Теплоемкость чугуна и стали

Удельная теплоемкость стали

Удельная теплоемкость стали распространенных марок

В сводной таблице представлена удельная теплоемкость стали распространенных марок: углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, а также чугуна при различной температуре.

Приведены значения средней удельной теплоемкости низколегированных сталей, углеродистых сталей при различных температурах, указана теплоемкость высоколегированных сталей с особыми свойствами в зависимости от температуры.

По данным таблицы видно, что значение удельной теплоемкости стали с ростом температуры увеличивается. Следует отметить, что теплоемкость стали при комнатной температуре находится в диапазоне от 440 до 550 Дж/(кг·град); удельная теплоемкость стали в таблице представлена в интервале температуры от 20 до 1000°С.

Удельная теплоемкость стали при различных температурах

Марка стали	Температура, °С	Теплоемкость стали, Дж/(кг·град)
02Х17Н11М2	20…400…600…800	470…560…610…650
02Х22Н5АМ3	20…100…200…300…400	480…500…530…550…590
03Х24Н6АМ3 (ЗИ130)	20…100…200…300…400	480…500…530…550…570
05ХН46МВБЧ (ДИ65)	100…200…300…400…500…600…700…800	445…465…480…490…500…510…515…520
06Х12Н3Д	100…200…300…400	523…544…577…594
07Х16Н6 (Х16Н6, ЭП288)	100…200…300…400…500…600…700	440…500…550…590…630…670…710
08	100…200…400…600	465…477…510…565
08кп	100…200…300…400…500…600…700…800…900	482…498…514…533…555…584…626…695…695
08Х13 (0Х13, ЭИ496)	20	462
08Х14МФ	20…100…200…300…400…500…600	460…473…502…540…574…682…754
08Х17Т (0Х17Т, ЭИ645)	20	462
08Х17Н13М2Т (0Х17Н13М2Т)	20	504
08Х18Н10 (0Х18Н10)	20	504
08Х18Н10Т (0Х18Н10Т, ЭИ914)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…494…515…536…549…561…574…595
08ГДНФЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	483…500…517…529…554…571…613…697…693
09Х14Н19В2БР1 (ЭИ726)	20	502
015Х18М2Б-ВИ (ЭП882-ВИ)	100…200…300…400	473…519…578…636
1Х14Н14В2М (ЭИ257)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…486…515…536…544…557…590…624
4Х5МФ1С (ЭП572)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	431…477…519…565…620…703…888…766…749
10	100…200…400…600	465…477…510…565
10кп	100…200…400…600	466…479…512…567
10Х12Н3М2ФА(Ш) (10Х12Н3М2ФА-А(Ш))	100…200…300…400…500	510…538…562…588…627
10Х13Н3М1Л	20	495
10Х17Н13М2Т (Х17Н13М2Т, ЭИ448)	20	504
10Х17Н13М3Т (Х17Н13М3Т, ЭИ432)	20	504
10Х18Н9Л	100	504
10ГН2МФА, 10ГН2МФА-ВД, 10ГН2МФА-Ш	100…200…300…400	469…553…599…628
12МХ	20…200…300…400…500…600…700	498…519…569…595…653…733…888
12X1МФ (ЭИ575)	100…200…300…400…500…600…700…800	507…597…607…643…695…783…934…1025
12Х13 (1Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	473…487…506…527…554…586…636…657…666
12Х13Г12АС2Н2 (ДИ50)	100…200…300…400…500…600…700	523…559…602…613…648…668…690
12Х18Н9 (Х18Н9)	20	504
12Х18Н9Т (Х18Н9Т)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	469…486…498…511…519…528…532…544…548
12Х18Н12Т (Х18Н12Т)	20…100…200…300…400…500…600…700	461…494…515…540…548…561…574…595
14Х17Н2 (1Х17Н2, ЭИ268)	20	462
15	100…200…400…500	469…481…523…569
15Г	100…300…500	496…538…592
15К	100…200…400…500	469…482…524…570
15кп	100…200…300…400…500…600…700…800	465…486…515…532…565…586…620…691
15Л	100…200…400…600	469…477…515…570
15Х2НМФА-А, 15Х2НМФА-А класс 1	100…200…300…400	490…515…540…569
15Х11МФБЛ (1Х11МФБЛ, Х11ЛА)	100…200…300…400…500…600	494…528…574…641…741…867
15Х25Т (Х25Т, ЭИ439)	20	462
15ХМ	100	486
17Х18Н9	20	504
18Х11МНФБ (2Х11МНФБ, ЭП291)	100…200…300…400…500…600	490…540…590…666…766…900
18ХГТ	100…200…300…400…500…600…700…800	495…508…525…537…567…588…626…705
20	100…200…400…500	469…481…536…569
20Г	100…200…400…500	469…481…536…569
20ГСЛ	100…200…400…500	469…482…536…569
20К	100…200…400…500	469…482…524…570
20Л	100…200…400…600	469…481…536…570
20кп	100…200…300…400…500…600…700…800…900	486…498…514…533…555…584…636…703…695
20ХМЛ	100…200…300…400…500	498…572…588…612…660
