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.

Довольно большое распространение получил чугун. Как и другие металлы, он обладает довольно большим количеством физико-механических свойств, среди которых можно отметить удельный вес. Этот показатель зачастую берется из технической литературы при производстве самых различных изделий.

Определение и характеристика плотности

Плотность — физическая величина, определяющая соотношение массы к объему. Подобным физико-механическим показателем характеризуются практически все материалы. Стоит учитывать, что соответствующий показатель плотности алюминия, меди и чугуна существенно отличаются.

Рассматриваемое физико-механическое качество определяет:

  1. Некоторые физико-механические свойства. В большинстве случаев повышение плотности связано с уменьшением зернистости структуры. Чем меньше расстояние между отдельными частицами, тем более прочная образуется связь между ними, повышается твердость и снижается пластичность.
  2. С уменьшением расстояния между частицами увеличивается их количество и вес материала. Поэтому при создании автомобилей, самолетов и другой техники выбирается материал, который обладает легкостью и достаточной прочностью. Например, плотность алюминия кг м3 составляет около 2 700, в то время как плотность металла кг м3 более, чем в два раза больше.

Существуют специальные таблицы плотности металлов, в которых указывается рассматриваемый показатель для стали и цветных сплавов, а также чугуна.

Распространение и применение чугуна

Чугун стал обширно применяться много лет назад. Это связано с тем, что материал довольно прост в производстве и обладает довольно привлекательными эксплуатационными качествами. Выделяют следующие разновидности этого материала:

  1. Высокопрочный: применяется при производстве изделий, которые должны обладать повышенной прочностью. Получается подобная структура за счет добавления в состав примеси магния. Отличается высокой устойчивостью к изгибу и другому воздействию, не связанному с переменными нагрузками.
  2. Ковкий чугун: обладает структурой, которая легко поддается ковке за счет высокой пластичности. Процесс производства предусматривает выполнения отжига.
  3. Половинчатый: обладает неоднородной структурой, которая во многом и определяет основные механические качества материала.

Удельный вес во многом зависит от применяемого метода производства, а также химического состава. На свойства чугуна оказывают воздействие следующие примеси:

  1. При добавлении в состав серы снижается тугоплавкость и повышается значение жидкотекучести.
  2. Фосфор позволяет использовать материал для изготовления различных сложных изделий. Стоит учитывать, что за счет добавления в состав фосфора снижается прочность.
  3. Кремний понижает температуру плавления и существенно улучшает свойства литья.
  4. Марганец способен повысить прочность и твердость, но неблагоприятно влияет на литейные качества.

Рассматривая чугун, стоит уделить внимание следующей информации:

  1. Серый чугун марки СЧ10 — самый легкий из всех производимых: 2019 кг/м3. С повышением марки также увеличивается и удельная масса.
  2. Ковкая разновидность этого металла обладает значением 2019 кг/м3.
  3. Высокопрочный имеет значение 2019 км/м3.

Плотность металлов, как и других материалов, рассчитывается по особой формуле. Она имеет прямое отношение к удельному весу. Поэтому два этих показателя довольно часто сравнивают между собой.

Особенности применяемой таблицы

Для того чтобы рассчитать вес будущего изделия, которое будет получено из чугуна, следует знать его размеры и показатель плотности. Линейные размеры определяются для того, чтобы рассчитать объем. Применяется расчетный метод определения веса изделия в том случае, когда нет возможности провести его взвешивание.

Рассматривая методические таблицы, стоит уделить внимание таким моментам:

  1. Все металлы разделены на несколько групп.
  2. Для каждого материала указывается наименование, а также ГОСТ.
  3. В зависимости от температуры плавления указывается значение плотности.
  4. Для определения физического значения удельной плотности в килограммах или других изменениях проводится перевод единиц изменения. К примеру, если нужно перевести граммы в килограммы, то проводится умножение табличного значения на 1000.

Определение удельного веса зачастую делается в специальных лабораториях. Это значение редко используется при проведении реальных расчетов во время изготовления изделий или строительства сооружений.

