При какой температуре плавится чугун: температура плавления сплава

В промышленности, быту широкого используются изделия из чугуна. Металл представляет собой железо, в молекулярную структуру которого интегрировано 2 процента углерода. Сегодня получают большое величество марок металла, имеющего различные характеристики излома. Около ста видов.

Производство требует огромного количества тепловой энергии, поскольку температура плавления чугуна составляет свыше одной тысячи градусов по Цельсию. Плавка происходит при температуре 1150 — 1200 C° .

Помимо углерода, для получения необходимой марки, в замесы добавляют кремний, серу, марганец, фосфор. Повышения прочности добиваются вкраплением в замесы легирующих добавок.

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.

Влияние температуры на механические свойства чугуна

Общая закономерность влияния повышенных температур на механические свойства чугуна заключается в уменьшении показателей прочности, твердости и упругости с одновременным повышением до определенного предела пластичности и вязкости, после которого и эти свойства начинают понижаться. Сопоставляя механические свойства разных чугунов при кратковременных испытаниях, можно видеть (рис. 245), что прочность чугуна характеризуется минимумом при 150—250° С, но при 350—450° С уже мало отличается от прочности при нормальной температуре и только после этого начинает монотонно и интенсивно понижаться. Однако в высокопрочном чугуне эта аномалия (хотя и отмечена на рис. 245) обнаруживается реже. Причина образования указанного минимума окончательно еще не определена; предполагается, что это является следствием напряжений второго рода, образующихся из-за разницы в коэффициенте расширения цементита и феррита в перлите, магнитных превращений карбидов, выделения газов, дисперсионного твердения и других факторов. Вo всяком случае можно полагать, что частое отсутствие этого минимума на высокопрочном чугуне свидетельствует о том, что газам в этом вопросе принадлежит не последняя роль.

Весьма интенсивно и притом монотонно падает во всех чугунах модуль упругости, что для области температур до 700°С может быть, примерно, выражено формулой где E и Et — модуль упругости при нормальной н повышенной (t) температурах (°C);
а и в — коэффициенты, значение которых для высокопрочного чугуна составляют соответственно 0,0068*10в-2 и 0,0044*10в-4.

Вместе с тем, циклическая вязкость чугуна вовсе не изменяется при повышении температуры, что опровергает утверждения о строгой и однозначной связи между этим свойством и модулем упругости и свидетельствует о существовании более сложной зависимости.

Характер кривой изменения пластичности чугуна с температурой представляется сначала (до 400—500° С) почти горизонтальной, часто даже слегка ниспадающей кривой, за которой следует резкий подъем (рис. 245), достигающий максимума в области 800—1000° С, после чего наступает столь же резкое падение при более высоких температурах. Таким образом, вблизи эвтектической температуры все чугуны, как и другие сплавы, отличаются очень низкими значениями прочности, упругости и пластичности. Примерно так же изменяется и ударная вязкость чугуна, хотя соответствующая кривая зависимости от температуры носит более сложный характер в связи с разным изменением прочности и пластичности.

Особый интерес представляет горячая твердость, простота определения которой дает возможность оценить и соответствующую прочность чугуна, поскольку характер влияния температуры в обоих случаях приблизительно одинаков. Интенсивное падение твердости, которое начинается примерно с 430° С, может быть выражено формулой

где В — коэффициент смягчения, колеблющийся для температур выше перегиба в пределах (30/36)*10в-4 (меньшее значение соответствует серому чугуну, большее — ковкому и высокопрочному).

Влияние химического состава чугуна на его свойства при повышенных температурах в большинстве случаев примерно такое же, как при нормальной температуре. Уменьшение эвтектичности повышает кратковременную и длительную прочность серого чугуна, что обусловлено уменьшением количества и размельчением графита. Еще благотворнее сказывается компактная и шаровидная формы графита в ковком и высокопрочном чугунах (табл. 32) и примерно в том же соотношении, что и при нормальной температуре. При этом легирующие элементы так же или еще более полезны, чем при нормальной температуре. Наиболее эффективным из них является молибден, который повышает не только кратковременную и длительную прочность, как это видно из рис. 246, но и сопротивление ползучести чугуна. Максимум этого влияния проявляется при 1,5—2,0% Mo; как и при действии других элементов и факторов, оно уменьшается по мере повышения температуры, так что длительная прочность чугуна при 650° С уже мало зависит от легирования. Подобно молибдену благоприятно действуют, хотя и с меньшей интенсивностью, хром и никель, в частности путем присадки природно-легированного халиловского чугуна, как показано в табл. 33.

Влияние хрома особенно благоприятно в области высоких температур еще и по той причине, что он стабилизирует структуру.

При высоком же содержании графитизирующих элементов, в частности кремния, можно опасаться понижения прочности вследствие распада перлита. Однако медь в количестве около 0,5% в этих случаях весьма полезна, особенно в высокопрочном чугуне. При этом можно вновь отметить общую закономерность: чем выше температура, тем в меньшей степени влияет состав металла. Подтверждением этого, например, в отношении ковкого чугуна может служить рис. 247, из которого видно, что преимущества низкого содержания углерода проявляются только при температурах до 425°С. Однако легирование никелем, хромом, медью и молибденом, как видно из табл. 33 и других работ, например, все же сохраняет в ряде случаев свои преимущества в области повышенных температур, но главным образом при длительных испытаниях; при кратковременных же испытаниях это проявляется в малой степени. Указанное справедливо также для ползучести, которая проявляется на чугуне, начиная с 350—400° С. В этом случае высокопрочный чугун, особенно перлитный, имеет явные преимущества перед серым чугуном, хотя легирование может иногда и изменить это соотношение. И действительно, как видно из рис. 248, серый чугун, легированный молибденом и хромом, характеризуется при малых скоростях ползучести большим сопротивлением, чем нелегированный чугун с шаровидным графитом. Однако это не всегда наблюдается, и при больших скоростях ползучести высокопрочный чугун, даже ферритный, отличается более высокими свойствами, которые могут быть еще улучшены путем легирования и перлитизации структуры (рис. 248). Самыми же высокими свойствами в этом отношении характеризуются аустенитные никелевые чугуны (рис. 249) с пластинчатым и особенно с шаровидным графитом, несмотря на то, что при нормальной температуре они уступают по прочности обычным перлитным чугунам. Некоторые из этих чугунов, как видно из рис. 250, по кратковременной и длительной прочности весьма близки к аустенитной стали 1Х18Н9, хотя по сопротивлению ползучести они ей в значительной мере уступают. Проект ГОСТа на жаропрочный чугун, разработанный ЦНИИТмашем (табл. 34), предусматривает поэтому только аустенитные чугуны с шаровидным графитом, которые должны удовлетворять определенным требованиям по механическим свойствам при нормальной и повышенной температурах.

Скорость ползучести чугунов, приведенных в табл. 34, при 600° С за время 400—1200 ч при напряжении 4 кГ/мм2 составляет 1,0*10в-4, длительная прочность при 600° С составляет одл1400 = 12 кГ/мм4, а для марки ЧН19МШ эта прочность соответствует даже 2800 ч. Таким высоким свойствам аустенитных чугунов при повышенных температурах, несомненно, благоприятствует не только их химический состав, но и стабильность структуры.

Поэтому в указанных условиях также эффективны, хотя и в меньшей степени, чугуны со стабильным ферритом, например кремнистый чугун, ЖЧС-5,5 или превосходящий его по свойствам ЖЧСШ-5,5 с шаровидным графитом.

В общем же следует указать, что чугун вследствие высокого содержания углерода, даже при самых благоприятных структуре и составе, не отличается высокими жаропрочными свойствами и применим только в условиях сравнительно низких температур, обычно не выше 350—450° С.

В ряде случаев в условиях повышенных температур удовлетворительно работают также отливки из белого чугуна, чаще всего легированного хромом. На рис. 251 представлена для сравнения с аустенитными и перлитными чугунами горячая прочность белого высоколегированного чугуна типа хромэкс с содержанием 28—34% Cr (Х28Л и Х34Л по ГОСТу 2176—57). Чугуны Х28Л и Х34Л, как и перлитные, характеризуются более интенсивным падением прочности с ростом температуры, чем аустенитные чугуны. Пластичность этих чугунов, очень низкая при нормальной температуре, растет начиная с 400° С и достигает максимума (-100%) при температурах около 900— 1050° С, когда происходит превращение феррита в аустенит. Ударная вязкость также растет с повышением температуры и также достигает максимума в аустенитном состоянии, как это видно на рис. 251, а. Механические свойства высокохромистых чугунов в сильной степени зависят от химического состава и режима термообработки. Что касается состава, то наиболее важными элементами являются углерод и кремний: первый, как видно из рис. 251, б, повышает, а второй понижает прочность при высоких температурах, на пластические же свойства оба элемента действуют отрицательно.

Еще большее влияние на механические свойства этих чугунов оказывает термическая обработка, посредством которой можно получить аустенитную (1150° С воздух), мартенситную (1000 C —> воздух) или ферритиую (1000°С —> охлаждение в печи) структуры, а следовательно, и соответствующее изменение механических свойств. Кроме того, при термической обработке этих чугунов возможно также дисперсионное твердение (при 400—550° С) и образование о-фазы при 650—800° С, что отражается, конечно, на механических свойствах (табл. 35), причем в этом случае главным образом понижаются пластичность и вязкость чугуна.

Общая закономерность изменения механических свойств при пониженных температурах заключается в некотором повышении прочности и твердости и уменьшении пластичности и вязкости, но эти изменения значительно зависят от типа и структуры чугуна. В обычном сером (перлитном) чугуне они сравнительно невелики и в среднем составляют:

Как видно из этих данных, прочность перлитных чугунов повышается в небольшой степени при понижении температуры.

Ферритные же чугуны упрочняются в большей степени и меньше теряют свои пластические свойства, как это видно, например, из испытаний серого чугуна при -269° С:

Все свойства серого чугуна, в том числе и ударная вязкость, монотонно изменяются с понижением температуры без какого-либо скачка. Это объясняется, по-видимому, тем, что чугун при этих температурах находится уже в области ниже порога хрупкости. Преимущества ферритной структуры сохраняются также и у высокопрочного чугуна, о чем свидетельствуют следующие данные:

В то время как высокопрочный чугун с перлитной структурой значительно теряет в прочности при очень низких температурах, ферритный чугун теряет при этом только в пластичности, прочность же его значительно увеличивается.

Еще большие преимущества имеют аустенитные чугуны. Упрочнение происходит в этом случае более интенсивно, а ударная вязкость мало изменяется или даже повышается до температуры превращения и только потом уже резко падает. Так, например, для аустенитного чугуна с пластинчатым графитом и с температурой превращения -88° С найдено:

Примерно так же изменяются механические свойства ковкого и высокопрочного чугунов, только ударная вязкость их более резко падает при переходе через порог хрупкости, твердость же их при этом мало изменяется:

Особый интерес представляет изыскание чугунов с повышенной прочностью и достаточной пластичностью при очень низких температурах (-200° С или -269°, т. е. при температурах жидкого азота и гелия). Очевидно, что такой хладновязкий чугун должен быть высоконикелевым сплавом с аустенитной структурой, характеризующейся низко расположенным порогом хрупкости. Исследования показали, что такими свойствами обладает аустенитный чугун (2,44% С; 2,25% Si; 3,92 Mn; 22,0% Ni; 0,25% Cr и 0,12% Mg), характеризующийся следующими свойствами при низких температурах после нормализации с 900°С:

Особенно важно отметить, что ударная вязкость чугуна сохраняется высокой: даже после выдержки при -196° С в течение 2550 ч она была в пределах 4,2—4,8 кГ*м/см2 по Шарли, что свидетельствует о том, что даже при температуре -196° С чугун не перешел в хрупкое состояние. Весьма высокие свойства подобного рода показал также аустенитный высоконикелевый чугун (2% С; 1,8% Si; 0,5% Mn; 0,02% Р; 0,02% S; 30% Ni) с пластинчатым и шаровидным графитом при температуре -269° С:

В заключение следует отметить, что прочность аустенитных чугунов, как и ферритных, резко повышается при очень низких температурах, пластичность также сохраняется сравнительно высокой, так что эти чугуны в наибольшей степени пригодны для работы в указанных условиях.

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.

Таблица температур плавления металлов

Каждый металл или сплав обладает уникальными свойствами, в число которых входит температура плавления. При этом объект переходит из одного состояния в другое, в конкретном случае становится из твёрдого жидким. Чтобы его расплавить, необходимо подвести к нему тепло и нагревать до достижения нужной температуры. В момент, когда достигается нужная точка температуры данного сплава, он ещё может остаться в твёрдом состоянии. При продолжении воздействия начинает плавиться.

Наиболее низкая температура плавления у ртути — она плавится даже при -39 °C, самая высокая у вольфрама — 3422 °C. Для сплавов (стали и других) определить точную цифру крайне сложно. Все зависит от соотношения компонентов в них. У сплавов она записывается как числовой промежуток.

