Теплофизические свойства чугуна

Коэффициент линейного расширения α, удельная теплоемкость с и теплопроводность λ зависят от состава и структуры чугуна, а также от температуры. Поэтому значения их приводят в соответствующем интервале температур. С повышением температуры значения α и с обычно увеличиваются, а λ уменьшается (табл 1).

Таблица 1. Теплофизические свойства серого чугуна в зависимости от температуры
Температура, °C α, 1/°C c, Дж/(кг∗°C) λ, Вт/(м∗°C)
60 10,0 502 54,4
160 11,0 523 50,2
260 13,1 553 48,1
360 13,7 586 46,0
510 15,9 620

Коэффициент линейного расширения α и удельная теплоемкость c реальных неоднородных структур, в том числе чугуна, может быть определена по правилу смешения:

alpha~и л и~c = {a_1 x_1 + a_2 x_2 + ... + a_n x_n} / {a_1 + a_2 + ... + a_n}

где x1, х2, ..., хnα или c структурных составляющих (табл. 2);
a1, a2, ..., an — количественное содержание их.

Таблица 2. Теплофизические свойства структурных составляющих чугуна
Структурная составляющая α100200, 1/°C c1000,Дж/(кг∗°C) λ0100Вт/(м∗°C)
Феррит 12,0-12,6 460-470 72,8-75,5
Аустенит 18-19 502 41,8
Цементит 6,0-6,5 615 49,0
Перлит 10,0-11,6 486 50,3-51,9
Графит 1,4-3,7 795 355,8

Теплопроводность сплавов и смесей в отличие от коэффициента α и теплоемкости c не может быть определена по правилу смешения. Влияние отдельных элементов на теплопроводность расчетным путем можно установить лишь приближенно.

На коэффициент α и удельную теплоемкость с влияет главным образом состав чугуна, а на теплопроводность λ — степень графитизации, дисперсность структуры, неметаллические включения и т. п.

Коэффициент линейного расширения определяет не только изменения размеров в зависимости от температуры, но и напряжения, образующиеся в отливках. Уменьшение α является полезным с этих позиции и облегчает условия получения качественных отливок. Но в случае совместной работы чугунных деталей с деталями из цветных сплавов или других материалов, имеющих больший коэффициент линейного расширения, приходится стремиться к увеличению значения α для чугуна.

Теплоемкость и теплопроводность имеют большое значение для таких отливок, как отопительные трубы, изложницы, детали холодильных установок и двигателей внутреннего сгорания и т.д., так как определяют равномерность распределения температуры в отливках и интенсивность отвода теплоты.

В табл. 3 приведены теплофизические свойства чугунов различных групп.

Таблица 3. Теплофизические свойства чугуна
Чугун α20100∗106, 1/°C c20100, Дж/(кг∗°C) c201000, Дж/(кг∗°C) λ20100, Вт/(м∗°C)
Серый с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412-85):
СЧ10-СЧ18 10-11 502-544 586-628 46,0-54,4
СЧ20-СЧ30 10-11 502-544 586-628 41,8-50,2
СЧ35 11,5-12,0 502-544 628-670 37,6-46,0
Высокопрочный (ГОСТ 7293-85):
ВЧ 35-ВЧ 45 11,5-12,5 460-502 586-628 37,6-46,0
ВЧ 60-ВЧ 80 10-11 502-523 628-670 33,5-41,9
ВЧ 100 9-10 523-565 628-670 29,3-37,6
Ковкий (ГОСТ 7769-82):
КЧ 30-6/КЧ 37-12 10,5-11,0 460-511 586-628 54,4-62,8
КЧ 45-5/КЧ 65-3 10,3-10,8 527-544 628-670 50,2-54,4
Легированный (ГОСТ 7769-82)
никелевый ЧН20Д2Ш 17-19 460-502 17,4
с 35-37% Ni 1,5-2,5
хромистый:        
ЧХ16 32,5 *1
ЧХ22 25,5 *1
ЧХ28 9-10 17,4 *1
ЧХ32 9-10 19,8 *1
кремнистый:        
ЧС5 14-17 *2 21,0 *3
ЧС15, ЧС17 4,7 *1 10,5
алюминиевый:        
ЧЮ22Ш 17,5 *1 15,1-28,0 *3
ЧЮ30 22-23 *2
*1В интервале 20-200 °C.
*2В интервале 20-900 °C.
*3В интервале 20-500 °C.

Коэффициент линейного расширения α

Коэффициент линейного расширения α. Наибольшее влияние на коэффициент α оказывает углерод, в особенности в связанном состоянии. Одному проценту углерода соответствует примерно в 5 раз большее количество цементита, чем графита. Поэтому графитизирующие элементы (Si, Al, Ti, Ni, Сu и др.) повышают, а антиграфнтизирующие (Cr, V, W, Мо, Мn и др.) уменьшают коэффициент линейного расширения,

Наибольшим значением α отличаются аустенитные никелевые чугуны, а также ферритные алюминиевые чугуны типа чугаль и пирофераль. Поэтому при достаточно высоком содержании Ni, Сu, Мn значение α; резко увеличивается. Однако при содержании Ni>20% α понижается : и достигает минимума при 35—37 % Ni. Форма графита существенно влияет на коэффициент линейного расширения лишь при низких температурах; α высокопрочного чугуна с шаровидным графитом несколько выше, чем α чугуна с пластинчатым графитом.

Удельная теплоемкость чугуна

Удельная теплоемкость с чугуна, как и железа, увеличивается с повышением температуры (см. табл. 2) и характеризуется скачкообразным повышением при фазовом превращении Feα→Feλ; затем удельная теплоемкость чугуна резко падает, но с дальнейшим повышением температуры вновь увеличивается.

Графитизация понижает удельную теплоемкость чугуна; отсюда с белого; чугуна несколько выше, чем серого и высокопрочного (см. табл. 4).

Теплопроводность чугуна.

Теплопроводность чугуна в большей мере, чем другие физические свойства, зависит от структуры, ее дисперсности и мельчайших загрязнений, т. е. является структурно-чувствительным свойством.

Графитизация повышает теплопроводность; следовательно, элементы увеличивающие степень графитизации и размер графита, повышают, а элементы, препятствующие графитизации и увеличивающие дисперсность структурных составляющих, понижают. Указанное влияние графитизация меньше для шаровидного графита (см. табл. 4).

Форма графита, его выделение и распределение также влияют на теплопроводность. Например, высокопрочный чугун имеет более низкую теплопроводность, чем серый чугун. Теплопроводность чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ) выше, чем у ЧШГ, и близка к λ серого чугуна с пластинчатым графитом.

Высоколегированные чугуны характеризуются, как правило, более низкой теплопроводностью, чем обычные.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.