     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.
  • Выберете удельный вес материалов по разделам

    1. Веса сыпучих тел
    2. Удельный вес (плотность) твердых тел
    3. Удельный вес (плотность) жидкостей
    4. Плотность расплавленных металлов
    5. Плотность пластмассы
    6. Вес 1 литра газов и паров (при 0°С и 760 мм давления)
    7. Удельный вес дерева
    8. Удельный вес угля
    9. Удельный вес сельскохозяйственных продуктов
    10. Удельный вес прочих материалов

    Что такое — удельный объем, удельный вес, плотность?

    Удельный объем, это объем единицы веса данного вещества. Обозначается — м3/кг.
    Удельный вес, величина, обратная удельному объему. Ее размерность: кг/м3.
    Молярным объемом, это удельный объем, умноженный на молекулярный вес вещества.

    Методы определения удельного объема и удельного веса веществ:

    Существует несколько методов определения удельного веса веществ: взвешивания, пикнометра, ареометра и другие, в основном метод определяется агрегатным состоянием исследуемого вещества, его давления, температуры и прочих условий эксперимента.

    Как определяют удельный вес металла

    Сначала тело взвешивают в воздухе, допустим его вес = g1, а затем погружают в воду. По закону Архимеда тело, опущенное в воду, теряет в весе.
    Назовем потерю в весе (насколько вес уменьшился) – g2
    . Тогда удельный вес тела = g1 / g2.
    При этом эксперименте форма тела не имеет значения, А вес тела должен быть значительным, чтобы можно было пренебречь весом нити, на которой оно подвешено.

    Вес 1 м3 Чугуна серого = 6,6 – 7,8

    Материал Параметры / дерево сухое Удельный вес,
    сколько весит м3
    Чугун серый имеет удельный вес 6,6 – 7,8

    

    Плотность стали в кг на м3

    • Материалы
    • Стали, чугуны
    • Цветные металлы
    • Чистые элементы
    • Минералы
    • Породы дерева
    • Жидкости
    Марка стали Плотность, кг/м3, при температуре испытания, °С
    20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
    15К 7850
    20К 7850
    08кп 7871 7846 7814 7781 7745 7708 7668 7628 7598 7602
    08 7871 7846 7814 7781 7745 7708 7668 7628 7598 7602
    10кп 7856 7832 7800 7765 7730 7692 7653 7613 7582 7594
    10 7856 7832 7800 7765 7730 7692 7653 7613 7582 7594
    15кп 7850 7827 7794 7759 7724 7687 7648 7611 7599 7584
    15 7850 7827 7794 7759 7724 7687 7648 7611 7599 7584
    20кп 7834 7803 7770 7736 7699 7659 7617 7624 7600
    20 7859 7834 7803 7770 7736 7699 7659 7617 7624 7600
    25 7820
    30 7850
    35 7826 7804 7771 7737 7700 7662 7623 7583 7600 7549
    40 7850
    45 7826 7799 7769 7739 7698 7662 7625 7587 7595
    50 7810
    55 7820
    60 7800
    А12 7830
    15Г 7810
    20Г 7820
    30Г 7810
    40Г 7810
    50Г 7810
    10Г2 7790
    16ГС 7850
    35Г2 7790
    40Г2 7800
    45Г2 7810
    15Х 7830 7810 7780 7710 7640
    20Х 7830 7810 7780 7710 7640
    30Х 7820 7800 7770 7740 7700 7670 7630 7590 7610 7560
    38ХА 7850 7800 7650
    40Х 7850 7800 7650
    45Х 7820
    50Х 7820
    18ХГТ 7800
    20ХГР 7800
    15ХФ 7760 7730 7710 7670 7640 7600 7570 7530
    33ХС 7640
    38ХС 7800
    40ХС 7740 7720 7690 7620 7540
    30ХМ 7820 7800 7770 7740 7700 7660
    30ХМА 7820 7800 7770 7740 7700 7660
    35ХМ 7820 7800 7770 7770 7630
    40ХФА 7810
    40ХН 7820 7800 7770 7740 7700
    45ХН 7820
    12ХН2 7880
    12ХН2А 7880
    12ХН3А 7850 7830 7800 7760 7720 7680 7640
    20ХН3А 7850 7830 7760 7660
    30ХН3А 7850 7830 7800 7760 7730 7700 7670 7690 7650 7600
    12Х2Н4А 7840 7820 7760 7710 7630
    20Х2Н4А 7850
    20ХГСА 7760
    25ХГСА 7850 7830 7790 7760 7730 7690 7650 7610
    30ХГС 7850 7830 7800 7760 7730 7700 7670
    30ХГСА 7850 7830 7800 7760 7730 7700 7670
    34ХН3М 7830 7810 7780 7710 7650
    34ХН3МА 7830 7810 7780 7710 7650
    40ХН2МА 7850
    38ХН3МФА 7900
    18Х2Н4МА 7950 7930 7900 7860 7830 7800 7760
    38Х2МЮА 7710
    12МХ 7850 7830 7800 7760 7730 7690 7650 7610
    15ХМ 7850 7830 7800 7760 7730 7700 7660
    12Х1МФ 7800 7780 7750 7720 7680 7640 7600 7570 7540 7560
    12Х2МФБ 7800
    25Х1МФ 7840 7790 7720 7650
    25Х2М1Ф 7800 7780 7750 7720 7680 7650 7600
    20Х3МВФ 7800 7690 7660 7620
    15Х5М 7750 7730 7700 7670 7640 7610 7580
    65Г 7850 7830 7800 7730
    50ХФА 7800 7780 7750 7720 7680 7650 7610
    60С2 7680 7660 7630 7590 7570 7520
    60С2А 7680 7660 7630 7590 7570 7520
    65С2ВА 7850
    ШХ15 7812 7790 7750 7720 7680 7640
    ШХ15СГ 7650
    95Х18 7750 7730 7540
    40Х9С2 7630 7610 7580 7510 7440 7390
    40Х10С2М 7620 7610 7430
    13Х11Н2В2МФ-Ш 7800
    03Х11Н10М2Т 8000
    10Х11Н20Т3Р 7900
    10Х11Н23Т3МР 7950
    06Х12Н3Д 7810
    10Х12Н3М2ФА 7750
    10Х12Н3М2ФА-А 7750
    37Х12Н8Г8МФБ 7850
    15Х12ВНМФ 7850 7830 7800 7780 7760 7730 7700 7670