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.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь — это один из многих железных сплавов, которые содержатся в стали. Она содержит в себе Хром от 15 до 30%, который делает её ржаво-устойчивой, создавая защитный слой оксида на поверхности, и углерод. Самые популярные марки такой стали зарубежные. Это 300-я и 400-я серии. Они отличаются своей прочностью, устойчивостью к неблагоприятным условиям и пластичностью. 200-я серия менее качественная, но более дешёвая. Это и является выгодным для производителя фактором. Впервые её состав заметил в 1913 году Гарри Бреарли, который проводил над сталью много разных экспериментов.

На данный момент нержавейку разделяют на три группы:

Жаропрочная — при высоких температурах имеет высокую механическую прочность и устойчивость. Детали, которые из неё изготавливаются применяют в сферах фармацевтики, ракетной отрасли, текстильной промышленности.
Ржаво-стойкая — имеет большую стойкость к процессам ржавления. Её используют в бытовых и медицинских приборах, а также в машиностроении для изготовления деталей.
Жаростойкая — является устойчивой при коррозии в высоких температурах, подходит для использования на химических заводах.

Плавление чугуна

Материал обладает отличными литейными свойствами, имеет неплохую жидкотекучесть, и температура его плавления существенно ниже, если сравнивать со сталью и ковким чугуном. Такие свойства учитываются при придании формы.

Для соединения материала с латунью в большинстве случаев используют газообразный флюс. Также могут применяться чугунные прутки с медным напылением, что хорошо отражается на смачиваемости окантовки наплавляемым металлом. Для прутков берут эвтектический чугун, диапазон температуры плавления которого находится в пределах 1050−1200 градусов.

Сварка может происходить и посредством пастообразных флюсов. Когда нет специальных прутков из чугуна либо латуни Л-62, то трещины в элементах из данного материала можно устранить, воспользовавшись проволокой, главный компонент которой — электролитическая красная медь.

Существенно выше температуры плавления перегрев материала, что приводит к растворению взвешенных частиц. Они не всегда растворяются полностью, но графит все равно образовывается с затруднениями. В отдельных случаях возникает, если в чугун добавляются дополнительные вещества, влияющие на образование дополнительных центров кристаллизации графита.

У чугуна отличные литейные качества, если сравнивать со сталью, что делает работу с ним удобной. Хорошая жидкотекучесть и заполняемость форм обеспечивает более низкая температура плавления и завершающий процесс кристаллизации при постоянных температурах.

Указанные преимущества позволяют утверждать, что чугун является ценным конструктивным материалом, который активно применяют при производстве деталей машин (если отсутствуют значительные растягивающие и ударные нагрузки).

Полусинтетический чугун расплавляют при помощи плавления шихты, температурный диапазон составляет 1400−1450 градусов. После окончания плавления шихты материал хранится в тигле печей при небольшом перегреве (температура плавления не должна быть превышена более чем на сто градусов). Что следует сделать для создания шлакового покрова? Когда шихта постепенно плавится, на зеркало металла необходимо подавать стеклобой или раскаленный кварцевый песок.

Разновидности сварки

Реализация газовой сварки проходит оплавлением пламенем частиц соединяемых элементов и прутков из присадочных металлов.

Данную сварку используют для соединения металлических деталей, неметаллических компонентов и сплавов с неодинаковой температурой плавления. Их толщина не должна превышать 30 мм. Для устройства не понадобится электроэнергия.

Широко применяют и электродуговую сварку. Электрическая дуга способствует активному взаимодействию оплавленного металла с металлом электрода и образованию прочного шва. Чтобы избежать окисления, на шов наносят специальный защитный слой.

С помощью электродуговой сварки соединяются чугунные детали, конструкционные стали, медные, алюминиевые и другие сплавы.

Особенности и характеристики чугуна

В составе сплава основную часть занимает железо, также в нем есть фосфор, сера, марганец, кремний, легирующие добавки. А определяющим компонентом будет углерод, содержание которого должно превышать 2%.

Среди преимуществ этого материала:

Его легко можно ставить на одну ступень со сталью по характеристике прочности.
Равномерное распределение тепла при нагревании, а также долгое удержание и сохранение этого тепла, из-за чего чугун используется для создания батарей и посуды.
Устойчивость к кислотно-щелочной среде.
Долговечность, так как свойства только улучшаются с годами.
Экологичность.

Недостатки тоже заметны:

Длительный и регулярный контакт с водой заставляет материал ржаветь.
Цена выше, чем у стали или алюминия.
Не все виды практичны, некоторые слишком хрупки и подходят для производства только определенных деталей.

Чугунный материал может быть белым и серым, ковким, половинчатым, а также высокопрочным. Отличает их состояние углерода в составе, что значительно влияет на свойства каждого вида, область его применения.