20ХМФЛ	100…200…300…400…500…600	498…574…590…615…666…741
20Х3МВФ (ЭИ415, ЭИ579)	100…200…300…400…500…600	502…561…611…657…716…754
20Х23Н13 (Х23Н13, ЭИ319)	20	538
20Х23Н18 (Х23Н18, ЭИ417)	20	538
20ХН3А	100…200…300…400…500…600…700…800	494…507…523…536…565…586…624…703
22К	100…200…400…500	469…481…519…569
25	100…200…400…500	469…482…524…570
25Л	100…200…400…600	469…481…519…570
25Х1МФ	20	461
25Х2М1Ф (ЭИ723)	100…200…300…400…500…600	536…574…607…632…674…733
25ХГСА	20…100…200…300…400…500…600…700	496…504…512…533…554…584…622…693
30	100…200…300…400…500	469…481…544…523…762
30Г	100…200…300…400…500	469…481…544…599…762
30Л	100…200…400…600	469…481…523…570
30Х13 (3Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	473…486…504…525…532…586…641…679…691
30ХГТ	100…200…300…400…500…600…700…800	495…508…525…537…567…588…626…705
30Х	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	482…496…513…532…555…583…620…703…687…678
30ХН2МФА (30ХН2МВА)	20…100…200…300…400	466…508…529…567…588
30ХН3А	100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	494…504…518…536…558…587… 657…703…695…687
33ХС	20…100…200…300…400…500…600…700	466…508…529…563…599…622…634…664
35	100…200…400…500	469…482…524…570
35Л	100…200…400…600	469…481…523…574
35ХГСЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	496…504…512…533…554…584…622…693…689
35ХМЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	479…500…512…529…550…580…617…689…685
36Х18Н25С2 (4Х18Н25С2, ЭЯ3С)	20	515
40	100…200…300…400…600	469…481…519…523…574
40Г	100…200…400…600	486…481…490…574
40Л	100…200…400…600	469…481…523…574
40Х10С2М (4Х10С2М, ЭИ107)	300…400…500	532…561…586
40Х13 (4Х13)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	452…477…502…528…553…578…620…666…691
40ХЛ	100…200…300…400…500…600…700…800…900	491…508…525…538…569…588…626…701…689
45	100…200…400…500	469…482…524…574
45Г2	100…200	444…427
45Л	100…200…400…600	469…481…523…569
45Х14Н14В2М (ЭИ69)	300…400…500…600	507…511…523…528
50	300…400…500	561…641…787
50Г	20…100…200…300…400…500…600…700	487…500…517…533…559…584…609…676
50Л	100…200…400…600	478…511…511…569
55	100…200…400…500	477…486…523…569
60	100…200…400…600	481…486…528…565
ХН35ВТ (ЭИ612)	100…200…300…400…500…600	511…544…569…590…595…595
ХН64ВМКЮТЛ (ЗМИ3)	20…100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	430…450…470…490…515…540…565… 590…625…650…1008
ХН65ВКМБЮТЛ (ЭИ539ЛМУ)	20…100…200…300…400…500…600… 700…800…900…1000	424…436…480…493…505…518…548… 596…650…692…710
ХН65ВМТЮЛ (ЭИ893Л)	20…100…200…300…400…500…600…700…800	425…430…440…470…500…510…550…615…650
ХН65КМВЮТЛ (ЖС6К)	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	380…400…420…445…470…485…515…560…610…660
ХН70БДТ (ЭК59)	100…200…300…400	450…475…500…505
ХН70КВМЮТЛ (ЦНК17П)	20	440
ХН80ТБЮА (ЭИ607А)	100…200…300…400…500…600	494…547…607…678…749…829
Х15Н60-Н	20	460
Х20Н80-Н	20	460
Х23Ю5Т	20…800	480…750
Х27Ю5Т	20…800	500…690
А12	100…300…400…600	469…477…515…569
Р6М5	100…200…300…400…500…600…700	440…470…500…550…580…670…900
Р18	100…200…300…400…500…600…700	420…450…470…510…550…610…690
У8, У8А	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	477…511…528…548…565…594…624…724…724…703
У12, У12А	20…100…200…300…400…500…600…700…800…900	469…503…519…536…553…720…611…712…703…699

Средняя удельная теплоемкость высоколегированных сталей

В таблице даны значения массовой удельной теплоемкости высоколегированных сталей с особыми свойствами таких, как сталь Г13 и сталь Р18.
Теплоемкость сталей Г13 и Р18 приведена в размерности кДж/(кг·град) при температурах 50…1300°С.

Средняя удельная теплоемкость сталей низколегированных

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости низколегированных сталей. Даны значения теплоемкости для следующих марок стали: сталь 30Х, 30Н3, 30ХН3, 30Г2, 50С2Г. Удельная теплоемкость сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) и указана в зависимости от температуры — в интервале от 50 до 1300°С.

