Температура плавления чугуна

В металлургической отрасли существует структурное разделение чугуна на три основных типа: перлитный, ферритный и перлитно-ферритный. Все эти типы характеризуются наличием графита в своей структуре, однако процентное содержание этого элемента варьируется, что, в свою очередь, оказывает влияние на физические свойства и применение чугуна.

При какой температуре плавится чугун: что влияет на процесс

При какой температуре плавится чугун? В среднем температура плавления чугуна составляет около +1200 °C. Тем не менее, более конкретное значение назвать трудно, поскольку температура плавления зависит от типа чугуна и от добавок, присутствующих в его составе. Эти добавки обычно определяют особенности процесса нагревания металла и его дальнейшей обработки.

Где используется чугун? Чугун обладает исключительно хорошими физическими показателями, такими как вязкость и прочность. Изделия из этого металла находят применение в строительной сфере, машиностроении, химической промышленности, а также в быту.

Из этого материала вы узнаете:

• Основные виды чугуна;
• Производство чугуна и сферы его применения;
• Факторы, влияющие на температуру плавления чугуна;
• Сравнение процесса плавления чугуна с другими металлами;
• Часто задаваемые вопросы о температуре плавления чугуна.

Основные виды и маркировка чугуна

Чугун представлен несколькими разновидностями, которые получаются с помощью добавления различных легирующих элементов. Эти элементы в свою очередь изменяют характеристику материала. Используются легирующие агенты, такие как алюминий, хром, ванадий и никель, а также другие добавки, которые влияют на свойства сплава. Благодаря добавкам каждый тип сплава имеет свою индивидуальность, и конечные свойства материала зависят от его конкретного состава.

Для получения прочного материала частицы графита обрабатываются специальным образом, чтобы они принимали сферическую форму в кристаллической структуре. В такие сплавы дополнительно вводят магний, кальций или церий.

Свойства чугуна в значительной степени определяются его термическими характеристиками. Процессы термообработки при высоких и низких температурах изменяют эти характеристики, влияя на твердость, прочность, пластичность и другие физические параметры. Это позволяет создавать материалы с разнообразными свойствами, адаптируя их под конкретные условия эксплуатации.

Теплоемкость

Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры заготовки на один градус Цельсия. Значение этого параметра зависит как от состава сплава, так и от температуры; чем она выше, тем больше теплоемкость.

Приблизительные значения теплоемкости для чугуна:

• Для твердого чугуна – 1 кал/°C;
• Для расплавленного чугуна – 1,5 кал/°C.

Эти данные используются для расчёта соотношения теплоемкости и объема вещества.

Теплопроводность

Теплопроводность – это параметр, который характеризует способность материала передавать тепловую энергию. Этот показатель зависит как от состава сплава, так и от его структуры. Твердые вещества, как правило, имеют более высокую теплопроводность, чем их расплавленные аналоги. У различных марок чугуна значение теплопроводности колеблется от 15 до 100 Вт/(м·К).

Температуропроводность

Температуропроводность – это характеристика, отражающая способность материала изменять свою температуру. При этом принимается во внимание и коэффициент теплоемкости.

Маркировка чугуна может быть следующей:

• П1, П2 – передельный чугун для сталеплавильного производства, который предназначен для дальнейшего переплавления в сталь или обработки в чугунолитейных цехах;
• ПЛ1, ПЛ2 – передельный чугун для литейного производства, используемый для последующего переплавления в сталь или обработки;
• ПФ1, ПФ2, ПФ3 – передельный фосфористый чугун, служащий для переработки в сталь или для литейного производства;
• ПВК1, ПВК2, ПВК3 – передельный высококачественный чугун, который применяется для производства стали или других форм чугуна;
• СЧ – чугун с перлитной структурой, содержащий пластинчатый графит;
• АЧС-1,-2,-3/АЧВ-1,-2/АЧК-1,-2 – антифрикционный чугун с различными типами графита;
• ЧН/ЧВ – никелевый низколегированный и марганцевый высоколегированный чугуны, устойчивые к износу;
• Шаровидный графит для отливки маркируется как ВЧ и обозначается числовыми значениями, которые указывают на предел кратковременной прочности и относительное удлинение.

От чего зависит температура плавления и на что она влияет?

Температура плавления чугуна зависит не только от его химических и физических свойств, но и от различных добавок и примесей. К числу основных добавок относятся:

• Магний. Добавление магния меняет структуру материала на шаровидную, что увеличивает прочностные характеристики и твердость заготовки. Таким образом, чугун с высокой концентрацией магния требует гораздо более высоких температур для плавления.
• Марганец замедляет процесс графитизации, что повышает огнестойкость чугуна и, следовательно, температуру, необходимую для его плавления.
• Фосфор увеличивает износостойкость и прочность чугуна, что делает его плавление более сложным.

Показатели для различных видов чугуна

Температура плавления чугуна может варьироваться в зависимости от его типа. Независимо от разновидности, этот материал демонстрирует отличные литейные свойства и замечательную жидкотекучесть. Это выделяет его среди стали и других металлов, упрощая процесс плавления. Литейный чугун, например, имеет температуру плавления около 1000 градусов.

Для сварочных работ обычно используются специальные флюсы, применяемые в виде пасты.

Температура плавления чугуна, содержащего частицы графита, значительно выше. Наличие графитовых компонентов улучшает термостойкость материала, и для его плавления потребуется не менее 1500 градусов.

Полусинтетический чугун следует выделить отдельно, так как он плавится только при переплавке шихты. Температурные параметры в этом случае также составляют порядка 1400-1500 градусов, а процесс плавления обеспечивает образование шлаковых покровов.

Белый чугун плавится сравнительно легче благодаря наличию углерода в форме карбида, что придаёт ему хрупкость и облегчает обработку. Именно по этой причине белый чугун зачастую не используется в промышленности без добавления легирующих элементов.

Серый чугун, напротив, более труден в обработке из-за высокого содержания углерода, что защищает его от поломки и увеличивает прочностные характеристики. Ковкий чугун же, благодаря большому количеству графитовых зерен, отличает высокая прочность, однако для его плавления потребуется температура 2000 градусов и выше.

В чем отличия чугуна и стали

Основными элементами как чугуна, так и стали является железо, но благодаря различиям в количественном составе углерода и других примесей, между ними существуют заметные различия. К таким различиям можно отнести:

• Чугун отличается большей хрупкостью и не поддаётся ковке, в то время как изделия из стали формируются методом ковки, прессования и проката;
• Сталь имеет лучшую теплопроводность и большую плотность, а между её частицами отсутствует пористая структура, что не характерно для чугуна;
• Чугун как материал считается менее прочным. Несмотря на многочисленные применения, он считается первичным продуктом металлургии, в отличие от стали, которая является конечным;
• Изделия из стали чаще всего имеют глянцевую поверхность, в то время как чугунные обладают матовым черным цветом;
• Чугун обладает лучшей жидкотекучестью в расплавленном состоянии;
• Удельный вес стали больше, что также влияет на её температуру плавления, которая выше по сравнению с чугуном.

Преимущества и недостатки чугуна

Как и любой другой материал, чугунные изделия имеют свои преимущества и недостатки.

К преимуществам изделий из чугуна относятся:

• Способность долго удерживать тепло благодаря своей пористой структуре;
• Экологичность, устойчивость к воздействиям различных щелочей и кислот, и малый риск коррозии;
• Долговечность и износостойкость продукта, высокая теплоотдача;
• Устойчивость к температурным перепадам, структура не разрушается;

Недостатками чугуна являются:

• Большой вес изделий;
• Повышенная хрупкость, требующая осторожного обращения с деталями;
• Появление ржавчины при длительном контакте с влагой.

Температура плавления чугуна

Твердость и температура плавления чугуна являются основными характеристиками, которые определяют его применение в литейной промышленности. На основе структуры металл подразделяется на несколько видов, каждый из которых имеет своё назначение.

Общие сведения

Среди вредных примесей, которые могут оказать влияние на свойства материала, легируются специальные элементы для улучшения характеристик чугуна.

Температура плавления чугуна колеблется около 1200 градусов, что делает его одним из основных литейных материалов. Чугун находит широкое применение в производстве компонентов и агрегатов, подверженных высоким механическим нагрузкам в процессе эксплуатации. Тепловые характеристики данного металла зависят от его состава и структуры и меняются с повышением температуры в диапазоне от 60 до 360 градусов:

• теплоемкость составляет от 0,12 до 0,148 кал/град;
• температуропроводность — от 10,0 до 15,9 1/град;
• теплопроводность — от 0,13 до 0,11 кал/см*с*град.

Чугун имеет разные виды, которые различаются по химической форме углерода, содержащемуся в них:

• при высоком содержании углерода формируется цементит, характеризующийся высокой твердостью;
• при проценте углерода около 2,5% образуется структура пластинчатого графита, который имеет хорошие резательные характеристики.

Белый чугун

Белый чугун содержит углерод в избыточном количестве, представленном в форме цементита, и отличается высокой твердостью (до 700-800 НВ) при значительной хрупкости. Судя по его названию, он белый на изломе из-за наличия цементита. Температура плавления белого чугуна составляет 1150-1350 градусов. Из-за неустойчивости структуры при температуре выше этого на поверхности образуется аустенит и графит.

Металл почти не поддается никакой обработке и редко используется в качестве конструкционного материала. Тем не менее, высокая поверхностная твердость, необходимая для определенных деталей, может быть достигнута с помощью быстрого охлаждения, называемого отбеливанием. Операции отбеливания применяются, например, к:

• коленчатым валам двигателей;
• валкам прокатных станов;
• шаровым мельницам.

Основное использование белого чугуна – это сталелитейное производство. Тем не менее, с помощью легирования можно существенно изменить его свойства и расширить область применения.

Половинчатый чугун, разновидность белого, имеет содержание углерода от 3,5% до 4,2%, часть которого находится в виде графита. Этот чугун хорошо справляется с механическими нагрузками и износом, поэтому его чаще всего применяют в машиностроении, особенно для деталей, подверженных постоянному трению.

Серый чугун

Серый чугун — один из самых распространенных сплавов, его содержание углерода колеблется от 2,14% до 3,7%. Он отличает хорошими литейными свойствами и широко используется в производстве сложных деталей благодаря:

• низкой температуре кристаллизации;
• высокой текучести в расплавленном состоянии;
• небольшой усадке при охлаждении.

В составе серого чугуна углерод находится в свободном состоянии в форме пластинчатых или хлопьевидных графитовых включений, которые на изломе имеют серый цвет. Марка чугуна определяется формой графитовых включений.

Что представляет собой чугун?

Слово «чугун» имеет тюркское происхождение, а технология его изготовления стала известна на территории Китая еще в X веке. Первоначально китайцы использовали его для чеканки монет, однако вскоре эти монеты вытеснила более практичная бронза.

Объём производства чугуна значительно увеличился после 1900 года, достигнув 18 миллионов тонн к 2010 году, а в 2020 году это значение превысило 1 300 миллионов тонн.

1) Плюсы и минусы чугуна и его отличия от стали

Чугун стоит рассматривать как сплав железа с углеродом, при этом содержание углерода составляет около 2,1%.

Преимущества чугуна	Недостатки материала
Некоторые виды сплавов на основе железа с углеродом демонстрируют повышенные характеристики прочности, что ставит чугун на одну ступень со сталью.	Длительный контакт с водой приводит к образованию ржавчины, которую трудно очистить.
Чугун равномерно распределяет тепло при нагревании и долго удерживает его, что делает его крайне популярным в быту.	Высокая стоимость в сравнении с аналогами, такими как алюминий и сталь.
Чугун представляет собой экологически чистый продукт.	Низкие эксплуатационные качества, особенно для серого чугуна.
Высокие гигиенические показатели, а также стойкость к щелочно-кислотной среде.	Белый чугун слишком хрупок, и большинство его сырья используется для переплавки.
С возрастом чугун лишь улучшает свои свойства, что делает его изделия долговечными.

Чугун находится в сфере черной металлургии и по своим характеристикам довольно близок к стали, что делает его сравнение со сталью оправданным, учитывая их основные сплавы.

Отличия чугуна от стали:

• Чугун стоит дешевле.
• Имеет темную поверхность.
• Проще поддаётся литью, но сложнее ковать и сваривать.

Чугун как структурный материал представляет собой пористую матрицу с вкраплениями графита. Судя по структуре, он состоит из трёх компонентов: графита с высокой пластичностью, перлита и ледебурита. Пропорции исследуемых элементов варьируются в зависимости от типа чугуна.

Вид чугуна	Особенности	Популярность (из 5 ★)
Белый	Исходный материал для получения других типов чугана; углерод находится в связанном виде (Fe3C). Изменение содержания углерода меняет подгруппу белого чугуна — от 4.2% образуются эвтектические структуры, и они неустойчивые при содержания более 4.2%.	★★★
Серый	Сначала сплав включает железо, углерод и кремний (1%-3.5%). Углерод в виде графита в пластичной форме. При изломе чугун имеет серый цвет.	★★★★
Ковкий	Получен путём отжига белого чугуна, его структура является хлопьяобразной. Основу составляют феррит и иногда перлит. Высокая пластичность — это причина названия; имеющие свойства прочности и устойчивости к ударам.	★★★★★
Половинчатый	Содержит углерод в двух формах: графит и цементит. Характеризуется хлопьяобразной структурой. Имеет высокую износостойкость, часто используется в условиях трения.	★★★★
Высокопрочный	Содержит шарообразный графит, получаемый при кристаллизации; высокопрочный к сжатию, обладает хорошими литейными свойствами, износостойкостью и легко поддаётся механической обработке.	★★★

Чугун: какова температура его плавления?

Теперь рассмотрим различные температуры, которые необходимы для плавления чугуна в его различных формах. Мы пришли к выводу, что производить чугун в домашних условиях из-за технологических особенностей достаточно сложно, но знание его основных свойств является жизненно важным для работы на металлургических заводах.

1) Тепловые свойства сплава

Каждый металл изменяет свои физические свойства при воздействии высоких и низких температур, которые могут зависеть от вкрапленных примесей. Для чугуна это такие элементы, как магний, марганец, кремний, сера, фосфор и другие. Иногда легированные материалы добавляются для изменения свойств чугуна в 3-5 раз.

Основные характеристики чугуна представлены на рисунке выше, а более детальная информация о его тепловых свойствах приведена в таблице ниже. Мы рассмотрим три основных параметра (кроме температуры плавления) – теплоемкость, теплопроводность и температуропроводимость.

Свойство	Характеристика
Теплоемкость	Теплоемкость — это изменение температуры чугунной заготовки на один Кельвин во время тепловой обработки. Это свойство зависит от компонентов сплава и температуры их применения. С повышением температуры значение теплоемкости также увеличивается. У твердого чугуна – 1 кал/см³·°C, у расплавленного – 1.5 кал/см³·°C. Эти данные помогают понять соотношение теплоемкости к объему вещества.
Теплопроводность	Этот параметр показывает, насколько хорошо металл проводит тепловую энергию. В случае чугуна он зависит от содержания добавок и структуры материала. Теплопроводность твердых форм чугуна выше, чем у расплавленных, и варьируется от 0,08 до 0,13 кал/см·с.
Температуропроводимость	Этот параметр отвечает за способность материала изменять свою температуру. При расчетах принимается во внимание диапазон теплопроводности для различных марок чугуна. Для жидкого чугуна этот показатель составляет около 0.03 см²/сек. В дополнение к расчетам добавляется и WärmeKapazität.

Реже рассматривается коэффициент теплового расширения, который меняется в зависимости от типа чугуна, в частности от содержания углерода.

Детальную информацию о порядке создания чугуна и его применении можете найти в следующем видеоролике:

2) Температура плавления чугуна серого и белого

Чугун превосходит сталь в плане литейных свойств: усадка составляет менее 1%, и на низкой текучести. Эти показатели позволяют заливать сплав в формы при температуре на 350-400 градусов ниже, чем при плавлении стали.

Температура плавления различных типов чугуна:

• серый чугун – 1250 градусов;
• белый чугун – 1350 градусов.

Температура плавления для отливки форм составляет около 1400-1450 градусов Цельсия.

Если вы планируете плавить чугун самостоятельно, учтите, что вам потребуется специализированное помещение площадью не менее 20 квадратных метров. Доменную печь можно заменить индукционной. Материалы плавят в тиглях, при использовании флюсов, а готовая смесь заливается в формы из песка и из металла, способных выдержать высокие температуры.