Плотность, удельный вес и удельный объем чугуна

21.10.2019

Плотность d и удельный вес у представляют массу или вес в единице объема и поэтому имеют размерность г/см3, кг/м3 или Г/см3, кГ/м3. Удельный же объем представляет величину, обратную плотности или удельному весу, и означает, следовательно, объем единицы массы или веса. Определяющими для этих свойств факторами являются состав чугуна (главным образом углерод, кремний, алюминий) и его структура (главным образом количество графита и пор, которые резко понижают плотность чугуна). При аналитическом определении плотности чугуна необходимо поэтому исходить из плотности легированного феррита и плотности расположенных в феррите включений. Пренебрегая сравнительно малым влиянием ряда элементов в обычном чугуне вследствие их малой эффективности (Mn, Cr, Ni) или малой растворимости (С, S, Р), можно представить плотность феррита в виде
Плотность, удельный вес и удельный объем чугуна

где Si и Al — содержание этих элементов в чугуне, а значит и в феррите.

Учитывая же далее наличие разного рода включений (карбидов, графита, фосфидной эвтектики) и пор (П) в матрице, можно определить уже и плотность чугуна d в г/см3

где Cсв, Сгр, S, Р, П — процентное содержание связанного углерода, графита, серы, фосфора и пористости;

15Cсв; 2,7S; 14,5 (Р—0,1) — количество карбидов, сульфидов марганца и фосфидной эвтектики;

7,67; 2,22; 4; 7,32 — плотность соответствующих включений.

Приведенная формула дает вполне удовлетворительные совпадающие с практикой результаты. Однако она требует знания как состава металла, так и его структуры, что далеко не всегда имеет место, поскольку чаще всего нам известен только химический состав чугуна.

Предлагаемые для этого случая в литературе зависимости, например

весьма несовершенны, так как не учитывают важнейшего фактора — графита.

Поэтому более правильно пользоваться диаграммами (рис. 256), где плотность представлена как функция содержания углерода и углеродного эквивалента, что в известной мере определяет не только степень графитизации, но и количество графита в чугуне. Эти данные, как и формула (III.70), показывают, что плотность чугуна понижается с увеличением содержания углерода, кремния и фосфора в чугуне. Поэтому разные типы чугуна характеризуются разной плотностью (в г/см3):

Наибольшей плотностью характеризуются белый и белосердечный ковкий чугуны. В серых чугунах плотность и удельный вес обычно тем больше, чем выше марка и прочность чугуна, так как такие чугуны отличаются низким содержанием углерода и отсутствием феррита. Так, например:

Высокопрочный чугун при прочих равных условиях (одинаковом содержании кремния, перлита и графита) характеризуется большей плотностью, чем серый чугун. Однако во многих случаях эта плотность может все же оказаться практически ниже, чем у серого чугуна вследствие более высокого содержания углерода и кремния или большей ферритизации матрицы. Последняя снижает плотность чугуна обычно на 0,1—0,3 г/см3, в связи с чем ферритные чугуны отличаются меньшей плотностью, чем перлитные, и это проявляется в тем большей степени, чем больше содержание углерода в чугуне.

Аустенитные чугуны вследствие более плотного строения также характеризуются большей плотностью, особенно при легировании никелем и медью, плотность которых больше, чем у железа (8,1 и 8,96 против 7,87 г/см3); при легировании же марганцем плотность аустенита несколько понижается (плотность марганца равна 7,43 г/см3). Еще меньше, конечно, плотность ферритных, кремнистых и алюминиевых чугунов:

Во всех случаях большое влияние оказывает пористость (газовая, усадочная), величина которой колеблется обычно от 0,5 до 1,2% в зависимости от состава чугуна, характера кристаллизации и ряда технологических факторов (эффективность питания, толщина отливки, температура заливки и т. п.). Как велико значение этой пористости, показывает тот факт, что плотность может быть увеличена при пластической деформации чугуна на 3—4%, что составляет очень большую величину и превосходит обычно экспериментально измеряемую пористость. Однако все эти факторы не всегда действуют в одну сторону. Так, например, с повышением эвтектичности чугуна пористость может уменьшаться из-за большей жидкотекучести и лучшего питания межкристаллитных пор и увеличиваться из-за более равномерного затвердевания и укрупнения графита, вследствие чего плотность уменьшается. Этому в сильной степени способствует еще более высокое содержание углерода, кремния, фосфора в чугунах с высокой эвтектичностью.

Из технологических факторов наибольшее значение имеют условия питания: жесткость формы, наличие прибылей и гидростатический напор, под которым происходит затвердевание отливки. Поэтому плотность в верхних частях крупных отливок может быть на 5% меньше, чем в нижних частях, а в центре на 10% меньше, чем на периферии. Плотность чугуна уменьшается также с увеличением толщины отливки вследствие увеличения степени графитизации и укрупнения графита:

В том же направлении оказывает влияние понижение температур перегревай заливки (tn), что связано с увеличением пористости, проявляющей свое влияние в данном случае, несмотря на уменьшение степени графитизации:

Другие технологические факторы также могут в ту или иную сторону изменять плотность чугуна в зависимости от их влияния на его структуру и условий питания. В этом отношении следует особо подчеркнуть влияние жесткости формы, с увеличением которой уменьшается предусадочное расширение, а следовательно, и усадочная пористость.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна