Плотность чугуна

Использование чугуна, несмотря на его относительную хрупкость, оправдано в основном для деталей и комплектующих, не испытывающих постоянных околопредельных нагрузок. В первую очередь на чугун обратили внимание производители художественных кованых изделий. Один из показателей качества чугуна – его плотность.

Плотность чугуна влияет на его следующие характеристики: твёрдость, электро- и теплопроводность, устойчивость к коррозии. Связано это с распространением более десятка марок чугунных сплавов. Количество углерода в сплаве с железом, чтобы он перестал считаться сталью и был причислен к чугуну, составляет 2,14% по массе (97,86% и менее составляет чистое железо согласно простейшей логике).

Но, кроме угля, в чугуне содержатся дополнительные присадки, повышающие его противодействие к ржавлению. По точному значению плотности можно распознать вид чугуна: белый, серый, высокопрочный, полусоставной и ковкий – каждому соответствует свой разброс значений. Плотность (удельный вес) пересчитывается в граммы на кубический сантиметр, килограммы на куб. дециметр, тонны на кубометр.

Плотность чугуна СЧ15 равна 7 г/см3 (7 кг/дм3, или 7 т/м3, 7000 кг/м3). СЧ20 обладает плотностью в 7,1 т/м3, СЧ25 – 7.2, СЧ30 – 7,3. С увеличением температуры из-за теплового расширения чугуна его плотность уменьшается, правда, ненамного – всего на сотые доли от значения, справедливого для комнатной температуры. К тому моменту, когда расплавившийся чугун (за исключением ковкого) станет жидким, его плотность может упасть, к примеру, с 7,1 до 7 кг/дм3. Снижение плотности чугуна регулируется коэффициентом температурного расширения, действующим для каждого сорта чугунной продукции.

Плотности других, наиболее распространённых марок чугунных составов: например, ВЧ35, ВЧ40 – 7,2 кг/дм3, ковкий КЧ – 7 кг/дм3. Плотность каждого из конкретных чугунов, будь это ЧХ1 или ЧХ16, ДМ3 или СЧ18, пересчитывается в первую очередь суммированием составляющих по конкретным примесям и основного содержания железа. Например, плотность всё того же железа равна 7874 кг/м3, плотность угля – 1280-1500 кг/м3.

Чем больше железа и меньше угля в чугунном образце, тем выше плотность итогового сплава. Каменный уголь в пересчёте на безводное вещество обладает существенно меньшей, чем железо, плотностью. Чем больше добавок, удельный вес которых больше плотности чистого железа, тем тяжелее каждый кубометр застывшего (после переплавки) чугуна. Расчёт плотности производится численно, по плотностным показателям примесей, добавляемых в конкретный сорт чугунного сплава.

Осуществляется это в лабораториях. Затем после тщательного соблюдения технологий и дозировки на заводе эта же лаборатория производит тестовое взвешивание кубического дециметра на электронных или механических весах высокой точности. Чтобы рассчитать плотность чугуна самостоятельно, требуется не только знание развесовки его ингредиентов, но и форма углерода, который добавляется в железо – обычный каменноугольный (порошкообразный) углерод, графит и так далее, с точностью до конкретной угольной породы.

Плотность белого чугуна выше, чем у серого. Белосердечный чугун также больше по весу, чем черносердечный. Конкретные модификации (виды и разновидности) рода материала под названием чугун определяются его характеристиками. «Сердечный» (здесь имеется в виду своеобразный сердечник, прослойка в центре круглого или квадратного прокатного прута, отличающаяся по концентрации угля в чугунном сплаве) обладает удельным весом в пересчёте, к примеру, на погонный метр прута сечением 10*10 мм, однако его плотность – величина переменная: она ниже у черносердечного чугуна и выше у белосердечного.

Высокопрочный чугунный сплав применяется для шестерней, валов, ударников и прочих компонентов в машиностроении. Основное свойство ВЧ, считающееся его достоинством, – ударопрочность. ВЧ содержит серу и фосфор почти в следовых количествах, что не даёт ему растрескиваться, например, при первом же ударе кувалдой или молотком по тестируемой чушке или болванке. Производство любых чугунных сплавов заметно дешевле по энергозатратам, чем производство сталей, в силу большей тугоплавкости вторых по сравнению с первыми.

Ковкий чугун идёт на изготовление решёток и перил, вид которых сообщает стороннему наблюдателю о хорошем благосостоянии заказчика. Всё вышесказанное не значит, что ковкий и высокопрочный чугунные сплавы на 100% заменят самые износостойкие сорта сталей. Дело в том, что, когда механизм является крайне ответственным по части околопредельной нагрузки, раму (станину), к примеру, токарного станка выплавляют из ВЧ, а ведущие шестерни и валы – из стали повышенной твёрдости и упругости, а не из чугуна.