Теплоемкость чугуна, теплопроводность чугуна, плотность, энтальпия, состав и свойства

Температура плавления чугуна характеристика свойства сплава

Температура плавления чугуна: полная характеристика материала + достоинства/недостатки + маркировка + химические/физические свойства + разбор тепловых свойств чугуна + область применения материала.

Чугун относится к материалам широкого применения как в быту, так и промышленности. Впервые о нем начали говорить сотни лет назад, но в массовое использование сплав попал сравнительно недавно.

В сегодняшней статье мы разберем что из себя представляет материал вообще – его недостатки, достоинства, особенности и область применения, а также расскажем какова температура плавления чугуна и его сплавов.

Что представляет собой чугун?

Само слово имеет тюркские корни, а технология изготовления чугуна впервые была выработана на территории Китая еще в X веке. Китайцы делали из сплава чеканные монеты, но из обихода они вышли быстро, ибо бронза была куда практичнее в плане ковки.

Объемы производства сплава увеличились после 1900 года и достигли показателя в 18 миллионов тонн. В 2010 году на изготовление чугунных изделий ушло больше 930 миллиона тонн, а в 2020 значения далеко перевалили отметку в 1 300 миллионов тонн чугуна.

1) Плюсы/минусы чугуна + его отличия от стали

Чугун – это сплав железа и углерода. При чем, процентное содержание второго составляет приблизительно 2.1%.

Преимущества чугуна Недостатки материала
Некоторые вариации сплавов на основе железа с углеродом отличаются повышенными характеристиками прочности, что ставит чугун на одну ступень со сталью. При длительном воздействии на поверхность материала воды, он начнет покрываться слоем ржавчины, которую тяжело отмыть.
Чугун равномерно распределяет тепло при нагревании + долго хранить температуру, что сделало материал весьма популярным у домохозяек. Высокая стоимость чугуна по сравнению с той же сталью и алюминием.
Чугун –экологически чистый продукт. Низкий показатель практичности, присущий только в отношении серой разновидности чугуна.
Обладает высокими показателями гигиеничности и проявляет стойкость при нахождении в щелочно-кислотной среде. Белый чугун слишком хрупкий, потому большинство сырья идет исключительно на переплавку.
По мере старения чугун только повышает свое качество, а потому, изделия из оговоренного металла крайне долговечны.

Чугун – это материал в черной металлургии, и по характеристикам он довольно близок к стали. Именно потому чугунные изделия частенько сравнивают со стальными, проводя параллели между их базовыми свойствами в чистом виде.

Отличия чугуна от стали:

  1. Дешевле.
  2. Темная расцветка поверхности.
  3. Проще лить, но тяжелее ковать и сваривать.

Рассматривая чугун в качестве структурного вещества, его представление – это полость из металла с включениями графита. В структуре материала преобладает 3 компонента – графит с высокой пластичностью, перлит и ледебурит. В зависимости от типа чугуна, пропорции оговоренных элементов могу в долевом отношении значительно разниться.

Вид чугуна Особенности Популярность (из 5 ★)
Белый Является исходным материалом для получения других типов чугунов. Углерод внутри находится в связанном виде — Fe3C. При изменении количества углерода, меняется и подгруппа белого чугуна – при 4.2% эвтектические, а от 4.2% до 6.7% заэвтектические. Свое название чугун приобрел из-за белого цвета цемента в месте разлома материала. ★★★
Серый В основе сплава железо, углерод + кремний в количестве 1%-3.5%. К постоянным примесям относят Mn, P и S. Структура предусматривает содержание графита в пластичной форме. При изломе цвет серый. ★★★★
Ковкий Получают путем отжига белого. Структура – хлопьеобразная. В основе феррит, но иногда перлит. Название – это производная от свойства высокой пластичности, что позволяет качественно обрабатывать материал. К физическим особенностям ковкого чугуна относят прочность и сопротивление ударам. ★★★★★
Половинчатый Содержит углерод в двух вида – как графит и как цементит. Структура – хлопьеобразная. Материал часто используют в условиях трения сухого типа. Материалы из половинчатого чугуна обладают повышенной износоустойчивостью. ★★★★
Высокопрочный Основа структуры – шароподобный графит, получаемый при кристаллизации. Не относится к концентраторам напряжения. Располагает высокой прочностью к сжатию, хорошими литейными свойствами, износостойкостью + хорошо поддается механической обработке. ★★★

Выделяют еще и предельный чугун, но из-за его несостоятельности в качестве самостоятельного материала, среди бытовых/промышленных изделий он не встречается. Материал используется как вспомогательный компонент при переработке стали.