Удельная теплоемкость углеродистых сталей и чугуна при различной температуре

В таблице приведены значения удельной (массовой) теплоемкости следующих углеродистых сталей и чугуна: сталь 08, ст.20, ст.35, ст.У8, сталь листовая электротехническая, чугун белый, чугун СЧ10. Теплоемкость представлена в таблице в интервале температуры от 80 до 1573 К в размерности кДж/(кг·град) .

Удельная теплоемкость легированных сталей при различной температуре

В таблице представлены значения массовой удельной теплоемкости стали следующих марок: сталь 15Л, 25Л, 45Л, 55Л, 13Н2ХА, Р18, 11Р3АМ3Ф2, Р6М5, 4Х13, 1Х12В2МФ, Х5М, 30ХМ, 30ХМА, 30ХГС, 30ХГСА, 1Х11МФ, 1Х12ВИМФ, 25Х2МФА, ХН35ВТ (ЭИ612, ЭИ612К), Х17Н13М2Т (ЭИ448), Х16Н25М6 (ЭИ395), Х22Н26, ВЖ100, ШХ15. Массовая теплоемкость легированных сталей в таблице выражена в кДж/(кг·град) в зависимости от температуры — в интервале от 300 до 1400К.

Средняя удельная теплоемкость углеродистых сталей

В таблице представлены значения массовой теплоемкости железа и следующих углеродистых сталей: сталь 08КП, ст. 08, сталь 20, 40, сталь У8, У8′, у12. Массовая удельная теплоемкость углеродистых сталей в таблице дана в размерности кДж/(кг·град) в интервале температуры от 50 до 1300°С.

Источники:

Статьи

Удельная теплоёмкость — это количество тепла, которое требуется затратить, чтобы нагреть 1 килограмм вещества на 1 градус по шкале Кельвина (или Цельсия).

Физическая размерность удельной теплоемкости: Дж/(кг·К) = Дж·кг -1 ·К -1 = м 2 ·с -2 ·К -1 .

В таблице приводятся в порядке возрастания значения удельной теплоемкости различных веществ, сплавов, растворов, смесей. Ссылки на источник данный приведены после таблицы.

При пользовании таблицей 1 следует учитывать приближенный характер данных. Для всех веществ удельная теплоемкость зависит от температуры и агрегатного состояния. У сложных объектов (смесей, композитных материалов, продуктов питания) удельная теплоемкость может значительно варьироваться для разных образцов.

Таблица 1. Теплоемкость чистых веществ

Вещество	Агрегатное состояние	Удельная теплоемкость, Дж/(кг·К)
Золото	твердое	129
Свинец	твердое	130
Иридий	твердое	134
Вольфрам	твердое	134
Платина	твердое	134
Ртуть	жидкое	139
Олово	твердое	218
Серебро	твердое	234
Цинк	твердое	380
Латунь	твердое	380
Медь	твердое	385
Константан	твердое	410
Железо	твердое	444
Сталь	твердое	460
Высоколегированная сталь	твердое	480
Чугун	твердое	500
Никель	твердое	500
Алмаз	твердое	502
Флинт (стекло)	твердое	503
Кронглас (стекло)	твердое	670
Кварцевое стекло	твердое	703
Сера ромбическая	твердое	710
Кварц	твердое	750
Гранит	твердое	770
Фарфор	твердое	800
Цемент	твердое	800
Кальцит	твердое	800
Базальт	твердое	820
Песок	твердое	835
Графит	твердое	840
Кирпич	твердое	840
Оконное стекло	твердое	840
Асбест	твердое	840
Кокс (0. 100 °С)	твердое	840
Известь	твердое	840
Волокно минеральное	твердое	840
Земля (сухая)	твердое	840
Мрамор	твердое	840
Соль поваренная	твердое	880
Слюда	твердое	880
Нефть	жидкое	880
Глина	твердое	900
Соль каменная	твердое	920
Асфальт	твердое	920
Кислород	газообразное	920
Алюминий	твердое	930
Трихлорэтилен	жидкое	930
Абсоцемент	твердое	960
Силикатный кирпич	твердое	1000
Полихлорвинил	твердое	1000
Хлороформ	жидкое	1000
Воздух (сухой)	газообразное	1005
Азот	газообразное	1042
Гипс	твердое	1090
Бетон	твердое	1130
Сахар-песок	1250
Хлопок	твердое	1300
Каменный уголь	твердое	1300
Бумага (сухая)	твердое	1340
Серная кислота (100%)	жидкое	1340
Сухой лед (твердый CO₂)	твердое	1380
Полистирол	твердое	1380
Полиуретан	твердое	1380
Резина (твердая)	твердое	1420
Бензол	жидкое	1420
Текстолит	твердое	1470
Солидол	твердое	1470
Целлюлоза	твердое	1500
Кожа	твердое	1510
Бакелит	твердое	1590
Шерсть	твердое	1700
Машинное масло	жидкое	1670
Пробка	твердое	1680
Толуол	твердое	1720
Винилпласт	твердое
Скипидар	жидкое	1800
Бериллий	твердое	1824
Керосин бытовой	жидкое	1880
Пластмасса	твердое	1900
Соляная кислота (17%)	жидкое	1930
Земля (влажная)	твердое	2000
Вода (пар при 100 °C)	газообразное	2020
Бензин	жидкое	2050
Вода (лед при 0 °C)	твердое	2060
Сгущенное молоко	2061
Деготь каменноугольный	жидкое	2090
Ацетон	жидкое	2160
Сало	2175
Парафин	жидкое	2200
Древесноволокнистая плита	твердое	2300
Этиленгликоль	жидкое	2300
Этанол (спирт)	жидкое	2390
Дерево (дуб)	твердое	2400
Глицерин	жидкое	2430
Метиловый спирт	жидкое	2470
Говядина жирная	2510
Патока	2650
Масло сливочное	2680
Дерево (пихта)	твердое	2700
Свинина, баранина	2845
Печень	3010
Азотная кислота (100%)	жидкое	3100
Яичный белок (куриный)	3140
Сыр	3140
Говядина постная	3220
Мясо птицы	3300
Картофель	3430
Тело человека	3470
Сметана	3550
Литий	твердое	3582
Яблоки	3600
Колбаса	3600
Рыба постная	3600
Апельсины, лимоны	3670
Сусло пивное	жидкое	3927
Вода морская (6% соли)	жидкое	3780
Грибы	3900
Вода морская (3% соли)	жидкое	3930
Вода морская (0,5% соли)	жидкое	4100
Вода	жидкое	4183
Нашатырный спирт	жидкое	4730
Столярный клей	жидкое	4190
Гелий	газообразное	5190
Водород	газообразное	14300

Источники:

ru.wikipedia.org — Википедия: Удельная теплоемкость;
alhimik.ru — средняя удельная теплоемкость некоторых твердых материалов при 0. 100 °С, кДж/(кг·К) по данным пособия «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» под ред. Романкова;
school.uni-altai.ru — табличные значения наиболее распространенных жидкостей;
school.uni-altai.ru — табличные значения наиболее распространенных твердых тел;
dink.ru — удельная теплоемкость при 20 °С;
mensh.ru — теплоаккумулирующая способность материалов;
vactekh-holod.ru — удельная теплоемкость твердых веществ и некоторых жидкостей;
xiron.ru — данные по теплоемкости пищевых продуктов;
aircon.ru — теплоемкость всяких разных [пищевых] продуктов;
masters.donntu.edu.ua — теплоемкость углей;
nglib.ru — средняя удельная теплоемкость твердых тел при комнатной температуре — таблица в книге С.Д. Бескова «Технохимические расчеты» в электронной библиотеке «Нефть и газ» (требуется регистрация). Это наиболее подробный из доступных в интернете справочников.

Таблица 2. Удельная теплоемкость углеродистых сталей марок Сталь 20 и Сталь 40 при высоких температурах (Дж/(кг∙ºC)) От 50 ºC до заданной температуры

Теплоемкость стали от температуры. Теплофизические свойства чугуна

Удельная теплоемкость — важный параметр, определяющий характеристики стали. Он показывает количество тепла, которое нужно затратить на нагрев килограмма сплава на 1 градус. На теплоемкость влияют разные особенности стали, что особо важно при

Под удельной теплоемкостью стали понимается количество тепла, необходимое для увеличения температуры одного килограмма вещества ровно на один градус. В равной степени может использоваться и шкала Цельсия, и Кельвина.

На теплоемкость влияют многочисленные факторы:

агрегатное состояние нагреваемого вещества;
атмосферное давление;
способ нагрева;
тип стали.

В частности высоколегированные стали содержат большие объемы углеродов, относятся к тугоплавким. Соответственно, чтобы нагреть на один градус необходимо больше тепла, чем стандартные 460 Дж/(кг*К). Низколегированные стали нагреваются быстрее и легче. Максимальное количество тепла и энергии необходимо для нагрева жаропрочных материалов, с антикоррозийной обработкой.

Расчет теплоемкости производится для каждого конкретного случая. Необходимо учитывать и то, что с повышением температуры нагреваемого вещества меняется его теплоемкость.

Удельная теплоемкость важна при проведении индукционной закалки или отпуске деталей из стали, чугуна, композитных материалов. При повышении температуры изделия на определенное количество градусов в структуре происходят фазовые изменения, соответственно, меняется и удельная теплоемкость. Для дальнейшего нагрева потребуются большие/меньшие объемы тепла.

Удельная теплоемкость характеризует не только процесс нагрева стали или композитных материалов, но и их охлаждение. Каждый материал при остывании отдает определенное количество тепла и/или энергии. Удельная теплоемкость позволяет рассчитать, какое количество тепла будет получено при остывании одного килограмма металла на один градус. На теплоотдачу влияют площадь охлаждаемого материала, наличие/отсутствие дополнительной вентиляции.

