Чугунен материал: основни свойства и важни характеристики. Точка на топене на неръждаема стомана и чугун

Състои се от въглерод и някои примеси. Той е един от основните материали на черната металургия. Чугунът се използва в производството на битови предмети и комунални услуги, машинни части и други индустрии. То, фокусирайки се и отчитайки неговите свойства и характеристики.

Тази статия е предназначена само да ви разкаже за плътността на сферографитен, течен, бял и сив чугун, неговите точки на топене и специфична топлина също ще бъдат разгледани отделно.

Чугунът, като всеки метал, има следните свойства: термични, физични, механични, хидродинамични, електрически, технологични, химични. Нека разгледаме всеки имот по-подробно.

Това видео говори за структурата и състава на чугунените сплави и зависимостта на техните свойства от конкретен състав:

Топлинен капацитет

Топлинният капацитет на чугуна се определя с помощта на правилото за изместване. Когато топлинният капацитет на чугуна достигне температурния период, началото на който започва с температура, чиято стойност е по-висока от фазовите трансформации и завършва на ниво, равно на точката на топене, тогава топлинният капацитет на чугуна приема стойност от 0,18 кал / Go C.

Ако стойността на температурата на топене надвишава абсолютната стойност, тогава топлинният капацитет е 0,23 ± 0,03 cal / Go C. Ако настъпи процес на втвърдяване, топлинният ефект е 55 ± 5 cal. Топлинният ефект зависи от количеството на перлита, когато настъпва перлитната трансформация. Обикновено тя приема стойност от 21,5 ± 1,5 cal / G.

Стойността на обемния топлинен капацитет се приема като произведение на специфичното тегло и специфичния топлинен капацитет. За твърд чугун тази стойност е 1 кал / cm 3 * ºС, за течност - 1,5 кал / cm 3 * ºС.

Специфичният топлинен капацитет на чугуна е 540 J/kg C.

Специфичен топлинен капацитет на чугун и други метали в таблична форма

Топлопроводимост

За разлика от топлинния капацитет, топлопроводимостта не се определя от правилото за изместване. Само в случай на промяна в количеството на графитизация, съставът на чугуна ще повлияе на топлопроводимостта.

топлопроводимост

Стойността на топлопроводимостта на твърдия чугун (за големи изчисления) може да се приеме равна на неговата топлопроводимост, а течният чугун - 0,03 cm 2 * / сек.

За това какви чугуни имат точка на топене, прочетете по-долу.

Температурата на топене

Чугунът се топи при температура 1200ºС. Тази температурна стойност е с 300 градуса под точката на топене на стоманата. При повишено съдържаниевъглерод, това химичен елементима тясна връзка с железните атоми на молекулярно ниво.

В процеса на топене на чугун и неговата кристализация въглеродният компонент не може да проникне напълно. В резултат на това материалът чугун се опитва върху свойството на крехкост. Чугунът се използва за части, които изискват повишена якост. Въпреки това, чугунът не се използва при производството на елементи, които ще бъдат подложени на постоянни динамични натоварвания.

Таблицата по-долу показва точката на топене на чугуна в сравнение с други метали.

Точка на топене на чугун и други метали

физически характеристики

Тегло

Теглото на материала варира в зависимост от количеството свързан въглерод и наличието на определен процент порьозност. Специфичното тегло на чугуна при температурата на топене може да намалее значително в зависимост от наличието на примеси в чугуна.

В допълнение, линейното разширение на метала и структурата на чугуна варира в зависимост от състоянието на всеки индикатор. Тоест те са зависими величини.

Специфичното тегло на всеки чугун се различава в зависимост от вида на материала. За сив чугун специфичното тегло е 7,1 ± 0,2 g / cm 3, за бяло - 7,5 ± 0,2 g / cm 3, за ковък - 7,3 ± 0,2 g / cm 3.

Видеото по-долу ще разкаже за някои от физичните свойства на чугуна:

Сила на звука

Обемът на чугуна, преминаващ през температурата на фазовите трансформации, достига увеличение от 30%. Но при нагряване до 500ºС обемът се увеличава с 3%. Растежът се подпомага от елементи, образуващи графит. Нарастването на обема се възпрепятства от карбидообразуващите компоненти. Същият растеж се предотвратява чрез нанасяне на галванични покрития върху повърхността.

Ще говорим за плътността на чугуна по-долу.

Плътност

Плътността на описания материал, чугун, е 7,2 g / cm 3. Ако сравним други метали и сплави с чугун, тогава тази стойност на плътността е доста висока.

Благодарение на добрата си плътност, чугунът се използва широко за отливане на различни детайли в индустрията. Според това свойство чугунът е много малко по-нисък от някои стомани.

Механични характеристики

Издръжливост на опън

Якостта на натиск на чугуна зависи от структурата на самия материал. Съставните структури придобиват своята здравина заедно с увеличаване на нивото на дисперсия. Якостта на опън е силно повлияна от броя, размера, разпределението и формаграфитните включвания. Якостта на опън намалява значително, ако графитните включвания са подредени във формата на верига.Това разположение намалява кохезията на металната маса.

Якостта на опън достига максималната си стойност, когато графитът придобие сфероидна форма. Тази форма се получава без влиянието на температурата, но когато церий и магнезий са включени в чугунената маса.

• Когато температурата на топене се повиши до 400ºС, якостта на опън не се променя.
• Ако температурата се повиши над тази стойност, тогава якостта на опън намалява.
• Имайте предвид, че при температури от 100 до 200ºС якостта на опън може да намалее с 10-15%.

Пластмасов

Пластичността на чугуна до голяма степен зависи от формата на графита, а също и от структурата на металната маса. Ако графитните включвания имат сфероидна форма, тогава процентът на удължение може да достигне 30.

• При обикновения сив чугун удължението достига само една десета.
• При отгрят сив чугун удължението е 1,5%.

Еластичност

Еластичността зависи от формата на графита. Ако графитните включвания не се променят и температурата се повишава, тогава еластичността остава на същата стойност.

Модулът на еластичност се счита за условна стойност, тъй като има относителна стойност и пряко зависи от наличието на графитни включвания. Модулът на еластичност намалява, ако броят на графитните включвания се увеличи. Също така, модулът на еластичност се увеличава, ако формата на включванията е далеч от кълбовидната форма.

сила на удар

Този индикатор отразява динамичните свойства на материала. Ударната якост на чугуна се увеличава:

• когато формата на графитните включвания е близка до сферична;
• когато съдържанието на ферит се увеличи;
• когато съдържанието на графит намалява.

граница на издръжливост

Границата на издръжливост на чугуна става по-голяма, когато честотата на натоварване се увеличава и якостта на опън става по-голяма.

Хидродинамични свойства

Динамичен вискозитет

Вискозитетът става по-нисък, ако количеството манган в чугуна се увеличи. Наблюдава се и намаляване на вискозитета с намаляване на съдържанието на серни примеси и други неметални остатъци.

Процесът се влияе от температурната стойност. Така че вискозитетът става по-малък с право пропорционално съотношение на две температури (температурата на експеримента и началото на втвърдяването).

Повърхностно напрежение

Този показател е равен на 900±100 dynes/cm 2 . Стойността се увеличава с намаляване на количеството въглерод и претърпява значителни промени в присъствието на неметални компоненти.

Токсичност

Чугунът често се използва за производство на съдове за готвене. Факт е, че като материал чугунът няма токсичност и перфектно толерира температурни крайности.

Електрически характеристики

Електрическата проводимост на чугуна се оценява по закона на Курнаков. Електрическото съпротивление на някои видове е дадено по-долу:

• бял чугун - 70 ± 20 Mk oi cm.
• сив чугун - 80 ± 40 Mk oi cm.
• ковък чугун - 50 ± 20 Mk oi cm.

Технологични характеристики

Течливостта може да се определи различни методи. Този индикатор зависи от формата и свойствата на чугуна.

Течливостта става по-голяма, когато:

• прегряването се увеличава;
• вискозитетът намалява;
• втвърдяването става по-малко.

Течливостта също зависи от топлината на топене и топлинния капацитет.

Химични свойства

Корозионната устойчивост на материала зависи от външна средаи неговите структури. Ако разгледаме чугуна от страна на намаляващия потенциал на електрода, тогава неговите компоненти имат следното разположение: графит-цементит, фосфидна евтектика-ферит.

Трябва да се отбележи, че потенциалната разлика между графит и ферит е 0,56 V.В случай на увеличаване на дисперсията, устойчивостта на корозия става по-ниска. При силно намаляване на дисперсията възниква обратният ефект, устойчивостта на корозия намалява. Легиращите елементи също влияят на устойчивостта на чугуна.

Влиянието на примесите върху характеристиките на метала

Индустриалният чугун съдържа примеси. Тези примеси оказват значително влияние върху свойствата, характеристиките и структурата на чугуна.

• По този начин манганът инхибира процеса на графитизация. Освобождаването на графит е спряно, в резултат на това чугунът придобива способността да избелва.
• Сярата влошава леярските и механичните характеристики.
• Сулфидите се образуват главно в сивия чугун.
• Фосфорът подобрява леярските свойства, повишава устойчивостта на износване и повишава твърдостта. На този фон обаче чугунът все още остава крехък.
• Силицият влияе най-много на структурата на материала. В зависимост от количеството кремък се получават бял и феритен чугун.

За да се получат определени характеристики, в чугуна често се въвеждат специални примеси. Такива материали се наричат ​​легирани чугуни. В зависимост от добавения елемент, чугуните могат да бъдат наречени хром, сяра. По принцип елементите се въвеждат, за да се получи устойчив на износване, топлоустойчив, немагнитен и устойчив на корозия материал.

Това видео ще сравни свойствата на чугун и стомана:

Плътност.Това е една от най-важните характеристики на металите и сплавите. По плътност металите се разделят на следните групи:

бели дробове(плътност не повече от 5 g / cm 3) - магнезий, алуминий, титан и др.:

тежък- (плътност от 5 до 10 g / cm 3) - желязо, никел, мед, цинк, калай и др. (това е най-обширната група);

много тежко(плътност над 10 g / cm 3) - молибден, волфрам, злато, олово и др.

Таблица 2 показва стойностите на плътността на металите. (Тази и следващите таблици характеризират свойствата на онези метали, които формират основата на сплавите за художествено леене).

Таблица 2. Плътност на метала.

Температурата на топене.В зависимост от температурата на топене металът се разделя на следните групи:

стопим(точка на топене не надвишава 600 o C) - цинк, калай, олово, бисмут и др.;

средно топене(от 600 o C до 1600 o C) - те включват почти половината от металите, включително магнезий, алуминий, желязо, никел, мед, злато;

огнеупорен(повече от 1600 o C) - волфрам, молибден, титан, хром и др.

Живакът е течност.

При производството на художествени отливки температурата на топене на метала или сплавта определя избора на топилна единица и огнеупорен формовъчен материал. Когато в метала се въвеждат добавки, температурата на топене като правило намалява.

Таблица 3. Точки на топене и кипене на метали.

Специфична топлина. Това е количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата на единица маса с един градус. Специфичният топлинен капацитет намалява с увеличаване на поредния номер на елемента в периодичната таблица. Пристрастяване специфична топлинаелемент в твърдо състояние върху атомната маса се описва приблизително от закона на Дюлонг и Пети:

m a c m = 6.

където, m a - атомна маса; см- специфичен топлинен капацитет (J / kg * o C).

Таблица 4 показва стойностите на специфичния топлинен капацитет на някои метали.

Таблица 4. Специфичен топлинен капацитет на металите.

Скрита топлина на топене на метали. Тази характеристика (Таблица 5), заедно със специфичната топлина на металите, до голяма степен определя необходимата мощност на топилния агрегат. За да се разтопи нискотопим метал, понякога е необходима повече топлинна енергия, отколкото за огнеупорен. Например, нагряването на мед от 20 до 1133 o C ще изисква един и половина пъти по-малко топлинна енергия, отколкото нагряването на същото количество алуминий от 20 до 710 o C.

