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.

В первой таблице представлены плотности чистых металлов: алюминий, медь, никель, молибден и др. Скачать таблицу можно по этой ссылке

Во второй таблице представлены плотности сталей, чугунов и некоторых цветных сплавов, в т.ч. алюминиевых медных, титановых сплавов и т.д. Скачать таблицу с плотностями сталей, чугунов и цветных сплавов можно по этой ссылке

Плотность — это физическая величина, которая определяет отношение массы тела к занимаемому этим телом объему. Различают истинную плотность, которая не учитывает пустоты в теле и удельную плотность, которая рассчитывается, как отношение массы тела к его реальному объему

Таблица 1 — Плотности металлов

Металл Плотность, г/см3
Алюминий 2,7
Ванадий 6,11
Висмут 9,8
Вольфрам 19,3
Железо 7,8
Золото 19,3
Кобальт 8,8
Кремний 2,3
Магний 1,74
Медь 8,93
Молибден 10,2
Никель 8,91
Ниобий 8,4
Олово 7,29
Свинец 11,35
Серебро 10,5
Тантал 16,6
Титан 4,5
Хром 7,2
Цинк 7,13

Таблица 2 — Плотности сталей, чугунов и некоторых цветных сплавов

Марка сплава Плотность, г/см3
Плотность некоторых конструкционных сталей
10 7,85
60 7,8
30ХГС 7,85
45Х 7,82
Плотность некоторых инструментальных сталей
У8 7,84
Р9К10 8,3
Х12М 7,7
Плотность сплавов чугуна
СЧ10 6,8
СЧ35 7,4
ЧВГ30 7,0
Плотность нержавеющих и коррозионостойких сталей
08Х18Н10 7,9
08Х13 7,76
20Х13 7,67
95Х18 7,75
Плотность некоторых алюминиевых сплавов
АЛ6 2,75
АК12 2,65
АК7ч 2,66
Д16 2,77
АК4-1 2,8
Плотность бронзовых сплавов
БрО10 8,8
БрС30 9,54
БрБ2 8,2
Плотность некоторых медно-никелевых сплавов
ВТ20 4,45
ОТ4 4,55
ВТ1-0 4,5

Быстрая

резка металла лазером цена

снижена на 15 процентов.

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…

Плотность — физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему:

Плотности некоторых твердых тел
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Твердое тело ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Твердое тело ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Осмий 22 600 22,6 Мрамор 2700 2,7
Иридий 22 400 22,4 Стекло оконное 2 500 2,5
Платина 21 500 21,5 Фарфор 2 300 2,3
Золото 19 300 19,3 Бетон 2 300 2,3
Свинец 11 300 11,3 Кирпич 1 800 1,8
Серебро 10 500 10,5 Сахар-рафинад 1 600 1,6
Медь 8 900 8,9 Оргстекло 1 200 1,2
Латунь 8 500 8,5 Капрон 1 100 1,1
Сталь, железо 7 800 7,8 Полиэтилен 920 0,92
Олово 7 300 7,3 Парафин 900 0,90
Цинк 7 100 7,1 Лёд 900 0,90
Чугун 7 000 7,0 Дуб (сухой) 700 0,70
Корунд 4 000 4,0 Сосна (сухая) 400 0,40
Алюминий 2 700 2,7 Пробка 240 0,24

Плотности некоторых жидкостей
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Жидкость ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Жидкость ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Ртуть 13 600 13,60 Керосин 800 0,80
Серная кислота 1 800 1,80 Спирт 800 0,80
Мёд 1 350 1,35 Нефть 800 0,80
Вода морская 1 030 1,03 Ацетон 790 0,79
Молоко цельное 1 030 1,03 Эфир 710 0,71
Вода чистая 1000 1,00 Бензин 710 0,71
Масло подсолнечное 930 0,93 Жидкое олово(при t = 400ºC) 6 800 6,80
Масло машинное 900 0,90 Жидкий воздух(при t = -194ºC) 860 0,86

Плотности некоторых газов
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Газ ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3 Газ ρ, кг / м 3 ρ, г / cм 3
Хлор 3,210 0,00321 Оксид углерода (II)(угарный газ) 1,250 0,00125
Оксид углерода (IV)(углекислый газ) 1,980 0,00198 Природный газ 0,800 0,0008
Кислород 1,430 0,00143 Водяной пар (приt = 100ºC) 0,590 0,00059
Воздух (при 0ºC) 1,290 0,00129 Гелий 0,180 0,00018
Азот 1,250 0,00125 Водород 0,090 0,00009

Другие заметки по химии

Таблицы плотности металлов и сплавов

Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката. Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе — удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.

Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.

В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа. Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления. Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа — 2019 кг/м3.

Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности — 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа. К черным металлам в таблице относятся железо, марганец, титан, никель, хром, ваннадий, вольфрам, молибден, и черные сплавы на их основе, например, нержавеющие стали (плотность 7,7-8,0 г/см3), черные стали (плотность 7,85 г/см3) в основном используют , чугун (плотность 7,0-7,3 г/см3). Остальные металлы считаются цветными, а также сплавы на их основе. К цветным металлам в таблице относятся следующие виды:

− легкие — магний, алюминий;

− благородные металлы (драгоценные) — платина, золото, серебро и полублагородная медь;

− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.

Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления

Наименование металла, обозначение Атомный вес Температура плавления, °C Удельный вес, г/куб.см
Цинк Zn (Zinc) 65,37 419,5 7,13
Алюминий Al (Aluminium) 26,9815 659 2,69808
Свинец Pb (Lead) 207,19 327,4 11,337
Олово Sn (Tin) 118,69 231,9 7,29
Медь Cu (Сopper) 63,54 1083 8,96
Титан Ti (Titanium) 47,90 1668 4,505
Никель Ni (Nickel) 58,71 1455 8,91
Магний Mg (Magnesium) 24 650 1,74
Ванадий V (Vanadium) 6 1900 6,11
Вольфрам W (Wolframium) 184 3422 19,3
Хром Cr (Chromium) 51,996 1765 7,19
Молибден Mo (Molybdaenum) 92 2622 10,22
Серебро Ag (Argentum) 107,9 1000 10,5
Тантал Ta (Tantal) 180 3269 16,65
Железо Fe (Iron) 55,85 1535 7,85
Золото Au (Aurum) 197 1095 19,32
Платина Pt (Platina) 194,8 1760 21,45

При прокате заготовок из цветных металлов необходимо еще точно знать их химический состав, поскольку от него зависят их физические свойства.
Например, если в алюминии присутствуют примеси (хотя бы и в пределах 1%) кремния или железа, то пластические характеристики у такого металла будут гораздо хуже.
Другое требование к горячему прокату цветных металлов – это предельно точная выдержка температуры металла. К примеру, цинк требует при прокатке температуры строго 180 градусов — если она будет чуть выше или чуть ниже, капризный металл резко утратит пластичность.
Медь более «лояльна» к температуре (ее можно прокатывать при 850 – 900 градусах), но зато требует, чтобы в плавильной печи непременно была окислительная (с повышенным содержанием кислорода) атмосфера — иначе она становится хрупкой.

Таблица удельного веса сплавов металлов

Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.

Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.

В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.

Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.

Список сплавов металлов

Плотность сплавов
(кг/м3)

Адмиралтейская латунь — Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова)

8525

Алюминиевая бронза — Aluminum Bronze (3-10% алюминия)

7700 — 8700

Баббит — Antifriction metal

9130 -10600

Бериллиевая бронза (бериллиевая медь) — Beryllium Copper

8100 — 8250

Дельта металл — Delta metal

8600

Желтая латунь — Yellow Brass

8470

Фосфористые бронзы — Bronze — phosphorous

8780 — 8920

Обычные бронзы — Bronze (8-14% Sn)

7400 — 8900

Инконель — Inconel

8497

Инкалой — Incoloy

8027

Ковкий чугун — Wrought Iron

7750

Красная латунь (мало цинка) — Red Brass

8746

Латунь, литье — Brass — casting

8400 — 8700

Латунь, прокат — Brass — rolled and drawn

8430 — 8730

Легкие сплавы алюминия — Light alloy based on Al

2560 — 2800

Легкие сплавы магния — Light alloy based on Mg

1760 — 1870

Марганцовистая бронза — Manganese Bronze

8359

Мельхиор — Cupronickel

8940

Монель — Monel

8360 — 8840

Нержавеющая сталь — Stainless Steel

7480 — 8000

Нейзильбер — Nickel silver

8400 — 8900

Припой 50% олово/ 50% свинец — Solder 50/50 Sn Pb

8885

Светлый антифрикционный сплав для заливки подшипников =
штейн с содержанием 72-78% Cu — White metal

7100

Свинцовые бронзы, Bronze — lead

7700 — 8700

Углеродистая сталь — Steel

7850

Хастелой — Hastelloy

9245

Чугуны — Cast iron

6800 — 7800

Электрум (сплав золота с серебром, 20% Au) — Electrum

8400 — 8900

Представленная в таблице плотность металлов и сплавов поможет вам посчитать вес изделия. Методика вычисления массы детали заключается в вычислении ее объема, который затем умножается на плотность материала, из которого она изготовлена. Плотность — это масса одного кубического сантиметра или кубического метра металла или сплава. Рассчитанные на калькуляторе по формулам значения массы могут отличаться от реальных на несколько процентов. Это не потому, что формулы не точные, а потому, что в жизни всё чуть сложнее, чем в математике: прямые углы — не совсем прямые, круг и сфера — не идеальные, деформация заготовки при гибке, чеканке и выколотке приводит к неравномерности ее толщины, и можно перечислить еще кучу отклонений от идеала. Последний удар по нашему стремлению к точности наносят шлифовка и полировка, которые приводят к плохо предсказуемым потерям массы изделия. Поэтому к полученным значениям следует относиться как к ориентировочным.