หลักการคำนวณความจุความร้อนของภาชนะโลหะใช้ได้กับแบตเตอรี่และอ่างอาบน้ำ

แบตเตอรี่เหล็กหล่อใช้เวลาในการระบายความร้อนนานกว่า

ฉันขอดึงความสนใจของคุณอีกครั้งถึงความจริงที่ว่าอัตราการทำความเย็นของวัตถุโดยตรงขึ้นอยู่กับมวลและความจุความร้อนจำเพาะของวัสดุที่ใช้ทำวัตถุนั้น อย่าสับสนระหว่างความจุความร้อนและการนำความร้อน!

แบตเตอรี่เหล็กหล่อมีน้ำหนักมากกว่าแบตเตอรี่อะลูมิเนียมถึงสามเท่า ดังนั้นจึงมี ความจุความร้อนที่สูงขึ้น 2.5 เท่า

คำถามนี้มักถูกถาม: เหตุใดแบตเตอรี่เหล็กหล่อจึงใช้เวลาในการระบายความร้อนนานกว่าแบตเตอรี่ที่ทำจากเหล็ก

และความจุความร้อนจำเพาะ - 540 J/(kg*K) สำหรับเหล็กหล่อ และ 460 J/(kg*K) สำหรับเหล็ก - แตกต่างกันค่อนข้างน้อย (15%) และความลับทั้งหมด - ส่วนใหญ่ - อยู่ที่แบตเตอรี่เหล็กหล่อที่มีมวลมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

น้ำหนักส่วนแบตเตอรี่:

หากเราเปรียบเทียบแบตเตอรี่สองก้อนที่มีมวลเท่ากัน - ทำจากเหล็กและเหล็กหล่อ - ที่อุณหภูมิความร้อนเท่ากัน แบตเตอรี่เหล็กหล่อจะกักเก็บความร้อนได้มากขึ้น 15%

อ่างเหล็กหล่อช่วยรักษาความร้อน

อ่างอาบน้ำเหล็กหล่อ:

อ่างเหล็ก:

นั่นคือปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อทำให้อ่างเหล็กหล่อเย็นลง 1 องศาจะมากกว่าอ่างเหล็กถึง 2.5 เท่า (ในตัวอย่างของเรา)

ความจุความร้อนของน้ำอาบ:

จากนั้นจึงตามด้วยอุณหภูมิ น้ำร้อน(40องศา) เทลงในอ่างอาบน้ำที่อุณหภูมิห้อง (20องศา) จะลดลง 1 องศา สำหรับอ่างอาบน้ำเหล็ก และ 2.5 องศา สำหรับอ่างอาบน้ำเหล็กหล่อ

เครื่องใช้โลหะในสายตาของนักฟิสิกส์

กลับมาที่หัวข้อเครื่องใช้โลหะ ฉันจะแสดงฟิสิกส์ของกระบวนการเป็นตัวเลข

การนำความร้อน

ค่าการนำความร้อนเป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อน (J) ที่ผ่านพื้นที่หน่วย (ตร.ม.) ต่อหน่วยเวลา (วินาที) โดยมีการไล่ระดับอุณหภูมิเป็นหน่วย

ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนจากหนังสืออ้างอิง:

สรุป: เหล็กหล่อกระจายความร้อนได้ช้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง เนื้อในกระทะเหล็กหล่อจะไม่ไหม้ (เหนือสิ่งอื่นใด) เนื่องจากการกระจายความร้อนที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้น

สถานการณ์จะคล้ายกันในการทำอาหารบาร์บีคิวกลางแจ้ง การปรุงเนื้อบนถ่านช่วยให้คุณสามารถอบชิ้นส่วนได้ การปรุงโดยใช้ไฟแบบเปิดเพียงทำให้เนื้อด้านนอกสุก โดยเหลือเนื้อในดิบไว้

ความจุความร้อน.

ความจุความร้อนเป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อน (J) ที่ต้องถ่ายโอนเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิตามหน่วย (K)

ความร้อนจำเพาะ.

ความจุความร้อนจำเพาะคือปริมาณความร้อน (J) ที่ต้องถ่ายโอนไปยังหน่วยมวลของสาร (กก.) เพื่อให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิหน่วย (K)

กล่าวอีกนัยหนึ่งเพื่อคำนวณความจุความร้อนของเครื่องใช้โลหะ - พลังงานความร้อนจะอยู่ในภาชนะที่ได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการเท่าใด - จำเป็นต้องคูณมวลของภาชนะ (กก.) ด้วยความจุความร้อนจำเพาะของโลหะ ( J/(kg*K)) ที่ใช้ทำ

ค่าความจุความร้อนจำเพาะจากหนังสืออ้างอิง:

ความจุความร้อนจำเพาะเป็นตัวแปรสำคัญที่กำหนดลักษณะของเหล็ก โดยแสดงปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้โลหะผสม 1 กิโลกรัมร้อนขึ้น 1 องศา ความจุความร้อนจะได้รับผลกระทบจากลักษณะที่แตกต่างกันของเหล็ก ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใด

ภายใต้ ความจุความร้อนจำเพาะเหล็กหมายถึงปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของสารหนึ่งกิโลกรัมขึ้นหนึ่งองศาพอดี สามารถใช้เครื่องชั่งทั้งเซลเซียสและเคลวินได้อย่างเท่าเทียมกัน

ปัจจัยหลายประการมีอิทธิพลต่อความจุความร้อน:

• สถานะของการรวมตัวของสารที่ให้ความร้อน
• ความดันบรรยากาศ
• วิธีการทำความร้อน
• ประเภทเหล็ก

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เหล็กกล้าโลหะผสมสูงมีคาร์บอนจำนวนมากและเป็นวัสดุทนไฟ ดังนั้น หากต้องการให้ความร้อนหนึ่งองศา จำเป็นต้องใช้ความร้อนมากกว่ามาตรฐาน 460 J/(kg*K) เหล็กโลหะผสมต่ำจะร้อนเร็วและง่ายขึ้น ต้องใช้ความร้อนและพลังงานในปริมาณสูงสุดในการให้ความร้อนกับวัสดุทนความร้อนพร้อมการป้องกันการกัดกร่อน

ความจุความร้อนจะถูกคำนวณสำหรับแต่ละกรณีโดยเฉพาะ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องคำนึงด้วยว่าเมื่ออุณหภูมิของสารให้ความร้อนเพิ่มขึ้น ความจุความร้อนของมันจะเปลี่ยนไป

ความจุความร้อนจำเพาะมีความสำคัญเมื่อทำการชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำหรือการแบ่งเบาบรรเทาชิ้นส่วนที่ทำจากเหล็ก เหล็กหล่อ และวัสดุผสม เมื่ออุณหภูมิของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นตามจำนวนองศา เฟสจะเปลี่ยนเกิดขึ้นในโครงสร้าง และความจุความร้อนจำเพาะก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย การทำความร้อนเพิ่มเติมจะต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่มากขึ้น/น้อยลง

ความจุความร้อนจำเพาะไม่เพียงแต่เป็นลักษณะเฉพาะของกระบวนการทำความร้อนของเหล็กหรือวัสดุคอมโพสิตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการระบายความร้อนด้วย วัสดุแต่ละชนิดจะปล่อยความร้อนและ/หรือพลังงานออกมาจำนวนหนึ่งเมื่อถูกทำให้เย็นลง ความจุความร้อนจำเพาะช่วยให้คุณคำนวณได้ว่าจะได้รับความร้อนเท่าใดเมื่อโลหะหนึ่งกิโลกรัมเย็นตัวลงหนึ่งองศา การถ่ายเทความร้อนได้รับผลกระทบจากพื้นที่ของวัสดุระบายความร้อนและการมี/ไม่มีการระบายอากาศเพิ่มเติม

วิธีการคำนวณความจุความร้อนจำเพาะ

คำนวณ ความจุความร้อนจำเพาะโดยปกติจะเป็นระดับเคลวิน แต่ด้วยความแตกต่างในจุดอ้างอิงเท่านั้น จึงสามารถแปลงตัวบ่งชี้เป็นองศาเซลเซียสได้

พารามิเตอร์ความจุความร้อนจำเพาะจะกำหนดปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนจนถึงจุดที่กำหนด ประเภทและเกรดของเหล็กขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ โลหะผสมอัลลอยด์สูงมีค่าพารามิเตอร์ที่สูงกว่าที่อุณหภูมิเดียวกัน โลหะผสมต่ำและเหล็กกล้าคาร์บอน - น้อยกว่า

ตัวอย่าง:

เพื่อเปรียบเทียบ เหล็ก G13 มีความจุความร้อน 0.520 kJ/(kg*deg) ที่อุณหภูมิ 100°C โลหะผสมนี้มีโลหะผสมสูง ซึ่งหมายความว่าประกอบด้วยโครเมียม นิกเกิล ซิลิคอน และองค์ประกอบเพิ่มเติมอื่นๆ มากกว่า เหล็กกล้าคาร์บอนเกรด 20 ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกัน มีความจุความร้อนจำเพาะ 0.460 kJ/(kg*deg)

ดังนั้นความจุความร้อนจำเพาะไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับประเภทของเหล็กด้วย เหล็กกล้าโลหะผสมสูงมีความทนทานต่อการแตกร้าวน้อยกว่าและเชื่อมได้น้อยกว่า ความทนไฟของวัสดุดังกล่าวเพิ่มขึ้น ตัวชี้วัดเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อสิ่งที่ทำจากเหล็กเกรดต่างๆ ความเสถียร ความเบา ความแข็งแรงเป็นเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดที่กำหนดโดยคุณภาพของโลหะผสมดังกล่าว

ในตาราง คุณสามารถดูความจุความร้อนจำเพาะของเหล็กกล้าโลหะผสมสูง G13 และ R18 รวมถึงโลหะผสมโลหะผสมต่ำจำนวนหนึ่ง ช่วงอุณหภูมิ - 50:650оС

เหล็กหล่อเป็นสารประกอบของเหล็กและคาร์บอน คุณสมบัติหลักได้แก่ มวล รูปร่าง ปริมาตร และตำแหน่งของสิ่งเจือปนของกราไฟท์ ในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ โครงสร้างของโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนสามารถอธิบายได้ด้วยแผนภาพ เมื่อแก้ไของค์ประกอบ การเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้:

อุณหภูมิยูเทคติก (o C) T = 1135 + 5*Si - 35*P - 2*Mn + 4*Cr;
ความอิ่มตัวของคาร์บอนยูเทคติก (%) C = 4.3 – 0.3*(Si+P) – 0.04*Ni – 0.07*Cr;
อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของยูเทคตอยด์ (o C) T = 723 + 20*Si + 8*Cr - 30*Ni - 10*Cu - 20*Mn;
ความอิ่มตัวของยูเทคตอยด์ด้วยคาร์บอน (%) C = 0.8 – 0.15*Si – 0.8*Ni – 0.05*(Cr+Mn)

การวางจุดวิกฤติขึ้นอยู่กับระดับความร้อน - ในกรณีที่ระบายความร้อนจะเคลื่อนลงเล็กน้อย มีการสร้างสูตรง่าย ๆ ที่แม่นยำที่สุดสำหรับจำนวนล้นหลามที่ไม่มีส่วนประกอบของโลหะผสม:

ความอิ่มตัวของยูเทคติกที่มีคาร์บอน C = 4.3 – 0.3*(Si+P);
ความอิ่มตัวของยูเทคตอยด์ด้วยคาร์บอน C = 0.8 – 0.15*Si

ผลกระทบของสารประกอบต่อโครงสร้างสามารถเห็นได้ในตารางที่ 1 ค่าสัมประสิทธิ์ที่กำหนดเอฟเฟกต์การทำกราฟแบบมีเงื่อนไขสามารถนำมาพิจารณาได้เมื่อมี (C) (ประมาณ 3%) และซิลิคอน (Si) (ประมาณ 2%) เท่านั้น .

ตารางที่ 1. อิทธิพลโดยประมาณขององค์ประกอบต่อโครงสร้างของเหล็กหล่อ

องค์ประกอบ				เอฟเฟกต์การสร้างกราฟแบบสัมพันธ์
		ไปจนถึงมวลโลหะหลัก	ไปจนถึงกราไฟท์	เมื่อแข็งตัว	อยู่ในสถานะของแข็ง
		การลดปริมาณเพอร์ไลต์
		การลดปริมาณเพอร์ไลต์	เพิ่มจำนวนและการรวมตัว		จาก +0.2 ถึง +0.5
แมงกานีส	มากกว่า 0.8 มากกว่า 1.0	บดเพอร์ไลต์ การก่อตัวของแมงกานีสซัลไฟด์	การบดที่อ่อนแอ เหมือนเดิมแต่ปริมาณลดลง		-0.2 ถึง +0.5
		การก่อตัวของแมงกานีสซัลไฟด์	เหมือนเดิมแต่ปริมาณลดลง		-0.2 ถึง +0.5
		การก่อตัวของซัลไฟด์	การลดปริมาณ
		บดเพอร์ไลต์	เพิ่มปริมาณและการบดอ่อน		จาก +4 ถึง -0.2
		บดเพอร์ไลต์	ลดปริมาณและการบดอ่อน		-1.2 ถึง -3.0
		ไม่ส่งผลกระทบ	ไม่ได้ติดตั้ง		จาก +0.3 ถึง -0.2
โมลิบดีนัม		บดเพอร์ไลต์ การก่อตัวของโครงสร้างคล้ายเข็ม			-0.5 ถึง -1.5
		บดเพอร์ไลต์	การลดปริมาณ การแตกหักที่สำคัญ
อลูมิเนียม		การลดปริมาณเพอร์ไลต์	เพิ่มจำนวนและการรวมตัว
ซีเรียมและแมกนีเซียม			การทำให้เป็นทรงกลม

คุณสมบัติทางกายภาพและทางกล

ตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดของคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของโครงสร้างจุลภาคของเหล็กหล่อสามารถดูได้ในตาราง 2 คุณสมบัติทางกายภาพ - ในตาราง 3. ระบุไว้ในตารางที่ 3 ความถ่วงจำเพาะอาจแตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากความผันผวนของปริมาตรของคาร์บอนรวมและการเปลี่ยนแปลงจำนวนรูพรุน ความถ่วงจำเพาะของเหล็กหล่อ ณ เวลาที่หลอมละลายคือ 7 ± 0.1 g/cm3 เมื่อเติมสิ่งเจือปนธรรมดาต่าง ๆ ก็จะลดลง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่ระบุในตารางที่ 3 ได้รับอิทธิพลจากโครงสร้างของเหล็กหล่อ

ปริมาตรที่เพิ่มขึ้นอย่างถาวรซึ่งไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นในกรณีที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงซึ่งเกิดการเปลี่ยนสถานะสมดุลในระบบทางกายภาพ ตัวบ่งชี้สามารถเข้าถึง 30% แต่มักจะไม่เกิน 3% เมื่อถูกความร้อนถึง 500 o C การเพิ่มขึ้นของปริมาตรนั้นอำนวยความสะดวกโดยส่วนประกอบที่ก่อตัวเป็นกราไฟท์และส่วนประกอบที่ก่อตัวเป็นคาร์ไบด์รวมถึงการเคลือบเหล็กหล่อด้วยการเคลือบฟัน การทำให้เป็นโลหะและการชุบสังกะสีมีส่วนทำให้ปริมาณเพิ่มขึ้น

ตารางที่ 2. คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของส่วนประกอบโครงสร้างของเหล็กหล่อที่ไม่เจือ

ส่วนประกอบโครงสร้าง

ความถ่วงจำเพาะ G/ซม.3

สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นทางความร้อน a*10 - ใน 1/о С ที่อุณหภูมิ 20 -100 о С

ความจุความร้อนในหน่วย cal/G* o C ที่อุณหภูมิเป็น o C

การนำความร้อนเป็น cal/cm*sec o C

ความต้านทานไฟฟ้าใน µOhm 9 ซม

ความต้านแรงดึง σ เป็นกก./มม. 2

การยืดตัว σ เป็น %

ความแข็ง HB

ออสเตไนต์

ซีเมนต์

คุณสมบัติทางความร้อน

ความจุความร้อนของเหล็กหล่อที่มีองค์ประกอบเฉพาะสามารถกำหนดได้ตามกฎของการผสม โดยใช้ข้อมูลที่ให้ไว้ในตารางที่ 2 โดยจะเท่ากับ 0.00018 กิโลแคลอรี/(g o C) เมื่ออุณหภูมิเกินเกณฑ์การเปลี่ยนเฟส ขึ้นไป จนถึงจุดหลอมเหลว หลังจากเอาชนะจุดหลอมเหลว – 0.00023 ± 0.00003 kcal/(g o C) ผลกระทบทางความร้อนระหว่างการแข็งตัวคือ 0.055 ± 0.005 kcal/g และในกรณีการสลายตัวของออสเตไนต์ยูเทคตอยด์ จะถูกกำหนดโดยปริมาตรของเพิร์ลไลต์ที่รวมอยู่ และสามารถเข้าถึง 0.0215 ± 0.0015 kcal/g ที่ความเข้มข้นของยูเทคตอยด์ที่ 0.8% Cb .

ความจุความร้อนต่อหน่วยปริมาตรของสารนี้สามารถนำไปใช้ในการคำนวณแบบรวมได้: สำหรับเหล็กหล่อในสถานะของแข็ง - ประมาณ 0.001 กิโลแคลอรี/ซม. 3 o C และในสถานะของเหลว - 0.0015 กิโลแคลอรี/ซม. 3 o C

การนำความร้อนไม่สามารถกำหนดได้ตามกฎของการผสม ระบุไว้ในตาราง 2 ตัวบ่งชี้สำหรับองค์ประกอบเมื่อขนาดเพิ่มขึ้นในระบบกระจายจะลดลง ตัวบ่งชี้การนำความร้อนโดยทั่วไปแสดงอยู่ในตาราง 3. บทบาทของส่วนประกอบที่รวมอยู่ในเหล็กหล่อต่อการเปลี่ยนแปลงการนำความร้อนสามารถเห็นได้ในระดับความเบี่ยงเบนของกราฟ ค่าการนำความร้อนของเหล็กลดลงเมื่อมีปริมาณสารเติมแต่งต่างๆ เพิ่มขึ้น

เหล็กหล่อในสถานะหลอมเหลวมีค่าการนำความร้อนประมาณ 0.04 cal/cm s o C
ด้วยการใช้การคำนวณแบบรวม ค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อนของเหล็กหล่อในสถานะของแข็งจะเท่ากับค่าการนำความร้อน และในสถานะหลอมเหลว - ถึง 0.3 มม. 2 /วินาที

ตารางที่ 3. โดยทั่วไป คุณสมบัติทางกายภาพเหล็กหล่อ

ประเภทเหล็กหล่อ				หมายเหตุเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น: “+” - เพิ่มขึ้น; "-" - ลดลง
ความถ่วงจำเพาะ G/ซม.3
สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นทางความร้อน a·10 -v 1/ о С ที่อุณหภูมิ 20-100 о С
การหดตัวจริงเป็น %
ค่าการนำความร้อนเป็นแคล/ซม. วินาที o C
ความหนืดแบบไดนามิกที่อุณหภูมิของเหลว dyn วินาที/ซม. 2
แรงตึงผิวเป็นไดน์/ซม.2
ความต้านทานไฟฟ้า มีหน่วยเป็น แมคโอห์ม ซม
ความจุความร้อนเป็น cal/G o C
แรงบีบบังคับในอี
แรงแม่เหล็กตกค้างในหน่วย gs

คุณสมบัติทางอุทกพลศาสตร์

สามารถดูตัวบ่งชี้ความหนืดสัมบูรณ์ได้ในตาราง 4. ความหนืดมีแนวโน้มที่จะลดลงตามสัดส่วนที่เพิ่มขึ้นรวมถึงในกรณีที่สัดส่วนของกำมะถันและสารเติมแต่งจากแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่โลหะลดลงเนื่องจากตัวบ่งชี้อุณหภูมิ

ตัวบ่งชี้ความหนืดที่ลดลงและอัตราส่วนของอุณหภูมิสัมบูรณ์ของการทดลองและโมเมนต์การแข็งตัวนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรง ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของการแข็งตัวตัวบ่งชี้ความหนืดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

ข้อมูลแรงตึงผิวของเหล็กหล่อสำหรับการคำนวณที่มากขึ้นสามารถรับได้จากตารางที่ 3 ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของคาร์บอนที่ลดลง และเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อมีการเพิ่มส่วนประกอบที่มีต้นกำเนิดที่ไม่ใช่โลหะลงในองค์ประกอบ

ในการกำหนดลักษณะทางไฟฟ้าคุณสามารถใช้กฎของ Kurnakov ได้ คุณสามารถดูปริมาณสิ่งสกปรกโดยประมาณได้ในตาราง 2 และโดยเฉพาะเหล็กหล่อ - ในตาราง 3. ผลกระทบของส่วนประกอบที่เข้ามาต่อความต้านทานไฟฟ้า แข็งสามารถวางตามเงื่อนไขตามลำดับต่อไปนี้โดยเรียงลำดับจากมากไปน้อย: (Si), แมงกานีส (Mn), (Cr), (Ni), (Co)

ตารางที่ 4. ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดของเหล็กหล่อ

อุณหภูมิเป็น o C	ค่าสัมประสิทธิ์ความหนืดใน (ไดเนสวินาที/ซม.2) ของเหล็กหล่อโดยมีปริมาณคาร์บอนเป็น %
เหล็กหล่อทำให้สีขาวแข็งตัว
เหล็กหล่อทำให้สีเทาแข็งตัว

คุณสมบัติทางกล

ลักษณะทางสถิติ ความต้านทานแรงดึง (เกณฑ์ของความเค้นเชิงกล) ของเหล็กหล่อสามารถคำนวณได้ในเชิงคุณภาพตามโครงสร้างตามตัวบ่งชี้ที่ระบุในตารางที่ 2 ความแข็งแรงของส่วนประกอบที่รวมอยู่ในโครงสร้างของเหล็กหล่อจะเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มขนาดถ่วงน้ำหนักในการกระจายตัว ระบบ เกณฑ์ความเค้นเชิงกลได้รับอิทธิพลมากที่สุดจากโครงสร้าง จำนวน ปริมาตร และตำแหน่งของส่วนประกอบกราไฟท์ โครงสร้างของมวลรวมของโลหะไม่สำคัญนัก

ความแข็งแรงที่ลดลงสูงสุดจะสังเกตได้เมื่อวางส่วนประกอบกราไฟท์ที่มีลักษณะคล้ายโซ่ ซึ่งทำให้โครงสร้างโลหะมีความต่อเนื่องน้อยลง โครงสร้างทรงกลมของกราไฟท์ทำให้โลหะมีความแข็งแรงสูงสุด เมื่ออุณหภูมิของกระบวนการทดสอบเพิ่มขึ้น เกณฑ์ความเค้นเชิงกลยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเป็นส่วนใหญ่จนถึง 400 o C (ในช่วงตั้งแต่ 100 ถึง 200 o C ความแข็งแรงจะลดลงเล็กน้อย ภายใน 10 - 15%) หลังจากเอาชนะตัวบ่งชี้ที่ 400 o C แล้ว จะมีการบันทึกการสูญเสียตัวบ่งชี้เกณฑ์ความเค้นเชิงกลอย่างต่อเนื่อง

ลักษณะความเป็นพลาสติกถูกกำหนดโดยโครงสร้างของมวลรวมของโลหะ (ตามตัวบ่งชี้ที่ระบุในตารางที่ 2) แต่มีความสำคัญยิ่งกว่านั้นด้วยรูปแบบของสิ่งเจือปนของกราไฟท์ หากรูปร่างเป็นทรงกลม การยืดตัวอาจสูงถึง 30% ในเหล็กหล่อสีเทา การยืดตัวดังกล่าวแทบไม่เคยถึงแม้แต่หนึ่งในสิบของเปอร์เซ็นต์ การยืดตัวของเหล็กหล่อสีเทาอบ (เฟอริติก) สามารถอยู่ที่ประมาณ 1.5%

ความยืดหยุ่นถูกกำหนดโดยโครงสร้างกราไฟท์ จะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างแรงกระแทกจากความร้อนบนเหล็กหล่อ เว้นแต่จะมีการเปลี่ยนแปลงในรูปของสารเจือปนจากกราไฟท์ การทดสอบการดัดงอแสดงสัดส่วนของการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเท่ากับ 50–80% ของการเสียรูปทั้งหมด

ไม่ควรสับสนระหว่างการคืบของเหล็กหล่อกับกรณีของการเติบโต (ปริมาณที่เพิ่มขึ้นอย่างถาวร) เหล็กหล่อซึ่งไม่มีส่วนประกอบของโลหะผสม เมื่อถูกความร้อนสูงกว่า 550 o C จะมีลักษณะการเสียรูปตกค้าง ขึ้นอยู่กับการเจริญเติบโต โดยจะมีผลเหนือกว่าการเสียรูปที่ยอมรับได้เมื่อพิจารณาการคืบ หากความเร็วอยู่ที่ 0.00001% ต่อชั่วโมง ดังนั้นนานกว่า 1,000 ชั่วโมงที่โหลดภายใน 3 กก./มม. 2 เหล็กหล่อสีเทาที่ไม่มีส่วนประกอบที่เป็นโลหะผสมจะมีความคงตัวที่อุณหภูมิภายใน 400 o C และเหล็กหล่อที่มีส่วนประกอบที่เป็นโลหะผสม - สูงถึง 500 o C ความต้านทานการคืบที่เพิ่มขึ้นสามารถทำได้ด้วยเหล็กหล่อออสเทนนิติก เช่นเดียวกับเหล็กหล่อที่เติมโมลิบดีนัมหรือด้วยนิกเกิลและโครเมียมที่เพิ่มขึ้น

หากเหล็กหล่อมีสารเติมแต่งในรูปของกราไฟท์ โมดูลัสยืดหยุ่นของมันจะเป็นไปตามเงื่อนไขเท่านั้น ตัวบ่งชี้นี้ไม่ได้ถูกกำหนดโดยโครงสร้างของปริมาตรหลักของโลหะและมีลักษณะเฉพาะด้วยสัดส่วนของสารเติมแต่งกราไฟท์และโครงสร้างของมัน: มันจะลดลงเมื่อสัดส่วนของสารเติมแต่งกราไฟท์เพิ่มขึ้นและความคล้ายคลึงกับทรงกลมลดลง โครงสร้าง.

แรงกระแทกไม่ใช่คุณลักษณะที่แม่นยำทั้งหมดของคุณสมบัติไดนามิก มันจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของการรวมเฟอร์ไรต์ ในกรณีที่การรวมกราไฟท์ลดลง และเมื่อโครงสร้างของส่วนประกอบกราไฟท์มีความคล้ายคลึงกับทรงกลมมากที่สุด ด้วยระยะเวลาในการบรรทุกที่ไม่สม่ำเสมอ ขีดจำกัดความล้าจะถึงระดับสูงสุดเนื่องจากความเค้นที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดขึ้นในทิศทางของการใช้งานโหลด ขีดจำกัดความล้าจะเพิ่มขึ้นตามเกณฑ์ความเค้นเชิงกลที่เพิ่มขึ้นและการทำซ้ำของโหลด

คุณสมบัติทางเทคโนโลยี

ความลื่นไหลถูกกำหนดโดยคุณสมบัติและโครงสร้างของโลหะ มักจะขึ้นอยู่กับความยาวของการหล่อที่ถูกเติม และเพิ่มขึ้นตามตัวบ่งชี้ความหนืดที่ลดลง การเพิ่มขึ้นของความร้อนสูงเกินไป (ในเวลาเดียวกัน ความลื่นไหลจะได้รับผลกระทบมากที่สุดจากความร้อนสูงเกินไปเหนืออุณหภูมิการแข็งตัว) การลดลงของช่วงการแข็งตัวและ ถูกกำหนดโดยความร้อนแฝงของฟิวชันและความจุความร้อน แสดงเป็นปริมาตร

คุณสมบัติทางเคมี

ระดับความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันจะพิจารณาจากโครงสร้างของเหล็กหล่อและ สิ่งแวดล้อม (องค์ประกอบทางเคมีอุณหภูมิและเส้นทางของมัน) องค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นเหล็กหล่อมีศักย์ไฟฟ้า เมื่อลดค่านี้ลง ก็สามารถจัดเรียงตามลำดับต่อไปนี้: กราไฟท์ (ไอรอนคาร์ไบด์) ยูเทคติกฟอสไฟด์สองหรือสามเท่า - ออกซีเฟอร์

แรงดันไฟฟ้าระหว่างกราไฟท์และออกซีเฟอร์ (เฟอร์ไรต์) คือ 0.56 โวลต์ ระดับความต้านทานการกัดกร่อนจะลดลงตามการเพิ่มขึ้นของระดับการกระจายตัวของส่วนประกอบที่รวมอยู่ในองค์ประกอบ อย่างไรก็ตาม การลดระดับการกระจายตัวของเหล็กคาร์ไบด์มากเกินไปจะลดระดับความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ส่วนประกอบที่เป็นโลหะผสมส่งผลต่อความสามารถของเหล็กหล่อในการต้านทานการเกิดออกซิเดชันพร้อมกับผลกระทบต่อองค์ประกอบทางโครงสร้าง มีการต้านทานต่อกระบวนการออกซิเดชั่นมากเกินไปในการหล่อเหล็กหล่อโดยมีเปลือกที่เก็บรักษาไว้หลังจากนั้น

α , ความจุความร้อนจำเพาะ กับและการนำความร้อน λ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและโครงสร้างของเหล็กหล่อตลอดจนอุณหภูมิ ดังนั้นค่าของมันจึงถูกกำหนดไว้ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม เมื่อค่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น α และ กับมักจะเพิ่มขึ้นและ λ ลดลง (ตารางที่ 1)

สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น α และความจุความร้อนจำเพาะ คโครงสร้างที่ต่างกันจริงรวมถึงเหล็กหล่อสามารถกำหนดได้ตามกฎการผสม:

ที่ไหน x 1, x 2, ..., xn - α หรือ คส่วนประกอบโครงสร้าง (ตารางที่ 2);
ก 1 , 2 , ... , น- เนื้อหาเชิงปริมาณ

การนำความร้อนของโลหะผสมและของผสม ตรงกันข้ามกับค่าสัมประสิทธิ์ α และความจุความร้อน คไม่สามารถกำหนดได้ตามกฎการผสม อิทธิพลของแต่ละองค์ประกอบต่อการนำความร้อนสามารถกำหนดได้โดยการคำนวณโดยประมาณเท่านั้น

ต่อสัมประสิทธิ์ α และความจุความร้อนจำเพาะ กับส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบของเหล็กหล่อและการนำความร้อน λ - ระดับของการสร้างกราฟ การกระจายตัวของโครงสร้าง การรวมอโลหะ ฯลฯ

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นไม่เพียงแต่กำหนดการเปลี่ยนแปลงในขนาดโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่ยังรวมถึงความเค้นที่เกิดจากการหล่อด้วย ลด α มีประโยชน์จากมุมมองนี้และอำนวยความสะดวกในเงื่อนไขในการรับการหล่อคุณภาพสูง แต่ในกรณีของการทำงานร่วมกันของชิ้นส่วนเหล็กหล่อกับชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กหรือวัสดุอื่นที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นที่สูงกว่าเราต้องพยายามเพิ่มมูลค่า α สำหรับเหล็กหล่อ

ความจุความร้อนและการนำความร้อนได้ ความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการหล่อ เช่น ท่อทำความร้อน แม่พิมพ์ ชิ้นส่วน หน่วยทำความเย็นและเครื่องยนต์ สันดาปภายในฯลฯ เนื่องจากเป็นตัวกำหนดความสม่ำเสมอของการกระจายอุณหภูมิในการหล่อและความเข้มของการกำจัดความร้อน

ในตาราง ตารางที่ 3 แสดงคุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์ของเหล็กหล่อกลุ่มต่างๆ

ตารางที่ 3. คุณสมบัติทางอุณหฟิสิกส์เหล็กหล่อ

เหล็กหล่อ	α 20 100 ∗10 6 , 1/°C	ค 20 100 , เจ/(กก.∗°C)	ค 20 1000 , เจ/(กก.∗°C)	แล 20 100 , W/(m∗°C)
สีเทาพร้อมกราไฟท์เกล็ด (GOST 1412-85):
SCH10-SCH18	10-11	502-544	586-628	46,0-54,4
SCh20-SCh30	10-11	502-544	586-628	41,8-50,2
SCH35	11,5-12,0	502-544	628-670	37,6-46,0
ความแข็งแรงสูง (GOST 7293-85):
เอชเอฟ 35-เอชเอฟ 45	11,5-12,5	460-502	586-628	37,6-46,0
เอชเอฟ 60-เอชเอฟ 80	10-11	502-523	628-670	33,5-41,9
เอชเอฟ 100	9-10	523-565	628-670	29,3-37,6
อ่อนได้ (GOST 7769-82):
ซีซี 30-6/ซีซี 37-12	10,5-11,0	460-511	586-628	54,4-62,8
ซีซี 45-5/ซีซี 65-3	10,3-10,8	527-544	628-670	50,2-54,4
อัลลอยด์ (GOST 7769-82)
นิกเกิล ChN20D2Sh	17-19	—	460-502	17,4
มี Ni 35-37%	1,5-2,5	—	—	—
โครมิก:
CHH16	—	—	—	32,5 *1
CHH22	—	—	—	25,5 *1
CHH28	9-10	—	—	17,4 *1
CHH32	9-10	—	—	19,8 *1
เป็นทราย:
ChS5	14-17 *2	—	—	21,0 *3
ChS15, ChS17	4,7 *1	—	—	10,5
อลูมิเนียม:
CHYU22SH	17,5 *1	—	—	15,1-28,0 *3
CH30	22-23 *2	—	—	—
*1 ในช่วง 20-200 °C
*2 ในช่วง 20-900 °C
*3 ในช่วง 20-500 °C

สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น α

สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น α . อิทธิพลที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในค่าสัมประสิทธิ์ α มีคาร์บอนโดยเฉพาะในสภาวะที่ถูกผูกไว้ คาร์บอนหนึ่งเปอร์เซ็นต์มีค่าประมาณ 5 เท่า ปริมาณมากซีเมนไทต์มากกว่ากราไฟท์ ดังนั้นองค์ประกอบการสร้างกราฟ (Si, Al, Ti, Ni, Cu ฯลฯ)เพิ่มขึ้นและต่อต้านการรับสินบน (Cr, V, W, Mo, Mn ฯลฯ)ลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น

มูลค่าสูงสุด α เหล็กหล่อนิกเกิลออสเทนนิติก เช่นเดียวกับเหล็กหล่ออะลูมิเนียมเฟอร์ริติก เช่น ชูกัลและไพโรเฟอรัล มีความแตกต่างกัน ดังนั้นด้วยเนื้อหาที่สูงพอสมควร Ni, Cu, Mnความหมาย α ; เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่เมื่อเก็บ พรรณี>20% α ลดลง: และถึงขั้นต่ำที่ 35-37% Ni รูปร่างของกราไฟท์ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นที่อุณหภูมิต่ำเท่านั้น α เหล็กดัดที่มีกราไฟท์เป็นก้อนกลมจะสูงกว่าเล็กน้อย α เหล็กหล่อพร้อมกราไฟท์เกล็ด

ความจุความร้อนจำเพาะของเหล็กหล่อ

ความจุความร้อนจำเพาะของเหล็กหล่อ เช่น เหล็ก จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (ดูตารางที่ 2) และมีลักษณะพิเศษคือการเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันระหว่างการเปลี่ยนเฟส เฟ α → เฟ แลม ;แล้วความจุความร้อนจำเพาะ เหล็กหล่อลดลงอย่างรวดเร็ว แต่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีกก็จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง

การทำกราไฟต์จะช่วยลดความจุความร้อนจำเพาะของเหล็กหล่อ จากสีขาว; เหล็กหล่อจะสูงกว่าเหล็กหล่อสีเทาและมีความแข็งแรงสูงเล็กน้อยเล็กน้อย (ดูตารางที่ 4)

การนำความร้อนของเหล็กหล่อ

การนำความร้อนของเหล็กหล่อมีค่ามากกว่าเหล็กหล่อชนิดอื่น คุณสมบัติทางกายภาพขึ้นอยู่กับโครงสร้าง การกระจายตัว และสิ่งสกปรกที่เล็กที่สุด กล่าวคือ เป็นคุณสมบัติที่ไวต่อโครงสร้าง

การทำกราฟิคจะเพิ่มการนำความร้อน ดังนั้นองค์ประกอบที่เพิ่มระดับของการสร้างกราฟและขนาดของกราไฟท์จึงเพิ่มขึ้น และองค์ประกอบที่ป้องกันการสร้างกราฟและเพิ่มการกระจายตัวของส่วนประกอบโครงสร้างจะลดลง ผลกระทบของกราไฟท์ที่ระบุจะน้อยกว่าสำหรับกราไฟท์ทรงกลม (ดูตารางที่ 4)

รูปร่างของกราไฟท์ การตกตะกอน และการกระจายตัวของกราไฟท์ยังส่งผลต่อการนำความร้อนด้วย ตัวอย่างเช่น เหล็กดัดมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็กหล่อสีเทา ค่าการนำความร้อนของเหล็กหล่อที่มีกราไฟท์เวอร์มิคูลาร์ (CVG) สูงกว่าค่าการนำความร้อนของ CSG และใกล้เคียงกับ λ เหล็กหล่อสีเทาพร้อมกราไฟท์เกล็ด

เหล็กหล่อโลหะผสมสูงมีลักษณะเป็นกฎโดยมีการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็กหล่อทั่วไป