Чугун это какой металл

Обновлено: 22.01.2025

Знать все о чугуне, о том, что это такое, и из чего состоит чугун, крайне рекомендуется любому потребителю металлургической продукции. Стоит изучить информацию из ГОСТа, сведения о получении такого металла не менее важно, чем определение чугунного сплава. Отдельно понадобится разбираться с видами, с составом и нюансами производства, со свойствами сплава и тонкостями его применения.

Что это такое?

Как и сталь, чугун состоит из железа, смешанного с некоторым количеством углерода, но разницей в концентрации карбонового компонента дело не ограничивается. Сама эта доля составляет минимум 2,14%, чаще — несколько большую величину. При этом само определение предусматривает вхождение в состав сплава еще и ряда других металлов, перечень и количество которых определяется индивидуально. Окончательное решение принимают технологи, отталкиваясь от тех свойств, которых требуется достигать.

При затвердении в печи чугун неизменно формирует эвтектику. Его углеродная структура бывает представлена как цементитом, так и графитом. В зависимости от нее, а также от содержащихся примесей, меняются свойства готового продукта. При производстве чугуна могут добавлять марганец, легирующие компоненты. А также это может быть и сплав железа с кремнием и углеродом, концентрация которого иногда превышает 6,67%.

Впрочем, в большинстве случаев доля углерода не более 4,5%. Повышенное его содержание характерно для сплавов с особыми свойствами и специальной категорией применения. При добавлении менее 2,14% углерода вместо чугуна получается сталь. У чугунных сплавов есть как положительные, так и отрицательные свойства. Сами они делятся на целый ряд более частных категорий в зависимости от параметров и сферы применения.

Особенности производства

Методика выработки чугуна постоянно улучшается. В большинстве случаев исходными материалами для этого процесса оказываются:

железная руда различных типов;

топливо (для проведения реакций и разогрева);

разного рода флюсы.

В составе руды должно присутствовать железо (в относительно чистом виде или в соединениях). Количество этого компонента и его химическое состояние оценивают, чтобы установить перспективы промышленного получения металла. Пропорции между основными расплавляемыми элементами подбирают весьма строго, учитывая нюансы технологического процесса и специфику исходного сырья. Основную роль в чугунолитейной практике получили окислы и сульфиды железа, а также шпаты. Именно эти 3 категории соединений наиболее часто встречаются во всех основных железорудных районах.

В ряде случаев металлурги используют красные, бурые, шпатовые и магнитные железняки. Сам чугун выплавляют, используя топливо с повышенной теплотворной способностью. Это свойство, а также ограничение на концентрацию серы, требования по пористости и прочности делают каменноугольный кокс почти безальтернативным решением. В редких случаях вместо него применяют древесный уголь. Чтобы улучшить отделение пустой породы и золы, добавляют флюсы.

В зависимости от состава и легкоплавкости шлаков меняется процесс доменной плавки и состав чугуна. Руды готовят к плавке предварительно. Большие фрагменты дробят и измельчают на специализированных машинах. В норме фрагменты должны быть величиной 3-10 см. Слишком мелкие куски отбраковывают в грохотах и отправляют спекаться при 1100-1200 градусах.

Руду нужно будет еще и промыть водой — для первичного удаления пустой породы. Потом сырье обжигают, чтобы подсушить его и убрать скопившуюся углекислоту. Попутно выжигается сера. В некоторых случаях прибегают к магнитному обогащению. Доменный процесс — один из основных способов выработки чугуна на практике.

Внутри домен создается очень высокая температура. Исходные компоненты преобразуются в чугунный сплав. Выделяются, обособляются при этом доменные газы и шлаки. С химической точки зрения правильно будет говорить о «восстановлении» железа углеродной окисью. Процесс идет плавно, без резких скачков.

Некоторые предприятия пользуются восстановлением железа водородом. А также практикуется восстановление твердым углеродом, или прямое восстановление. Высокопрочный чугун получают во многом благодаря науглероживанию железа. Усиленное насыщение углеродом начинается при 500 градусах. После расплавления и прогрева до высокой температуры расплав стекает по расплавленному коксу, что повышает эффективность науглероживания.

Завершение процесса происходит ниже шлаковой летки. В этот момент соотношение углерода и железа определяется содержанием иных компонентов.

Эффективность науглероживания повышается за счет примеси марганца. Тот же самый результат оказывает введение хрома, ванадия и титана. При плавлении, однако, восстанавливается не одно железо — в шихту переходят хром, марганец, свинец, цинк и так далее.

Характеристики и свойства

На передельный чугун распространяется ГОСТ 805 от 1995 года. В нормативе даны рекомендации по содержанию конкретных веществ. Массовая доля меди может составлять не более 0,3%. Доля боя в чушках достигает максимум 2%. Чушки весят от 18 до 55 кг.

Определить тепловую емкость чугунного сплава удается за счет правила смещения. Описывать его подробно, однако, не имеет смысла — технологи и так знают, а для остальных это пустая информация. Теплопроводность и температуропроводность чугунных образцов в первом приближении совпадают. Плавится чугун обычно при 1200 градусах, тогда как у стали этот показатель примерно 1500 градусов. Особенностью механических свойств продукта будет увеличенная прочность, но при этом малая стойкость к динамической нагрузке.

В связи с особенностями кристаллической решетки чугун отличается хрупкостью. Его удельный вес определяется объемом связанного углерода и уровнем пористости. Большое влияние оказывает присутствие иных примесей. Пределы прочности и пластичность зависят от структуры на уровне кристаллической решетки и распределения молекулярных групп. Упругость предопределяется формой графита. Твердость зависит от количества и размеров графитовых включений, а также от дисперсности перлита.

То, насколько сильно сплав сопротивляется коррозии, определяется его собственной структурой. Важна также внешняя среда. Сопротивление между графитом и ферритом составляет 0,56 В. Дисперсность и антикоррозионные свойства обратно пропорциональны. Присутствие марганца замедляет графитизацию, сера портит чугун в плане литейных и механических свойств, а фосфор улучшает качество отливок.

Белый

Этот вид сплавов занимает в классификации чугунов особое место. В нем присутствует заметное количество цементитов. Название связано с поверхностью специфического белого цвета. Если материал получает излом, то появляется хорошо наблюдаемый блеск. Доля графита не превышает 3/10 процента от общей массы образца. Идентификация такого компонента возможна лишь путем спектрального анализа.

Доэвтектическим считается белый чугун, в котором доля углерода не более 4,3%. Этот элемент представлен перлитом, ледебуритом, вторичным цементитом. Подобная структура достигается после полного остужения материала. Эвтектический сплав имеет ровно 4,3% углерода. При дальнейшем росте карбонизации говорят уже о заэвтектическом продукте.

Серый

Подобное название, как нетрудно догадаться, связано с серой расцветкой излома. Но такой признак не совсем точен. Он может присутствовать и у ковкого металла, о котором еще пойдет речь. С другой стороны, даже в ГОСТ ошибочно был включен под названием «серый чугун» также литейный сплав с вхождением заметного количества пластинчатого графита. За границей классификация более точна, но корректировать устоявшуюся терминологию смысла нет — нужно просто помнить этот нюанс.

Серые чугуны бывают:

Литейные свойства такого металла довольно высоки. Из него делаются очень хорошие отливки. При вибрационном воздействии внешние колебания гасятся крайне эффективно. Прочностные характеристики тоже порадуют знатоков. Правда, этот материал из-за особенностей своей структуры очень хрупок.

Ковкий

Вопреки названию, такой сплав находит применение также при отливке. Встречаются варианты с ферритной либо перлитной основой. Отливка, лишенная производственных дефектов, может быть пригодна для работы при давлении до 20 МПа, а иногда и выше. Уровень обрабатываемости примерно тот же, что и у особо прочного сплава. Сам ковкий чугун формируют на основе белого сплава.

Доля углерода варьируется от 2,4 до 2,8%. Графит внутри имеет хлопьевидную структуру. Конкретная структура определяется температурным режимом обработки и добавляемыми легирующими компонентами. Упомянутые хлопья позволяют сочетать прочность и пластичность. Все поперечное сечение имеет идентичные свойства.

Высокопрочный

Повышенные механические свойства такого металла обусловлены вхождением шаровидного графита. Износостойкость и стойкость к коррозионным изменениям могут считаться сильными сторонами материала. Часть марок такого продукта имеет отличный уровень теплостойкости и даже жаростойкости, антифрикционные свойства и превосходную обрабатываемость. Чем выше качество конкретной разновидности сплава, тем тяжелее его получить. Иногда приходится вводить молибден и различные комплексные пластификаторы.

Высокопрочный чугун больше обычного подвержен дефектам при усадке. Зато он стойко противостоит всем температурным колебаниям. Свариваемость лучше, чем у обычных высокоуглеродистых сплавов. Допускается вполне резка автогеном. Иногда для увеличения прочности добавляют магний и церий.

Передельный

Такой чугун используют не сам по себе, а как сырье в дальнейшем выпуске стали. Сам передел проводят в кислородных конвертерах, изредка — в мартеновских печах. Передельный сплав формируют в чушки. У них иногда нет пережимов, но встречаются также экземпляры с 1 или 2 пережимами. Содержание кремния и марганца сильно ограничено.

Высококачественный передельный чугун имеет минимальное количество серы и фосфора. На долю такого металла приходится основная часть чугунолитейного производства. Процент различных примесей утверждается нормативными стандартами.

Передельный чугун может относиться к высокопрочной группе. Такой материал подходит для эксплуатации в агрессивных средах.

Специальные

Подобные сплавы имеют не просто приличные механические и технологические параметры. Они отличаются привлекательным уровнем износостойкости. Иногда отмечается превосходная химическая стойкость и отменные магнитные свойства. Легированные чугуны встречаются в нескольких десятках марок. Теплостойкость таких веществ превышает иногда 1000 градусов.

Однако стандартная рабочая температура все же составляет обычно 500-700 градусов. Отливки из специальных чугунов могут подвергаться специальной термообработке. Жаростойкость часто достигается путем улучшения кремниевыми добавками. Хорошими примерами являются:

Чем чугун отличается от стали?

Многие люди довольно часто путают чугун и сталь. Эти металлы действительно очень схожи друг с другом, однако между ними есть и ряд определённых различий. О том, в чём же заключается разница между чугуном и сталью, расскажем в этой статье.

Как отличить визуально?

В первую очередь чугун от стали можно отличить на глаз. Так, если предмет сделан из чугуна, то на его сломе можно будет разглядеть сероватый матовый оттенок, в то время как железо в этом же месте будет более светлым и обладать глянцевой текстурой. Общий цвет изделия тоже поможет точно определить, из чего оно сделано: из железа или чугуна. Так, стальные изделия будут светлее по оттенку, нежели чугунные. Чаще всего к этому добавляется и глянец. Чугунные же изделия будут более тёмными, а их поверхность – матовой.

Стоит обратить внимание и на трещины, если таковые присутствуют на изделии. Так, предметы из стали, как правило, являются высокоуглеродистыми, а потому трещинки на них будут создавать эффект раскола. В это же время трещины на чугунных изделиях, которые являются низкоуглеродистыми, будут выглядеть как разрывы пластичного типа.

Различия физико-химических характеристик

Отличить чугун от стали можно и по физико-техническим характеристикам. Так, самое главное, что нужно знать, – это то, что в чугуне содержится больше 2,14% углерода. У стали же значение обычно ниже. Из этого вытекает ряд признаков, присущих чугуну: он лёгкий, твёрдый, чёрный и обладает низкой температурой для плавления. Сталь же за счёт низкого содержания в своём составе углерода тяжелее и обладает высокой прочностью и твёрдостью. Кроме того, этот металл легко поддаётся обработке, именно по этой причине его так часто используют для сварки, резания, проката и ковки – этим обуславливается и высокая теплопроводность таких изделий. Конструкции же из чугуна можно сделать только с помощью литья, из-за чего они обладают повышенной пористостью, что не очень хорошо отражается на их теплопроводности.

Стоит отметить и тот факт, что для чугуна, как правило, закалка не требуется, тогда как стали она очень нужна. При этом при производстве, если коснуться основных фаз, чугун является первичным продуктом, а сталь, в свою очередь, конечным – данный фактор значительным образом влияет на ценообразование и легко объясняет высокий ценник на последний металл. Кроме того, стоит обратить внимание и на ряд других физико-химических характеристик этих металлов.

Так, чугун отличается своей шероховатостью и тёмным цветом, а плавится он при температуре от 1000 до 1600 градусов, остывая при этом примерно за 10 минут. В составе, помимо углерода, он имеет фосфор, кремний, молибден, серу и марганец, а также ряд других добавок. Плотность этого металла может варьироваться от 7200 до 7600 кг/м3, а его удельная теплоёмкость составляет 540 Джоулей. При этом стоит обратить внимание на пониженную пластичность чугуна. Кроме того, он легко магнитится за счёт высокого содержания углерода в составе, а также крошится, если на него воздействует давления, отличается склонностью к образованию трещин и обладает повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Данный металл часто используют для создания корпусных деталей, блоков, а также для выплавки сталей, где он является главной шихтовой составляющей. Кроме того, его часто задействуют для изготовления посуды, больших труб, корпусов тех или иных станков, а также двигателей. Сталь же, в свою очередь, отличается характерным отблеском и является сплавом железа и углерода, плавится она при температуре от 1300 до 1500 градусов. Этот металл отличается своей гладкостью, его плотность варьируется в пределах от 7700 до 7900 кг/м3, а теплоёмкость составляет около 462 Джоулей. Кроме того, сталь пластична и легко легируется с разными химическими элементами, что необходимо для смены характеристик и назначения. А вот магнитится данный материал не всегда, это во многом зависит от особенностей его состава.

Стоит отметить и то, что эта разновидность легко поддаётся обработке давлением, однако обладает пониженной коррозионной стойкостью. Металл активно используют в машиностроении и приборостроении. Он также подходит для изготовления деталей разной сложности, столовых приборов, кузнечных и слесарных инструментов, а также хирургических принадлежностей.

Чугун – характеристики, особенности и сферы применения

Этот материал сопровождает человека с незапамятных времен. Его открывателями стали китайцы, а совершенствовал весь мир. Без чугуна не обходятся машиностроители, коммунальщики, домохозяйки.

Что представляет собой

Чугун – это сплав на основе железа. Относится к группе чёрных металлов.

Чёрные металлы – это железо, сплавы на его базе (стали, чугуны, ферросплавы), марганец. По некоторым классификациям в группу зачисляют хром.

По составу чугун – это конгломерат железа, углерода плюс другие металлы. Такие же базовые компоненты могла бы содержать формула стали.

Разница между этими сплавами – в количестве углерода. Если его меньше 2,14% – это сталь. Больше – чугун.

Другие компоненты – лигатуры и примеси (сера, кремний, фосфор, марганец).

