Нагрев металла перед обработкой давлением.

При определенных температурах пластичные материалы обладают высокой пластичностью и низким сопротивлением деформированию. Эти температуры имеют верхний и нижний пределы, между которыми лежит температурный интервал обработки давлением.

При холодной деформации (т.е. при температурах для чистых металлов обычно ниже 0.3 абсолютной температуры плавления) происходит упрочнение (наклеп) деформируемого металла. При этом наблюдается вытягивание его зерен в направлении деформации, создается определенная кристаллографическая ориентировка зерен (текстура), происходит искажение кристаллографических решеток, накопление дополнительных (вторичных) напряжений и др. Явления. Пределы прочности, текучести и твердость металла увеличиваются, а относительное удлинение, поперечное сужение и ударная вязкость уменьшаются. С увеличением деформации упрочнение возрастает, дальнейшая деформация становится затруднительной и, наконец, невозможной. Тогда наступает разрушение деформируемого металла.

При повышении температуры деформации в металле возникают процессы, препятствующие упрочнению, а именно возврат (отдых) и кристаллизация (разупрочняющие процессы).

Возврат , признаки которого проявляются при температуре обычно свыше 0.3 абсолютной температура плавления, заключается в уменьшении получаемых при деформации искажении кристаллографической решетки и снижение дополнительных напряжений. Однако при наличии возврата признаки упрочнения все же проявляются, хотя в меньшей степени, поэтому основную роль в разупрочнении играет рекристаллизация, признаки которой проявляются при температуре обычно свыше 0.4 температуры плавления.

Рекристаллизация заключается в появлении в деформированном слое металла новых центров кристаллизации и росте вокруг них новых зерен с новой ориентировкой кристаллографической решетки и новыми границами между зернами. При полностью протекшей рекристаллизации деформированный металл не имеет следов упрочнения.

Если рекристаллизация протекает не полностью, то наблюдается снижение пластичности. Это объясняется тем, что металл становится неоднородным в результате наличия рекристаллизованных и нерекристаллизованных зерен, а часто и неоднофазного состояния (если температура совпадает с температурой фазовых превращений). Поэтому необходим нагрев до температуры, обеспечивающей полную рекристаллизацию металла при ковке или штамповке. Это определяет нижнюю границу температурного интервала горячей обработки металлов давлением.

Завершение процесса рекристаллизации зависит не только от температуры, но и от скорости деформации, поскольку рекристаллизация протекает не мгновенно. Этим объясняется меньшее сопротивление деформирования металла в горячем состоянии на прессе, чем на молоте. С повышением температуры пластичность увеличивается. Однако при температурах, близких к температуре плавления происходит оплавление и окисление металла по границе зерен, связь между зернами нарушается, и металл полностью теряет пластичность и прочность. Это явление называется пережогом .

Ниже температуры пережога находится температура перегрева . При этой температуре в металле происходит процесс непрерывного роста зерен (собирательная кристаллизация). Эту температуру можно назвать критической. В то же время, при обработке давлением зерна разрушаются. Поэтому для ряда металлов, например для большинства сталей, крупнозернистость не является препятствием при ковке и штамповке. Таким образом, верхний интервал горячей обработки давлением находится либо ниже температуры перегрева, либо ниже температуры пережога, в пределах температуры перегрева (зависит от вида и свойств металла).

Значение температур начала и конца обработки давлением для сплавов, имеющих основу, резко колеблются в зависимости от содержания в них других компонентов. Например, для различных деформируемых алюминиевых сплавов верхний предел находится между 470 - 500˚С, нижний – между 350 - 400˚С; у медных сплавов верхний предел – между 700 - 900˚С, нижний – между 550 - 800˚С; у магниевых сплавов верхний – 370 - 430˚С, нижний – 300 - 350˚С; у титановых сплавов верхний – 1000 - 1200˚С, нижний – 700 - 950˚С; у стали верхний – 1100 - 1300˚С, нижний – 800 - 950˚С.

Если отметить на диаграмме состояние сплава железо – углерод температурный интервал обработки давлением углеродистых сталей, то его верхний предел будет находиться на кривой, проходящей на 150 - 200˚С ниже линии солидуса. Нижний предел температурного интервала для углеродистых сталей соответствует примерно 800˚С, т.е. приблизительно на 75˚С выше линии PSK. Таким образом, сталь, содержащая от 0.4% до 1% С от начала до конца обработки давлением находится в однофазном состоянии (аустенит).Углеродистую сталь с меньшим содержанием углерода заканчивают обрабатывать при наличии в ней двух фаз: аустенита и феррита. При этом получается некоторый наклеп, который легко снимается последующей термической обработкой.

Углеродистую сталь, содержащую более 1%С, заканчивают обрабатывать также при наличии в ней двух фаз: аустенита и вторичного цементита. Но в данном случаи обработка давлением, дробя сетку цементита, оказывает благоприятное влияние на структуру стали. Температурный интервал ковки и штамповки цветных металлов и сплавов определяют по диаграмме пластичности, кривым течения, диаграммам сопротивления деформации, диаграммам состояния и диаграммам рекристаллизации.