  • П1-2 – предельный 1-го и 2-го типов;
  • ПЛ1-2 – передельно-литейный;
  • ПФ1-3 – фосфористый передельный;
  • ПВК1-3 – чугун высокой прочности передельного типа;
  • СЧ – в составе чугуна пластинчатый графит;
  • АЧС/АЧВ/АЧК – серый/высокопрочный/ковкий чугун с антифрикционными свойствами соответственно;
  • Ч – легированный.

Шаровидный графит для отливки маркируется как ВЧ + числовые значения, которые обозначают сопротивление разрыву и относительное удлинение в процентах.

2) Характеристики, свойства и особенности структуры чугуна

Различаются также и формы графита внутри сплава:

  • шарообразная. Минерал становится оговоренной формы вследствие добавления магния. Характеристика полученного чугуна – высокий показатель прочности;
  • лепестковая. Или как часто называют – пластичная форма. Свойство исходит из второй версии названия. Благодаря лепестковой структуре минерала, обеспечивается высокий запас пластичности, потому, форма распространена в большинстве обычных типов чугуна;
  • хлопьеобразная. Форма частиц вызвана отжигом чугуна белого типа. Характерным представителем хлопьеобразного графита является ковкий чугун;
  • вермикулярная. Форма преобладает у чугуна серого типа. Цель ее разработки – повышение уровня пластичности и других характеристик материала.

На качественные характеристики чугунных изделий значительно влияют и другие типы примесей. К примеру, если вещество обогащено серой – это понизит тугоплавкость чугуна, фосфор предоставляет полет для фантазии в процессе ковки, но ставит ограничения на предел прочности.

Важно: для повышения качества свойств чугуна в него часто добавляют медь, никель, хром и алюминий. Полученный тип чугуна имеет пометку «легированный».

Вкрапления минерала кремния понижает температурный режим в отношении плавления вещества, предоставляя возможность варьировать его тип – от белого до ферритного. Марганцевый порошок в составе чугуна понижает свойства материала к литью, взамен на 50%-70% увеличивается твердость итогового сплава.

Тип свойства Особенности
Физические Начнем с удельного веса – от 7.1 до 7.5 грамма на сантиметр кубический в зависимости от типа материала. Действительная усадка составляет 1.1-1.8%, а поверхностное натяжение составляет 900 дин на сантиметр квадратный. Характерной особенностью чугуна является смена удельного веса при повышении/понижении долевого содержания углерода.
Механические Зависят от основы в виде графита. Наибольшей прочностью отличается сплав чугуна на перлитной основе, а 1-место по пластичности берет на себя ферритный чугун.
Гидродинамические Сюда относится вязкость вещества. Она варьируется в зависимости от массовой доли серы с марганцем внутри сплава. Второй момент повышения вязкости происходит при переходе материала к точке отвердевания.
Технологические У чугуна высококачественные характеристики в отношении противостояния к вибрациям, износу. Литейные свойства на высоте, в том числе.
Химические Электродный потенциал присущ у всех разновидностей материала, но его значение неравномерно. Максимальное у феррита, а наименьший у цементита.

О тепловых свойствах + температуре плавления/кипения чугуна будет рассказано детальнее чуть ниже, а теперь давайте рассмотрим процесс производства чугуна и его области применения. Можно ли сплав получать в домашних условиях?

3) Производство чугуна + области его применения

Технология производства чугуна пошагово:

  1. Сортировка сырья. По размеру и химическому составу. Слишком большие куски дробят в мелкие частички, а чересчур мелкие окусковуют. Параллельно происходит обогащение – удаление пустых пород и увеличение доли железа.
  2. Заготовка топлива. Кокс фильтруют от пыли и мелких частиц.
  3. Заготовка флюса. Фильтрация от мелких частиц и загрузка топлива в печь.
  4. Доменное изготовление. В печь грузят кокс-агломерат-кокс. Повышение температуры происходит через вдув горячего воздуха. Руда восстанавливается при помощи окиси углерода, и постепенно перемещается вдоль доменной печи, пока не получится жидкий чугун.

Работа доменной печи непрерывна. Параллельно с производством чугуна происходит восстановление кремния, марганца и прочих примесей. Лидером в производстве чугуна считается Китай (от 600 миллионов тонн за год). На втором месте с большим отставанием Япония с объемами всего в 70 миллионов тонн. Россия добывает порядка 40 миллионов тонн ежегодно.

Где используют чугун:

  • детали в машиностроении – валы, тормозные колодки и блоки двигательных систем;
  • детали устройств, которые работают при низких температурах;
  • компоненты в металлургийной промышленности;
  • сантехнические изделия. Особым спросом пользуются ванны и компоненты отопительных систем.

Из-за хороших литейных свойств, чугун используется даже в сфере искусств – ажурные ворота, памятники архитектуры и тому подобное.

Чугун: какова температура его плавления?

1) Тепловые свойства сплава

Каждый металл меняет физические свойства при воздействии низких/высоких температур, и это помимо вкрапливаемых примесей. Для чугуна это магний, марганец, кремний, сера, фосфор и прочие. Иногда в сплав добавляют материалы легированного типа, что может в 3-5 раз увеличить/снизить свойство чугуна.

Базовые характеристики поданы на рисунке выше, а детальнее о тепловых свойствах чугуна расскажет таблица ниже. В расчет возьмем 3 базовых параметра (помимо температуры плавления) – теплоемкость, теплопроводность и температуропроводимость.

Свойство Характеристика
Теплоемкость Теплоемкость – это изменение температуры заготовки из чугуна на один Кельвин под тепловой обработкой. Свойство имеет прямую зависимость от вспомогательных компонентов сплава и применяемой температуры. Повышение t пропорционально увеличивает значение теплоемкости. У твердого чугуна – это 1 кал/см^3*Г, а у расплавленного – 1.5 кал/см^3*Г. Оговоренные значения помогают просчитать отношение теплоемкости и объемы вещества в целом.
Теплопроводность Параметр дает понять, на сколько хорошо металл способен проводить тепловую энергию. Для чугуна зависимость выливается в 2 пункта – наличие дополнительных примесей в сплаве и структура металла. У твердого чугуна теплопроводность выше нежели у расплавленного. Вариативность в пределах 0.08–0.13 кал/см сек
Температуропроводимость Параметр отвечает за способность материала менять температурные значения тела. В процессе расчетов во внимание берется диапазон теплопроводности в различных марках чугуна. Для жидкого чугуна это 0.03 см^2/сек. В дополнение к расчетам идет показатель теплоемкости.

Изредка применяется и коэффициент теплового расширения, меняющейся от типа чугуна, а именно, процентного содержания углерода.

Детальное описание особенностей чугуна и области его применения:

2) Температура плавления чугуна серого и белого

Чугун обходит сталь в отношении литейных свойств – усадка составляет менее 1% + низкий показатель жидкотекучести. Такие показатели дают возможность заливать сплав в формы при температуре на 350-400 градусов Цельсия ниже, нежели у плавильной стали.

Температура плавления чугуна:

  • серого – 1250 градусов;
  • белого – 1350 градусов.

Температура плавления чугуна для заливки по формам составляет 1 400 и 1 450 градусов Цельсия со знаком «+» соответственно. При желании производить материал дома, будьте готовы выделить полноценное хозяйственное помещение с площадью от 20 квадратов. Доменную печь реально заменить индукционной. Руду плавят в тиглях, а при работе используется флюс. Готовый сплав переливают в формы из песка и металла группы тугоплавких.

Чугун: температура плавления материала

Чугуном назван сплав железа, в котором содержится более 2% углерода. Помимо этих компонентов, в смеси присутствуют постоянные вещества, такие как сера, кремний, фосфор, марганец и легирующие добавки. Материал подразделяется на разные виды в зависимости от сплава, который определяется по структуре излома. Чугун имеет до ста разных марок, среди них выделяется литейный, он отличается от остальных:текстурой, назначением и технологией получения.

Классификация материала

Данный материал более хрупкий, нежели сталь. Он способен разрушаться без заметных деформаций. Углерод в сплаве имеет вид графита и цементита либо каждое вещество представлено по отдельности. Разновидности чугуна появляются в связи с их формой и количеством:

  • Белый. Весь углерод находится в виде цементита. Данный цвет у материала виден на изломе. Его можно охарактеризовать как хрупкий, но твердый. Его обрабатывают, главным образом, для получения ковкой разновидности.
  • Серый. Углерод в виде пластичной формы графита. Характеризуется как мягкий, хорошо поддающийся обработке, при которой используются низкие температуры плавления.
  • Ковкий. Этот тип назван условно, так как материал не подвергается ковке. Данный вид получается в результате продолжительного обжига белого, после чего образуется графит. На свойства материала негативно влияет нагрев более 900 градусов, а также скорость охлаждения графита. В результате чего затрудняется процесс сварки и обработки.
  • Высокопрочный. В нем содержится шаровидный графит, который образуется посредством кристаллизации.

Отличия стали от чугуна

Разница материалов выражается в следующем:

  • Чугун менее тверд и прочен, чем сталь.
  • Сталь тяжелее и имеет более высокую температуру плавления.
  • Так как в стали более низкое содержание углерода, она лучше поддается обработке (ковке, резке, сварке, прокатке). По этой причине изделия из чугуна делают способом литья.
  • Чугунные изделия пористые (из-за литья), поэтому теплопроводность их ниже.
  • Художественные изделия из стали обладают блеском и блестят, из чугуна они черные и матовые.
  • Чугун — это первичный продукт черной металлургии, а сталь — конечный.
  • Сталь, как правило, подвергают процедуре закалки.
  • Изделия из чугуна получаются в процессе литья, а стальные изделия бывают коваными и сварными.

Чугун: температура плавления

Плюсы материала

У этого материала хорошие литейные свойства, обладает неплохой жидкотекучестью, более низкой температурой плавления по сравнению со сталью и ковким чугуном. Данные свойства учитывают при изготовлении формы.

Чаще всего применяют для сварки материала с латунью газообразный флюс. Также используют чугунные прутки с медным покрытием, которые улучшают смачиваемость окантовки наплавляемым металлом. Применяют прутки из эвтектического чугуна, его температура плавления находится в диапазоне 1050 — 1200 градусов. Сварка происходит и благодаря флюсам, которые употребляются в виде пасты. Если отсутствуют специальные чугунные прутки или латунь Л-62, то трещины в деталях из данного материала можно заварить проволокой, которая сделана из электролитической красной меди.

Значительно выше температуры плавления перегрев чугуна, что приводит к тому, что эти взвешенные частицы растворяются, возможно, не полностью, а это затрудняет образование графита. В ряде случаев он может возникнуть при добавлении к чугуну различных веществ, отчего возникнут дополнительные центры кристаллизации графита.

Чугун имеет лучшие литейные свойства, если его сравнивать со сталью. Удобство в работе, а также хорошая жидкотекучесть и заполняемость формы обеспечивается благодаря более низкой температуре плавления и завершающему процессу кристаллизации при постоянной температуре.

Вышеперечисленные преимущества чугуна превращают материал в ценный конструктивный материал, который широко применяется в деталях машин, когда они не подвергаются значительным растягивающим и ударным нагрузкам.

Температура плавления полусинтетического материала

Полусинтетический чугун плавится посредством плавления шихты, при этом диапазон температуры колеблется в промежутке 1400-1450 градусов. После расплавления шихты хранение чугуна в тигле печи осуществляется при незначительном перегреве, не превышающем температуру плавления на сто градусов. Что нужно делать чтобы создался шлаковый покров? Когда шихта постепенно начнет расплавляться, на зеркало металла нужно давать бой стекла либо прокаленный кварцевый песок.

Виды сварок

Реализовать газовую сварку следует за счет оплавления пламенем частей соединяемых элементов и прутка из присадочного металла. Данная сварка используется для того, чтобы соединить металлические детали, неметаллические элементы и сплавы, которые имеют различную температуру плавления, при этом толщина должна быть не более 30 мм. Чтобы ее устроить не нужно прибегать к помощи электроэнергии.

Широко применяется электродуговая сварка. Благодаря электрической дуге оплавленный металл, который соединяет в себе различные элементы, вступает во взаимодействие с металлом электрода, образуя прочный шов. Чтобы шов не окислился, электрод покрывают защитным веществом, например, для этого используют флюс или инертные газы (аргон, гелий). Электродуговой сваркой посредством различных методов действия (вручную, на полуавтоматах и автоматах) производят соединение деталей из чугуна, конструкционных сталей, медных, алюминиевых и других сплавов.

От углерода, который содержится в составе материала, зависит температура плавления. Чем его больше, тем температура ниже, а текучесть при нагреве выше. Из этого можно заключить, что материал жидкотекучий, хрупкий, непластичный и трудно поддается обработке. Его удельный вес равен 6,9 Г/см3. Температура плавления находится в интервале 1150-1250 градусов.

Температура плавления металлов и сплавов с таблицей.

Каждый металл и их сплавы имеют различные свойства. Одно из таких свойств — температура плавления. Каждый металл плавится при разной температуре. Все что нужно для перевода вещества из твёрдого состояния в жидкое — источник тепла, который будет разогревать металл до определенной температуры.

Так как у каждого металла температура плавления различная, можно определить менее устойчивый металл к температуре и более. Так самый легкоплавкий металл — ртуть, он готов перейти в жидкое состоянии при температуре равно 39 градусов по цельсию. А вот вольфрам( из чего собственно и сделаны вольфрамовые электроды для аргоновой сварки), расплавится только по достижению температуры в 3422 градусов цельсии.

Что касается сплавов, таких как сталь и прочих, определить температуру, при которой те будут плавиться, довольно сложно. Вся сложность в их составе… Так как состав разный, то и температура плавления различная. Как правило, для сплавов указывается диапазон температур, при которых он будет плавиться. Вообще, температура плавления металлов интересная тема.

Способы плавления

Способов плавления двавнешний и внутренний. Каждый из способов по своему эффективен. Во время применений внешнего способа плавления, на металл или сплав воздействуют теплом с наружи, на пример в печи. А в случае с внутренним, через металл пропускается высокий разряд электрического тока или воздействуют электромагнитным полем.

На фото индукционный электромагнитный нагреватель металла для кузнечного дела.

Процесс плавления

Во время нагрева металла, в его кристаллической решетке начинается повышенное движение молекул. Они начинают двигаться с высокой(относительно) амплитудой, что увеличивает расстояние, между кристалами самой решетки. Образуются дефекты( пустота между атомами), что и является началом процесса плавления. Вот так происходить плавление металла при определенных температурах.

Группы металлов по температуре плавления

Все металлы можно разделить на три группы в связи с температурой их плавления. Ниже можно наблюдать список групп.

  • Тугоплавкие (от 1600°C и выше)
  • Среднеплавкие (от 600°C до 1600°C)
  • Легкоплавкие (до 600°C)

Выше вы можете наблюдать три группы плавления металлов по необходимой температуре. Какие это металлы конкретно, вы сможете посмотреть в таблице.

Таблицы плавления металлов и сплавов

Ниже, представлены таблицы, для наглядного знакомства с температурами плавления тех или иных металлов и их сплавов.

Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов

Таблица с температурами плавления легкоплавких металлов

Название Обозначение Плавление Кипение
Олово Sn 232°C 2600°C
Свинец Pb 327°C 1750°C
Цинк Zn 420°C 907°C
Калий K 63,6°C 759°C
Натрий Na 97,8°C 883°C
Ртуть Hg 38,9°C 356.73°C
Цезий Cs 28,4°C 667.5°C
Висмут Bi 271,4°C 1564°C
Палладий Pd 327,5°C 1749°C
Полоний Po 254°C 962°C
Кадмий Cd 321,07°C 767°C
Рубидий Rb 39,3°C 688°C
Галлий Ga 29,76°C 2204°C
Индий In 156,6°C 2072°C
Таллий Tl 304°C 1473°C
Литий Li 18,05°C 1342°C

Таблица температуры плавления среднеплавких металлов и сплавов

Таблица температур плавления среднеплавких металлов и сплавов

Название Обозначение t Плавления t Кипения
Алюминий Al 660°C 2519°C
Германий Ge 937°C 2830°C
Магний Mg 650°C 1100°C
Серебро Ag 960°C 2180°C
Золото Au 1063°C 2660°C
Медь Cu 1083°C 2580°C
Железо Fe 1539°C 2900°C
Кремний Si 1415°C 2350°C
Никель Ni 1455°C 2913°C
Барий Ba 727°C 1897°C
Бериллий Be 1287°C 2471°C
Нептуний Np 644°C 3901,85°C
Протактиний Pa 1572°C 4027°C
Плутоний Pu 640°C 3228°C
Актиний Ac 1051°C 3198°C
Кальций Ca 842°C 1484°C
Радий Ra 700°C 1736,85°C
Кобальт Co 1495°C 2927°C
Сурьма Sb 630,63°C 1587°C
Стронций Sr 777°C 1382°C
Уран U 1135°C 4131°C
Марганец Mn 1246°C 2061°C
Константин 1260°C
Дуралюмин Сплав алюминия, магния, меди и марганца 650°C
Инвар Сплав никеля и железа 1425°C
Латунь Сплав меди и цинка 1000°C
Нейзильбер Сплав меди, цинка и никеля 1100°C
Нихром Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия 1400°C
Сталь Сплав железа и углерода 1300°C — 1500°C
Фехраль Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния 1460°C
Чугун Сплав железа и углерода 1100°C — 1300°C

Таблица температуры плавления тугоплавких металлов и сплавов

Таблица температур плавления тугоплавких металлов и сплавов

Название Обозначение t Плавления °C t Кипения °C
Вольфрам W 3420 5555
Титан Ti 1680 3300
Иридий Ir 2447 4428
Осмий Os 3054 5012
Платина Pt 1769,3 3825
Рений Re 3186 5596
Хром Cr 1907 2671
Родий Rh 1964 3695
Рутений Ru 2334 4150
Гафний Hf 2233 4603
Тантал Ta 3017 5458
Технеций Tc 2157 4265
Торий Th 1750 4788
Ванадий V 1910 3407
Цирконий Zr 1855 4409
Ниобий Nb 2477 4744
Молибден Mo 2623 4639
Карбиды гафния 3890
Карбиды ниобия 3760
Карбиды титана 3150
Карбиды циркония 3530

Температура плавления и кипения, в чем разница?

Для тех, кому интересно или нужно узнать, в чем разница температурой плавления металла и кипением, расскажу в двух словах. И так, температура плавления та, при которой металл находится на грани перехода из твердого состояния в жидкое. Проще говоря — начало процесса плавления. Но тогда что же такое температура кипения? А это та температура, при которой давление пара расплавленного металла такое же, как и давление внешней среды.

Вместо заключения

Только что, вы познакомились с температурой плавления металлов и сплавов, лицезрели таблицы этих самых температур. Если данная статья оказалась для вас полезной, не забудьте поделиться её в социальных сетях, сделать это просто с помощью специальных кнопок ниже. А так же, нас очень радуют ваши комментарии(чуточку намёка). Всем добра коллеги!

Читайте также:  Что значит название «Lada XRAY» Почему «рентген» Клуб Lada XRAY
Ссылка на основную публикацию
Adblock detector