Для достижения желаемого качества в шихту помимо сажи добавляют кремний, серу, марганец и фосфор. Прочность повышается за счет добавления в смесь легирующих добавок.
Температура плавления чугуна: особенности материала
Чугун — это сплав железа с содержанием углерода более 2 %. Помимо этих компонентов, смесь содержит ряд твердых материалов, таких как марганец, кремний, фосфор, сера и легирующие добавки.
Материалы делятся на типы в зависимости от сплава, который определяется структурой разрушения. Существует около ста видов чугуна, из которых чугун — самый значительный, отличающийся от других своей природой, назначением и технологией изготовления.
Особенности классификации материала
Этот материал более хрупкий, чем сталь, и может сломаться даже при несильной деформации. Углерод присутствует в его составе в виде графита или цементита, причем каждое вещество может быть представлено отдельно. Классификация чугуна на различные типы основана на форме и количестве этих веществ:
- Белый. Углерод в полном объеме в виде цементита. Оттенок можно заметить именно на изломе материалов. Отличается хрупкостью и одновременной твердостью. Его поддают обработке преимущественно для того, чтобы обеспечить нормальную ковку.
- Серый. Углерод пластичной формы в виде графита. Характеризуется мягкостью, отличается легкостью обработки при низких температурах.
- Ковкий. Данное обозначение является условным, ведь материал не поддается ковке. Разновидность получают путем длительного обжига белого, в результате чего образовывается графит. На полезные свойства оказывает негативное воздействие нагрев, превышающий 900 градусов Цельсия, а также значительная скорость охлаждения самого графита, что ведет к затруднению процесса обработки и сваривания.
- Высокопрочный. Характеризуется содержанием шаровидного графита, который получают путем кристаллизации.
Отличия от стали
Разница между этими двумя материалами заключается в следующем:
- Чугун обладает меньшей твердостью и прочностью по сравнению со сталью.
- Сталь больше весит, обладает более высокой температурой плавления.
- Незначительный процент углерода в стали делает ее податливой к различным видам обработки (ковка, резка, сварка, прокатка). По этой причине чугунные изделия делают методом литья.
- Декоративные стальные изделия имеют красивый блеск, а те, что сделаны из чугуна, — матовые с черным оттенком.
- Чугуном называют первичный продукт черной металлургии, сталью — конечный.
- Сталь подвергается закалке.
- Чугунные изделия получают посредством литья, стальные — в результате ковки и сварки.
Плавление чугуна
Материал обладает отличными литейными свойствами, имеет хорошую текучесть, а его температура плавления значительно ниже по сравнению со сталью и ковким чугуном. Эти свойства учитываются в процессе литья.
В большинстве случаев для скрепления материала с латунью используется поток газа. Также могут использоваться чугунные стержни с медным покрытием, что положительно влияет на смачиваемость окружения металлом с покрытием. Для стержней получают эвтектический чугун, температура плавления которого составляет от 1050 до 1200 градусов Цельсия.
Сварка также может производиться пастообразным потоком. При отсутствии специальных прутков из чугуна или латуни Л-62 трещины в элементах из этого материала можно устранить с помощью проволоки, основным компонентом которой является электролитическая красная медь.
Материал перегревается намного выше температуры плавления, что приводит к растворению взвешенных частиц. Они не всегда растворяются полностью, но графит все равно образуется трудоемко. В отдельных случаях это происходит при добавлении в чугун дополнительных веществ, которые вызывают образование дальнейших центров кристаллизации графита.
По сравнению со сталью чугун обладает превосходными литейными свойствами и поэтому легко обрабатывается. Благодаря более низкой температуре плавления и окончательному процессу кристаллизации при постоянной температуре обеспечивается хорошая текучесть и заполнение формы.
Эти преимущества делают очевидным, что чугун является ценным конструкционным материалом, который активно используется в производстве деталей машин (при условии отсутствия значительных растягивающих и ударных нагрузок).
Полусинтетический чугун выплавляется в процессе периодической плавки при температуре 1400-1450 градусов Цельсия. После пакетной плавки материал хранится в тигле печи при несколько более высокой температуре (температура плавления не должна превышать 100 градусов Цельсия). Что необходимо сделать для создания шлакового одеяла? Когда шихта постепенно расплавляется, поверх металла в накаленном состоянии следует поместить стеклянный блок или кварцевый песок.