Из таблицы видно, что интервал вынужденной эластичности для разных полимеров колеблется в широких пределах. Так, полиметилметакрилат имеет значительно больший интервал вынужденной эластичности, чем полистирол, что определяет области его применения. Очень большая разность между и наблюдается у поливинилхлорида. Каучуки теряют свое основное свойство - высокую эластичность - при температурах от -20 до -70°С. Однако некоторые каучуки (СКН-40, СКС-З0) сохраняют известную гибкость и способность к большим деформациям до очень низких температур. В то же время такой морозостойкий каучук, как натуральный, имеет очень небольшой интервал вынужденной эластичности. Следовательно, изделия, эксплуатирующиеся при очень низких температурах, лучше изготовлять из каучука СКН-40, а не из натурального.

Интервал вынужденной эластичности определяется главным образом значением температуры хрупкости, которая зависит от прочности материала при хрупком разрыве () и от характера изменения с температурой.

Высокая температура хрупкости материала может быть обусловлена двумя факторами: низкой хрупкой прочностью материала () или резким увеличением предела вынужденной эластичности с понижением температуры (). У высокомолекулярных соединений хрупкая прочность обычно очень высока, следовательно, решающим фактором является второй: чем резче увеличивается с понижением температуры, тем меньше температурный интервал вынужденной эластичности. Характер температурной зависимости определяется природой полимера - энергией межмолекулярного взаимодействия, плотностью упаковки макромолекул и молекулярной массой. С усилением межмолекулярного взаимодействия температурный интервал вынужденной эластичности расширяется. Это объясняется образованием за счет взаимодействия полярных групп прочных связей (узлов) между цепями, в результате чего происходит увеличение хрупкой прочности. В то же время эти связи достаточно лабильны, и при приложении больших напряжений возможны перегруппировки участков цепей, приводящие к более равномерному нагружению всей молекулярной сетки. Это означает, что вынужденно-эластические деформации могут происходить при более низких температурах, следовательно, кривая зависимости имеет небольшой наклон. В этом случае наблюдается низкая температура хрупкости.

В заключение необходимо подчеркнуть, что прочность полимеров, как правило, в несколько раз ниже теоретической, что обусловлено наличием дефектов -- концентраторов напряжений. Наличие дефектов приводит к тому, что определяемое значение прочности является среднестатистическим. Существует разброс значений прочности и проявляется влияние масштабного фактора на прочность. Теорией, качественно правильно объясняющей закономерности прочности твердых полимеров, является теория Гриффита, отклонения от которой тем больше, чем большая доля упругого напряжения в разрушаемом образце идет на потери, связанные с процессами деформации. Наряду с понятием прочности по Гриффиту существует понятие долговечности, т. е. времени, в течение которого образец разрушается под действием данного напряжения, меньшего чем Ор. Установлена прямая пропорциональность между 1дтр и а для твердых полимеров, малодеформируемых в момент разрушения, и прямая пропорциональность между ]gтp и lga для эластичных полимеров (резин).

В кремнийорганических полимерах проявляется преимущество силоксановой связи -- ее высокая термическая устойчивость. Вместе с тем углеводородные радикалы придают полимерам гибкость, эластичность и способность растворяться в органических жидкостях. Чем больше число органических радикалов, приходящихся на один атом кремния, или чем меньше число поперечных связей, тем выше эластичность полимера. Наиболее эластичны линейные кремнийорганические полимеры, у которых на один атом кремния приходятся два органических радикала. В этом случае полимерные цепи связаны между собой только межмолекулярными силами, дающими возможность цепям, в отличие от химических связей, перемещаться друг относительно друга. Поперечные химические связи повышают твердость и прочность кремнийорганических полимерных веществ. Если число поперечных связей невелико и расположены они редко, то соединения более прочны, чем линейные, и в то же время сохраняют высокую гибкость и эластичность, свойственную резинам. Когда образуются пространственные структуры с частыми поперечными связями, получаются прочные твердые нерастворимые вещества, обладающие различной степенью эластичности в зависимости от числа поперечных связей.

Зависимость эластичности полимера от молекулярного веса легко представить, сравнив продольные и поперечные размеры молекулярных цепей. Длина макромолекул превышает их поперечные размеры в несколько тысяч раз. Для иллюстрации можно взять стальную проволоку длиной 5 л и толщиной 1 мм. Ясно, что несмотря на твердость стали, проволока при таком соотношении длины и толщины окажется вполне гибкой.

эластичность полимер силоксановый кремнийорганический

Для горячей обработки давлением металл нагревается до определенной температуры (далее "температура" - "т-ра." ) и деформируется до тех пор, пока т-ра его не опустится до такой, при которой дальнейшая деформация окажется невозможной . Таким образом, металл может быть деформирован в строго определенном температурном интервале. Максимальная т-ра его называется верхней границей , а минимальная - нижней . Каждый металл имеет свой строго определенный тр-ный интервал горячей обработки давлением.

Верхний предел т-рного интервала t в.п избирается так, чтобы не было пережигания, интенсивного окисления и обезуглероживания, а также перегрева. При выборе верхней границы т-рного интервала для высокоуглеродистых и легированных сталей необходимо иметь в виду их большую склонность к перегреву.

Температура нижней границы t н.п должна быть такая, чтобы после деформации при этой т-ре металл не получил укрепления (наклепа) и имел необходимую величину зерна. Особое значение выбор нижней границы имеет для легированных сталей и сплавов, не имеющих фазовых и аллотропических превращений, например для аустенитных и ферритных сталей. Конечные свойства этих сталей определяются в основном нижней границей температурного интервала (поскольку они не подвергаются термической обработке).

Практически верхний предел t в.п для углеродистых сталей расположен на 100-200° ниже линии солидуса АЕ (рис.1.12). Для доэвтектоидной углеродистых сталей оптимальной т-рой конца ковки является А 3 + (25 - 50°).

Для низкоуглеродистых сталей (до 0,3% С) окончания обработки давлением в интервале температур А 3 - А 1 является вполне допустимым (рис. 1.12, штриховая линия) . При этом конечный размер зерен мельче, чем при окончании процесса выше А 3 . Для заэвтектоидных стали обработка давлением заканчивается в интервале т-р А ст - А 1 .

При окончании обработки в этом интервале температур цементит, выделившийся ниже линии SE , имеет форму мелких раздробленных включений. Это улучшает служебные свойства заэвтектоидных стали, в частности повышаются режущие свойства инструмента. С повышением содержания углерода пластичность стали снижается. Поэтому при сравнительно низких температурах, близких к А 1 обработку давлением высокоуглеродистых сталей можно заканчивать только в том случае, если схема напряженного состояния обеспечивает металл высокой пластичностью (например, штамповка в закрытых штампах и т. п.) .

Если схема всестороннего неравномерного сжатия выражена менее резко, как, например, при ковке на плоских бойках, то с увеличением содержания углерода в заэвтектоидных сталях нижняя граница т-рного интервала ковки должна быть несколько повышена (рис. 1.12, штриховая линия) . На рис. 1.12 температурный интервал нанесен в виде заштрихованной области. Из данного рисунка видно, что с повышением содержания углерода в стали температура границ снижается, а т-рный интервал сужается.

НАГРЕВ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Металлы и сплавы перед обработкой давлением нагревают до определенной температуры для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации .

Эту температуру назы­вают температурой начала горячей обработки давлением .

Однако в процессе обработки температура металла понижается. Минималь­ную температуру, при которой можно производить обработку, на­зывают температурой окончания обработки давлением .

Область температур между началом и окончанием обработки, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наимень­шей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформации, называют температурным интервалом горячей обра­ботки давлением .

Различают

оптимальный (допустимый)

и технологически необ­ходимый интервалы температур ковки, штамповки.

Оптимальный интервал определяется разностью температур начала и конца ков­ки, но точно установить эти температуры можно лишь на основа­нии конкретных данных, касающихся металла (с металлургичес­кой, металловедческой и эксплуатационной точек зрения). Поэто­му обычно указывают ориентировочные температуры, которые за­тем уточняют. Главный фактор, определяющий эти температуры, - химический состав сплава и определяемые им свойства.

Температурный интервал обработки давлением выбирают с учетом диаграммы состояния сплавов. Сталь следует деформиро­вать в определенном интервале температур, расположенном на диаграмме выше точки Аз и ниже температуры начала плавления. В общем случае температуру начала обработки принимают на

150...200°С ниже линии солидуса, а конца обработки - на 25…50 °С выше точки А3 (для доэвтектоидных сталей) или точки А 1 (для заэвтектоидных сталей).

Из диаграммы железо-углерод вид­но (рис. 22.1), что с увеличением количества углерода в стали тем­пературный интервал обработки сужается (заштрихованная об­ласть). При этом особенно резко снижается температура начала обработки.

При нагреве металлов и сплавов выше температуры начала го­рячей обработки начинается интенсивный рост зерна аустенита.

Структура становится крупнозернистой , и происходит понижение ее пластических свойств. Это явление называется перегревом . Его считают дефектом, который в большинстве случаев можно устра­нить отжигом или нормализацией. Однако для некоторых сталей (например, хромоникелевых) исправление перегретого металла сопряжено со значительными трудностями и простой отжиг ока­зывается недостаточным.

При дальнейшем повышении температуры нагрева происходит расплавление легкоплавких составляющих зерен , расположенных по границам. Кроме того, окисление границ зерен кислородом, содержащимся в рабочем пространстве печи, ведет к образованию между зернами хрупкой оксидной пленки и вызывает явление, на­зываемое пережогом и сопровождающееся полной потерей плас­тичности. Пережог - неисправимый брак.

Нагрев заготовок до больших температур сопровождается и другими вредными явлениями. Металл нагреваемой заготовки, со­прикасаясь и химически взаимодействуя с печными газами, со­держащими кислород (водяной пар и диоксид углерода), окисля­ется и обезуглероживается . При этом на поверхности металла об­разуется окалина , состоящая из оксидов железа. Угар металла при нагреве в пламенных печах достигает 3 %.

Кроме печных газов на количество образующейся окалины влияют

температура нагрева,

химический состав металла заготовки и

отношение ее поверхнос­ти к объему.

Например, при 1300 °С скорость окисления стальной заготовки в семь раз выше, чем при 850...900°С. С повышением отношения поверхности заготовки к ее объему количество окали­ны возрастает. С увеличением содержания углерода в стали коли­чество окалины при нагреве уменьшается. Уменьшают окалинообразование и некоторые химические элементы - алюминий, хром, кремний.

Окалина имеет большую твердость , чем разогретый металл, по­этому износ инструмента возрастает почти в два раза. Окалина ухудшает качество поверхности; толщина ее достигает 1,5...2 мм, что заставляет увеличивать припуски на последующую механичес­кую обработку. Одновременно с окалинообразованием происхо­дит обезуглероживание металла - выгорание углерода с поверхно­сти заготовки . Обезуглероженный слой металла необходимо пол­ностью удалять при обработке резанием.

Иногда технологи снижают верхнюю границу температурного интервала ковки из-за необходимости уменьшить чрезмерное окалинообразование или обезуглероживание металла. Это снижение более значительно для крупных заготовок, поскольку при их на­греве требуется большое время выдержки в печи.

При ковке литого металла (слитков ) температура начала ковки может быть несколько повышена .

Применение ускоренного ре­жима нагрева также позволяет повысить верхний предел темпе­ратурного интервала , но во всех случаях металл должен выдер­живать предусмотренные технологическим процессом деформа­ции без трещинообразования. Если в начале ковки требуются небольшие деформации, то их можно осуществить при темпе­ратурах, более высоких, чем при ковке с большими деформаци­ями.

Нижнюю границу температур ковки , штамповки уточнить бо­лее сложно. Здесь необходимо учитывать не только состав стали (заэвтектоидная или доэвтектоидная), но и объем поковки, каче­ство требуемого металла, наличие или отсутствие термообработки поковки, способ их охлаждения (в том числе и с использованием ковочной теплоты для термообработки и т. п.).

При установлении ковочных температур важно учитывать тре­бования, предъявляемые к механическим свойствам металла с уче­том характера эксплуатации детали.

Если для данной детали предусмотрена термическая обработка, например закалка с отпуском, то правильно выбранная температу­ра конца ковки, штамповки (выше точки А r 3 для среднеуглеродис­той стали) позволяет использовать ковочную теплоту для последующей термической обработки. Если термическая обра­ботка не предусмотрена, то нижний предел интервала ковочных температур ограничивается условиями получения мелкого зерна. Для небольших поковок (массой до 1000 кг) температура конца ковки, штамповки может быть высокой (на 200...300 °С выше точ­ки А r 3) или низкой (вблизи этой точки). Несмотря на то, что при высокой температуре конца ковки или штамповки зерно будет крупным, можно в результате быстрого охлаждения получить тон­кое строение структуры сплава и соответствующие этому механи­ческие свойства. Высокая температура конца обработки способ­ствует улучшению технико-экономических показателей производ­ства (росту производительности, уменьшению расхода энергии). Необходимо подбирать такое соотношение температуры и после­дних деформаций, которое обеспечивало бы оптимальную струк­туру. При этом следует иметь в виду, что сталь, подвергнутая де­формации в интервале критических значений деформации (4...10%), после рекристаллизации будет иметь нежелательную крупнозернистую структуру.

Желательно, чтобы в температурном интервале обработки дав­лением металл находился в однофазном состоянии. В двух- или многофазном состоянии при низкой пластичности одной из фаз возможно разрушение металла. Исключение представляют доэвтектоидные стали, которые при температурах двухфазного состоя­ния между линиями GS и PS (см. рис. 22.1) обладают достаточной пластичностью. Эта пластичность характерна и для заэвтектоидных сталей при температурах выше 750 °С, при которых между ли­ниями ES и SK фиксируется двухфазная структура аустенит + вто­ричный цементит. Цементит располагается в виде сетки по грани­цам зерен и снижает пластичность стали. Однако после разруше­ния этой сетки обработкой давлением пластичность стали восста­навливается.

Ковка, штамповка среднеуглеродистой стали оканчивается выше точки А r 3 , что обеспечивает устойчивую мелкозернистую структуру стали. Для низкоуглеродистой стали (до 0,3% С) допус­тима более низкая температурная область конца ковки, штампов­ки (в промежутке между точками А r 3 и А r 1), особенно для крупных поковок. При этом окончательный размер зерен меньше, чем при завершении ковки при температуре выше точки А r 3 Для заэвтектоидной стали, у которой структурно-свободной фазой является хрупкий цементит, температура конца ковки, штамповки должна быть по возможности более низкой, а охлаждение поковок - быстрым во избежание образования цементитной сетки при высо­кой температуре в конце обработки. Для разрушения цементитной сетки следует оканчивать ковку, штамповку в интервале темпера­тур критических точек А rm -А ri . В этом случае перед отжигом стали на зернистый перлит нет необходимости проводить нормализа­цию, а для отжига можно использовать ковочную теплоту. Окон­чание ковки и штамповки заэвтектоидной стали как можно ближе к точке А r 1 неприемлемо для стали с большим содержанием угле­рода, у которой вследствие графитизации может образоваться та­кой брак, как «черный излом».

