно, то есть при бесконечной длительности процессов. На практике надо делать поправки с учетом скорости нагрева или охлаждения.

Источники:
Aluminum and Aluminum Alloys, AMS International, 1993.
Handbook of Aluminum: Vol. 1, ed. G. E. Totten, D. S. MacKenzie

Как известно, температура плавления алюминия составляет свыше 660°С. Используя домашние бытовые нагревательные приборы, такие как утюг, духовка или газовая плита, добиться такой температуры вряд ли получится. Поэтому плавка алюминия в домашних условиях становится возможной при наличие соответствующего оборудования и, конечно же, самого сырья для плавки - алюминия.

Для плавки алюминия обычно используют тигельную. Я подробно описал процесс изготовления в своем ТехноБлоге Dimanjy. Особенность данной печи заключается в верхней загрузке в рабочую камеру так называемого тигля - специального ковша для плавки алюминия, в который помещается сырье. Компактные размеры муфельной печи с вертикальной загрузкой позволяют легко хранить и использовать ее дома на балконе, в гараже или на даче.

Теперь поговорим непосредственно о процессе плавки алюминия в домашних условиях.

Как уже говорилось, для плавки алюминия в муфельной печи нужен. Он обычно изготавливается из огнеупорного материала или из металла с гораздо большей температурой плавления, чем у алюминия. Для изготовления тиглей применяют корунд, графит, фарфор, кварц, чугун или сталь. Мне самостоятельно удалось изготовить тигель из стали. Тигель из других материалов можно купить и готовый, но из стали оказалось куда проще и практичнее, особенно если у вас есть сварочный аппарат и начальные навыки сварки и орудования болгаркой.

Размер тигля следует подбирать исходя из количества алюминия, которое вы хотите расплавить. Тепло должно равномерно передаваться от раскаленного тигля к сырью. В свою очередь тигель также должен равномерно прогреваться. Для муфельной печи своей конструкции я планирую изготовить несколько тиглей различного объема для работа с одним или двумя ТЭНами одновременно.

Алюминий заправляется в тигель как можно плотнее. Для этого исходное сырье желательно измельчить и немного спрессовать. Я использовал для плавки обычную алюминиевую проволоку, поэтому я просто нарезал ее кусачками и плотно спрессовал пасатижами.

При плавлении алюминий значительно уменьшается в объеме по сравнению с исходным материалом (ведь, в принципе, мы затем его и плавим), поэтому в процессе плавки алюминия в домашних условиях нам потребуется периодически добавлять сырье в тигель.

Следует отметить, что это может быть крайне опасно! Все дело в том, что в добавляемом нами сырье где-то может задержаться влага, а при попадании воды в расплавленный алюминий происходит резкий всплеск, и металл может выплеснуться из муфельной печи, повредив вас серьезными ожогами. И уж совсем плачевные последствия будут при попадании расплавленного металла в глаза. Поэтому всегда следите за своей безопасностью - работайте исключительно в защитных очках или маске, а еще лучше - в специальном огнеупорном костюме металлурга.

В процессе плавки алюминия в домашних условиях на поверхности расплавленного металла будет образовываться оксидная пленка и всплывать на поверхность всякий шлак. Количество шлака зависит от качества используемого для переплавки алюминия сырья. Где-то был подкрашен, где-то испачкан - все это уйдет из металла в виде шлака. Непосредственно перед самым литьем расплавленного алюминия по формам шлак рекомендуют снять при помощи специального приспособления.

Также после того, как алюминий расплавился и образовал однородную блестящую каплю, как это делал жидкий терминатор в фильме «Терминатор 2″, тигель рекомендуют еще немного подержать в печи для придания расплавленному алюминию большей текучести. Это сильно упростит дальнейшее его литье.

Что дальше? Очевидно, нужно залить расплавленный алюминий в специально подготовленную литейную форму. Об этом я написал в своем ТехноБлоге Dimanjy отдельную статью, которая так и называется « ». Изучаем, тренируемся, набираемся опыта!

Алюминий – один из самых распространенных металлов на земле. Он присутствует даже в человеческом организме, так что уж говорить об окружающей действительности. В каждом доме или личном автомобиле есть алюминиевые функциональные элементы, детали или узлы, которые, увы, достаточно часто ломаются. Это мебельная и оконная фурнитура, направляющие для дверей и ставен, защелки замков и другие нужные мелочи.