Как рассчитывают удельную теплоемкость

Рассчитывают удельную теплоемкость чаще по шкале Кельвина. Но благодаря лишь разнице в точке отсчета, показатель можно перевести в градусы Цельсия.

Параметр удельной теплоемкости определяет количество топлива, нужного для нагрева детали до заданной точки. От этого зависит тип и марка стали. Высоколегированный сплав имеет более высокое значение параметра при одинаковой температуре. Низколегированные и углеродистые стали — меньше.

Пример:

Для сравнения, сталь Г13 имеет теплоемкость 0,520 кДж/(кг*град) при температуре в 100оС. Этот сплав высоколегированный, то есть содержит больше хрома, никеля, кремния и других дополнительных элементов. Углеродистая сталь марки 20 при аналогичной температуре имеет удельную теплоемкость 0,460 кДж/(кг*град).

Таким образом, удельная теплоемкость зависит не только от температуры, но и от вида стали. Высоколегированные стали менее устойчивы к образованию трещин, хуже поддается сварке. Тугоплавкость у таких материалов повышена. Эти показатели прямо влияют на , которые делают из разных марок стали. Устойчивость, легкость, прочность — важнейшие критерии, которые определяются качеством такого сплава.

В таблицах можно наблюдать показатели удельной теплоемкости высоколегированных сталей Г13 и Р18, а также ряда низколегированных сплавов. Диапазоны температур — 50:650оС.

α , удельная теплоемкость с и теплопроводность λ зависят от состава и структуры чугуна, а также от температуры. Поэтому значения их приводят в соответствующем интервале температур. С повышением температуры значения α и с обычно увеличиваются, а λ уменьшается (табл 1).

Коэффициент линейного расширения α и удельная теплоемкость c реальных неоднородных структур, в том числе чугуна, может быть определена по правилу смешения:

где x 1 , х 2 , . х n — α или c структурных составляющих (табл. 2);
a 1 , a 2 , . a n — количественное содержание их.

Теплопроводность сплавов и смесей в отличие от коэффициента α и теплоемкости c не может быть определена по правилу смешения. Влияние отдельных элементов на теплопроводность расчетным путем можно установить лишь приближенно.

На коэффициент α и удельную теплоемкость с влияет главным образом состав чугуна, а на теплопроводность λ — степень графитизации, дисперсность структуры, неметаллические включения и т. п.

Коэффициент линейного расширения определяет не только изменения размеров в зависимости от температуры, но и напряжения, образующиеся в отливках. Уменьшение α является полезным с этих позиции и облегчает условия получения качественных отливок. Но в случае совместной работы чугунных деталей с деталями из цветных сплавов или других материалов, имеющих больший коэффициент линейного расширения, приходится стремиться к увеличению значения α для чугуна.

Теплоемкость и теплопроводность имеют большое значение для таких отливок, как отопительные трубы, изложницы, детали холодильных установок и двигателей внутреннего сгорания и т.д., так как определяют равномерность распределения температуры в отливках и интенсивность отвода теплоты.

В табл. 3 приведены теплофизические свойства чугунов различных групп.

Таблица 3. Теплофизические свойства чугуна

Чугун	α 20 100 ∗10 6 , 1/°C	c 20 100 , Дж/(кг∗°C)	c 20 1000 , Дж/(кг∗°C)	λ 20 100 , Вт/(м∗°C)
Серый с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412-85):
СЧ10-СЧ18	10-11	502-544	586-628	46,0-54,4
СЧ20-СЧ30	10-11	502-544	586-628	41,8-50,2
СЧ35	11,5-12,0	502-544	628-670	37,6-46,0
Высокопрочный (ГОСТ 7293-85):
ВЧ 35-ВЧ 45	11,5-12,5	460-502	586-628	37,6-46,0
ВЧ 60-ВЧ 80	10-11	502-523	628-670	33,5-41,9
ВЧ 100	9-10	523-565	628-670	29,3-37,6
Ковкий (ГОСТ 7769-82):
КЧ 30-6/КЧ 37-12	10,5-11,0	460-511	586-628	54,4-62,8
КЧ 45-5/КЧ 65-3	10,3-10,8	527-544	628-670	50,2-54,4
Легированный (ГОСТ 7769-82)
никелевый ЧН20Д2Ш	17-19	—	460-502	17,4
с 35-37% Ni	1,5-2,5	—	—	—
хромистый:
ЧХ16	—	—	—	32,5 *1
ЧХ22	—	—	—	25,5 *1
ЧХ28	9-10	—	—	17,4 *1
ЧХ32	9-10	—	—	19,8 *1
кремнистый:
ЧС5	14-17 *2	—	—	21,0 *3
ЧС15, ЧС17	4,7 *1	—	—	10,5
алюминиевый:
ЧЮ22Ш	17,5 *1	—	—	15,1-28,0 *3
ЧЮ30	22-23 *2	—	—	—
*1 В интервале 20-200 °C.
*2 В интервале 20-900 °C.
*3 В интервале 20-500 °C.