В цеховых условиях интервал ковочных температур иногда уточняют исходя из субъективных причин. Конец штамповки кор­ректируют исходя из стойкости инструмента. Разогретые штампы быстро «садятся» при штамповке остывающей заготовки вслед­ствие значительного увеличения сопротивления деформации. Иногда повышение температуры штамповки вызывается недоста­точной мощностью используемого оборудования.

Как видно из графика на рисунке 22.1, максимальный интервал ковочных температур для низкоуглеродистой стали составляет -500 °С, для эвтектоидной стали - 400...450 °С, заэвтектоидной - 200...300 °С. Для высоколегированной стали этот интервал темпе­ратур еще меньше. Например, для жаропрочной стали он состав­ляет 100... 150 °С.

Интервал ковочных температур обычно уточняют в процессе следующих лабораторных исследований:

определяют пла­стичность стали при осадке до появления первой трещины в пре­делах ориентировочного интервала ковочных температур;

строят кривую изменения ударной вязкости в том же температурном ин­тервале;

определяют сопротивления деформации при температу­рах ориентировочного конца ковки, штамповки;

строят график рекристаллизации металла после обработки с различной степенью деформации.

Фактически используемый интервал ковочных температур мо­жет точно совпасть с оптимальным интервалом лишь в частном случае при равенстве времени t K , затрачиваемого на ковку, штам­повку, и времени t 0 остывания стали в интервале ковочных темпе­ратур при данных условиях обработки. Обе эти величины могут значительно изменяться в зависимости от сложности поковки и темпа работы, зависящего от степени механизации процесса и быстроходности оборудования. Если t K < t 0 , что часто встречается при штамповке, то допустимый интервал температур не исполь­зуется и технологу следует решить вопрос, за счет какой из тем­ператур сократить этот интервал. Высокий нагрев металла без достаточной его проковки не обеспечивает необходимого каче­ства металла даже за счет регулирования скорости охлаждения, поэтому в подобных случаях, чтобы избежать дополнительной термической обработки, приходится сокращать интервал темпе­ратур за счет снижения верхнего порога температуры процесса. Если t K > t 0 , то ковку осуществляют в два или большее число при­емов.

Температурные интервалы для ковки и штамповки различных легированных сталей и сплавов указаны в специальной литературе и справочниках.

ГОСТ 33454-2015

Группа Т58

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ, ПРЕДСТАВЛЯЮЩЕЙ ОПАСНОСТЬ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Определение температуры плавления/температурного интервала плавления

Testing of chemicals of environmental hazard. Determination of the melting point/melting range

МКС 13.020.01

Дата введения 2016-09-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации ТК 339 "Безопасность сырья, материалов и веществ" на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии международного документа, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 27 августа 2015 г. N 79-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
		Минэкономики Республики Армения
Беларусь		Госстандарт Республики Беларусь
Казахстан		Госстандарт Республики Казахстан
Киргизия		Кыргызстандарт
		Росстандарт
Таджикистан		Таджикстандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 октября 2015 г. N 1611-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33454-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 сентября 2016 г.

5 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному документу OECD, Test N 102:1995* "Температура плавления/температурный интервал плавления" ("Melting point/melting range", MOD) путем изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6). Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного документа приведено в дополнительном приложении ДА.
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей . - Примечание изготовителя базы данных.


Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования международного документа для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (подраздел 3.6)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы определения температуры плавления/температурного интервала плавления. Методы, представленные в настоящем стандарте, могут использоваться для любых химических веществ независимо от степени их чистоты.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применен термин с соответствующим определением:

2.1 температура плавления (Melting point): Температура, при которой происходит фазовый переход исследуемого вещества из твердого состояния в жидкое состояние при атмосферном давлении.

3 Общие положения

3.1 Как правило, переход вещества из твердого состояния в жидкое происходит в определенном температурном интервале, поэтому на практике определяют температуру начала и окончания плавления. В идеальном случае температура плавления вещества идентична температуре отвердевания или замерзания. Для некоторых веществ (например, для промышленной продукции и смесей) определение температуры отвердевания или замерзания является более простой процедурой. Если вследствие определенных свойств вещества (или промышленной продукции) ни один из вышеуказанных параметров невозможно легко измерить, то проводят определение температуры застывания (текучести).

3.2 На значение температуры плавления вещества значительное влияние оказывает присутствие примесей. По этой причине температура плавления также может служить показателем степени чистоты исследуемого вещества.

3.3 Выбор конкретного метода испытания в основном зависит от агрегатного состояния исследуемого вещества и возможности его измельчения.

3.4 Подробное описание оборудования и методов испытания представлено в стандартах, указанных в приложении А. Основные принципы проведения испытания приведены в и .

3.5 Исследуемые показатели и единицы измерения

Единицей измерения температуры плавления в системе СИ является кельвин, К. Перевод значений температуры, выраженных в градусах Цельсия, в градусы Кельвина производится по соотношению:

Т =t +273,15, (1)

где Т - термодинамическая температура, К;

t - температура, °С.

4 Стандартные вещества

Использование стандартных веществ во всех случаях при испытании нового вещества не требуется. Перечень стандартных веществ, используемых для калибровки оборудования, представлен в .

5 Принцип метода

Принцип метода заключается в определении температуры или температурного интервала фазового перехода исследуемого вещества из твердого состояния в жидкое или из жидкого состояния в твердое.

6 Сравнение методов

6.1 Характеристики различных методов определения температуры плавления (температурный интервал и точность) представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики различных методов определения температуры плавления

	Температурный интервал, К	Установленная точность, К
Капиллярный/жидкая баня	От 273 до 573
Капиллярный/металлический блок	От 293 до 573
Нагревательный столик Кофлера	От 293 до 573
Определение температуры плавления под микроскопом	От 293 до 573
Дифференциальный термический анализ (ДТА) Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)	От 173 до 1273	±0,5 до 600 К ±2,0 до 1273 К
Температура замерзания	От 223 до 573
Температура застывания	От 223 до 323

7 Процедура испытания

7.1 Капиллярная трубка в жидкой бане

7.1.1 Оборудование

Испытание проводят в стеклянном приборе, представленном на рисунке 1. Выбор жидкости для бани зависит от предполагаемого значения температуры плавления, например жидкий парафин можно использовать для температур не выше 473 К, силиконовое масло - для температур не выше 573 К. Для температур выше 523 К можно использовать смесь из трех частей серной кислоты и двух частей сульфата калия (по массе). При использовании подобной смеси следует соблюдать меры предосторожности.

Для проведения испытания используют термометры, соответствующие требованиям - или термометры с характеристиками не ниже -. Середина ртутного шарика термометра должна соприкасаться с капилляром в месте нахождения пробы исследуемого вещества.

А - сосуд; В - пробка; С - воздушный клапан; D - термометр; Е - вспомогательный термометр; F - жидкий носитель; G - трубка с пробой; внешний диаметр не более 5 мм; капиллярная трубка длиной примерно 100 мм, внутренним диаметром примерно 1 мм и толщиной стенки примерно от 0,2 до 0,3 мм; Н - боковая трубка

Рисунок 1 - Прибор для определения температуры плавления

7.1.2 Процедура испытания

Сухое исследуемое вещество тщательно измельчают и помещают в капиллярную трубку, запаянную с одного конца, таким образом, чтобы уровень наполнения составлял примерно 3 мм после уплотнения пробы. Для получения равномерно уплотненной пробы капиллярную трубку бросают с высоты примерно 700 мм через стеклянную трубку на часовое стекло. Жидкую баню нагревают со скоростью примерно 3 К/мин. Содержимое бани необходимо перемешивать.

Как правило, капиллярную трубку помещают в прибор, когда температура жидкой бани примерно на 10 К ниже предполагаемой температуры плавления. С этого момента и на протяжении фактического плавления скорость повышения температуры должна составлять не более 1 К/мин. При низкой скорости повышения температуры мелко измельченные вещества обычно имеют стадии плавления, представленные на рисунке 2.

Рисунок 2 - Стадии плавления мелко измельченного вещества

На рисунке 2 представлены следующие стадии плавления мелко измельченного вещества:

- стадия А - начало плавления, мелкие капли равномерно прилипают к стенке капиллярной трубки;

- стадия В - образование просвета между пробой исследуемого вещества и стенкой капиллярной трубки за счет сжатия расплава;

- стадия С - осаждение и разжижение сжатой пробы;

- стадия D - окончательное формирование мениска жидкой фазы при нахождении части пробы в твердом состоянии;

- стадия Е - конечная стадия плавления, отсутствие твердых частиц в расплаве.

Во время определения температуры плавления регистрируют значения температуры в начале плавления (стадия А на рисунке 2) и на конечной стадии (стадия Е на рисунке 2).

7.1.3 Вычисление температуры плавления

Скорректированное значение температуры плавления рассчитывают по соотношению

Т =T +0,00016·(T -Т ) ·n , (2)

где T - скорректированное значение температуры плавления;

T - показание термометра D ;

Т - показание термометра Е ;

n - число делений ртутной колонки на выступающем столбике термометра D (число делений на шкале стандартного термометра между поверхностью нагреваемой пробы и уровнем ртути).

7.2 Капиллярная трубка в металлическом блоке

7.2.1 Оборудование

Прибор для визуального наблюдения за проведением испытания представлен на рисунке 3. Прибор состоит:

- из цилиндрического металлического блока, верхняя часть которого является полой и образует камеру;

- металлической пробки с двумя или более отверстиями, позволяющими установить капиллярные трубки в блоке;

- электрической нагревательной системы с регулируемой потребляемой мощностью;

- четырех окон из термостойкого стекла на боковых стенках камеры, расположенных диаметрально под прямым углом;

- окуляра для наблюдения за капиллярной трубкой напротив одного из окон (оставшиеся три окна используют для освещения внутренней части корпуса);

- термометра, соответствующего стандартам, указанным в 7.1.1, или термоэлектрического измеряющего устройства со сравнимой точностью.

А - термометр; В - капиллярная трубка; С - окуляр; D - электросопротивление; Е - металлический нагревательный блок; F - лампа; G - металлическая пробка

Рисунок 3 - Прибор для определения температуры плавления

7.2.2 Прибор с фотодетектором

Капиллярную трубку, заполненную, как описано в 7.1.2, помещают в нагреваемый металлический блок. Скорость повышения температуры доводят до подходящей заранее определенной линейной скорости. Пучок света направляют через пробу на фотоэлемент. При плавлении пробы интенсивность света, достигающая фотоэлемента, повышается, и фотоэлемент посылает стоп-сигнал к цифровому индикатору, регистрирующему температуру нагревательной камеры.

7.3 Нагревательный столик Кофлера

7.3.1 Оборудование

Нагревательный столик Кофлера состоит из двух пластин, изготовленных из металлов с различной теплопроводностью. Столик нагревается электрическим током и сконструирован таким образом, чтобы градиент температуры был практически линейным по его длине. Температура нагревательного столика находится в диапазоне от комнатной температуры до 573 К. Столик снабжен градуированной температурной шкалой и подвижным указателем.

7.3.2 Процедура испытания

Тонкий слой исследуемого вещества помещают на нагревательный столик. В течение нескольких секунд появляется четкая разделяющая линия между твердой и жидкой фазами. Температуру на разделяющей линии определяют по температурной шкале при наведении подвижного указателя на положение разделяющей линии.

7.4 Определение температуры плавления под микроскопом

7.4.1 Процедура испытания

Температуру плавления исследуемого вещества определяют с помощью микроскопа, держатель пробы которого представляет собой металлическую пластинку, являющуюся частью нагревательной камеры. Металлическая пластинка имеет отверстие, обеспечивающее проникновение света от осветительного устройства. Пробу исследуемого вещества помещают на предметное стекло над отверстием и покрывают другим предметным стеклом для обеспечения минимального воздействия воздуха. Металлическую пластинку постепенно нагревают до тех пор, пока не начнется процесс плавления, и регистрируют температуру. Точность измерения для кристаллических веществ можно повысить за счет использования поляризованного света.

7.5 Дифференциальный термический анализ (ДТА)

Пробы исследуемого вещества и стандартного вещества одновременно подвергают идентичной контролируемой температурной программе. Когда исследуемое вещество проходит фазовый переход, то соответствующее изменение энтальпии приводит к эндотермическому (плавление) или экзотермическому (замерзание) отклонению от базовой линии регистрируемой термической кривой.

7.6 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)

Пробы исследуемого вещества и стандартного вещества одновременно подвергают идентичной контролируемой температурной программе. Регистрируют разницу в потребляемой энергии, необходимой для поддержания одинаковых температур исследуемого вещества и стандартного вещества. Когда исследуемое вещество проходит фазовый переход, то соответствующее изменение энтальпии дает отклонение от базовой линии кривой теплового потока.

7.7 Определение температуры замерзания

Пробу исследуемого вещества помещают в пробирку и непрерывно перемешивают. По мере охлаждения пробы через регулярные интервалы времени измеряют ее температуру. Как только температура становится постоянной для нескольких показаний (с поправкой на погрешность термометра), то ее регистрируют как температуру замерзания. Следует избегать переохлаждения посредством поддержания равновесия между твердой и жидкой фазами.

7.8 Определение температуры застывания (текучести)

Метод определения температуры застывания (текучести) был разработан для нефтяных масел и подходит для исследования масляных веществ с низкими температурами плавления. После предварительного нагревания пробу исследуемого вещества постепенно охлаждают и измеряют ее текучесть при понижении температуры на каждые 3 К. В качестве температуры застывания (текучести) регистрируют самую низкую температуру, при которой наблюдается текучесть вещества.

8 Отчет о проведении испытания

Отчет о проведении испытания должен содержать следующую информацию:

- метод испытания;

- химическая идентификация и примеси (предварительная стадия очистки, при проведении);

- установленная точность метода;

- температура плавления (среднее значение для не менее двух измерений, находящихся в диапазоне установленной точности; если разница температуры в начале и на конечной стадии плавления находится в пределах точности, то температуру на конечной стадии плавления принимают за температуру плавления; в ином случае регистрируют два значения температуры; если вещество разлагается или сублимируется до того, как происходит плавление, то регистрируют температуру, при которой наблюдается подобный эффект);

- вся информация и примечания, относящиеся к интерпретации результатов, особенно в отношении примесей и физического состояния исследуемого вещества.

Приложение А (справочное). Перечень стандартов

Приложение А
(справочное)

ASTM D 97-66 Стандартный метод определения температуры затвердевания нефтяных масел (Standard test method for pour point of petroleum oils)

ASTM E 324-69 Стандартный метод определения точек сравнительного первоначального и конечного плавления и интервала плавления органических веществ (Standard test method for relative initial and final melting points and the melting range of organic chemicals)

ASTM E 472-86 Стандартная практика составления отчета о термоаналитических данных (Standard practice for reporting thermoanalytical data)

ASTM E 473-85 Стандартные определения терминов, относящихся к термическому анализу (Standard definitions of terms relating to thermal analysis)

ASTM E 537-76 Стандартный метод оценки термической стабильности химических веществ методами дифференциального термического анализа (Standard method for assessing the thermal stability of chemicals by methods of differential thermal analysis)

ANSI/ASTM D 3451-76 Стандартные рекомендованные методы тестирования полимерных порошков и порошковых покрытий (Standard recommended practices for testing polymeric powders and powder coatings)

BS 4633:1970 Метод определения точки кристаллизации (Method for the determination of crystallizing point)

BS 4634:1970 Метод определения точки плавления и/или температурного интервала плавления (Method for the determination of melting point and/or melting range)

BS 4695:1980 Метод определения температуры плавления нефтяного парафина (кривая охлаждения) (Method for the determination of melting point of petroleum wax (cooling curve))

DIN 51005:2005 Термический анализ (ТА) (Thermische Analyse (ТА))

DIN 51421:1972 Определение температуры замерзания авиационного топлива, бензина и моторных бензолов (Bestimmung des Gefrierpunktes von Flugkraftstoffen, Ottokraftstoffen und Motorenbenzolen)

DIN 53175:1991 Определение точки затвердевания жирных кислот (Bestimmung des Erstarrungspunktes von )

DIN 53181:1991 Связующие для красок и подобных материалов покрытия, определение интервала плавления смолы капиллярным методом (Bindemittel fur Lacke und ahnliche Beschichtungsstoffe; Bestimmung des Schmelzbereiches von Harzen Kapillar-Verfahren)

DIN 53736:1973 Визуальное определение температуры плавления частично кристаллических материалов (Visuelle Bestimmung der Schmelztemperatur von teilkristallinen Kunststoffen)

ISO 3016:1994 Нефтепродукты. Определение температуры потери текучести (Petroleum oils - Determination of pour point)

ISO 1392:1977 Определение точки кристаллизации. Общий метод (Method for the determination of the crystallizing point)

ISO 2207:1980 Парафины нефтяные. Определение температуры застывания (Petroleum waxes - Determination of congealing point)

JIS К 00-64 Методы испытания температуры плавления химических продуктов (Testing methods for melting point of chemical products)

JIS К 00-65 Методы определения температуры замерзания химических продуктов (Test methods for freezing point of chemical products)

NF T 20-051 Метод определения температуры кристаллизации (Methode de determination du point de cristallisation)

NF T 60-114 Температура плавления парафинов (Point de fusion des paraffines)

NBN 52014 Отбор и анализ проб нефтепродуктов: температура помутнения и предепьная температура застывания (Echantillonnage et analyse des produitis de petrole: Point de trouble et point d"ecoulement limite)

Приложение ДА (справочное). Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой международного документа

Приложение ДА
(справочное)

Таблица ДА.1

Структура настоящего стандарта			Структура международного документа
	Подразделы		Разделы
Библиография			Литература
Приложение А			Перечень стандартов

Библиография

	Le Neindre, В. and Vodar B, eds. (1975). IUPAC, Experimental Thermodynamics, Vol. II, Butterworths, London, pp. 803-834. (Экспериментальная термодинамика)
	Weissberger, R., ed. (1959). Technique of Organic Chemistry, Vol. I, Part I, Chapter VIII, Physical Methods of Organic Chemistry, 3 ed., Interscience Publ., New York (Физические методы органической химии)
	IUPAC (1976). Physicochemical measurements: Catalogue of reference materials from national laboratories, Pure and Applied Chemistry, 48, 505-515/(Физико-химические измерения. Перечень стандартных веществ для лабораторий. Чистая и прикладная химия)
	ASTM Е 1-03 Standard Specification for ASTM Thermometers (Стандартные спецификации для ASTM термометров)
	DIN 12770-1982 Laboratory glassware; liquid-in-glass thermometers; general requirements (Термометры лабораторные стеклянные жидкостные. Общие технические требования)
	JIS К 8001:2015 General rule for test methods of reagents (Общие правила для методов испытания реагентов)

УДК 658.382.3:006.354	МКС 13.020.01
Ключевые слова: химическая продукция, окружающая среда, температура плавления, температурный интервал плавления

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2016

Отчетность за сотрудников