Их можно заменить покупными новыми изделиями, отремонтировать или изготовить самостоятельно. В последних двух случаях и может понадобиться плавка алюминия в домашних условиях.

Характеристики алюминия

Все характеристики металла для домашних самоделок знать необязательно. Но есть несколько моментов, которые могут стать значительными или даже опасными в работе.

Алюминий хорошо поддается литью, плавится при относительно невысокой температуре в 660 °С. Для справки: чугун начинает плавиться при температуре 1100°С, а сталь – 1300 °С.

Поэтому плавка алюминия в домашних условиях на газовой плите трудно осуществима, так как домашние газовые приборы такую температуру обеспечить не могут. Правда, отечественные "кулибины" могут все, но об этом позже.

Снизить температуру плавления алюминия можно, растерев его в порошок или используя в качестве сырья готовый порошковый продукт. Но здесь важным становится еще одно свойство алюминия. Он достаточно активный металл, который при соединении с кислородом воздуха может воспламениться или просто окислиться. А температура плавления оксида алюминия - больше 2000 °С. При плавлении оксид все равно образуется, но в небольших количествах, именно он формирует окалину.

Та же активность может сыграть плохую шутку, если в расплавленный металл попадет вода. При этом происходит взрыв. Поэтому если в процессе плавки нужно сырье добавлять, то нужно следить, чтобы оно было сухим.

Сырье для плавки

Если предстоит плавка алюминия в домашних условиях, из-за сложности работы с порошковым металлом его в качестве сырья не используют.

Можно приобрести алюминиевую чушку или использовать обычную алюминиевую же проволоку, которую нарезать ножницами на небольшие кусочки и для уменьшения площади контакта с воздухом плотно спрессовать пассатижами.

Если не предполагается особо высокое качество изделия, то можно в качестве сырья использовать любые бытовые предметы, консервные банки без нижнего шва или обрезки профиля.

Вторичное сырье может быть окрашено или испачкано, это не страшно, лишние составляющие отойдут в виде шлаков. Только нужно помнить, что вдыхать пары сгоревшей краски нельзя.

Чтобы из вторичного сырья получилась качественная плавка алюминия в домашних условиях, флюсы, задача которых состоит в том, чтобы связывать и выводить на поверхность расплавленного металла все примеси и загрязнения, лучше приобрести готовые. Но можно сделать самостоятельно из технических солей.

Покровный флюс готовится из 10 % криолита и по 45 % хлорида натрия и хлорида калия.

В рафинирующий флюс для получения алюминия без пористости добавляют еще 25 % от общей массы фтористого натрия.

Средства индивидуальной защиты при плавке

Плавка алюминия в домашних условиях – процесс небезопасный. Поэтому нужно пользоваться средствами индивидуальной защиты (СИЗ). Даже если такая плавка нужна один раз на минимальном оборудовании, то по меньшей мере нужно защитить руки, например специальными перчатками сварщика, отлично предохраняющими от ожогов, ведь температура жидкого алюминия - больше 600 °С.

Глаза тоже желательно защищать, особенно если плавка происходит достаточно часто, очками или маской. И совсем в идеале работать нужно в специальном костюме металлурга с повышенной стойкостью к огню и высоким температурам.

Если нужен очень чистый алюминий с использованием рафинирующего флюса, то работать следует в химическом респираторе.

Литейная форма

Если требуется только отлить чистый алюминий для припоя, то литейная форма не нужна. Достаточно использовать стальной лист , на котором расплавленный металл остынет. Но если нужно отлить хотя бы простенькую деталь, то понадобится литейная форма.

Литейную форму можно сделать из скульптурного гипса, именно гипса, а не алебастра. Жидкий гипс заливается в смазанную маслом форму, ему дают немного застыть, периодически встряхивая, чтобы вышли пузырьки воздуха, вставляют в него модель и накрывают второй емкостью с гипсом. В удобном месте нужно в гипс вставить цилиндрический предмет, чтобы в итоге в форме появилось отверстие, так называемый канал, в который будет заливаться расплавленный алюминий. Когда гипс окончательно застынет, две части формы разъединяются, вынимается модель, и форма с готовым слепком соединяется опять.