Чаще всего чугунный сплав можно встретить в машиностроении, где он используется для тормозных колодок и валов, устройствах, работающих при низких температурах, металлургии. Из него производятся сантехнические изделия, ванны и части отопительных систем. Температуру его плавления знают даже люди искусства, так как материал нашел применение в архитектуре и скульптуре.

Температура расплавления, свойства и самостоятельная плавка чугуна

Чугун – сплав на основе железа и углерода. От стали он отличается содержанием последнего – 2% и больше. В отдельных марках содержится до 4% углерода. Чаще всего используют сплав с содержанием углерода 3-3,5%.

Это литейный материал. Для такого металла на первый план выходят такие его свойства, как температура плавления, а также его тепловые свойства – теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность. Как разные химические элементы влияют на качество этого металла и можно ли его плавить самостоятельно – об этом пойдет речь в статье.

Чугун: какова температура его плавления?

Теперь поговорим о температурах, с которыми человек будет сталкиваться при плавке чугуна в его различных проявлениях. Мы уже выяснили, что производить чугун в домашних условиях из-за технологических особенностей крайне сложно, но при работе на металлургийных заводах, знать базовые свойства сплава жизненно необходимо.

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^3Г, а у расплавленного – 1.5 кал/см^3Г. 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:

Тепловые свойства чугуна

Важная категория физических свойств материала – его тепловые свойства. К ним относятся:

Теплоемкость.
Теплопроводность.
Температуропроводность.
Коэффициент теплового расширения.

Все они зависят от состава, структуры, а значит от марки сплава. Кроме того, эти свойства металла меняются с изменением его температуры (так называемое правило смещения). Характер этой зависимости и основные физические свойства приведены в таблице.

Теплоемкость (с)

Это количество теплоты, которое необходимо подвести к телу, чтобы его температура возросла на один Кельвин (далее все величины переведены в градус Цельсия).

Теплоемкость зависит от состава сплава, а также от температуры (Т). Чем выше Т, тем больше теплоемкость. Если температура выше Т фазовых превращений, но ниже Т плавления, то

при Т, превышающей температуру плавления:

с = 0,23±0,03 кал/(Г˚С)

Объемная теплоемкость (отношение теплоемкости к объему вещества) для приблизительных расчетов принята:

чугун в твердом состоянии с’ = 1 кал/(см3Г˚С)
расплавленный с’ = 1,5 кал/(см3Г˚С)

Теплопроводность (λ)

Это количественная характеристика способности тела проводить тепло. Для теплопроводности не действует правило смещения. Температура материала повышается – λ понижается. Она зависит от состава сплава, а в большей степени от его структуры. Вещества, увеличивающие степень графитизации, повышают теплопроводность, а вещества, препятствующие образованию графита, понижают.

Виды чугуна

Существует несколько видов чугуна. В него добавляют различные легирующие примеси, которые изменяют характеристики цельного материала. Для этого используют алюминий, хром, ванадий или никель. В дополнение к ним идут и другие примеси. Параметры готовых изделий напрямую зависят от состава сплава. Разновидности:

Серый чугун. Считается самым популярным видом. В составе содержится 2,5% углерода, который представляет собой частицу графита или перлита. Обладает высоким показателем прочности. Из серого чугуна делают детали, выдерживающие постоянные нагрузки. Это могут быть зубчатые шестерни, детали корпусов, втулки.
Белый чугун. Углерод, содержащийся в составе, представляет собой частицы карбида. На изломе материала остаётся белый след, что соответствует названию. Содержание углерода в среднем более 3%. Хрупкая и ломкая разновидность материала, из-за чего его используют только в статических деталях.
Половинчатый. Объединяет в себе характеристики двух предыдущих видов чугуна. Частицы графита и карбида насыщают металл углеродом. Его содержание от 3,5 до 4,2%. Износоустойчивый материал, который используется в машиностроении. Выдерживает постоянное трение.
Ковкий чугун. Получается из второй разновидности материала, после проведения отжига. Сплав содержит углерод в виде частиц феррита. Его количество – около 3,5%. Как и половинчатый используется для изготовления деталей в машиностроении.

Чтобы получить высокопрочный материал, частицы графита подвергают обработке, чтобы они приняли шаровидную форму и заполнили кристаллическую решётку. В сплав добавляют магний, кальций или церий.