Разновидности сварки
При газовой сварке частицы и присадочные прутки, подлежащие сварке, расплавляются вместе.
Этот процесс используется для соединения металлических и неметаллических компонентов, а также сплавов с различными температурами плавления. Их толщина не должна превышать 30 мм. Для работы устройства не требуется электричество.
Также широко используется электродуговая сварка. Электрическая дуга заставляет расплавленный металл активно взаимодействовать с металлом электрода и создает сплошной шов. Для предотвращения окисления на шов наносится специальное защитное покрытие.
Электродуговая сварка используется для соединения чугуна, низкоуглеродистой стали, меди, алюминия и других сплавов.
От чего зависит и на что влияет?
Температура плавления чугуна зависит не только от его характеристик и свойств, но и от примесей и различных химических элементов. К наиболее важным добавкам относятся следующие.
- Магний . Он дает возможность создавать шаровидные зёрна в материале, что способствует увеличению прочностных характеристик и твердости заготовки. Именно поэтому чугун с высокой концентрацией магния плавится намного дольше, и для этого необходимы высокие температуры.
- Марганец , который способствует замедлению графитизации. Это также увеличивает стойкость материала к воздействию огня, что приводит к необходимости создавать высокие температуры для плавления чугуна.
- Фосфор . При добавлении большого количества фосфора в сплав удаётся в значительной степени улучшить стойкость к износу и прочность материала, благодаря чему расплавить его не так уж и легко.
Показатели для разных видов
В зависимости от типа используемого чугуна температура плавления может быть разной. Независимо от марки, этот материал обладает замечательными литейными свойствами и отличной текучестью. Благодаря этому данный материал отличается от стали и других подобных металлов и гораздо легче плавится. Одним из самых популярных видов чугуна сегодня является чугун, температура плавления которого составляет около 1000 градусов Цельсия. В большинстве случаев сварка производится с помощью флюса, который может использоваться в виде обычной пасты.
Температура плавления чугуна, содержащего частицы графита, значительно выше. Наличие таких компонентов повышает устойчивость материала к воздействию высоких температур, поэтому требуется температура плавления не менее 1500 градусов Цельсия.
Особого внимания заслуживает также полусинтетический чугун, который может быть расплавлен только путем плавления шихты. Диапазон температур также составляет 1400-1500 градусов Цельсия, а сам процесс допускает шлакование и плавление.
Белый чугун плавится гораздо легче, поскольку содержит особую форму углерода, называемую карбидом. Это делает материал довольно хрупким и легким в обработке, поэтому его трудно использовать в промышленности без добавок.
С серым чугуном работать сложнее, поскольку он насыщен углеродом, который способствует повышению прочностных свойств материала. А ковкий чугун, содержащий зерна графита, труднее всего поддается плавке. В результате получается высокопрочный материал, для плавления которого требуется температура 2 000 градусов и более.
Сравнение с температурой плавления других материалов
Такие материалы, как алюминий и медь, плавятся при более низких температурах, чем чугун, но со сталью все обстоит несколько иначе. Сталь — более прочный и устойчивый к высоким температурам материал, поэтому условия для ее плавления совсем другие. Для чугуна достаточно температуры 1000 градусов Цельсия, в то время как для стали температура поднимается до 2500 градусов Цельсия. Кроме того, на рынке представлены различные материалы, содержащие многочисленные добавки для повышения прочностных свойств стали, в результате чего температура достигает 3000 градусов и более.
Для плавления алюминия и меди достаточно 800 градусов, что возможно благодаря их способности быстро окисляться и низким прочностным характеристикам.
Таким образом, чугун плавится в основном при температуре выше 1 000 градусов Цельсия, при этом точный температурный режим выбирается в зависимости от типа металла, добавок и условий эксплуатации.
Изменения решётки
С увеличением температуры (чугун плавится при температуре 1200 градусов Цельсия) кристаллическая решетка изменяется до жидкого состояния. В этот момент внутренняя энергия металла увеличивается. После достижения температуры более тысячи градусов кристаллическая решетка разрушается. В этот момент поступающая тепловая энергия продолжает ослаблять молекулярные связи. Накопленная в металле энергия увеличивается. Она во много раз превышает ту, которая содержится в кристаллизованном материале.
По окончании нагрева начинается охлаждение металла. Происходит обратный процесс кристаллизации, который идет по дендритному алгоритму. То есть, начиная с точек, которые мотивируют это развитие. Они (дендриты) выступают в качестве предварительных стадий процесса. Кристалл вырастает, так сказать, из центра возникновения. В жидком, но уже остывшем чугуне кристаллизация происходит по принципу дендритной структуры. В этом процессе участвуют дендриты цементита, аустенита и графита. Термодинамически доказано, что шаровидный графит представлен дендритом с секторной слоистой структурой.
Читайте также: Марки нержавеющей стали: химические свойства, классификация, аналоги
(0 голосов, в среднем: 0 из 5) Поделись с друзьями!
Тепловые свойства чугуна
Свойства металла зависят от его термических свойств. Они изменяются в процессе обработки при высоких и низких температурах. Они напрямую зависят от состава сплава.
Теплоемкость
Нагрев — это обработка металла с помощью тепла. Его нагревают до тех пор, пока температура заготовки не повысится на один Кельвин. Это значение зависит от наличия дополнительных компонентов в сплаве и от температуры. Если она высока, то и теплоемкость выше. Средняя теплоемкость:
- Твердый металл — 1 кал/см3Г.
- Расплавленные материал — 1,5 кал/см3Г.
Из этих значений вычисляется соотношение между теплоемкостью и объемом вещества.
Расплавленный металл
Теплопроводность
Этот параметр определяет, насколько хорошо материал может передавать тепловую энергию. Он зависит не только от компонентов сплава, но и от структуры металла. Теплопроводность твердого материала выше, чем расплавленного. Она колеблется в пределах 0,08-0,13 кал/см2 °C для различных видов стали.
Температуропроводность
Эта физическая величина указывает на способность материала изменять температуру тела. Эти значения должны быть учтены при расчете:
- Диапазон теплопроводности для разных марок чугуна. Применимо к твердому материалу.
- Для жидкого металла — 0.03 см2/сек.
Кроме того, необходимо учитывать значение теплоемкости.
При какой температуре плавится чугун
Сталь — это сплав железа, в который добавляется углерод. Основное ее применение в строительстве — прочность, так как это вещество долгое время сохраняет свой объем и форму. Это происходит благодаря тому, что частицы тела находятся в равновесном положении. Притягательные и отталкивающие силы между частицами в этом случае равны. Частицы находятся в четко определенном порядке.
Существует четыре вида этого материала: обычная сталь, легированная сталь, низколегированная сталь и высоколегированная сталь. Они различаются по количеству добавок в своем составе. В нормальной стали их количество невелико, а затем увеличивается. Используются следующие добавки:
Температуры плавления стали
При определенных условиях твердые вещества плавятся, т.е. переходят в жидкое состояние. Каждое вещество делает это при определенной температуре.
Физики используют определенную таблицу плавления и кристаллизации, которая приведена ниже:
Читайте также: Электрическое сопротивление проводника. Инструкция первая Электрическое сопротивление проводника можно найти в следующей таблице.
| Вещество | t,°C | Вещество | t,°C | Вещество | t,°C |
| Алюминий | 660 | Медь | 1087 | Спирт | — 115 |
| Водень | — 256 | Нафталин | 80 | Чугун | 1200 |
| Вольфрам | 3387 | Олово | 232 | Сталь | 1400 |
| Железо | 1535 | Парафин | 55 | Титан | 1660 |
| Золото | 1065 | Ртуть | — 39 | Цинк | 420 |
Используя таблицу, мы можем с уверенностью сказать, что температура плавления стали составляет 1400 °C.
Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь — это один из многих сплавов железа, встречающихся в стали. Она содержит от 15 до 30% хрома, который делает ее устойчивой к ржавчине, образуя на поверхности защитный оксидный слой, и углерод. Самые популярные виды стали поставляются из-за рубежа. Это серии 300 и 400.
Они характеризуются прочностью, устойчивостью к неблагоприятным условиям и пластичностью. Серия 200 менее качественная, но более дешевая. Это является преимуществом для производителя.
Впервые состав стали был замечен в 1913 году Гарри Бреарли, который провел с ней множество различных экспериментов.
В настоящее время нержавеющая сталь делится на три группы:
Температура плавления нержавеющей стали колеблется примерно между 1300 °C и 1400 °C, в зависимости от качества и количества сплавов.
Чугун и сталь
Чугун представляет собой сплав углерода и железа и содержит марганец, кремний, серу и фосфор. Он может выдерживать небольшие напряжения и деформации. Одним из его многочисленных преимуществ является низкая цена для потребителя. Чугун бывает четырех различных типов:
Сталь и чугун имеют разные температуры плавления, как указано в таблице выше. Сталь обладает большей прочностью и устойчивостью к высоким температурам, чем чугун; температура варьируется до 200 градусов. Для чугуна этот показатель составляет от 1 100 до 1 200 градусов Цельсия, в зависимости от содержащихся в нем примесей.
Температура плавления чугуна
Твердость и температура плавления чугуна являются основными характеристиками, определяющими его использование в литейном производстве. В зависимости от своей структуры металл делится на различные типы с разным применением.
Общие сведения
Чугун — это сплав углеродистого железа с небольшим количеством других элементов. Содержание углерода варьируется от 2,14 до 6,0 %. Этот элемент придает металлу твердость, но показатель хрупкости увеличивается с ростом концентрации. Сплав состоит из:
Температура плавления чугуна
Твердость и температура плавления чугуна являются основными характеристиками, определяющими его использование в литейном производстве. В зависимости от своей структуры металл делится на различные типы с разным применением.
Общие сведения
Среди вредных примесей:
Легирующие элементы вводятся в состав металла для придания ему особых свойств.
Температура плавления железа составляет около 1200 градусов Цельсия, что делает его одним из важнейших материалов для литья. Из него изготавливают промышленное оборудование и детали, которые в процессе эксплуатации подвергаются высоким механическим нагрузкам. Термические свойства металла зависят от его состава и структуры и изменяются с повышением температуры. Они варьируются от 60 до 360 градусов Цельсия:
- теплоемкость составляет 0,12-0,148 кал/град;
- температуропроводность – 10,0-15,9 1/град;
- теплопроводность – 0,13-0,11 кал/см*с*град.
Существует несколько типов сплавов, которые различаются по химической форме содержащегося в них углерода:
- при высоких концентрациях углерода образуется цементит – твердый и тугоплавкий материал, состоящий из карбида железа Fe3C;
- при содержании около 2,5% формируется структура пластинчатого графита, хорошо поддающаяся резке.
Белый чугун
Содержит избыток углерода в форме цементита и характеризуется высокой твердостью (до 700-800 НВ) и хрупкостью. При разрушении цементит приобретает светлый цвет, что и дало название категории. Плавление белого чугуна происходит при температуре 1150-1350 °C. Из-за своей нестабильной структуры цементит при более высоких температурах разлагается с образованием аустенита и графита.
Этот металл практически не поддается разрушению и поэтому не используется в качестве строительного материала. Однако некоторые детали требуют высокой поверхностной твердости, которая искусственно создается путем отбеливания, т.е. быстрого охлаждения детали. Для этого проводятся процессы отбеливания:
- коленвалы двигателей;
- валки прокатных станов;
- шары мельниц.
Основное применение белый чугун находит в сталелитейной промышленности. Однако его свойства могут быть радикально изменены путем легирования, так что область применения расширяется.
Полукованный чугун является одной из разновидностей белого чугуна. Содержание углерода в нем составляет 3,5-4,2 %, который частично находится в виде графита. Он характеризуется высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью. Он используется в машиностроении для производства деталей, устойчивых к истиранию.
Серый чугун
Один из самых распространенных и популярных сплавов с содержанием углерода от 2,14 до 3,7%. Он используется в машиностроении благодаря своим хорошим литейным свойствам, например, для производства композитных деталей:
- низкой температуре кристаллизации;
- высокой текучести в жидком состоянии;
- малой усадке.
В структуре сплава углерод присутствует в свободном состоянии в виде пластинчатых или хлопьевидных графитовых включений. При разрушении они приобретают серый цвет. В зависимости от формы графитовых включений определяется качество металла.
1 плюсы минусы чугуна его отличия от стали
Основным компонентом чугунного сплава является железо, а определяющим элементом — углерод, которого содержится не менее 2 %. Другими компонентами являются кремний, фосфор, сера и легирующие добавки.
- по своим прочностным характеристикам чугун не уступает стали;
- чугун долго держит тепло и равномерно его распределяет в окружающую среду, поэтому его используют для изготовления посуды и батарей отопления;
- стойкость к агрессивным средам;
- чугун абсолютно безопасен для экологии природной среды и человеческого здоровья;
- продолжительный срок эксплуатации, свойства материала с годами только улучшаются.
- при постоянном и продолжительном взаимодействии с водой металл покрывается ржавчиной;
- чугун дороже алюминия и стали;
- не все типы чугунных сплавов отличаются практичностью, есть слишком хрупкие, поэтому их применение ограничивается конкретными изделиями.
Основные отличия чугунных сплавов от стали:
- разный процент вхождения углерода;
- у чугуна меньше плотность и твердость;
- чугунные поверхности матовые, поверхность стали блестит;
- из чугуна детали выливают, из стали куют либо сваривают;
- сталь требует закалки;
- удельный вес чугуна меньше, чем у стали.
Еще одно важное различие между сравниваемыми металлами заключается в том, что в черной металлургии чугунный сплав называют предварительным продуктом, а сталь — конечным.
2 характеристики свойства и особенности структуры чугуна
По своей структуре чугун бывает трех типов:
- ферритный;
- перлитный;
- перлитно-ферритный.
Каждый из вышеперечисленных типов чугунных сплавов содержит графит в различном количестве.
Различные типы чугунных сплавов в каждом из трех типов чугунных сплавов имеют различные формы частиц графита:
- шарообразная – минерал обретает форму шара после добавления в состав чугуна магния, что повышает прочностные характеристики материала;
- лепестковая (пластичная) – структура минерала обеспечивает материалу большой запас пластичности, такая форма присуща стандартным видам чугуна;
- хлопкообразная – такая форма минерала получается вследствие отжига белого чугунного, она характерна для ковких сплавов;
- вермикулярная – эта форма присуща серым чугунным сплавам, она способствует улучшению характеристик материала, в т.ч. повышению пластичности.
Никель, алюминий и медь часто добавляются в чугунные сплавы для улучшения качественных характеристик. Эти виды металлов классифицируются как сплавы.
3 производство чугуна области его применения
Основным сырьем для производства чугуна является железная руда, которая выплавляется в больших доменных печах диаметром до 15 м и высотой до 30 м.
Производство чугуна представляет собой поэтапный процесс:
- Сортировка сырья. Материал сортируют по химическому составу и размеру частиц. Достаточно крупные куски природного ресурса дробят, а достаточно мелкие частицы, наоборот, соединяют в более крупные. Одновременно осуществляют обогащение сырья – увеличивают процентное содержание железа, а пустые породы удаляют.
- Подготовка топлива. Используемый кокс очищают от мелких частиц и пыли.
- Подготовка флюса. Очищают от мельчайших частиц и загружают в печь топливо.
- Доменное производство. Загружают в доменную печь кокс-агломерат-кокс. Вдувают горячий воздух для повышения температуры. Благодаря окиси углерода руда восстанавливается, передвигается медленно вдоль печи, пока не образуется жидкий чугун.
В процессе производства доменная печь работает без перерыва. При производстве чугуна марганец, кремний и другие добавки извлекаются одновременно с производством чугуна.
Жидкий чугун также используется в искусстве. Из этого материала отливают памятники, перфорированные ворота и другие декоративные элементы.
- детали для машиностроительной отрасли – тормозные колодки, валы, блоки ДВС и прочие элементы;
- детали для агрегатов, эксплуатируемых при отрицательных температурах;
- элементы конструкций для металлургической отрасли;
- сантехническое оснащение – элементы для систем отопления, ванны и прочее.