Изготовить литейную форму можно и из смеси 75 % формовочного песка, 20 % глины и 5 % каменноугольного песка, которая засыпается в специальный ящик из досок и трамбуется. В утрамбованную землю отжимается модель, получившийся отпечаток присыпается тальком и графитом (угольной пылью), чтобы остывшую алюминиевую деталь можно было легко отделить от формы.

Тигель для плавки

Плавка алюминия в домашних условиях требует наличия специальной емкости с носиком из тугоплавкого материала. Это так называемый тигель. Тигли могут быть фарфоровые, кварцевые, стальные, чугунные, изготовленные из корунда или графита. В домашних условиях можно использовать покупной тигель или изготовить его, например, из отрезка стальной трубы достаточно большого диаметра. Правда, для этого нужна болгарка, сварочный аппарат и навыки владения этими инструментами.

Размеры тигля зависят от необходимого количества алюминия, который нужно расплавить. Этот ковш должен равномерно прогреваться, а его тепло - передаваться к сырью.

Печи для плавки

Технология плавки алюминия в домашних условиях достаточно проста. В специальном ковше нагревается лом алюминия до температуры, превышающей температуру плавления этого металла, расплав некоторое время выдерживается в разогретом состоянии, с его поверхности снимается шлак, затем чистый металл разливается в форму для остывания. Время плавки зависит от конструкции печи, то есть той температуры, которую она способна обеспечить.

Если используется паяльная лампа или газовая горелка, то они нагревают алюминий сверху. Правда, печь при этом все равно складывается из кирпичей колодцем без связующего раствора, внутри которого будут прогорать угли для нагревания емкости снизу и поддержания ее в нагретом состоянии.

Примерно так же выглядит конструкция печи, если тигель прогревается снизу с помощью обычных дров и фена для сушки волос. Только в этом случае дрова укладываются в кирпичном колодце не на дно, а на решетку, расположенную на первом ряду кирпичей, а в этом ряду оставляется отверстие для металлической трубы , надетой на горловину фена и закрепленной на ней изолентой. Тиглем в этом случае служит консервная банка, естественно, не алюминиевая, в которой на небольшом расстоянии от верха проделываются диаметрально противоположные сквозные отверстия. В эти отверстия продевается стальной прут, за который банка должна подвешиваться в печи. Фен нужен для нагнетания горячего воздуха в пространство между кирпичами и тиглем. Иногда вместо кирпичей используют металлическую бочку.

Если плавка должна происходить достаточно часто, то можно своими руками изготовить муфельную печь с вертикальной загрузкой тигля или купить готовую.

Плавка с помощью паяльной лампы

Плавка алюминия в домашних условиях паяльной лампой должна происходить не в помещении. Кроме сырья, паяльной лампы , тиглей и кирпичей, нужно подготовить дрова, пассатижи и стальной прут.

Итак, из кирпичей изготовлен небольшой колодец так, чтобы сверху можно было установить ковш с алюминием и стальной небольшой лист. В колодце разжигается костер, который должен немного прогореть, чтобы образовались угли.

Дальше и происходит, собственно, плавка алюминия в домашних условиях. Пошаговая инструкция процесса:

На кирпичи устанавливается емкость с сырьем. Ее нужно греть примерно 15 минут.

После этого на полную мощность включается горелка паяльной лампы и алюминий прогревается сверху.

В течение нескольких секунд начинается процесс, но для того чтобы прогрев был равномерным, металл в емкости нужно аккуратно перемешивать стальным прутом, придерживая ее пассатижами (не забыв при этом надеть рукавицы). Можно обойтись и без прута, периодически встряхивая ковш с помощью тех же плоскогубцев, но очень осторожно.

Когда жидкость становится однородной, нужно пассатижами взять емкость и вылить содержимое на прокаленный стальной лист таким образом, чтобы вся образовавшаяся окалина осталась в ковше, а на лист для застывания попал только чистый металл.

Так обычно из вторичного сырья получают чистый алюминий, если с его помощью нужно запаять алюминиевые детали.

Плавка на дровах или газе

Плавка алюминия в домашних условиях на дровах происходит в легких разборных печах. Минусом такого способа является неконтролируемость процесса. Увеличить или уменьшить температуру нагрева невозможно. Вмешаться в процесс возможно, только сняв емкость с алюминием с огня.

Плавка алюминия в домашних условиях на газу - это единственно возможный вариант для квартиры. Греть емкость нужно долго, периодически сливая расплавленный металл. В таком случае отливка выполняется слоями. Для работы понадобятся две металлические емкости таких диаметров, чтобы одна надевалась на другую. Меньшая служит тиглем. Она с ломом, например нарезанной алюминиевой проволокой, ставится на конфорку, с которой нужно снять рассекатель пламени, бытовой газовой плиты . Над большей емкостью придется предварительно поработать. В ее днище выполняются около десятка небольших отверстий. В два или три из них вкручиваются болты, которые исполняют роль рукояток, за которые пассатижами раскаленную емкость можно поднять.

Эта емкость кверху дном надевается на тигель. Такая конструкция и позволяет прогревать алюминий. Периодически верхнюю емкость нужно снимать и металлическим прутом или ножом перемешивать лом. Перед тем как слить расплавленный металл, с его поверхности нужно снять шлак.

Плавка алюминия в муфельной печи

Муфельная печь – это уже достаточно серьезное оборудование для получения качественного расплавленного металла. Поэтому при плавке используют флюс для очистки алюминия от примесей. И это уже почти производственный процесс, а не плавка алюминия в домашних условиях.

Пошаговая инструкция включает еще и несколько пунктов по подготовке сырья:

Сначала в тигле расплавляется флюс, которого нужно взять в количестве от 2 до 5 % от веса алюминия, а затем в него добавляется лом.
Насколько флюс активен, можно определить по поверхности расплава – она должна быть зеркальной. Если это не так, в расплав добавляется еще немного флюса, затем нужно будет добавить его перед окончанием плавки, чтобы шлак было легче удалять с поверхности металла стальной ложкой.
Плавку нужно вести примерно при 700-750 °С. Это температура красного свечения.
В процессе плавки может потребоваться добавлять сырье в тигель, так как расплавленный металл сильно уменьшается в объеме.
Рафинирующий флюс добавляют при необходимости в конце плавки в количестве 0,25 % от веса расплавленного металла. Выдерживание такой пропорции в домашних условиях – задача непростая. После добавления флюса расплав нужно перемешать ложкой, дать постоять около 5 минут, затем снять шлак.
Когда в результате нагрева алюминий превратился в однородную блестящую каплю, тигель нужно еще некоторое время подержать в печи, чтобы металл стал более текучим.
Затем алюминий из тигля через носик (в этот момент становится понятно, зачем нужен именно такой ковш) заливается тонкой непрерывной струйкой в форму.
После полного остывания форма аккуратно разделяется на половинки, из нее извлекается готовая деталь, которую еще нужно окончательно обработать: просверлить отверстия, если нужно, зачистить и наждачной бумагой отшлифовать поверхность. Вот и все. Процесс завершен.

Так что не стоит заранее пугаться, если предстоит в домашних условиях расплавить алюминиевый лом, чтобы получить чистый металл или изготовить деталь взамен поломавшейся. Серьезные профессиональные навыки для организации такого литейного производства совсем не нужны. Желание и умелые руки обычного мастера-любителя способны творить чудеса.

Многие воспринимают термин «литейное производство» как нечто связанное с большим производством и профессиональными навыками и умениями. Но, по сути, отлить деталь самостоятельно в домашних условиях реально даже для самого гуманитария, ничего не смыслящего в технике литья.

Как отлить деталь из алюминия

Характеристика металла

Алюминий является одним из самых дешёвых, распространённых и доступных металлов, который легко поддаётся механической обработке и литью. Основными особенностями алюминия являются высокая электро- и теплопроводимость, а также повышенная коррозионная стойкость. Температура кипения этого серебристо-белого металла - 2500 °C. Чистый алюминий плавится при температуре в 660 °C, а технический - при 658 °C. Домашние нагревательные приборы навряд ли смогут обеспечить такую температуру, поэтому для отлива алюминиевой детали лучше использовать тигельную муфельную печь.

Муфельная печь и её предназначение

Муфельная печь - незаменимый прибор для нагрева различных металлов самостоятельно в домашних условиях. Такое устройство способно плавить не только алюминий, но и медь и многие цветные металлы, а также высушивать и обжигать изделия из керамики.

Виды муфельных печей

Муфельные устройства для плавления металлов бывают следующих видов:

вакуумные;
воздушные;
газовые;
электрические.

По конструкции они делятся на:

трубчатые;
вертикальные;
горизонтальные;
колпаковые.

Муфельная печь состоит из нагревательной камеры и специального аккумулятора тепла.

Изготовление муфельной печи своими руками

Для изготовления прибора нам понадобятся следующие инструменты и материалы:

проволока;
болгарка;
кирпич (7 шт.);
защитные очки;
молоток;
металлическое ведро;
кусок железа и пр.

Этапы строительства печи:

Для большей функциональности допускается установка двух электронагревателей , которые можно включать по очерёдности либо одновременно. Например, для пайки малого количества сырья включается только один нижний нагреватель, а если масштаб плавки большой - используется два прибора.

Муфельная печь с вертикальной загрузкой очень компактна, что позволяет хранить её на даче, в гараже или на балконе.

Принцип действия печи довольно простой: ёмкость для пайки (тигель) с помещённым туда сырьём устанавливается на рабочую поверхность печи где и нагревается до нужной температуры (660 °C). Нагретый металл выливается в заранее приготовленную литейную формочку, которую можно сделать из гипса или какого-нибудь другого негорючего материала. Для изготовления формы рекомендуется использование белого или скульптурного гипса, который можно приобрести в любом магазине стройматериалов.

Как уже было сказано ранее, для пайки алюминия в печи нужен специальный ковш (тигель), который изготавливается из металла, имеющего температуру плавления боле высокую, чем у алюминия либо из огнеупорного материала. Для изготовления ёмкости для плавки алюминия применяется фарфор, графит, корунд, кварц, сталь или чугун. Ковш можно приобрести в специализированном магазине либо изготовить самостоятельно. Размер тигля определяется предполагаемым количеством сырья для плавления.

Металл необходимо уложить как можно плотнее и немного спрессовать. Так как во время плавления алюминий существенно теряет в объёме, следует периодически добавлять сырьё в ковш.

Важно . Добавляемое сырьё должно быть абсолютно сухим, так как даже малое количество влаги, попавшее в раскалённый алюминий может вызвать резкий всплеск, вследствие которого металл выплёскивается из печи и может причинить вам сильные ожоги, особенно опасно, если расплавленный алюминий попадёт в глаза.

Поэтому перед началом работ следует позаботиться о своей безопасности: приобрести защитные очки или маску, а лучше обзавестись специальным огнеупорным костюмом металлурга.

В процессе плавки металла в домашних условиях, на поверхности раскалённого алюминия будет появляться оксидная плёнка, а также образовываться различный шлак (старая покраска, частички грязи и пр.). Его количество напрямую зависит от качества сырья. Перед тем как разлить расплавленный металл по формочкам, необходимо снять шлак, воспользовавшись специальными приспособлениями. Затем алюминий рекомендуется подержать в печи ещё некоторое время для придания металлу большей текучести. Это значительно упростит его дальнейшее литьё.

Отливаем деталь из алюминия самостоятельно

Рассмотрим самый простой способ пайки детали в домашних условиях.

Нам потребуется:

металлический лом;
ковш для плавки;
формочки.

Этапы процесса:

Подготовить ёмкость для плавки алюминия в домашних условиях. Для этой цели можно использовать кусок стальной трубы.
Изготовить форму. Для деталей, имеющих сложную конструкцию, форма может состоять из нескольких элементов. Форму можно сделать из гипса (скульптурного). Ни в коем случае не используйте алебастр!
Дабы избежать прилипания гипса к ёмкости для формы, необходимо предварительно смазать её маслом.
В процессе заливки гипса, ёмкость необходимо периодически встряхивать, чтобы не допустить образования пузырьков.

Важно . Так как гипс очень быстро твердеет, постарайтесь как можно скорее установить модель детали в гипс. Также в гипс рекомендуется установить небольшой предмет (например, палку), которая послужит каналом для заливки будущей детали.

Хороший хозяин всегда хочет как можно скорее исправить любые неисправности в своем доме. Поэтому сразу после поломки деталей некоторых конструкций, например, раздвижных дверей, он задумывается, как расплавить алюминий в домашний условиях самостоятельно. Этот процесс в целом простой, поэтому достаточно будет один раз попробовать провести всю процедуру, чтобы больше не возникало вопросов, как расплавить алюминий в домашних условиях правильно. В первую очередь потребуется подготовить форму для жидкого материала. Лучше всего сделать ее из досок и опоки. После формирования литейной формы в нее добавляется глина, формовочный песок и каменноугольная пыль. Их идеальное процентное соотношение : 20% на 75% на 5%. Далее потребуется вдавить утрамбованную смесь предмет, по примеру которого будет изготавливаться нужная деталь. Чем четче получится отпечаток, тем качественнее окажется результат. В конце он посыпается тальком.

Для плавления подойдут даже обрезки старого алюминиевого профиля. Также можно приобрести алюминиевую чушку в строительном магазине по самой низкой стоимости (около 60 рублей за килограмм) Если же важно высокое качество изделия, которое планируется создать, то лучше обратить внимание на более дорогой материал и отказаться от использования обрезков. А вот советы, как расплавить алюминий в домашних условиях, будут одинаковы для любого выбранного варианта. Проще всего использовать в процессе готовую печь, например, муфельную или же небольшой горн, который также отлично ее заменит. Кусочки металла укладываются в удобную емкость с носиком, сделанную из чугуна или стали, а затем отправляются в печь и нагреваются. После расплавления алюминий должен находиться при высокой температуре еще 6-7 минут. Только после этого его можно извлекать из печи и медленно выливать в форму, не прерывая струю.

Но печь для плавки алюминия можно сделать и самому. Для этого потребуется взять любую тугоплавкую емкость (например, обычный черпак), газовую горелку и заранее прокаленную пластину из стали. Основание печи будет создаваться из кирпичей. Их нужно будет выложить миниатюрным колодцем, под которым будет разводить огонь. Если же кирпичей под рукой не оказалось, то заменить их можно обычными шампурами. Далее разжигается костер, он необходим для подогрева металла в нижней части, а также для поддержания высокой температуры при выключении горелки. Когда под «печкой» образуется достаточно количество углей, можно будет устанавливать на кирпичи или шампуры тугоплавкую емкость с необходимым количеством алюминия. Она должна подогреваться примерно в течение 17-20 минут. По прошествии этого времени включается горелка на максимальную температуру и направляется на емкость сверху.

Если все этапы пройдены правильно, то процесс плавления начнется уже через пару секунд. Но для отличного результата обязательно нужно следить за тем, чтобы подогрев был однородным. Для этого горячий состав периодически помешивается проволокой из стали или осторожно встряхивается. Главное, на этом этапе надежно защитить руки специальными перчатками от возможных серьезных ожогов. Лучше всего использовать обмундирование профессиональных сварщиков. Кроме того, не стоит забывать, что при плавлении не новой алюминиевой чушки, а старых обрезков профиля, краска с них может испаряться. Поэтому в таком случае следует заранее позаботиться и о защите дыхательных путей. Как только удастся добиться однородности жидкого металла, емкость нужно будет осторожно взять плоскогубцами и перелить ее содержимое в подготовленную ранее форму. Если она не требуется, то – просто вылить алюминий на стальную пластину.

Важно отметить, что в процессе плавления алюминия образуется оскалина. Это оксид обсуждаемого металла. Избежать его появления невозможно, поэтому оценивать однородность результата следует с поправкой на эту самую оскалину. Когда жидкий металл переливается в форму или на пластину, наклонять емкость потребуется таким образом, чтобы оксид алюминия остался в ней. В целом сделать это несложно, если выполнять все действия максимально аккуратно. В тех случаях, когда металл плавится для дальнейшего создания каких-либо деталей или украшений, то заранее следует запастись также специальным шлифовальным инструментом или обычной наждачкой. Чтобы результат получился достойным, готовое изделие после его затвердения и остывания нужно будет тщательно обработать со всех сторон выбранным инструментом.