Чугун состоит из углерода, железа и некоторых примесей. Это один из главных материалов черной металлургии. Чугун используются при изготовлении предметов быта и коммунального хозяйства, деталей машин и в других отраслях. Его применяют в производстве, ориентируясь и учитывая его свойства и характеристики.
Данная статья как раз и призвана рассказать вам о плотности высокопрочного, жидкого, белого и серого чугуна, его температурах плавления и удельная теплоемкость также будут рассмотрены отдельно.
Тепловые свойства чугуна
У чугуна, как и у любого металла, присутствуют следующие свойства: тепловые, физические, механические, гидродинамические, электрические, технологические, химические. Каждые свойства рассмотрим подробнее.
Это видео рассказывается о структуре и составе чугунных сплавов и зависимости их свойств от определенного состава:
Теплоемкость
Тепловую емкость чугуна определяют с помощью правила смещения. Когда теплоемкость чугуна достигает температурного периода, начало которого начинается с температуры, значение которой больше фазовых превращений и заканчивается на отметке равной температуры плавления, то теплоемкость чугуна принимает значение 0,18 кал/Го С.
Если значение температуры плавления превышает абсолютное значение, то теплоемкость равна 0,23±0,03 кал/Го С. Если происходит процесс затвердения, то тепловой эффект равняется 55±5 кал. Тепловой эффект зависит от количества перлита, когда происходит перлитное превращение. Обычно он принимает значение 21,5±1,5кал/Г.
За величину объемной теплоемкости принимают произведение удельного веса на удельную теплоемкость. Для твердого чугуна эта величина составляет 1 кал/см3*ºС, для жидкого – 1,5 кал/см3*ºС.
Удельная теплоемкость чугуна и других металлов в виде таблицы
Теплопроводность
В отличие от теплоемкости, теплопроводность не определяется по правилу смещения. Только в случае изменения величины графитизации, на теплопроводность будет влиять состав чугуна.
Температуропроводность
Значение температуропроводности твердого чугуна (при крупных расчетах) может быть принята равной его теплопроводности, а жидкого чугуна – 0, 03 см2*/сек.
О том, какую чугуны имеют температуру плавления, читайте ниже.
Температура плавления
Чугун плавится при температуре 1200ºС. Это значение температуры ниже температуры плавления стали на 300 градусов. При повышенном содержании углерода, этот химический элемент имеет на молекулярном уровне тесную связь с атомами железа.
В процессе плавления чугуна и его кристаллизации углеродная составляющая не может полностью пронизать структурную решетку железа. Вследствие этого материал чугун примеряет на себя свойство хрупкости. Чугун используют для деталей, от которых требуется повышенная прочность. Однако чугун не применяют при изготовлении предметов, на которые будут действовать постоянные динамические нагрузки.
В таблице ниже указана температура плавления чугуна в сравнении с другими металлами.
Температура плавления чугуна и других металлов
Физические характеристики
Масса
Вес материала меняется в зависимости от количества связанного углерода и наличия определенного процента пористости. Удельный вес чугуна при температуре плавления может существенно снижаться в зависимости от наличия в чугуне примесей.
Удельный вес каждого чугуна отличается в зависимости от вида материала. У серого чугуна удельная масса равна 7,1±0,2 г/см3, у белого — 7,5±0,2 г/см3 , у ковкого — 7,3±0,2 г/см3.
О некоторых физических свойствах чугуна поведает видео ниже:
Объем
Объем чугуна, проходя через температуру фазовых превращений, достигает увеличения в 30%. Однако, при нагреве в 500ºС, объем увеличивается на 3%. Росту помогают графитообразующие элементы. Тормозят рост объема карбидообразующие составляющие. Та же росту препятствует нанесение на поверхность гальванических покрытий.
Содержание углерода обычно составляет не менее 2,14%. Благодаря углеродной доле чугун имеет отличную твердость. Однако пластичность и ковкость материала на этом фоне страдают.
О том, какова плотность чугуна, расскажем ниже.
Плотность
Плотность описываемого материала, чугуна, равна 7,2 гр/см3. Если сравнивать с чугуном другие металлы и сплавы, то это значение плотности достаточно высокое.
Благодаря хорошему значению плотности чугун широко применяют для литья разнообразных деталей в промышленности. По этому свойству чугун совсем незначительно уступает некоторым сталям.
Механические особенности
Предел прочности
Предел прочности чугуна при сжатии зависит от структуры самого материала.
ставляющие структуры набирают свою прочность вместе с увеличением уровня дисперсности. На предел прочности оказывают сильное влияние количество, величина, распределение и формаграфитных включений. Предел прочности уменьшается на заметную величину, если графитные включения расположены в виде цепочки. Такое расположение уменьшает сплоченность металлической массы.
Предел прочности достигает максимального значения, когда графит принимает сфероидальную форму. Получается такая форма без влияния температуры, но при включении в чугунную массу церия и магния.
- При повышении температуры плавления до 400ºС, предел прочности не изменяется.
- Если температура поднимается выше этого значения, то предел прочности уменьшается.
- Заметим, что при температуре от 100 до 200ºС предел прочности может снижаться на 10-15%.
Пластичность
Пластичность чугуна в большей степени зависит от формы графита, а так же зависят от структуры металлической массы. Если графитные включения имеют сфероидальную форму, то процент удлинения может достигать 30.
- В обычном чугуне серого вида удлинение достигает только десятой доли.
- В отожженном чугуне серого вида удлинение равно 1,5%.
Упругость
Упругость зависит от формы графита. Если графитные включения не менялись, а температура повышалась, то упругость остается при том же значении.
Модуль упругости считается условной величиной, так как он имеет относительное значение и прямо зависит от присутствия графитных включений. Модуль упругости снижается, если увеличивается количество графитных включений. Так же модуль упругости возрастает, если форма включений отдалена от глобулярной формы.
Ударная вязкость
Этот показатель отражает динамические свойства материала. Ударная вязкость чугуна повышается:
- когда форма графитных включений приближена к шаровидной;
- когда содержание феррита увеличивается;
- когда уменьшается содержание графита.
Предел выносливости
Предел выносливости чугуна становится больше, когда увеличивается частота нагружений и становится больше предел прочности.
Гидродинамические свойства
Динамическая вязкость
Вязкость становится меньше, если в чугуне увеличивается количество марганца. Так же замечено уменьшение вязкости при снижении содержания серной примеси и прочих неметаллических оставляющих.
На процесс влияет значение температуры. Так вязкость становится меньше при прямопропорциональном отношении двух температур (температура проходящего опыты и начала затвердевания).
Поверхностное натяжение
Это показатель равен 900±100 дин/см2. Значение увеличивается при снижении количества углерода и терпит существенные изменения при наличии неметаллических составляющих.
Токсичность
Из чугуна часто изготавливают посуду. Дело в том, что как материал чугун не обладает токсичностью и прекрасно переносит перепады температур.
Электрические характеристики
Электропроводность чугуна оценивают с помощью закона Курнакова. Электросопротивление некоторых видов приведено ниже:
- белый чугун — 70±20 Мк·ои·см.
- серый чугун — 80±40 Мк·ои·см.
- ковкий чугун — 50±20 Мк·ои·см.
Технологические особенности
Жидкотекучесть может быть определенная различными методами. Этот показатель зависит от формы и свойств чугуна.
Жидкотекучесть становится больше, когда:
- увеличивается перегрев;
- уменьшается вязкость;
- становится меньше затвердевание.
Так же жидкотекучесть зависит от теплоты плавления и теплоемкости.
Химические свойства
Сопротивление коррозии материала зависит от внешней среды и его структуры. Если рассматривать чугун со стороны убывающего электродного потенциала, то его составляющие имеют следующее расположение: графит-цементит, фосфидная эвтектика-феррит.
Следует отметить, что разность потенциалов между графитом и ферритом равняется 0,56 В. В случае увеличения дисперсности, сопротивление коррозии становится меньше. При сильном уменьшении дисперсности происходит обратное действие, сопротивление коррозии уменьшается. На сопротивление чугуна так же влияют легирующие элементы.
Источник: stroyres.net
Таблица удельного веса чугуна
Так как, чугун является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом его средний удельный вес известен. Этот параметр составляет: для серого чугуна от 6,6 до 7,8 г/см3, для белого от 7,0 до 7,8 г/см3.
Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями таких параметров, как вес чугуна, удельный вес чугуна, а также эти значения в зависимости от единиц исчисления.
| Материал | Удельный вес (г/см3) | Вес 1 м3 (кг) |
| Чугун белого типа | От 7 до 7,8 | От 7000 до 7800 |
| Чугун серого типа | От 6,6 до 7,8 | От 6600 до 7800 |
Свойства чугуна
Содержание углерода в составе придает сплаву повышенной твердости, снижая при этом вязкость и пластичность. Углерод может применятся двух типов: графита и цементита. Чугуны содержат примеси постоянного типа, такие как марганец, кремний, фосфор и сера, а также, редко, элементы легирующего типа, такие как никель, алюминий, хром, ванадий и другие.
Температура плавления чугуна составляет от 1150 до 1200 градусов Цельсия, что является на 300 градусов Цельсия ниже чем у железа чистого типа.
Виды чугуна
В зависимости от количества цементита и формы графита различают четыре вида чугуна:
Источник: naruservice.com
Главными составляющими чугуна являются железо и углероды.
Свойства чугуна определяются структурой основной металлической массы, фигурой, числом и расположением графитных включений.
В равновесном состоянии структура железоуглеродистых сплавов определяется диаграммой.
При изменении состава меняется : эвтектическая температура ( 0 С ).
Т = 1135 + 5Si — 35P — 2Mn + 4Cr ;
концентрация углерода в эвтектике ( % ) C = 4.3 — 0.3 ( Si + P ) — 0.04Ni — 0.07Cr ;
эвтектоидная температура T.
= 723 + 20 Si + 8Cr — 30Ni — 10 Cu — 20 Mn ;
концентрация углерода в эвтектоиде C = 0.8 — 0.15Si — 0.8Ni — 0.05 ( Cr + Mn ).
DSC_0350
Ползучесть чугуна следует отличать от феноменов роста.
В нелегированном чугуне при нагреве до температуры свыше 550 о С остаточные деформации, объединенные с явлением роста, превышают деформации, позволительные при оценке ползучести.
При скорости ползучести 1 · 10 — 5 % в часик за 1000ч нагрузка около 3 кГ/мм2 выдерживается нелегированным серым чугуном при температуре около 400 о С, а легированным чугуном при температуре до 500 о С. Увеличение сопротивления ползучести достигается у чугуна с аустенитной структурой и у чугуна с присадкой молибдена или с повышенным содержанием никеля и хрома.
виде шахты ( инжиров.
1 ), с кладкой из огнеупорного ( шамотного ) кирпича ;
в верхнюю часть — колошник — производится завалка метал лич. шихты, горючего и флюса ( для образованияшлака ) ;
тельная часть шахты переходит в горн, в котором собирается расплавленный чугун.
Целая кладка состоит в кожух из котельного железа.
Кладка и кожух стоят на лещадной плите 1, лежащей на чугунных колонках.
Колошник вагранки открытый ;
выше уровня колошника кожух продолжается и пересекает в трубу ( для отвода продуктов горения ) ;
в кожухе выше колошника делается ко — лошниковое окно, через которое заваливается шихта.
Обычная часть лещадной плиты откидная ;
у великих В.
— эта плита с двумя створками.
Лещадь — набивная.
Выше уровня лещади оставляется рабочее окно 2 для доступа внутрь шахты ( во время плавки оно заложено крышкой или дверью 3 ), а на уровне лещади — • очко 4 для выпуска металла.
Нередко для скопа чугуна ( вместо горна ) устраивают некоторый от вагранки металлоприемник ( инжиров.
2 ) — передовой, который нельзя отменить особенно полезен при отливке больших чугунных предметов, так как дает возможность получить ровнее по составу чугун в большом количестве.
Воздух подается на отдельной возвышенности над лещадью вентилятором по воздухопроводу в кольцевую трубу 7 ( инжиров.
1 ), из которой через ряд дыр 5 ( фурм ) поступает в шахту б.
Под фурмами
Получение отливок с отбеленной поверхностью и с менее жесткой духовной частью достигается быстрейшим охлаждением поверхности отливки.
Отбеленная твердая поверхность имеет структуру белого чугуна ( с избытком цементита ).
При быстрейшем охлаждении графит не успевает выделиться, и углерод остается химически связанным, т.е. в виде цементита.
Для отливок с отбеленной поверхностью чугун должен держать меньше кремния ( 0, 7 — 0, 8% ) и марганца ( 0, 5 — 0, 8% ).
В тех фрагментах фигуры, где поверхность отливки необходима быть отбелена, следует применять металлические стены ( холодильники ).
Перлитный чугун.
Структура его заключается из перлита с включениями графита.
такое количество углерода в перлитном чугуне находится в связанном состоянии, а остальное количество — в свободном состоянии ( т.е. в виде графита ) , потому что перлит содержит 0.8 % С .
Перлитную структуру имеют чугуны марок СЧ25 — СЧ45.
Они применяются для изготовления отливок, испытывающих динамические нагрузки, например, станины станков, шестеренки, блоки цилиндров, поршневые кольца и др.
DSCN6518
Для высокопрочного чугуна с шаровидным графитом соблюдение температурного режима при вводе сфероидизирующих добавок ( магния или его сплавов ) назначает степень условия магния и нужный температуру жидкого чугуна при заливке форм.
Особенностью состава шихты при выплавке высокопрочного чугуна является отсутствие или толстое число ( менее 20% ) стального ломика.
Получение высокопрочного чугуна с повышенными показателями пластических характеристик требует применения низкофосфористых шихтовых материалов.
На чугунную плиту установлен кожух диаметром D 2, склепанный или сваренный из железа и выложенный огнеупорным кирпичиком, составляющий внутренний диаметр шахты вагранки D.
Плита валяется на чугунных колонках.
В плите имеется отверстие с дверью на петельках.
На днище сверху набивают под или лещадь.
Несколько выше пода в кадке делают один, два или три ряда фурм.
Через эти фурмы и подается, который нельзя отменить для горения топлива.
Воздух поступает в фурмы из коллекторного кольца высотой h2, окружающего всю вагранку, а в кольцо он нагревается по трубе вентилятором.
К нижней стены кольца крепятся чугунные коробки первого ряда фурм со стеклышком для наблюдения за фурмой во время плавки.
Существенной особенностью чугуна является то, что он применяется для изготовления как маленьких деталей весом в несколько сот граммов ( например, поршневых колец ), так и очень крупнейших деталей весом до 150 т в одной отливке ( например, шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов ) ;
как подробностей с низкими стенами ( до 1000 мм ), так и подробностей, обладающих высокие стенки ( 3 — 5 мм ).
Подробности могут применяться как в литом состоянии, так и после соответствующей тепловой обработки.
Сопротивление коррозии зависит от структуры чугуна и от наружной сферы ( ее состав, температура, а также ее движения ).
По убывающему электродному потенциалу структурные составляющие чугуна могут быть размещены в таковой последовательности : графит ( наиболее твердый ) — цементит, фосфидная эвтектика — феррит.
Разность потенциалов между ферритом и графитом составляет 0, 56 в.
Сопротивление коррозии уменьшается по степени увеличения степени дисперсности структурных составляющих.
Однако чрезмерное снижение степени дисперсности графита также снижает сопротивление коррозии.
Легирующие элементы оказывают влияние на сопротивление чугуна коррозии в соответствии с их действием на структуру.
Повышенное сопротивление коррозии наблюдается у чугунных отливок с сохранившейся литейной коркой.
Скорость коррозии по взаимоотношению к различным средам приведена в табличках 7, 8 и 9.
Источник: SpravConstr.ru