Коэффициент линейного расширения α

Коэффициент линейного расширения α . Наибольшее влияние на коэффициент α оказывает углерод, в особенности в связанном состоянии. Одному проценту углерода соответствует примерно в 5 раз большее количество цементита, чем графита. Поэтому графитизирующие элементы (Si, Al, Ti, Ni, Сu и др.) повышают, а антиграфнтизирующие (Cr, V, W, Мо, Мn и др.) уменьшают коэффициент линейного расширения,

Наибольшим значением α отличаются аустенитные никелевые чугуны, а также ферритные алюминиевые чугуны типа чугаль и пирофераль. Поэтому при достаточно высоком содержании Ni, Сu, Мn значение α ; резко увеличивается. Однако при содержании Ni>20% α понижается: и достигает минимума при 35-37 % Ni. Форма графита существенно влияет на коэффициент линейного расширения лишь при низких температурах; α высокопрочного чугуна с шаровидным графитом несколько выше, чем α чугуна с пластинчатым графитом.

Удельная теплоемкость чугуна

Удельная теплоемкость с чугуна, как и железа, увеличивается с повышением температуры (см. табл. 2) и характеризуется скачкообразным повышением при фазовом превращении Fe α →Fe λ ; затем удельная теплоемкость чугуна резко падает, но с дальнейшим повышением температуры вновь увеличивается.

Графитизация понижает удельную теплоемкость чугуна; отсюда с белого; чугуна несколько выше, чем серого и высокопрочного (см. табл. 4).

Теплопроводность чугуна.

Теплопроводность чугуна в большей мере, чем другие физические свойства , зависит от структуры, ее дисперсности и мельчайших загрязнений, т. е. является структурно-чувствительным свойством.

Графитизация повышает теплопроводность; следовательно, элементы увеличивающие степень графитизации и размер графита, повышают, а элементы, препятствующие графитизации и увеличивающие дисперсность структурных составляющих, понижают. Указанное влияние графитизация меньше для шаровидного графита (см. табл. 4).

Форма графита, его выделение и распределение также влияют на теплопроводность. Например, высокопрочный чугун имеет более низкую теплопроводность, чем серый чугун. Теплопроводность чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ) выше, чем у ЧШГ, и близка к λ серого чугуна с пластинчатым графитом.

Высоколегированные чугуны характеризуются, как правило, более низкой теплопроводностью, чем обычные.

Принципы расчета теплоёмкости металлической посуды применимы для батарей и ванн.

Чугунная батарея остывает дольше.

Еще раз обращу внимание, что темпы остывания предмета напрямую зависят от массы и удельной теплоёмкости материала, из которого он изготовлен. Не путать теплоёмкость и теплопроводность!

Чугунная батарея тяжелее алюминиевой раза в три. Следовательно, обладает большей теплоёмкостью в 2,5 раза.

Очень часто задают вопрос: почему чугунные батареи остывают дольше стальных?

И удельные теплоёмкости — 540 Дж/(кг*К) для чугуна и 460 Дж/(кг*К) для стали — относительно мало отличаются (15%). А весь секрет — в значительной степени — заключается в существенно большей массе чугунных батарей.

Масса секции батарей:

Если же сравнивать две одинаковые по массе батареи — из стали и чугуна — то при одинаковой температуре прогрева чугунная батарея сохранит тепла больше на 15%.

Чугунная ванна сохраняет тепло.

То есть количество выделяемого тепла при остывании на 1 градус у чугунной ванны больше, чем у ванны из стали (в нашем примере) в 2,5 раза.

Теплоёмкость воды в ванне:

Из чего следует, температура горячей воды (40 градусов), налитая в ванну при комнатной температуре (20 градусов) упадет на 1 градус для стальной ванны и на 2,5 градуса для чугунной ванны.

Металлическая посуда глазами физика

Возвращаясь к теме металлической посуды , покажу в цифрах физику процессов.

Теплопроводимость.

Теплопроводность численно равна количеству теплоты (Дж), проходящее через единицу площади (кв.м) за единицу времени (сек) при единичном температурном градиенте.

Коэффициенты теплопроводности из справочника:

Вывод: чугун распределяет тепло медленно. Иными словами, мясо на чугунной сковороде не будет пригорать (в том числе) из-за более равномерного распределения тепла.

Похожая ситуация в приготовлении шашлыка на природе. Приготовление мяса на углях позволяет пропечь куски. Приготовление на открытом огне просто зажаривает внешнюю часть кусков мяса, оставив внутренние части сырыми.

Теплоёмкость.

Теплоёмкость численно равна количеству теплоты (Дж), которое необходимо передать, чтобы изменить его температуру на единицу (К).

Удельная теплоёмкость.

Удельная теплоёмкость – количество теплоты (Дж), которое необходимо передать единице массы вещества (кг), чтобы его температура изменилась на единицу температуры (К).

Иными словами, чтобы посчитать теплоёмкость металлической посуды – сколько тепловой энергии будет в прогретой до нужной температуры посуде – необходимо массу посуды (кг) умножить на удельную теплоёмкость металла (Дж/(кг*К)), из которого она изготовлена.

Значения удельной теплоёмкости из справочника:

Теплофизические свойства чугуна

Коэффициент линейного расширения α, удельная теплоемкость с и теплопроводность λ зависят от состава и структуры чугуна, а также от температуры. Поэтому значения их приводят в соответствующем интервале температур. С повышением температуры значения α и с обычно увеличиваются, а λ уменьшается (табл 1).

Таблица 1. Теплофизические свойства серого чугуна в зависимости от температуры

Температура, °C	α, 1/°C	c, Дж/(кг∗°C)	λ, Вт/(м∗°C)
60	10,0	502	54,4
160	11,0	523	50,2
260	13,1	553	48,1
360	13,7	586	46,0
510	15,9	620	—

Таблица 2. Теплофизические свойства структурных составляющих чугуна

Структурная составляющая	α 100 ₂₀₀, 1/°C	c 100 ,Дж/(кг∗°C)	λ 100 Вт/(м∗°C)
Феррит	12,0-12,6	460-470	72,8-75,5
Аустенит	18-19	502	41,8
Цементит	6,0-6,5	615	49,0
Перлит	10,0-11,6	486	50,3-51,9
Графит	1,4-3,7	795	355,8

В табл. 3 приведены теплофизические свойства чугунов различных групп.

Таблица 3. Теплофизические свойства чугуна

Чугун	α₂₀ 100 ∗10 6 , 1/°C	c₂₀ 100 , Дж/(кг∗°C)	c₂₀ 1000 , Дж/(кг∗°C)	λ₂₀ 100 , Вт/(м∗°C)
Серый с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412-85):
СЧ10-СЧ18	10-11	502-544	586-628	46,0-54,4
СЧ20-СЧ30	10-11	502-544	586-628	41,8-50,2
СЧ35	11,5-12,0	502-544	628-670	37,6-46,0
Высокопрочный (ГОСТ 7293-85):
ВЧ 35-ВЧ 45	11,5-12,5	460-502	586-628	37,6-46,0
ВЧ 60-ВЧ 80	10-11	502-523	628-670	33,5-41,9
ВЧ 100	9-10	523-565	628-670	29,3-37,6
Ковкий (ГОСТ 7769-82):
КЧ 30-6/КЧ 37-12	10,5-11,0	460-511	586-628	54,4-62,8
КЧ 45-5/КЧ 65-3	10,3-10,8	527-544	628-670	50,2-54,4
Легированный (ГОСТ 7769-82)
никелевый ЧН20Д2Ш	17-19	—	460-502	17,4
с 35-37% Ni	1,5-2,5	—	—	—
хромистый:
ЧХ16	—	—	—	32,5 _*1
ЧХ22	—	—	—	25,5 _*1
ЧХ28	9-10	—	—	17,4 _*1
ЧХ32	9-10	—	—	19,8 _*1
кремнистый:
ЧС5	14-17 _*2	—	—	21,0 _*3
ЧС15, ЧС17	4,7 _*1	—	—	10,5
алюминиевый:
ЧЮ22Ш	17,5 _*1	—	—	15,1-28,0 _*3
ЧЮ30	22-23 _*2	—	—	—
_*1В интервале 20-200 °C.
_*2В интервале 20-900 °C.
_*3В интервале 20-500 °C.

Коэффициент линейного расширения α

Коэффициент линейного расширения α. Наибольшее влияние на коэффициент α оказывает углерод, в особенности в связанном состоянии. Одному проценту углерода соответствует примерно в 5 раз большее количество цементита, чем графита. Поэтому графитизирующие элементы (Si, Al, Ti, Ni, Сu и др.) повышают, а антиграфнтизирующие (Cr, V, W, Мо, Мn и др.) уменьшают коэффициент линейного расширения,

Наибольшим значением α отличаются аустенитные никелевые чугуны, а также ферритные алюминиевые чугуны типа чугаль и пирофераль. Поэтому при достаточно высоком содержании Ni, Сu, Мn значение α; резко увеличивается. Однако при содержании Ni>20% α понижается : и достигает минимума при 35—37 % Ni. Форма графита существенно влияет на коэффициент линейного расширения лишь при низких температурах; α высокопрочного чугуна с шаровидным графитом несколько выше, чем α чугуна с пластинчатым графитом.

Удельная теплоемкость чугуна

Удельная теплоемкость с чугуна, как и железа, увеличивается с повышением температуры (см. табл. 2) и характеризуется скачкообразным повышением при фазовом превращении Fe_α→Fe_λ; затем удельная теплоемкость чугуна резко падает, но с дальнейшим повышением температуры вновь увеличивается.

Теплопроводность чугуна.

Теплопроводность чугуна в большей мере, чем другие физические свойства, зависит от структуры, ее дисперсности и мельчайших загрязнений, т. е. является структурно-чувствительным свойством.

Высоколегированные чугуны характеризуются, как правило, более низкой теплопроводностью, чем обычные.

Дамир.рф

Ванны и батареи физика

Принципы расчета теплоёмкости металлической посуды применимы для батарей и ванн.

Чугунная батарея остывает дольше.

Чугунная батарея тяжелее алюминиевой раза в три. Следовательно, обладает большей теплоёмкостью в 2,5 раза.

Очень часто задают вопрос: почему чугунные батареи остывают дольше стальных?

Масса секции батарей:

Металл секции	Масса секции, кг
алюминий	0,5 — 1,5
биметалл (сталь с алюминием)	1,5
чугун	3,7 — 5,9

Чугунная ванна сохраняет тепло.

Чугунная ванна:

Масса	100 кг
Коэффициент удельной теплоёмкости чугуна	540 Дж/(кг*К)
Теплоёмкость самой ванны из чугуна	100 кг * 540 Дж/(кг*К) = 54 кДж/К

Стальная ванна:

Масса	30 кг
Коэффициент удельной теплоёмкости стали	720 Дж/(кг*К)
Теплоёмкость самой ванны из стали	30 кг * 720 Дж/(кг*К) = 21,6 кДж/К

Теплоёмкость воды в ванне:

Объем	100 литров = 0,1 куб. м
Плотность воды	1000 кг/куб. м
Коэффициент удельной теплоёмкости воды	4183 Дж/(кг*К)
Теплоёмкость воды в ванне	0,1 куб. м * 1000 кг/куб. м * 4183 Дж/(кг*К) = 418,3 кДж/К

Металлическая посуда глазами физика

Возвращаясь к теме металлической посуды, покажу в цифрах физику процессов.

Теплопроводимость.

Коэффициенты теплопроводности из справочника:

Металл	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*К)
Медь	390
Алюминий	236
Сталь	47
Чугун	42

Теплоёмкость.

Теплоёмкость численно равна количеству теплоты (Дж), которое необходимо передать, чтобы изменить его температуру на единицу (К).

Удельная теплоёмкость.

Значения удельной теплоёмкости из справочника:

Металл	Удельная теплоёмкость, Дж/(кг*К)
Алюминий	930
Чугун	540
Сталь	460
Медь	385

Приблизительные массы металлических сковород:

Сковорода	Масса, кг
Алюминиевая сковорода с ручкой (диаметр 260 мм)	0,65
Чугунная сковорода с ручкой (черный чугун; диаметр 250 мм; глубина 40 мм)	2,10

Вывод: чугунная посуда массой 2,1кг будет почти в два раза (1,9 раза) больше отдавать тепла, чем алюминиевая посуда массой 0,65кг. И наоборот, чугунная посуда требует в два раза больше энергии для прогрева, чем алюминиевая посуда.

Иными словами, для поддержания (сохранения) температуры готовки чугунная посуда подходит лучше. А для разогрева еды будет более пригодна алюминиевая посуда.

Теплоемкость чугуна и стали

Удельная теплоемкость стали

Удельная теплоемкость стали распространенных марок

Средняя удельная теплоемкость высоколегированных сталей

Средняя удельная теплоемкость сталей низколегированных

Удельная теплоемкость углеродистых сталей и чугуна при различной температуре

Удельная теплоемкость легированных сталей при различной температуре

Средняя удельная теплоемкость углеродистых сталей

Статьи

Теплоемкость стали от температуры. Теплофизические свойства чугуна

На теплоемкость влияют многочисленные факторы:

Как рассчитывают удельную теплоемкость

<img src="https://samimiy.ru/public/42cofullsizega.jpg" /><img src="https://samimiy.ru/public/059d5293019ba27-787x395.jpg" />

Пример:

Коэффициент линейного расширения α

Удельная теплоемкость чугуна

Теплопроводность чугуна.

Чугунная батарея остывает дольше.

Чугунная ванна сохраняет тепло.

Металлическая посуда глазами физика

Теплопроводимость.

Теплоёмкость.

Теплоёмкость численно равна количеству теплоты (Дж), которое необходимо передать, чтобы изменить его температуру на единицу (К).

Удельная теплоёмкость.

Теплофизические свойства чугуна

Коэффициент линейного расширения α

Удельная теплоемкость чугуна

Теплопроводность чугуна.

Дамир.рф

Ванны и батареи физика

Чугунная батарея остывает дольше.

Чугунная ванна сохраняет тепло.

Похожие статьи:

Металлическая посуда глазами физика

Теплопроводимость.

Теплоёмкость.

Теплоёмкость численно равна количеству теплоты (Дж), которое необходимо передать, чтобы изменить его температуру на единицу (К).

Удельная теплоёмкость.

Читайте также: