Чугун: виды, марки, плотность, удельный вес и масса

Чугун — это один из распространённых и хорошо изученных сплавов в металлургии. Давно известный человеку и простой в изготовлении этот материал находит применение во всех отраслях народного хозяйства. На первый взгляд, он не покажется особо ценным: твёрдый, но хрупкий металл нельзя использовать так же, как сталь. Но объем его выплавки до сих пор весьма значителен.

Химический состав

Этот металл представляет собой сплав железа и углерода, который содержит небольшое количество примесей. Процентное содержание железа достигает уровня более 90%. А также присутствуют кремний, фосфор, марганец и сера. Углерода — не менее 2,14%. Он определяет свойства всего соединения.

Роль углерода

Прежде всего углерод даёт твёрдость. Именно углерод формирует прочностные характеристики сплаву, который является отличным материалом для литейного производства. Но он же снижает пластичность и ковкость.

Поэтому твёрдый, но хрупкий металл имеет ограниченную область применения. В основном это металлургия, машиностроение, автомобилестроение, производство тяжёлой специальной техники, коммунальное хозяйство и промышленный дизайн.

В составе чугуна углерод присутствовать в разных формах: как цементит (Fe 3 C), или графит (пластинчатый, сферического, хлопьевидный). Графит в значительной степени определяет свойства этого материала, который в настоящее время подразделяется на следующие виды:

  1. Серый.
  2. Высокопрочный.
  3. Ковкий.
  4. Белый.
  5. Половинчатый.

Виды чугуна

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

  • Самым распространённым является серый чугун. Он имеет высокую прочность, малую усадку, низкую температуру кристаллизации, хорошо обрабатывается. Из него получаются качественные корпуса и детали для машиностроения (поршни, цилиндры, корпуса котлов и запорной арматуры). А также хорошо себя зарекомендовали чугунные детали, работающие с безударной нагрузкой: станины станочного парка, различные валы и шкивы. Содержание углерода — от 2,4 до 3,8%. Маркировка — СЧ.
  • Высокопрочный чугун (ВЧ) получают с помощью специальной термообработки и добавлению присадок (легирование). Графит в нём имеет шаровидную форму и при плавке соединяется с элементами кристаллической решётки железа. Это даёт улучшение механических свойств, что позволяет изготовить надёжные коленчатые валы, крышки цилиндров, литые трубы и отопительные приборы. По своим характеристикам этот вид приближается к некоторым маркам стали.
  • Ковкий чугун идёт на изготовление художественных изделий, металлического декора, но главным образом на производство коллекторов и производство деталей сельхозтехники и автомобилей, которым приходится работать в сложных условиях. Наряду с другими, он используется в электротехнической промышленности. Этот сплав представляет собой разновидность белого.
  • Белый чугун. Назван так из-за характерного белого цвета в месте разломов. Содержит около трёх процентов углерода в виде карбида и цементита. Хрупок и ломок, поэтому применяется при изготовлении деталей, не подвергающихся особым нагрузкам.
  • Переходной стадией между СЧ (серым) и БЧ (белым) является половинчатый чугун. В нём графит и карбид присутствуют в равных долях, при общем содержании углерода 3,5—4,15%. Материал применяется при производстве деталей, работающих в условиях трения.

Свойства и характеристики

Плотность чугуна колеблется в пределах от 2019 до 2019 г/см 2. Из-за присутствия графита она значительно меньше, чем плотность стали — примерно на 8—10%. Плотность также зависит от содержания магния, кремния и углерода.

Модификаторы могут значительно увеличить плотность, которая повышает антикоррозионную стойкость материала. Эта особенность учитывается при изготовлении канализационных труб, крышек люков и пр.

Удельный вес чугуна во многом зависит от способа выплавки и применяемых модификаторов. Даже в изделии (болванке) показатели удельного веса в верхней и нижней её части разнятся на несколько процентов. Немаловажно содержание графита и условия первичной кристаллизации металла. Среднее значение варьируется в пределах от 7,1 до 7,5 г/см 2.

Другие характеристики, такие как масса чугуна в изделии, пластичность зависят от технологии производства. Неизменной остаётся теплопроводность — 2019 градусов Цельсия.

Интересные факты о чугуне

Интересная информация о чугуне заключается в следующем:

  • Не встречается в природе, это сплав.
  • Впервые получен китайцами.
  • В обороте, некоторое время ходили чугунные монеты.
  • В Россию, технология производства, попала через мастеров Золотой Орды.
  • Англичане построили чугунный мост в XVIII веке.
  • Главный мировой производитель — КНР.
  • Предметы домашнего обихода (сковороды, кастрюли, утюги) с незначительными изменениями используются многие столетия.

Актуальность чугуна

Со времени получения первого железоуглеродистого сплава прошло не менее полутора тысяч лет. Казалось бы, новейшие технологии научно-технического прогресса должны были полностью вытеснить его. Но нет.

Простой и надёжный, чугун и сейчас незаменим во многих сферах деятельности человека. И в отдельных случаях его предпочитают новым, более «продвинутым» материалам.

Чугунная ванна может быть показателем хорошего материального положения у представителя среднего класса. Кованая ограда особняка характеризует хозяина не только, как богача, но и как человека с определённым художественным вкусом. А знаменитое каслинское литье ставится искусствоведами в один ряд с лучшими образцами художественного ваяния.

     Чугун представляет собой сплав углерода с железом, а также другими дополнительными элементами. Содержание углерода в чугуне не должны быть ниже 2,14 процентов. Чугун отличный материал для изготовления деталей литейного типа и использования при малых динамических нагрузках и невысоких напряжениях.

     По сравнению со сталью, чугун отличается небольшой стоимостью и отличными литейными свойствами. Он также хорошо обрабатывается, чем большая часть сталей, однако, плохо сваривается и обладает меньшей прочностью, пластичностью и жесткостью.

Таблица удельного веса чугуна

    Так как, чугун является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом его средний удельный вес известен. Этот параметр составляет: для серого чугуна от 6,6 до 7,8 г/см3, для белого от 7,0 до 7,8 г/см3.

     Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями таких параметров, как вес чугуна, удельный вес чугуна, а также эти значения в зависимости от единиц исчисления.

Удельный вес и вес 1 м3 чугуна в зависимости от единиц измерения

Материал Удельный вес (г/см3) Вес 1 м3 (кг)
Чугун белого типа От 7 до 7,8 От 2019 до 7800
Чугун серого типа От 6,6 до 7,8 От 2019 до 7800

Свойства чугуна

     Содержание углерода в составе придает сплаву повышенной твердости, снижая при этом вязкость и пластичность. Углерод может применятся двух типов: графита и цементита. Чугуны содержат примеси постоянного типа, такие как марганец, кремний, фосфор и сера, а также, редко, элементы легирующего типа, такие как никель, алюминий, хром, ванадий и другие.

     Температура плавления чугуна составляет от 2019 до 2019 градусов Цельсия, что является на 300 градусов Цельсия ниже чем у железа чистого типа.

Виды чугуна

     В зависимости от количества цементита и формы графита различают четыре вида чугуна:

  • Белый чугун. Углерод в составе этого вида находится в состоянии связанного типа. Этот чугун обладает светлыми тоннами благодаря светлому цементиту в составе. Этот вип подразделяется на эвтектичексие, в составе 4,3 процента углерода и заэвтектические, в составе от 4,3 до 6,67 процентов углерода. Данный вид применяется для изготовления путем обжига ковких чугунов.
  • Серый чугун. Этот вид представляет собой сплав от 1,2 до 3,5 процентов кремния, остальное — железо и углерод, а также различные примеси серы, марганца и фосфора. Практически весь кислород в сером чугуне находится в состоянии пластинчатой формы. Обладает ярко выраженным серым цветом.
  • Ковкий чугун. Данный вид получается благодаря дополнительному обжигу белого чугуна, в результате образуется графит хлопьевидного типа. Для металлической основы служат перлит и феррит. Название данный вид получил благодаря повышенным характеристикам вязкости и пластичности, а также повышенной прочности и большим сопротивлением к ударам. Из этого випа изготавливаются детали сложного типа, такие как: тормозные колодки, угольник, тройники и картеры для заднего моста автомобилей.
  • Высокопрочный чугун. В состав этого вида входит графит шаровидного типа, образованный в процессе кристаллизации. Этот вид графита не так сильно ослабляет основу из металла и не концентрирует напряжение.
  • Чугунные

    Чугунные радиаторы отопления размеры

    Чугунная гармошка как-то быстро стала исчезать из наших квартир и домов, уступая место новым радиаторам отопления, изготовленным из других металлов. И, казалось бы, ее времена прошли, но этот радиатор стал видоизменяться. Производители не стали убирать Read more…

    Чугунные

    Старые батареи отопления

    Природа рационально распоряжается своими ресурсами, и каждая ее составляющая проживает несколько жизней – тот же кленовый листочек сначала служит дереву органом «дыхания», перерабатывая углекислый газ с помощью солнечного света в кислород, а потом, когда отработает Read more…

    Чугунные

    Чугунная батарея вес

    Достоинства моделей Популярность и востребованность чугунных радиаторов обусловлена имеющимися у них преимуществами, которыми не обладают современные модели отопительных приборов. Одно из главных достоинств батарей из чугуна — это длительный срок эксплуатации. Производители заявляют, что продолжительность Read more…