Теплоемкость, тепловые эффекты превращений и теплосодержание чугуна

21.10.2019

Теплоемкость (истинная и средняя) чугуна интересует литейщика с точки зрения количества тепла, необходимого для нагрева или расплавления отливок, а также с точки зрения тепловых процессов между металлом и формой и охлаждающего действия чугунных холодильников. Удельная теплоемкость (кал/Г*град = ккал/кГ*град) определяется при обычных температурах только изменением кинетической и потенциальной энергии атомов и подобна в этом отношении коэффициенту теплового расширения. Пренебрегая для твердых и жидких тел изменением объема в зависимости от температуры, можно принять, что удельные теплоемкости при постоянном объеме (сv) и давлении (ср) равны. Исследования показывают, что истинная теплоемкость чугуна, как и железа, увеличивается с ростом температуры и характеризуется скачкообразным повышением при фазовом превращении а у соответственно изменению строения решетки. После этого, как это видно из рис. 260, теплоемкость чугуна резко падает, но с дальнейшим повышением температуры вновь увеличивается. Хотя литературные данные по значениям теплоемкостей сильно различаются и часто противоречивы, все же можно с уверенностью утверждать, что белый чугун характеризуется несколько большей теплоемкостью, чем серый чугун, и, следовательно, графитизация понижает теплоемкость. Это вытекает из сравнения теплоемкостей (c0100 в кал/Г*град) структурных составляющих чугуна:
Теплоемкость, тепловые эффекты превращений и теплосодержание чугуна

Действительно, согласно правилу Нейманна и Koппa, теплоемкость неоднородных структур и твердых растворов может быть рассчитана при температурах выше характеристических по правилу смешения, откуда следует, что при графитизации цементит с теплоемкостью 0,147 превращается в ферритографитовую смесь с теплоемкостью 0,116 кал/г*град

Поэтому отжиг чугуна, как правило, ведет к уменьшению его теплоемкости с0100 в кал/Г*град


Другие изменения структуры чугуна, кроме графитизации, например изменение строения перлита или формы выделений графита, не оказывают заметного влияния на величину теплоемкости. Так же мало в общем сказывается в этом отношении и состав чугуна, за исключением того, что углерод монотонно повышает теплоемкость белого чугуна, в сером же чугуне непосредственное влияние углерода может частично или полностью нейтрализоваться графитизацией. В значительно меньшей степени оказывают влияние фосфор и, по-видимому, кремний, несколько понижая теплоемкость чугуна. Таким образом, теплоемкость серого чугуна мало зависит от его состава. Поэтому нельзя согласиться с приводимыми в литературе данными о том, что теплоемкость белого чугуна в жидком состоянии значительно больше, чем серого чугуна. Так как после расплавления исходная структура не может в данном случае иметь значения, то роль здесь играет только состав чугуна, в частности разница в содержании кремния, что не может заметно повлиять на величину теплоемкости. Значительно больше влияние температуры на теплоемкость чугуна:

Приведенные данные свидетельствуют, что с повышением температуры теплоемкость увеличивается как у белого, так и у серого чугуна. Ta же закономерность отмечается И.П. Егоренковым и в отношении отдельных структурных составляющих чугуна:

Это дает возможность заключить, что графитизации понижает теплоемкость практически при всех температурах процесса. Зная истинную или среднюю теплоемкость и величину тепловых эффектов фазовых превращений (ЕL). можно определить общее теплосодержание (энтальпию) чугуна при любой температуре

Как было ранее указано, значения тепловых эффектов фазовых превращений L в кал/Г могут колебаться в пределах:

При этом теплота плавления возрастает с увеличением содержания углерода в чугуне. В среднем можно принять значение EL для белого чугуна в 60 кал/Г, а для серого — около 75 кал/Г. Сопоставляя общее теплосодержание разных чугунов по данным Мораве и Умоно (рис. 261), можно установить в подтверждение ранее указанному, что разница в теплосодержании белого и серого чугуна в жидком состоянии относительно нивелируется. Более высокое же расположение кривой белого чугуна на рис. 260 объясняется главным образом большим содержанием в нем углерода и более низким содержанием кремния.


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