Влияние химических элементов на свойства металла

Какой он бывает

Структура чугуна – это железная основа с графитовыми (углеродными) вкраплениями. Этот материал различают не по составу, а по форме углерода в нем:

Белый чугун (БЧ). Содержит карбид (цементит) – это форма углерода, такая же, как в стали. Имеет на сломе беловатый цвет. Очень твердый и хрупкий. В чистом виде почти не используется.
Серый чугун (СЧ). Содержит углерод в форме пластинчатого графита. Такие включения плохо влияют на качество материала. Для изменения формы зерен графита существуют специальные методы плавки и дальнейшей обработки. Графит в СЧ может быть и в форме волокон («червеобразная» форма) – так называемый вермикулярный графит (от латинского слова vermiculus – червь, как вермишель).
Высокопрочный. Шаровидная форма графитовых зерен. Получают введением в сплав магния.
Ковкий чугун. Для получения отжигают БЧ. Графитные зерна в виде хлопьев.

В итоге главное отличие его (кроме белого) от стали — наличие структуре графита. А разная форма графита определяет свойства разных марок.

Условно графитные зерна – это пустоты, трещины, а чугун – это сталь, испещренная микроскопическими трещинами.

Соответственно, чем больше пустот, тем хуже качество металла. Имеет значение также форма и взаиморасположение включений.

Однако нельзя принимать графитные зерна как исключительно вредные. Из-за присутствия графита данный материал легче обрабатывать резанием, стружка становится более ломкой. Кроме того, он хорошо противостоит трению также из-за графита.

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:

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

Сварка чугуна в домашних условиях

Ниже показатель прочности.
Легче стальных изделий.
Большее процентное содержание углерода.

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.	★★★

Примеси

Конечно, этот металл содержит не только железо и углерод. В него входят те же элементы, что и в стальные сплавы – фосфор, марганец, сера, кремний и другие. Эти добавки косвенно влияют на особенности сплава – они изменяют ход графитизации. Именно от этого параметра и зависят качества материала.

Фосфор. Мало влияет на образование графита. Но все равно он нужен, потому как улучшает жидкотекучесть. Твердые включения фосфора обеспечивают высокую твердость и износостойкость металла.
Марганец. Мешает графитизации, как бы «отбеливает» чугун.
Сера. Как и кремний, способствует отбеливанию металла, да еще и ухудшает жидкотекучесть. Количество серы в сплаве ограничивают. Для мелкого литья не больше 0,08%, для деталей больше – до 0,1-0,12%.
Кремний. Сильно влияет на свойства материала, увеличивая графитизацию. В металле может содержаться от 0,3-0,5 до 3-5% кремния. Варьируя количество кремния, получают сплав с разными свойствами – от белого до высокопрочного.
Магний. Помогает получить материал с шаровидной формой зерен. Градус кипения магния низкий (1107˚С). По этой и другим причинам ввод магния в сплав затруднителен. Чтобы избежать его кипения, выплавку материала ведут с применением различных способов ввода магния.

Кроме обычных примесей, чугун может содержать и другие вещества. Это так называемый легированный материал. Хром, молибден, ванадий мешают процессу образования графита. Медь, никель и большинство других веществ, графитизации способствуют.

Технология самостоятельной плавки

Непромышленное выплавление чугуна – процесс очень трудоемкий. Выплавить своими руками отливки заводского качества в кустарных условиях невозможно.

Дома выплавлять этот металл нельзя. Нужно отдельное вентилируемое помещение – гараж, например. Плавку ведут в печах. В промышленности используют доменные печи, вагранки и индукционные печи.

Доменная печь – промышленный агрегат, способный расплавлять металл в огромных масштабах. В ней можно переплавлять железорудное сырье. После запуска она работает без перерыва до 5-6, а то и до 10 лет. Затем ее останавливают, проводят обслуживание и снова запускают. Расплавление металла проходит в присутствии газов для улучшения качества материала. Для малого и среднего производства такие печи не подходят. Топливо – кокс.

Вагранка – печь шахтного типа, как и доменная. От последней она отличается тем, что в ней не поддерживается специальный состав газов. В ней плавят не руду, а железный лом. Она больше подходит для малого производства.

Индукционная печь – современный тип оборудования. Процессом плавки в такой печи можно управлять, регулировать температуру, время нагрева и состав шихты.

Плавку ведут в тиглях из огнеупорной глины или кирпича. Стальные не подходят, хотя сталь начинает плавиться при температуре большей, чем чугун. Обязателен флюс – вещество, способствующее образованию легкоплавкого шлака. Например, известняк (CaCO3), плавиковый шпат (CaF2). Для получения серого, а не белого чугуна в шихту добавляют ферросилиций (сплав железа с кремнием). Он улучшает образования зерен графита. После расплавления металл выливают в песчаную или металлическую форму.

Литье металла – работа взрыво- и пожароопасная. Кроме того, необходимо обладать определенными знаниями в области металлургии. Для организации производства нужно будет оформить документацию, пройти проверки, получить разрешение и лицензию на работу.

Температура плавления чугуна, плавки стали

Отличия от стали

По технологическому процессу чугун является первичным продуктом, получаемый путём литья, а сталь конечным. Молекулярное построение стали содержит углерод в ничтожном объёме. Материал пластичный, хорошо поддаётся механической обработке. Изготовление продукции осуществляется ковкой, сваркой, прокаткой на станах. Имеет высокую температуру плавления. По технологии сталь подлежит закалке. Качество зависит от приготовленной смеси и от того, какая температура плавления сталей задана.

Скорость превращение стали в жидкое состояние находится в зависимости от различных добавок. Конкретно ответить на вопрос, при какой температуре плавится сталь, можно условно, указав лишь диапазон нагрева. Переход из твёрдого вещества в жидкую консистенцию происходит при температуре 1450—1600 C° .Приведённый цифровой параметр указывает на отличие стали от чугуна. Это различные температуры плавления.

Чугун не так прочен, как сталь. Отлитые заготовки содержат поры, придающие им хрупкость. Именно в процессе литья получают изделия из чугуна. Наличие микроскопических пустот снижает теплопроводные характеристики металла. Важно задать тепловой режим, зафиксировать, при какой температуре плавится чугун .

Чёрная металлургия производит несколько разновидность первичного продукта. Рассмотрим некоторые из них.

Сероватый чугун

Сплавы, образованные компонентами железа и углерода, изменяют структуру при интеграции хлопьевидного, пластинчатого, волокнистого графита. Производители получают чугун повышенной прочности, добавляя графит глобулярный. Присутствие в замесе Mg, Ce (магний, церий) мотивируют его модификацию. От того, как быстро расплавленный чугун остывает, он приобретает новые потребительские характеристики. Получают изделия нужного качества от умелого сочетания конкретных свойств.

Для облегченного поиска нужного материала в каталогах, изделия маркируются аббревиатурой С. Ч. Цифры , следующие после букв, указывают на предел силовой нагрузки в килограммах/на миллиметр квадратный. Металл повышенной прочности имеет буквенное обозначение В. Ч. Цифры , показывают величину прочности, а также через дефис — увеличения длины в процентном отношении. Например, ВЧ60−1

Чугун серый обладает отличными технологическими показателями в процессе его производства:

Кристаллизация не требует запредельных температур, что положительно сказывается на экономии электрической, других видов энергии.
Показывает уникальную жидкостную текучесть.
При разливе демонстрирует оптимальную усадку.

Металл благодаря уникальным свойствам является базовым материалом для производства изделий.

Имеет недостатки в применении. Изготавливают узлы, детали, работающие только на сжатие. Отливают станины для станков, цилиндры, различные поршни и так далее. Критичные показатели по хрупкости не позволяют использовать для производства изделий, работающих в условиях силовых воздействий на изгиб. Температура плавления 1150 — 1260 C°

Цвета отбеленного полотна

Белый чугун содержит железоуглеродистое соединение, называемое цементитом. Обладает колоссальной твёрдостью, исключающую пластичность. Если произвести разлом металла, то цвет виден на изломе. Чугун тверже камня и хрупок, как яичная скорлупа. Подвергают обработке с целью получить ковкое разнообразие. Температура плавления происходит в диапазоне 1150 — 1350 C °. Уместно заметить, что термин ковкий используется условно, поскольку металл не поддаётся пластической обработке. Ковкий чугун получают в результате термического обжига.

Нагрев материала свыше 900 градусов по Цельсию влияет на его свойства. К такому результату приводит и быстрота остывания графита. Несоблюдение технологических параметров ведёт к усложнению производства сварочных работ, обработке заготовок.

Чугун высокой прочности

В чёрной металлургии высокопрочным материалом называют чугун, имеющий в молекулярной структуре графитные вкрапления, форма которых сфероидальная. Уникальное отношение поверхности шаровидного графита к объёму обеспечивает формирование металлической основы, то есть влияет на прочность. Плавление металла с интеграцией шаровидного графита не допускает трещин. Образуются новые свойства металла: становится прочным при силовом воздействии на изгиб. Кроме этого, демонстрирует:

вязкость при мгновенных ударах;
повышение коэффициента текучести;
небольшое удлинение, которое можно назвать относительным явлением.
уникальную сопротивляемость при сжатии;
износостойкость.

Этот вид поддаётся сварке. Соединение металла осуществляется с помощью флюсов, применяемых в виде пастообразных консистенций.

Сверхпрочный чугунный материал обладает отличными свойствами литья. Прекрасная текучесть в жидком состоянии обеспечивает образцовое наполнение форм. По некоторым технологическим параметрам материал можно сравнивать со сталью.

Учитывая отличные конструктивные свойства, на заводах производят детали для узлов и систем, если они не испытывают при эксплуатации машин и механизмов силовых нагрузок на растяжение.

Разновидности чугуна

Существует довольно большое количество разновидностей рассматриваемого материала. Классификация чугунов во многом зависит от структуры и химического состава. Выделяют следующие виды чугуна:

Серый. Эта разновидность материала характеризуется низкой пластичностью и высокой вязкостью, а также хорошей обрабатываемостью резанием. В составе углерод содержится в виде графита. Область применения – машиностроение; производство деталей, работающих на износ. Как показывает практика, концентрация фосфора может варьироваться в достаточно большом диапазоне: от 0,3 до 1,2%. За счет особого химического состава материал обладает высокой текучестью и часто применяется в художественном литье. Антифрикционный чугун обходится в относительно невысокую стоимость, что также определяет его широкое распространение.
Белый. За счет того, что в этом составе углерод представлен в качестве цементита, структура характеризуется чрезвычайной хрупкостью и повышенной твердостью, а также низкими литейными свойствами и плохой обрабатываемостью резанием. Стоит учитывать, что белый чугун применяется для переделки в сталь или изготовлении ковкого. Очень часто его называют предельным.
Половинчатый характеризуется повышенной устойчивостью к износу, что связано с распределением углерода на цементитную и свободную основу. Часто эта разновидность материала применяется в машиностроении и станкостроении.
Легированный. Для того чтобы придать особые свойства чугуну также проводится его легирование. Легированный чугун обладает повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью за счет включения в состав никеля и хрома, а также меди. Подобные варианты исполнения чугуна получают свое название в зависимости от того, как легирующий элемент использовался при их изготовлении.
Высокопрочный чугун производится путем введения в состав жидкого серого чугуна различных элементов, к примеру, магния и кальция. В результате легирования меняется форма графита – он напоминает шар и при этом не меняет кристаллическую решетку. Стоит учитывать, что по своим свойствам этот металл напоминает углеродистую сталь, применяется, в основном, при изготовлении различных износостойких деталей.
Ковкий. Получают его при переплавке белого чугуна, который следует нагреть до высокой температуры и выдерживать в подобном состоянии. В некоторых случаях для придания составу особых качеств проводится добавление легирующих элементов. Основными свойствами можно назвать высокую вязкость и повышенную степень пластичности. Получил широкое распространение в машиностроительной промышленности.
Специальный. Представляет собой сплав, в который входит большое количество марганца и кремния. Зачастую применяется для удаления кислорода из стали при его производстве или переплавке, за счет чего понижается температура плавления.

Литье чугуна

Каждая разновидность чугуна обладает своей особой структурой и химическим составом, которые и определяют область применения.

Изменения решётки

При увеличении тепла (чугун плавится при температуре 1200 градусов по Цельсию), происходит переход кристаллической решётки в текущее жидкое состояние. Именно в этот момент растёт внутренняя энергия металла. Достигнув нагрева свыше одной тысячи градусов, кристаллическая решётка разрушается. В это время, поступающая тепловая энергия продолжает ослаблять молекулярные связи. Наблюдается увеличение запасов энергии внутри металла. Она выше той, что содержит кристаллизованный материал, в несколько раз.

Прекращение нагревания является началом охлаждения металла. Происходит обратный процесс кристаллизации, развивающийся по дендритному алгоритму. То есть из точек, мотивирующих такое развитие. Они (дендриты) выступают в роли априорных стадий процесса. Кристалл вырастает как бы из центра явления. В жидком, но уже в остывающем чугуне, кристаллизация происходит по принципу строения дерева. В процессе участвуют дендриты цементита, аустенита и графита. Зафиксировано термодинамическим способом, что именно графит шаровидной формы представлен дендритом, имеющим секторальную слоистую конструкцию.