고체 상태의 비열 용량. 태그 아카이브: 열용량

금속 기구의 열용량 계산 원리는 배터리와 욕조에 적용할 수 있습니다.

주철 배터리는 더 오래 냉각됩니다.

다시 한 번 물체의 냉각 속도는 물체를 만드는 재료의 질량과 비열에 직접적으로 의존한다는 사실에 주목하고 싶습니다. 열용량과 열전도율을 혼동하지 마십시오!

주철 배터리는 알루미늄 배터리보다 3배 더 무겁습니다. 따라서, 더 높은 열용량 2.5배.

주철 배터리가 강철 배터리보다 더 오래 냉각되는 이유는 무엇입니까?

그리고 비열 용량(주철의 경우 540J/(kg * K), 강철의 경우 460J/(kg * K))은 상대적으로 거의 차이가 없습니다(15%). 그리고 전체 비밀은 훨씬 더 많은 양의 주철 배터리에 있습니다.

배터리 섹션 무게:

강철과 주철로 만든 동일한 질량의 두 배터리를 비교하면 동일한 가열 온도에서 주철 배터리가 15% 더 열을 유지합니다.

주철 욕조는 열을 유지합니다.

주철 욕조:

강철 욕조:

즉, 주철 수조에서 1도 냉각하는 동안 방출되는 열의 양은 강철 수조(이 예에서)보다 2.5배 더 큽니다.

목욕물의 열용량:

다음에서 온도 뜨거운 물(40도) 실온(20도)의 욕조에 부으면 강철 욕조는 1도, 주철 욕조는 2.5도 떨어집니다.

물리학자의 눈으로 본 금속 기구

금속 도구에 대한 주제로 돌아가서 프로세스의 물리학을 숫자로 보여 드리겠습니다.

열 전도성.

열전도율은 수치적으로 단위 온도 구배에서 단위 시간(초)당 단위 면적(sq.m)을 통과하는 열량(J)과 같습니다.

참고서의 열전도 계수:

결론: 주철은 열을 천천히 분산시킵니다. 즉, 주철 팬의 고기는 더 균일한 열 분포로 인해 타지 않습니다(포함).

상황은 자연에서 바베큐를 요리하는 것과 비슷합니다. 석탄에 고기를 요리하면 조각을 구울 수 있습니다. 모닥불에 굽는 것은 고기의 겉만 굽고 속은 날것으로 남겨두는 것입니다.

열용량.

열용량은 온도를 한 단위(K)씩 변경하기 위해 전달해야 하는 열량(J)과 수치적으로 동일합니다.

비열.

비열 용량 - 온도가 단위 온도(K)만큼 변경되기 위해 물질의 단위 질량(kg)으로 전달되어야 하는 열량(J).

즉, 금속 접시의 열용량(원하는 온도로 가열된 접시에 얼마만큼의 열 에너지가 있을 것인지)을 계산하려면 접시의 질량(kg)에 비열을 곱해야 합니다. 그것이 만들어지는 금속 (J / (kg * K)).

핸드북의 비열 값:

비열은 강철의 특성을 결정하는 중요한 매개변수입니다. 합금 1kg을 1도 가열하는 데 필요한 열량을 나타냅니다. 열용량은 강철의 다양한 특성에 의해 영향을 받으며, 이는 특히 다음과 같은 경우에 중요합니다.

아래에 비열강철은 물질 1kg의 온도를 정확히 1도 높이는 데 필요한 열량을 나타냅니다. 섭씨와 켈빈 척도를 모두 동일하게 사용할 수 있습니다.

열용량은 다음과 같은 여러 요인의 영향을 받습니다.

  • 가열된 물질의 응집 상태;
  • 대기압;
  • 가열방식;
  • 강철 유형.

특히, 고합금강은 많은 양의 탄소를 포함하고 내화물입니다. 따라서 1도 가열하기 위해서는 표준 460J/(kg * K)보다 더 많은 열이 필요합니다. 저합금강은 더 빠르고 쉽게 가열됩니다. 부식 방지 처리가 된 내화 재료를 가열하려면 최대의 열과 에너지가 필요합니다.

열용량 계산은 특정 경우마다 수행됩니다. 가열된 물질의 온도가 상승하면 열용량이 변한다는 점도 고려해야 합니다.

비열은 강철, 주철, 복합 재료로 만들어진 부품의 유도 경화 또는 템퍼링을 수행할 때 중요합니다. 제품 온도가 일정 온도 상승하면 구조에서 위상 변화가 발생하고 그에 따라 비열 용량도 변경됩니다. 추가 가열에는 더 많은/더 적은 양의 열이 필요합니다.

비열은 강철 또는 복합 재료를 가열하는 과정뿐만 아니라 냉각도 특징입니다. 각 재료는 냉각될 때 일정량의 열 및/또는 에너지를 방출합니다. 비열 용량을 사용하면 1kg의 금속이 1도 냉각될 때 얼마나 많은 열을 얻을 수 있는지 계산할 수 있습니다. 열 전달은 냉각된 재료의 면적, 추가 환기의 유무에 따라 영향을 받습니다.

비열 용량은 어떻게 계산됩니까?

세기 비열켈빈 척도에서 더 자주. 그러나 기준점의 차이 덕분에 지표를 섭씨 온도로 변환할 수 있습니다.

비열 매개변수는 부품을 주어진 지점까지 가열하는 데 필요한 연료의 양을 결정합니다. 이것은 강철의 종류와 등급에 따라 다릅니다. 고합금 합금은 동일한 온도에서 더 높은 매개변수 값을 갖습니다. 저 합금강 및 탄소강 - 적습니다.

예:

비교를 위해 G13 강철의 열용량은 100 ° C에서 0.520 kJ / (kg * deg)입니다. 이 합금은 고도로 합금되어 있습니다. 즉, 더 많은 크롬, 니켈, 실리콘 및 기타 추가 요소가 포함되어 있습니다. 유사한 온도에서 탄소강 등급 20의 비열 용량은 0.460kJ/(kg * deg)입니다.

따라서 비열은 온도뿐만 아니라 강철의 종류에 따라 달라집니다. 고합금강은 균열에 대한 저항력이 낮고 용접성이 떨어집니다. 이러한 재료의 내화성이 증가합니다. 이러한 지표는 다양한 등급의 강철로 만들어진 제품에 직접적인 영향을 미칩니다. 안정성, 가벼움, 강도는 그러한 합금의 품질에 의해 결정되는 가장 중요한 기준입니다.

표에서 고 합금강 G13 및 R18의 비열 용량 지표와 여러 저 합금 합금을 볼 수 있습니다. 온도 범위 - 50:650оС.

주철은 철과 탄소의 조합입니다. 주요 특성 중에는 흑연 불순물의 질량, 모양, 부피 및 배치가 있습니다. 열역학적 평형 상태에서 철-탄소 합금의 구조는 다이어그램으로 설명할 수 있습니다. 컴포지션 변경 수정 중:

공융 온도 (o C) T \u003d 1135 + 5 * Si - 35 * P - 2 * Mn + 4 * Cr;
탄소에 의한 공정의 포화도(%) С = 4.3 - 0.3*(Si+P) - 0.04*Ni - 0.07*Cr;
공석 변태 온도(oC) T = 723 + 20*Si + 8*Cr - 30*Ni - 10*Cu - 20*Mn;
탄소(%)로 공석의 포화 C = 0.8 - 0.15 * Si - 0.8 * Ni - 0.05 * (Cr + Mn).

임계점의 배치는 가열 정도에 따라 다릅니다. 냉각의 경우 약간 아래로 이동합니다. 합금 구성 요소를 포함하지 않는 압도적인 숫자에 대해 가장 정확한 간단한 공식이 설정되었습니다.

탄소 C로 공융의 포화 = 4.3 – 0.3*(Si+P);
탄소 C = 0.8 - 0.15 * Si로 공석의 포화.

구조에 대한 화합물의 영향은 표 1에서 볼 수 있습니다. 조건부 흑연화 효과를 결정하는 계수는 (C)(약 3%) 및 실리콘(Si)(약 2%)이 존재할 때만 고려할 수 있습니다. ).

표 1. 주철 구조에 대한 요소의 대략적인 영향

강요

상대 흑연화 작용

주요 금속 덩어리에

흑연에

굳었을 때

고체 상태

펄라이트 감소

펄라이트 감소

수를 늘리고 통합

+0.2 ~ +0.5

망간

0.8 이상
1.0 이상

분쇄 펄라이트
망간 황화물의 형성

약한 분쇄
동일하지만 적음

-0.2 ~ +0.5

망간 황화물의 형성

동일하지만 적음

-0.2 ~ +0.5

황화물 형성

수량 감소

분쇄 펄라이트

양을 늘리고 약한 연삭

+4 ~ -0.2

분쇄 펄라이트

양을 줄이고 약한 분쇄

-1.2 ~ -3.0

영향을 미치지 않음

설치되지 않음

+0.3 ~ -0.2

몰리브덴

분쇄 펄라이트. 바늘 구조 형성

-0.5 ~ -1.5

분쇄 펄라이트

수량 감소. 상당한 파쇄

알류미늄

펄라이트 감소

수를 늘리고 통합

세륨과 마그네슘

구형화



물리적 및 기계적 특성

주철 미세 구조의 물리적 및 기계적 특성에 대한 가장 중요한 지표는 표에서 찾을 수 있습니다. 2, 물리적 특성 - 표에서. 3. 세 번째 표에 명시되어 있습니다. 비중은 결합된 탄소의 부피 변동과 기공 수의 변화로 인해 크게 변동될 수 있습니다. 용융시 주철의 비중은 7 ± 0.1g / cm 3입니다. 다양한 단순 불순물을 첨가하면 감소합니다. 표 3에 표시된 열팽창 계수는 주철의 구조에 영향을 받습니다.

물리적 시스템에서 평형 상전이가 발생하는 온도 변화의 경우 비가역적으로 강한 부피 증가가 발생합니다. 표시기는 30%에 도달할 수 있지만 500°C로 가열하면 3%를 초과하지 않는 경우가 많습니다. 흑연을 형성하는 구성 요소와 탄화물을 형성하는 구성 요소 및 캐스트 코팅에 의해 부피 증가가 촉진됩니다. 에나멜 처리, 금속화 및 아연 도금에 의한 철.


표 2. 비합금 주철의 구조적 구성 요소의 물리적 및 기계적 특성

구조적 구성 요소

비중 G/cm3

열 선팽창 계수 a * 10 - 20 -100 o C의 온도에서 1 / o C

o C의 온도에서 cal / G * o C의 열용량

열전도율(cal/cm * sec 약 C)

µΩ 9cm 단위의 전기 저항

인장 강도 σ in kg / mm 2

연신율 σ(%)

경도 HB

오스테나이트

시멘타이트

열적 특성

특정 구성의 주철의 열용량 지수는 표 2에 제공된 정보를 사용하여 혼합 법칙에 따라 설정할 수 있습니다. 온도가 상전이 임계값을 초과할 때 최대 0.00018 kcal/(g o C)가 될 수 있습니다. 녹는 온도. 융점 극복 후 - 0.00023 ± 0.00003 kcal/(g o C). 응고시 열적 영향은 0.055±0.005kcal/g이며, 오스테나이트의 공석 분해의 경우 포함된 펄라이트의 부피에 의해 결정되며 공석 농도 0.8%C에서 0.0215±0.0015kcal/g에 도달할 수 있다. 성.

이 물질의 단위 부피당 열용량은 고체 상태의 주철 - 약 0.001 kcal / cm 3 o C 및 액체 상태 - 0.0015 kcal / cm 3 o C의 확대 계산에 사용할 수 있습니다.

열전도율은 혼합 법칙으로 설정할 수 없습니다. 표에 표시되어 있습니다. 2, 분산 시스템에서 크기가 증가함에 따라 요소에 대한 지표가 감소합니다. 열전도도의 일반적인 지표는 표에 나와 있습니다. 3. 열전도도를 변화시키는 주철에 포함된 성분의 역할은 흑연화 수준의 편차에서 볼 수 있습니다. 철의 열전도율은 철에 포함된 다양한 첨가제의 양이 증가함에 따라 감소합니다.

용융 상태의 주철은 약 0.04 cal/cm s o C의 열전도율을 가집니다.
확대 계산을 사용하여 고체 상태에서 주철의 열전도율은 열전도율과 동일하며 용융 상태에서는 0.3mm 2 / s입니다.

표 3. 일반 물리적 특성주철

주철 유형

온도가 증가함에 따라 "+" - 증가합니다. "-" - 내려간다

비중 G/cm3

열 선팽창 계수 a 10 - in 1 / o C, 온도 20-100 o C

실제 수축률(%)

열전도율(cal/cm sec o C)

액상선 온도 dyn sec/cm 2에서의 동적 점도

dynes / cm 2의 표면 장력

전기 저항(Mk ohm cm)

cal/G o C의 열용량

보자력 e

gs의 잔류 자성



유체역학적 특성

절대 점도 지표는 표에서 찾을 수 있습니다. 4. 온도 표시기로 인해 비금속 기원의 첨가제 및 유황 부분이 감소하는 경우뿐만 아니라 점유율이 증가함에 따라 점도가 감소하는 경향이 있습니다.

실험의 절대 온도와 응고 순간의 비율과 점도 감소는 정비례합니다. 응고 시작 온도가 변하는 동안 점도가 급격히 증가합니다.

거친 계산을 위한 주철의 표면 장력에 대한 데이터는 표 3에서 가져올 수 있습니다. 탄소 비율이 감소함에 따라 증가하고 비금속 성분이 조성물에 추가되면 급격히 변합니다.

전기적 특성을 결정하기 위해 Kurnakov 법칙을 사용할 수 있습니다. 대략적인 불순물 값은 표에서 찾을 수 있습니다. 2, 특히 주철 - 표. 3. 들어오는 부품이 전기 저항에 미치는 영향 단단한조건부로 내림차순으로 (Si), 망간(Mn), (Cr), (Ni), (Co)의 순서로 배치할 수 있습니다.

표 4. 주철 점도 계수

o C의 온도

탄소 함량이 %인 주철의 점도 계수(dyne sec/cm 2)

주철이 하얗게 변하다

주철이 회색으로 변합니다.

기계적 성질

통계적 특성. 주철의 인장 강도(기계적 응력 임계값)는 표 2에 표시된 지표에 따른 구조를 기반으로 정성적으로 계산할 수 있습니다. 주철 구조에 포함된 구성 요소의 강도는 강도가 증가함에 따라 증가합니다. 분산 시스템에서 가중 크기. 흑연 구성 요소의 구조, 수, 부피 및 위치는 기계적 응력의 임계값에 가장 큰 영향을 미칩니다. 금속의 총 질량 구조는 그다지 중요하지 않습니다.

강도의 최대 감소는 금속 구조를 그렇게 연속적이지 않게 만드는 사슬 모양의 흑연 구성 요소를 배치할 때 관찰됩니다. 금속의 최대 강도 지표는 흑연의 회전 타원체 구조에 의해 제공됩니다. 테스트 프로세스의 온도가 상승함에 따라 기계적 응력의 임계 값은 대체로 400 ° C까지 변경되지 않습니다 (100 ~ 200 ° C 범위에서 강도는 10 ~ 15 % 내에서 약간 감소합니다) ). 400 ° C의 지표를 극복한 후 기계적 응력 임계값 지표의 지속적인 손실이 기록됩니다.

가소성 특성은 금속의 총 질량 구조(표 2에 제공된 지표에 따름)에 의해 결정되지만 훨씬 더 중요한 것은 흑연 불순물의 형태에 따라 결정됩니다. 모양이 구상이면 연신율이 최대 30%에 이를 수 있습니다. 회주철에서 이러한 연신율은 거의 0.1%도 도달하지 않습니다. 하소된 회주철(페라이트계)의 연신율은 약 1.5%입니다.

탄성은 대체로 흑연 구조에 의해 결정됩니다. 흑연 불순물의 형태가 변경되지 않으면 주철에 대한 열 작용 과정에서 변경되지 않습니다. 굽힘 테스트는 총 변형의 50 - 80%에 해당하는 탄성 변형의 비율을 보여줍니다.

주철의 크리프를 성장의 경우(돌이킬 수 없는 부피 증가)와 혼동해서는 안 됩니다. 합금 성분을 포함하지 않는 주철은 550°C 이상으로 가열될 때 성장에 따라 영구 변형이 나타나는 특징이 있으며 크리프 결정에서 허용 가능한 변형보다 우세합니다. 속도가 시간당 0.00001%이면 3kg/mm2의 하중에서 1,000시간 동안 합금 성분이 없는 회주철은 400°C 이내의 온도에서 안정성을 나타내고 합금 성분을 포함하는 주철은 최대 500° C. 몰리브덴을 첨가하거나 니켈 및 크롬의 존재를 증가시킨 주철뿐만 아니라 오스테나이트계 주철로 내크리프성을 증가시킬 수 있습니다.

주철에 흑연 형태의 첨가제가 있으면 탄성 계수는 ​​조건부입니다. 이 지표는 금속 벌크의 구조에 의해 결정되지 않으며 흑연 첨가제의 비율과 그 구조가 특징입니다. 흑연 첨가제의 비율이 증가하고 구형 구조와의 유사성이 감소함에 따라 감소합니다. .

충격 강도는 동적 품질의 완전히 정확한 특성이 아닙니다. 흑연 개재물이 감소하고 흑연 성분의 구조가 가능한 한 구형과 유사한 경우 페라이트 개재물이 증가함에 따라 성장합니다. 불균일한 하중 주기로 하중 적용 방향에서 발생하는 응력 증가로 인해 피로 한계가 최대에 도달합니다. 기계적 응력 임계값과 하중 반복성이 증가하면 피로 한계가 증가합니다.

기술적 속성

유동성은 금속 특성과 구조에 의해 결정됩니다. 종종 충전되는 주물의 길이에 따라 달라지며 점도 감소, 과열 증가(단, 유동성은 유동점 이상의 과열에 의해 가장 큰 영향을 받음), 응고 간격 감소에 따라 증가하며 다음에 의해 결정됩니다. 부피로 표현되는 융해 잠열 및 열용량.

화학적 특성

산화에 대한 저항의 정도는 주철의 구조와 환경 (화학적 구성 요소, 온도 및 그 과정). 주철을 구성하는 요소에는 전극 전위가 있습니다. 이 값을 줄이면 흑연(탄화철), 이중 또는 삼중 인화물 공융 - 옥시퍼의 순서로 배열할 수 있습니다.

흑연과 옥시페르(페라이트) 사이의 전압은 0.56볼트입니다. 내부식성 정도는 구성 성분의 분산 수준이 증가함에 따라 감소합니다. 그러나 탄화철의 섬도를 너무 낮추면 내산화성이 떨어진다. 합금 성분은 주철이 구조적 조성에 미치는 영향과 함께 산화에 저항하는 능력에 영향을 미칩니다. 크러스트가 보존 된 주철 주물에서는 산화 과정에 대한 과도한 저항성이 나타납니다.

α , 비열 용량 와 함께열전도율 λ 주철의 구성과 구조, 온도에 따라 달라집니다. 따라서 해당 값은 적절한 온도 범위에서 제공됩니다. 온도 값이 증가함에 따라 α 그리고 와 함께보통 증가하고 λ 감소합니다(표 1).


선팽창 계수 α 및 비열 용량 주철을 포함한 실제 비균질 구조는 혼합 규칙에 의해 결정될 수 있습니다.


어디 x1, x2, ..., xn - α 또는 구조적 구성요소(표 2);
1, 2, ..., n- 양적 내용.


계수와 달리 합금 및 혼합물의 열전도도 α 열용량 혼합 규칙으로 결정할 수 없습니다. 열전도도에 대한 개별 요소의 영향은 계산을 통해서만 대략적으로 설정할 수 있습니다.

계수당 α 및 비열 용량 와 함께주로 주철의 조성 및 열전도율에 영향을 미칩니다. λ - 흑연화 정도, 구조의 분산, 비금속 개재물 등

선팽창 계수는 온도에 따른 치수 변화뿐만 아니라 주물에 형성되는 응력도 결정합니다. 감소하다 α 이러한 위치에서 유용하며 고품질 주물을 얻기 위한 조건을 용이하게 합니다. 다만, 주철부품과 비철합금 또는 선팽창계수가 높은 다른 재질의 부품을 공동작업하는 경우에는 그 가치를 높이기 위한 노력이 필요하다. α 주철용.

열용량과 열전도율은 큰 중요성히팅파이프, 몰드, 부품 등의 주물용 냉장 장치그리고 엔진 내부 연소주물 내 온도 분포의 균일성과 열 제거 강도를 결정하기 때문입니다.

테이블에서. 도 3은 다양한 그룹의 주철의 열물리적 특성을 보여준다.

표 3 열물리적 특성주철
주철 α 20 100 ∗10 6 , 1/°C 20 100 , J/(kg*°C) 20 1000 , J/(kg*°C) λ 20 100 , W/(m*°C)
라멜라 흑연이 있는 회색(GOST 1412-85):
MF10-MF18 10-11 502-544 586-628 46,0-54,4
MF20-MF30 10-11 502-544 586-628 41,8-50,2
MF35 11,5-12,0 502-544 628-670 37,6-46,0
고강도(GOST 7293-85):
HF 35-HF 45 11,5-12,5 460-502 586-628 37,6-46,0
HF 60-HF 80 10-11 502-523 628-670 33,5-41,9
HF100 9-10 523-565 628-670 29,3-37,6
가단성(GOST 7769-82):
KCh 30-6/KCh 37-12 10,5-11,0 460-511 586-628 54,4-62,8
KCh 45-5/KCh 65-3 10,3-10,8 527-544 628-670 50,2-54,4
합금(GOST 7769-82)
니켈 ChN20D2Sh 17-19 460-502 17,4
35-37% Ni 함유 1,5-2,5
크롬:
CH16 32,5 *1
CH22 25,5 *1
CH28 9-10 17,4 *1
CH32 9-10 19,8 *1
규산질의:
CHS5 14-17 *2 21,0 *3
ChS15, ChS17 4,7 *1 10,5
알류미늄:
ChYu22Sh 17,5 *1 15,1-28,0 *3
CHJ30 22-23 *2
*1 20~200°C 사이.
*2 20~900°C 사이.
*3 20~500°C 사이.

선팽창 계수 α

선팽창 계수 α . 비율에 가장 큰 영향 α 특히 결합 상태에서 탄소를 발휘합니다. 1% 탄소는 약 5배에 해당합니다. 많은 분량흑연보다 시멘타이트. 따라서 흑연화 요소 (Si, Al, Ti, Ni, Сu 등)증가 및 이식 방지 (Cr, V, W, Mo, Mn 등)선팽창 계수를 줄이고,

최고 가치 α 오스테나이트 니켈 주철은 주철 및 파이로페랄 유형의 페라이트 알루미늄 주철과 다릅니다. 따라서 충분히 높은 함량으로 Ni, Cu, Mn의미 α ; 급격히 증가합니다. 그러나 내용과 함께 니켈>20% α 감소: 35-37% Ni에서 최소값에 도달합니다. 흑연의 모양은 저온에서만 선팽창 계수에 상당한 영향을 미칩니다. α 결절성 흑연이 있는 구상흑연주철은 α 라멜라 흑연을 사용한 주철.

주철의 비열 용량

주철의 비열은 철과 마찬가지로 온도가 증가함에 따라 증가하고(표 2 참조) 상 변태 동안 급격한 증가가 특징입니다. Fe α → Fe λ ;그런 다음 비열 주철급격하게 떨어지지만 온도가 추가로 증가하면 다시 증가합니다.

흑연화는 주철의 비열 용량을 낮춥니다. 여기에서 흰색에서; 주철은 회주철 및 고강도 주철보다 약간 높습니다(표 4 참조).

주철의 열전도율.

주철의 열전도율은 다른 것보다 큽니다. 물리적 특성, 구조, 분산 및 가장 작은 불순물, 즉 구조에 민감한 특성에 따라 다릅니다.

흑연화는 열전도율을 증가시킵니다. 따라서 흑연화 정도와 흑연의 크기를 증가시키는 요소가 증가하고 흑연화를 방지하고 구조 성분의 분산을 증가시키는 요소가 감소합니다. 표시된 흑연화 효과는 구상 흑연에 대해 적습니다(표 4 참조).

흑연의 모양, 강수량 및 분포도 열전도율에 영향을 미칩니다. 예를 들어 구상흑연주철은 회주철보다 열전도율이 낮습니다. 압축 흑연철(CVG)의 열전도율은 압축 흑연철보다 높으며 λ 층상 흑연이 있는 회주철.

고 합금 주철은 일반적으로 일반 주철보다 열전도율이 낮은 것이 특징입니다.