Таблица 5. Скрита топлина на метал

Топлинен капацитет. Топлинният капацитет характеризира преноса на топлинна енергия от една част на тялото към друга, или по-скоро молекулярния пренос на топлина в непрекъсната среда, поради наличието на температурен градиент. (таблица 6)

Таблица 6. Коефициентът на топлопроводимост на металите при 20 o C

Качеството на художественото леене е тясно свързано с топлопроводимостта на метала. В процеса на топене е важно не само да се осигури достатъчно висока температура на метала, но и да се постигне равномерно разпределение на температурата в целия обем на течната баня. Колкото по-висока е топлопроводимостта, толкова по-равномерно се разпределя температурата. При електродъгово топене, въпреки високата топлопроводимост на повечето метали, спадът на температурата в напречното сечение на ваната достига 70-80 o C, а за метал с ниска топлопроводимост тази разлика може да достигне 200 o C или повече.

При индукционното топене се създават благоприятни условия за изравняване на температурата.

Коефициент на термично разширение. Тази стойност, която характеризира промяната в размерите на проба с дължина 1 m при нагряване с 1 o C, е важна при работата с емайл (таблица 7)

Коефициентите на термично разширение на металната основа и емайла трябва да бъдат възможно най-близки, така че емайлът да не се напука след изпичане. Повечето емайли, които са твърди силициеви оксиди и други елементи, имат нисък коефициент на топлинно разширение. Както показва практиката, емайлите се придържат много добре към желязо, злато, по-малко здраво - към мед и сребро. Може да се предположи, че титанът е много подходящ материал за емайлиране.

Таблица 7. Коефициент на топлинно разширение на металите.

отразяваща способност. Това е способността на метала да отразява светлинни вълни с определена дължина, която възприема човешко ококато цвят (Таблица 8). Металните цветове са показани в таблица 9.

Таблица 8 Съответствие между цвят и дължина на вълната.

Таблица 9. Цветове на металите.

Чистите метали практически не се използват в изкуствата и занаятите. За производството на различни продукти се използват сплави, чиито цветови характеристики се различават значително от цвета на основния метал.

От дълго време е натрупан богат опит в използването на различни леярски сплави за производството на бижута, предмети от бита, скулптури и много други видове художествено леене. Все още обаче не е разкрита връзката между структурата на сплавта и нейната отразяваща способност.

Плътност и точка на топене на някои метали.

За металите са най-характерни следните свойства:
*метален блясък
* твърдост,
*пластмасов,
* пластичност,
*добра проводимост на топлина и електричество.

Всички метали имат металик кристална клетка:
положително заредените йони са разположени в неговите възли, а електроните се движат свободно между тях.
Наличието на свободни електрони обяснява високата електрическа и топлопроводимост, както и възможността за машинна обработка.

Топлопроводимостта и електропроводимостта намаляват в редица метали:
Ag Cu Au Al Mg Zn Fe Pb Hg

Всички метали са разделени на две големи групи:

Черни метали
Имат тъмносив цвят, висока плътност, висока точка на топене и относително висока твърдост.
Желязото е типичен представител на черните метали.

Цветни метали
Имат характерен цвят: червено, жълто, бяло; имат висока пластичност, ниска твърдост, относително ниска точка на топене.
Типичен представител на цветните метали е медта.

Според плътността си металите се делят на:
*Бели дробове(плътност не повече от 5 g/cm)
Леките метали включват: литий, натрий, калий, магнезий, калций, цезий, алуминий, барий.
Най-лекият метал е литий 1l, плътност 0,534 g/cm3.
*тежък(плътност над 5 g/cm3).
Тежките метали включват: цинк, мед, желязо, калай, олово, сребро, злато, живак и др.
Най-тежкият метал е осмият с плътност 22,5 g/cm3.

Металите се различават по своята твърдост:
*Мек: режете дори с нож (натрий, калий, индий);
*Твърди: металите се сравняват по твърдост с диаманта, чиято твърдост е 10. Хромът е най-твърдият метал, той реже стъкло.

В зависимост от точката на топене металите условно се делят на :
*стопим(точка на топене до 1539°C).
Към нискотопимите метали спадат: живак - точка на топене -38,9°С; галий - точка на топене 29,78°C; цезий - точка на топене 28,5°C; и други метали.
*Огнеупорен(точка на топене над 1539 С).
Огнеупорните метали включват: хром - точка на топене 1890°C; молибден - точка на топене 2620°C; ванадий - точка на топене 1900°C; тантал - точка на топене 3015°C; и много други метали.
Най-огнеупорният метал е волфрамът - точка на топене 3420°C.

Стоманата е сплав от желязо, към която е добавен въглерод. Основната му употреба в строителството е силата, тъй като това вещество дълго времезапазва обем и форма. Работата е там, че частиците на тялото са в положение на равновесие. В този случай силата на привличане и силата на отблъскване между частиците са равни. Частиците са в ясно определен ред.

Има четири вида от този материал: обикновена, легирана, нисколегирана, високолегирана стомана. Те се различават по количеството добавки в състава си. Обичайното съдържа малко количество, а след това се увеличава. Използвайте следните добавки:

• Манган.
• никел.
• хром.
• Ванадий.
• Молибден.

Точки на топене на стомана

При определени условия твърди теларазтопете, т.е течно състояние. Всяко вещество прави това при определена температура.

• Топенето е процес на преминаване на вещество от твърдо в течно състояние.
• Точката на топене е температурата, при която твърдо кристално вещество се топи в течно състояние. Означава се t.

Физиците използват специфична таблица за топене и кристализация, която е дадена по-долу:

Въз основа на таблицата можем спокойно да кажем, че точката на топене на стоманата е 1400 ° C.

Неръждаемата стомана е една от многото железни сплави, открити в стоманата. Съдържа 15 до 30% хром, което го прави устойчив на ръжда, създавайки защитен слой от оксид на повърхността и въглерод. Най-популярните марки от тази стомана са чуждестранни. Това са 300-та и 400-та серия. Те се отличават със своята здравина, устойчивост на неблагоприятни условия и пластичност. 200-тата серия е с по-ниско качество, но по-евтина. Това е изгоден фактор за производителя. За първи път неговият състав е забелязан през 1913 г. от Хари Бриърли, който провежда много различни експерименти със стомана.

На този моментНеръждаемата стомана е разделена на три групи:

• топлоустойчив- при високи температури има висока механична якост и стабилност. Частите, които се произвеждат от него, се използват в областта на фармацевтиката, ракетната индустрия и текстилната индустрия.
• Устойчив на ръжда- има висока устойчивост на процеси на ръжда. Използва се в битови и медицински устройства, както и в машиностроенето за производство на части.
• топлоустойчив- устойчив е на корозия при високи температури, подходящ за използване в химически заводи.

Точката на топене на неръждаемата стомана варира в зависимост от нейния клас и количеството на сплавите от приблизително 1300 °C до 1400 °C.

Чугунът е сплав от въглерод и желязо, съдържа примеси от манган, силиций, сяра и фосфор. Издържа на ниски напрежения и натоварвания. Едно от многото му предимства е ниската цена за потребителите. Чугунът е от четири вида:

Точките на топене на стоманата и чугуна са различни, както е посочено в таблицата по-горе. Стоманата има по-висока якост и устойчивост на високи температурив сравнение с чугуна, температурите се различават с до 200 градуса. В чугуна това число варира от приблизително 1100 до 1200 градуса, в зависимост от примесите, които съдържа.

Точката на топене на металите, която варира от най-ниската (-39 ° C за живак) до най-високата (3400 ° C за волфрам), както и плътността на металите в твърдо състояние при 20 ° C и плътността на течността метали в точката на топене, са дадени в таблицата на топене на цветни метали .

Таблица 1. Топене на цветни метали

Заваряване и топене на цветни метали

Заваряване на мед . Температурата на топене на метала Cu е почти шест пъти по-висока от температурата на топене на стоманата, медта интензивно абсорбира и разтваря различни газове, образувайки оксиди с кислород. Меден оксид II с мед образува евтектика, чиято точка на топене (1064 ° C) е по-ниска от точката на топене на медта (1083 ° C). Когато течната мед се втвърди, евтектиката се намира по протежение на границите на зърната, което прави медта крехка и склонна към напукване. Следователно основната задача при заваряването на мед е да се предпази от окисляване и активно дезоксидиране на заваръчната вана.

Най-често срещаното газово заваряване на мед с пламък от ацетиленов оксид с помощта на горелки, които са 1,5 ... 2 пъти по-мощни от горелка за заваряване на стомани. Добавъчният метал е медни пръти, съдържащи фосфор и силиций. Ако дебелината на продуктите е повече от 5...6 mm, те първо се нагряват до температура 250...300°C. Флюсовете при заваряване са печен боракс или смес, състояща се от 70% боракс и 30% борна киселина. За подобряване на механичните свойства и подобряване на структурата на наслоения метал, медта се изковава след заваряване при температура около 200...300°C. След това отново се нагрява до 500-550°C и се охлажда във вода. Медта също се заварява по електродъгов метод с електроди, в поток от защитни газове, под слой от поток, на кондензаторни машини, по метода на триене.

заваряване на месинг . Месингът е сплав от мед и цинк (до 50%). Основното замърсяване в този случай е изпарението на цинка, в резултат на което шевът губи качествата си, в него се появяват пори. Месингът, подобно на медта, се заварява главно с ацетиленов оксидиращ пламък, който създава филм от огнеупорен цинков оксид върху повърхността на ваната, което намалява допълнително изгаряне и изпаряване на цинка. Флюсовете се използват същите като за заваряване на мед. Те създават шлаки на повърхността на ваната, които свързват цинковите оксиди и затрудняват излизането на парите от заваръчната вана. Месингът също се заварява в защитни газове и на контактни машини.

заваряване на бронз . В повечето случаи бронзът е материал за леене, т.н

заваряването се използва при коригиране на дефекти или по време на ремонт. Най-често използваното заваряване с метален електрод. Допълнителният метал е пръти със същия състав като основния метал, а флюсовете или електродното покритие са хлоридни и флуоридни съединения на калий и натрий.

. Основните фактори, които затрудняват заваряването на алуминий са ниска температуранеговата точка на топене (658°C), висока топлопроводимост (около 3 пъти по-висока от топлопроводимостта на стоманата), образуването на огнеупорни алуминиеви оксиди, които имат точка на топене 2050°C, така че технологията за топене на цветни метали метали , като мед или бронз не е подходящ за топене на алуминий. В допълнение, тези оксиди реагират слабо както с киселинни, така и с основни потоци, така че те са слабо отстранени от заваръчния шев.

Най-често използваният пламък за газово заваряване на алуминий ацетилен. AT последните годиниШироко разпространено е и автоматичното електродъгово заваряване под флюс и с аргон с метални електроди. За всички методи на заваряване, с изключение на аргонова дъга, се използват флюси или електродни покрития, които включват флуорни и хлоридни съединения на литий, калий, натрий и други елементи. Като добавъчен метал за всички методи на заваряване се използва тел или пръти със същия състав като основния метал.

Алуминият е добре заварен чрез електронен лъч във вакуум, на контактни машини, чрез електрошлака и други методи.

Заваряване на алуминиева сплав . Алуминиевите сплави с магнезий и цинк се заваряват без

специални усложнения, както и алуминий. Изключение прави дуралуминий - сплави на алуминий с мед. Тези сплави са термично закалени след закаляване и последващо стареене. Когато температурата на топене на цветните метали е над 350°C, в тях настъпва намаляване на якостта, която не се възстановява при термична обработка. Следователно, при заваряване на дуралуминий в зоната на топлинно въздействие, якостта намалява с 40 ... 50%. Ако дуралуминият се заварява в защитни газове, тогава такова намаление може да бъде възстановено чрез термична обработка до 80 ... 90% по отношение на якостта на основния метал.

Заваряване на магнезиеви сплави . При газово заваряване задължително се използват флуорни потоци, които за разлика от хлоридните потоци не причиняват корозия на заварените съединения. Дъгово заваряване на магнезиеви сплави с метални електроди ниско качествозаварените шевове не се използват до момента. При заваряване на магнезиеви сплави има значително нарастване на зърната в зоните близо до заваръчния шев и силно развитие на колоновидни кристали в заваръчния шев. Следователно якостта на опън на заварените съединения е 55 ... 60% от якостта на опън на основния метал.

Таблица 2. Физически свойстваиндустриални цветни метали

Топене в тигел

Неразделна част от производството на метал и метални изделия е използването по време производствен процестигли за производство, топене и претопяване както на черни, така и на цветни метали. Тигелите са неразделна част от металургичното оборудване за леене на различни метали, сплави и други подобни.

Керамичният тигел за топене на цветни метали се използва за топене на метали (мед, бронз) от древни времена.