    18Х12ВМБФР-Ш 7850
    08Х13 7760 7740 7710
    12Х13 7720 7700 7670 7640 7620 7580 7550 7520 7490 7500
    20Х13 7670 7660 7630 7600 7570 7540 7510 7480 7450
    30Х13 7670 7660 7630 7600 7570 7540 7510 7480 7450 7460
    40Х13 7650 7630 7600 7570 7540 7510 7480 7450 7420
    25Х13Н2 7680
    03Х13Н8Д2ТМ 7800
    10Х14Г14Н4Т 7800
    45Х14Н14В2М 8000 7930 7840 7760 7660
    07Х16Н6 7800
    08Х17Т 7700
    12Х17 7720
    14Х17Н2 7750
    02Х17Н11М2 8000
    08Х17Н13М2Т 7900 7870 7830 7790 7750 7700 7660 7620
    10Х17Н13М2Т 7900 7870 7830 7790 7750 7700 7660 7620
    12Х18Н9 7900 7860 7820 7780 7740 7690 7650 7600 7560 7510
    12Х18Н9Т 7900 7860 7820 7780 7740 7690 7650 7600 7560 7510
    17Х18Н9 7850
    08Х18Н10 7850
    08Х18Н10Т 7900
    12Х18Н10Т 7900
    12Х18Н12Т 7900 7870 7830 7780 7740 7700 7650 7610
    10Х18Н18Ю4Д 7630
    31Х19Н9МВБТ 7960
    20Х20Н14С2 7800 7760 7550 7510 7470 7420
    02Х22Н5АМ3 8000
    08Х22Н6Т 7700
    Х23Ю5Т 7210
    Х27Ю5Т 7190
    20Х23Н13 7820 7790 7580 7480
    20Х23Н18 7900 7760 7720 7670 7620 7540
    06ХН28МДТ 7960
    03Х24Н6АМ3 8000
    15Х25Т 7600
    15Х28 7630
    12Х25Н16Г7АР 7820
    20Х25Н20С2 7720 7680 7440 7390
    03Н18К9М5Т 8000
    ХН32Т 8160
    ХН35ВТ 8164
    ХН35ВТЮ 8040
    ХН45Ю 7700
    ХН55ВМТКЮ 8400
    ХН55ВМТКЮ-ВД 8400
    ХН60Ю 7900
    ХН60ВТ 8350
    ХН62МБВЮ 8700
    ХН62МВКЮ 8570
    ХН62МВКЮ-ВД 8570
    ХН65ВМТЮ 8790
    ХН67МВТЮ 8360
    ХН70Ю 7900
    ХН70ВМЮТ 8570
    ХН70ВМТЮФ 8470
    ХН70ВМТЮФ-ВД 8470
    ХН73МБТЮ 8320
    ХН75ВМЮ 8430
    ХН77ТЮР 8200
    ХН78Т 8400
    ХН80ТБЮ 8300
    ХН80ТБЮА 8300
    Х15Н60-Н 8200
    Х20Н80-Н 8400
    У7 7830
    У7А 7830
    У8 7839 7817 7786 7752 7714 7676 7638 7600 7852
    У8А 7839 7817 7786 7752 7714 7676 7638 7600 7852
    У9 7745 7726 7717 7690 7686 7655 7622 7586 7568 7523
    У9А 7745 7726 7717 7690 7686 7655 7622 7586 7568 7523
    У10 7810
    У10А 7810
    У12 7830 7809 7781 7749 7713 7675 7634 7592 7565 7489
    У12А 7830 7809 7781 7749 7713 7675 7634 7592 7565 7489
    9ХС 7830
    ХВГ 7850 7830 7760 7660
    4Х4ВМФС 7808 7786 7757 7726 7693 7658 7624 7581 7554 7550
    3Х3М3Ф 7828 7808 7783 7754 7721 7684 7642 7597 7565 7525
    4Х5МФ1С 7716 7692 7660 7627 7593 7559 7523 7490 7459 7438
    9Х2МФ 7840
    50ХН 7860
    75ХМ 7900
    Р6М3 8000
    Р6М5К2 8200
    Р6М5К5 8200
    Р9 8300
    Р9М4К8 8300
    Р12 8300
    Р18 8800
    15Л 7820
    20Л 7850
    25Л 7830
    30Л 7810
    35Л 7830
    40Л 7810
    45Л 7800
    50Л 7820
    40ХЛ 7830
    20ХМЛ 7800 7780 7750 7720 7690 7650 7620
    35ХМЛ 7840
    35ХМФЛ 7820
    35ХГСЛ 7800
    08ГДНФЛ 7850
    20Х5МЛ 7730
    20Х13Л 7740
    10Х13Н3М1Л 7745
    40Х24Н12СЛ 7800
    ХН58ВКМТЮБЛ 8210
    ХН60КВМЮТЛ 8200
    ХН60КВМЮТБЛ 8110
    ХН64ВМКЮТЛ 8250
    ХН65ВМТЮЛ 8790
    ХН65КМВЮТЛ 8200
    ХН65ВКМБЮТЛ 8220
    ХН70КВМЮТЛ 8000

    Плотность чугуна, кг/м3

    Материал Плотность, кг/м3
    Чугун серый 6800 — 7400
    Чугун белый 7400 — 7700
    Чугун ковкий 7200 — 7400
    Чугун высоколегированный 5500 — 7500