Углерод в структуре чугуна представлен включениями графита либо цементита (карбида железа, формула – Fe3C).

Отличить чугун от стали можно визуально. Сталь светлее и блестит, чугуны темные матовые.

История

Документированная история чугуна стартует с I тысячелетия до нашей эры:

Выплавку освоили китайцы и их соседи.
С V века до нашей эры начался период декоративного чугунного литья.
Через 600 лет в Китае появились монеты.

Появление сплава в Европе датируют XIV веком, в России – на двести лет позже. Интерес возрос в связи с пригодностью чугуна как материала пушек и ядер.

Турнирный мост Эглинтон[en] (завершено около в 1845 году), Норт-Эршир, Шотландия, построен из чугуна

Со времен королевы Виктории самым популярным изделием «гражданского сегмента» у британцев стали камины.

Чугунный угольный утюг

Расцвет чугунного промысла в России приходится на XVIII век:

Появились мосты, рельсы.
На Урале изобретены чугунки – посуда номер один для русской печи. Позже их дополнили сковороды.
К концу века Россия стала мировым лидером по производству чугуна.

Мировую славу обрели ажурные изделия каслинских мастеров.

Способ формовки для литья художественных отливок сложных форм, придуманный каслинцами, востребован машиностроителями и сегодня.

Технология получения

Чугун, отлитый в виде чушек

Исходник получения сырья для металлургов – железные руды (горные породы с доминированием железа в составе).

Руду отправляют на обогатительные комбинаты, где из сырья удаляют часть «порожняка».

Полученный материал везут на металлургический комбинат.

Здесь им загружают доменные печи:

Добавляют топливо – кокс (продукт обработки каменного угля), известняк, брикетированную угольную пыль.
Плавят при высоких температурах.
В процессе восстановления из оксидов получают железо с внедренным в его структуру углеродом.

В результате плавки формируется чугун и шлак (смесь золы топлива, незадействованных флюсов, других продуктов).

При необходимости добавляются лигатуры. Они определяют физические и химические свойства материала.

Производство несложное, но экологически грязное.

Достоинства и недостатки

На бытовом уровне главные преимущества чугунных сплавов: нетоксичность, биосовместимость, гигиеничность, термостойкость. Благодаря этому чугунки, другая посуда не разрушается кислотно-щелочными составами (например, при варке борща), легко моется, долго остается теплой.

Для промышленников на первом плане другие достоинства:

Простой, экономичный способ получения.
Прочность, сохранение потребительских характеристик продукции десятилетиями.
Возможность изготовления широкого ассортимента.

Плюс доступные цены на всю продукцию – от чушек до сковородок или декоративной скамьи.

Чугунная сковорода

Хрупкость.
Трудность сваривания.
Беззащитность перед коррозией.
Тяжеловесность изделий.

Часто для транспортировки, сборки, обслуживания продукции требуются особые условия.

При сварке, например, заранее прогревают детали, подбирают материал, режим. То есть используют газовые установки, покрытые либо угольные электроды, проволоку из порошка.

Классификация

Чугун классифицируют по нескольким основаниям:

По габаритам и форме вкраплений графита. Слоистые, сфероидные, вермикулярные, хлопья.
По виду углерода. Графитовые, цементитовые.
По технологии выработки. Серые, белые, передельные.
По наличию присадок. Рядовые и легированные. Легированные – это сплавы чугуна с металлами (молибден, никель, хром, титан, другие). Сплавы с такими металлами придают изделиям пластичность, стойкость к износу, разрушению, коррозии.

Характеристики продукта закладываются на стадии производства.

Маркировка чугуна

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

передельный чугун — П1, П2;
передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2;
передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3;
передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм).

антифрикционный серый — АЧС;
антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
антифрикционный ковкий — АЧК;
чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

Где используется чугун

Чугун применяется в двух качествах: базовый компонент при выплавке стали либо материал промышленной продукции.

Чугунная печь — буржуйка

Главная сфера применения сплава – машиностроение.

Технология, номенклатура продукции определяются видом чугуна.

Чугунная лестница

Белый чугун

Углерод-цементит, формируется благодаря мгновенному охлаждению. Опознается по беловатому цвету излома, твердости, хрупкости. Сплав непригоден к механической обработке резанием. Идет на цельное износостойкое литье (прокатные валки, детали мельничных, дробильных механизмов) и как исходник ковких видов чугуна.

Микроструктура белого чугуна при 100-кратном увеличении

Основа структуры – слоистый графит, придающий сероватость. Поддается механической обработке, однако прочность, пластичность невысоки.

Достоинства: хорошие антифрикционные, демпфирующие свойства, мини-чувствительность к аккумуляторам напряжения, текучесть, минимум дефектов при усадке.

Используется как материал отливок сложной конфигурации с толщиной стенок до 5 см.

Из него делают прокатные станы, маховики, колонны, станины, канализационно-водопроводный ассортимент (люки, трубы, фурнитура).

Чугунная крышка канализационного люка

Результат термообработки белого чугуна с хлопьевидным графитом. Такая структура обеспечивает прочность, пластичность, хорошую обрабатываемость отливок, отсутствие внутреннего напряжения.

Благодаря этому сплав нашел применение как материал деталей и элементов, функционирующих в условиях ударов и вибрации: постамент под массивное оборудование, опоры автострад, железнодорожных мостов, коленвалы дизельных двигателей.

Мост через Северн — первый в мире чугунный мост

Сплавы с дополнительными характеристиками, полученными легированием, отжигом и охлаждением по специальной технологии.

ферросплавы;
коррозие-, износо-, жаростойкие;
антифрикционные;
с электромагнитными свойствами;
декоративные.

Состав сплавов, технология регламентируются стандартами.

Высокопрочные марки становятся механизмом турбин, коленвалов, тракторных, автомобильных двигателей, шестерней, прокатных валков.

Антифрикционные марки идут на подшипники, втулки топливных насосов, клапаны, кольца поршней автомобилей.

Из декоративных выковывают ограды, колонны, фонтаны, мелкую пластику.

Чугунный забор

Полуфабрикат, исходник для передела в сталь либо создания отливок. Процент фосфорного, кремниевого, серного, марганцевого компонента в сплаве регламентируется отраслевым стандартом.

В зависимости от назначения и процента кремния различают передельный чугун для сталеплавильного, литейного производства, фосфористый, высокопрочный.

Последний вид сплава содержит в составе шарики графита и магний. Идет на изготовление деталей, работающих при экстремальных нагрузках (механических и термических), в агрессивных средах.

Что делают из чугуна?

Когда-то по количеству выплавленного чугуна и других металлов за год судили об экономическом развитии страны в мировом промышленном масштабе. В связи с этим интересно узнать, что делают из чугуна и где находят применение произведённые чугунные изделия.

Применение в быту

Из чугуна делают самую разную продукцию. Востребованы краны, фитинги, радиаторы и трубы, поддоны для душа. Иногда из него делают и другие сантехнические вещи для дома. Многие антикварные мойки также создавались из чугунных сплавов. Ванны на их основе вполне популярны и в наши дни.

Художественные статуэтки из чугуна служат отличным украшением для интерьера в квартирах и частных домах. Их изготовление стало уже своего рода традицией, о чём свидетельствует, например, каслинское литьё.

Выполненные из литья декоративные изделия могут иметь и другие решения, внешний вид которых подбирается производителем с учетом современных дизайнерских концепций. Геометрические формы, окраска и многие другие черты варьируются произвольно.

Однако только декором в доме дело не ограничивается. Вполне популярны сковороды, казаны, гриль, барбекю, сотейники и другая кухонная утварь из чугуна. Эти изделия можно назвать традиционными для повседневного быта, так как позволяют готовить качественную пищу. Такая посуда и нагреется быстро, и при необходимости сохранит тепло обеда некоторое время стабильным. К тому же она достаточно долговечна.

Отдельная область применения — создание садовой мебели. Уличные столы и скамейки, изготовленные из чугунных сплавов, выглядят довольно декоративно. Их очень трудно сдвинуть с места даже в случаях, когда они совсем не закреплены. Такие скамейки можно увидеть не только на частных территориях, но и на вокзалах, в городских парках и других местах массового посещения. То же самое касается и декоративных решеток. А внутри дома логичным дополнением может стать эксклюзивная кровать ручной работы из чугуна – она точно порадует поклонников этого металла.

Сувениры и подарки

Из чугуна делается немало сувенирной продукции. Некоторые её виды имеют попутно и утилитарное значение, но оно не выходит на первый план. Речь идёт о следующих предметах:

крючки для одежды в форме различных животных;

подставки под горячие продукты;

визитницы и карандашницы;

уже упоминавшиеся ранее статуэтки, в том числе и с оригинальными сюжетами;

подсвечники и канделябры;

дверные ручки и ручки-стучалки;

подарочные комплекты шампуров в тематическом исполнении;

фигурки, стилизованные под насекомых;

Кроме того, очень активно приобретаются и такие изделия из чугуна:

Использование в строительстве

Возможно, складывается впечатление, что из чугуна делают преимущественно предметы с декоративными целями. Но это не так – в строительной практике тому находится убедительное подтверждение. В строительстве в основном применяют серый чугун, а вот белый не ценится, так как он крайне твёрдый и хрупкий. Очень важную роль играет точное исполнение технологии. Арочные чугунные изделия собираются подетально из отлитых готовых блоков.

А также такой сплав находил и продолжает находить применение в производстве канализационных труб и столбовых оснований. Правда, в последнее время распространение более практичных материалов привело к частичному вытеснению этих изделий, выполненных из чугуна. Но и сегодня чугунные радиаторы востребованы довольно широко. Да, они тяжелы и нуждаются в мощных креплениях. Однако их декоративность и надежность не вызывают сомнений.

Решетки на основе чугуна вот уже несколько веков выступают очень хорошим наполнением пространства. Их используют в садах, парках, на обычных дачных участках. Оригинально подобранные линии и тонкие узоры позволяют добиться шикарного внешнего эффекта.

Крупные канализационные трубы тоже продолжают делать из чугуна. Крышки и ограждения водопроводных, канализационных и тепловых коммуникаций также повсеместно производятся из этого материала.

Что еще изготавливают?

Имеются и другие области применения чугунных изделий. Нужно отметить, что их не так уж и мало.

В электрической промышленности

В этой сфере в основном применяется ковкий (белый) чугун, так как он обладает специфической сопротивляемостью к воздействию силовых нагрузок. Полученные из него изделия будут изгибаться при механических воздействиях. Вот эти изделия:

крючья электрических изоляторов;

державки кабелей и проводов.

В машиностроении

Чугун применяется в производстве не только готовых изделий для различного применения. Он является отличным сырьем для получения деталей разнообразного назначения, в том числе используемых в условиях интенсивного трения в механизмах. Это:

подпятники и подобные им изделия.

Чугунное поршневое кольцо не редкость в составе ДВС. На основе такого материала делают и кольца уплотнения, и червячные шестеренки. Антифрикционный чугун неплохо заменяет цветные металлы. Последние стоят дорого, поэтому любая оправданная экономия на них оказывается желанной для промышленности. Высокопрочные марки металла с добавлением шаровидного графита используют в особо ответственных деталях. Зачастую ими заменяют поковки и отливки из добротной стали.

А также можно применять чугунный сплав в опорном подшипнике и наконечнике цилиндра. Применяется в поршнях и коленвалах. Отдельно стоит упомянуть получение фрикционных дисков, клапанных коромысел, участков сцеплений. Но и на них перечень выполняемой продукции не заканчивается: состав ответственных изделий будет только расширяться по мере развития технологий машиностроения.

Установлено, что потребительские и конструкционные особенности чугуна превосходны. Его технологические параметры также отвечают всем установленным требованиям. В основном машиностроительная чугунная продукция имеет небольшой вес (не более 1 кг).

Но встречаются и многотонные конструкции, у которых бывают как тонкие, так и толстые стенки. Такие изделия могут быть просто отлитыми или дополнительно подвергнутыми термообработке.

В судостроении

Эта отрасль использует чугунные сплавы не менее широко, чем общее машиностроение. Чугун ценят за приличные литейные характеристики и сравнительно простую механическую обработку. Чугун стоит меньше, чем сталь, а металла для судов и плавсредств требуется много: в результате достигается солидная экономия. Такой сплав заказывают для получения кнехтов, винтов и прочей оснастки. Востребованностью пользуются и видоизмененные за счет модифицирующих примесей чугуны.

В них добавляют:

другие полезные компоненты.

Модифицированные виды чугуна отличаются улучшенными механическими параметрами. На основе таких сплавов можно сделать те же гребные винты и иллюминаторные рамки. Втулки цилиндров тоже допускается изготавливать из них.

На судовые системы в основном отпускают ковкий чугун. Его важными преимуществами перед простым серым сплавом являются повышенная пластичность и меньшая вероятность разрушения при механической нагрузке.

В других областях

Необходимым для станочного производства изделием может стать разметочный стол для металла. Так называют специальную прочную конструкцию, на которую устанавливаются детали, монтируются инструменты. Плиту проектируют так, чтобы она сохраняла свою форму, не наклоняясь и не сдвигаясь при эксплуатации. На поверхности плиты могут быть подготовлены канавки, складывающиеся в квадраты, что позволяет облегчить крепление приспособлений и изделий.

Из чугуна делают неплохие перила. При умелом подходе они превращаются из простого ограждения в произведение искусства. Такие перила отлично воспринимаются и на маршевой, и на витой лестнице, и внутри дома, и на открытых участках.

Подобные изделия впишутся в любые дизайнерские стили. Умелые литейщики выпускают их по выгодной цене и гибко адаптируют под индивидуальные вкусы.

Для ряда людей по нраву придется такой презент, как чугунная подкова. В некоторых случаях ее дополняют пожеланиями. Размер изделия гибко варьируется с учетом потребительских запросов. Подковы могут дополняться подвесками и шнурами.

Чугун активно применяют при создании корпусов и станин промышленного оборудования. Это делает любую конструкцию устойчивее и стабильнее.

Автомобильная промышленность часто заказывает сделанные из чугуна блоки цилиндров. Используют его и для тормозных колодок. В этом случае детали успешно перенесут жесткие трущие воздействия. Чугунными бывают также части бумагоделательных и мукомольных машин. Способность работать при низких температурах очень привлекательна для тракторных узлов и деталей сложных транспортных машин, спецтехники.

Трубы в нефтяной промышленности и нефтедобыче делают исключительно из чугуна. Они отличаются высокими эксплуатационными характеристиками.

Что такое чугун: состав и содержание углерода в сплаве

Чугун вошел в нашу жизнь много столетий тому назад и остается популярным и по сей день. Он нашел широкое применение во многих областях. Однако чтобы разобраться, что такое чугун, важно знать его свойства и химический состав, структуру и особенности его сплавов, достоинства и недостатки этого материала, а также его производство и сферы применения.

Химический состав чугуна

Чугун — это сплав железа и углерода, в котором процентное содержание углерода составляет не менее 2,14%, но не более 4,5%. Углерод входит в состав чугуна в форме цементита либо графита. Если процент содержания углерода составляет меньше 2,14%, такой сплав именуется сталью.

Известно, что чугунный сплав впервые был произведен в Китае в VI веке. В Европу секрет его производства пришел в XIV веке, а в России его состав был доведен до совершенства лишь в XVII. За все это долгое время формула чугуна не изменилась.

Самый качественный материал производился на литейном заводе братьев Демидовых, расположенном на Урале.

По прошествии веков он не только не утратил своей актуальности, но и приобрел еще более обширный спектр применения.

Разновидности материала

Существуют такие виды чугуна, как предельный и литейный. Первый используют при производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Кремний и марганец в таком сплаве содержится в очень малом количестве. Литейный вид материала более широко используется в промышленности и производстве. Он, в свою очередь, подразделяется на следующие виды:

Белый чугун — в нем углерод представляет собой карбид железа. При этом на его разломе видно белый отлив, откуда и пошло его название. В чистом виде он не используется. Применяется в процессе производства ковкого чугуна.
Для серого чугуна характерен серебристый отлив на изломе. Он имеет широкую сферу применения и отлично обрабатывается при помощи резцов.
Высокопрочный сплав используется для повышения прочностных характеристик изготавливаемого материала. Его получают из серого чугуна путем добавления к его массе примеси магния.
Ковкий чугун также является одной из разновидностей серого чугуна. Его название говорит о том, что он обладает повышенной пластичностью, а получают его из белого чугуна при помощи отжига.
Половинчатый — обладает специальными свойствами. Часть углерода в его составе находится в виде графита, остальная часть — в виде цементита.

Особенности сплава

Главная особенность чугуна скрыта в процессе его изготовления. Дело в том, что у разных видов этого сплава температура плавления достигает 1200ºС, в то время как у стали она составляет 1500 ºС. На этот фактор влияет слишком высокое содержание углерода. Атомы железа и углерода между собой имеют не очень тесные связи.

Когда происходит выплавка, атомы углерода не могут целиком внедриться в молекулярную решетку железа, из-за чего чугунный сплав приобретает хрупкость. В связи с этим его не используют в производстве деталей, которые будут постоянно подвергаться нагрузке.

Этот материал относится к отрасли черной металлургии и по своим характеристикам схож со сталью. Изделия из чугуна и стали нашли широкое применение в повседневной жизни, и оно является целиком оправданным.

Если сравнивать характеристики этих металлов, можно сделать следующие заключения:

Стоимость стальных изделий выше стоимости чугунных.
Различия в цвете: чугун темный и матовый, а сталь — светлая и блестящая.
Сталь хуже поддается литью, но, в отличие от чугуна, легче поддается ковке и сварке.
Сталь обладает большей прочностью, нежели чугунный сплав.
Сталь тяжелее по весу.
В ней содержание углерода ниже, чем в чугуне.

Этот материал, как и любой другой, имеет свои сильные и слабые стороны.

К достоинствам чугуна относятся такие факторы:

Иногда его даже сравнивают по характеристикам со сталью, ведь определенные его виды отличаются повышенной прочностью.
Длительное время сохраняет температуру: при нагревании тепло по нему распределяется равномерно и долгое время остается неизменным.
Является экологически чистым материалом, благодаря чему нередко используется при изготовлении посуды, в которой непосредственно будет готовиться пища.
Не реагирует на кислотно-щелочную среду.
Является долговечным материалом.
Чем дольше используется изделие из этого материала, тем лучше становится его качество.
Этот материал является абсолютно безвредным для организма человека.

К недостаткам можно отнести следующие факторы:

Может покрываться ржавчиной даже при непродолжительном нахождении в нем воды.
Является весьма дорогостоящим материалом, но несмотря на это, целиком оправдывает себя. Качество, практичность и надежность — вот основные признаки изделий, изготовленных из этого сплава.
Серый чугун характеризуется маленькой пластичностью.
Белый — весьма хрупок и идет чаще всего на переплавку.

Характерные черты и свойства чугуна

Этот металлический сплав обладает такими свойствами:

Физические свойства: удельный вес, действительная усадка, коэффициент линейного расширения. Например, содержание углерода в чугуне напрямую влияет на его удельный вес.
Тепловые свойства. Теплопроводность обычно рассчитывают по правилу смещения. Для твердого состояния металла объемная теплоемкость составляет 1 кал/см3*оС. Если металл находится в жидком состоянии, то она примерно равна 1,5 кал/см3*оС.
Механические свойства. Примечательно, что на эти свойства влияет как сама основа, так и форма и размеры графита. Серый чугун с перлитной основой является наиболее прочным, а с ферритной — самым пластичным. Пластинчатая форма графита характеризуется максимальным снижением прочности, в то время как у шаровидной формы это снижение минимально.
Гидродинамические свойства. Наличие в составе марганца и серы влияет на вязкость материала. Также она имеет свойство увеличиваться, когда температура сплава переходит точку начала затвердевания.
Технологические свойства. Этому металлу характерны отличные литейные качества, а также стойкость к износу и вибрации.
Химические свойства. По мере убывания электродного потенциала структурные составляющие сплава располагаются в следующем порядке: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

На свойства сплава также оказывают влияние специальные примеси:

Добавление серы значительно уменьшает текучесть и снижает тугоплавкость.
Фосфор позволяет изготовить изделия разнообразной формы, но при этом уменьшает его прочность.
Добавление кремния уменьшает температуру плавления материала, а также заметно улучшает литейные свойства. Содержание кремния в различном процентном соотношении дает возможность получить сплавы разного цвета: от ферритного до чисто белого.
Присутствие в сплаве марганца значительно повышает твердость и прочность материала, но при этом ухудшаются его литейные и технологические качества.
Кроме этих примесей в состав сплава могут также входить иные компоненты. В таком случае материалы называют легированными. Чаще всего к чугуну примешиваются титан, алюминий, хром, медь и никель.

Состав и структура металла

Чугун в качестве структурного материала представлен металлической полостью с графитными включениями. Основными его компонентами выступают перлит, ледебурит и пластичный графит. Интересно, что в различных видах сплавов эти элементы присутствуют в неодинаковых пропорциях либо могут совсем отсутствовать.

По своей структуре чугунный сплав разделяется на следующие разновидности:

Перлитный.
Ферритный.
Ферритно-перлитный.

При этом графит может присутствовать в нем в одной из таких форм:

Шаровидной: графит принимает эту форму при добавлении присадки магния. Обычно она свойственна высокопрочным чугунным изделиям.
Пластичной: графит напоминает форму лепестков (именно в такой форме он присутствует в обычном чугуне). Такой материал характеризуется повышенной пластичностью.
Хлопьевидной: такая форма получается в процессе отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидной форме встречается в составе ковкого чугуна.
Вермикулярной: графит в этой форме присутствует в сером чугуне. Она разрабатывалась специально для повышения его пластичных свойств.

Производственные технологии

Как известно, чугун производится в специальных доменных печах. Основным сырьем для его получения служит железная руда. Технологический процесс изготовления состоит в восстановлении оксидов железной руды и получении в результате этого иного материала — чугуна. Для его изготовления используются такие виды топлива, как кокс, термоантрацит, природный газ.

Для производства одной тонны чугуна требуется около 550 килограмм кокса и приблизительно тонна воды. Объемы загружаемой в печь руды будут зависеть от содержания в ней железа. Как правило используют руду, в составе которой содержится железа не менее 70%. Все дело в том, что экономически нецелесообразно использовать меньшую его концентрацию.

Первым этапом производства чугуна является его выплавка. В доменную печь засыпается руда, а затем — коксующийся уголь, который необходим для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Эти составляющие во время горения принимают активное участие в протекающих химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Тем временем в печь погружается флюс, который выступает в роли катализатора. Ускоряя плавку пород, он тем самым поддерживает скорейшее высвобождение железа. Немаловажно знать, что перед загрузкой в печь руда проходит необходимую предварительную обработку. Она измельчается на дробильной установке, поскольку более мелкие частицы плавятся быстрее. Затем ее промывают, чтобы удалить частицы, не содержащие металл. Далее сырье подвергается обжигу, вследствие чего из него извлекается сера и другие инородные компоненты.

На втором этапе производства в заполненную и готовую к эксплуатации печь подается через специальные горелки природный газ. Кокс участвует в разогреве сырья. Происходит выделение углерода, который, соединяясь с кислородом, образует оксид. Он, в свою очередь, способствует восстановлению железа из руды.

При увеличении объема газа в печи снижается скорость протекания химической реакции. Она может и совсем остановиться при достижении определённого соотношения газа. Углерод проникает в сплав и соединяется с железом, при этом образуя чугун. Нерасплавленные элементы остаются на поверхности и вскоре удаляются. Такие отходы называются шлаком. Его используют для изготовления других материалов.

Сфера использования

Этот металл используется в различных отраслях промышленности. Например, он широко применяется в машиностроении для производства различных деталей.

Чаще всего этот материал используется в производстве блоков для двигателей и коленчатых валов. Для изготовления последних необходим усовершенствованный сплав с добавлением специальных примесей из графита. Этот металл устойчив к трению, поэтому из него производят тормозные колодки высокого качества.

В жестких климатических условиях чугунный сплав незаменим, так как он позволяет изготовленным из него деталям машин работать бесперебойно даже при самых низких температурах.

В металлургической промышленности он себя также отлично зарекомендовал. Высоко ценятся его превосходные литейные свойства и относительно невысокая цена. Изделия из него отличаются очень высокой прочностью и износостойкостью.

Из чугунного сплава делается великое множество сантехнических изделий. Это батареи, раковины, разнообразные мойки и трубы. Широкой популярностью пользуются чугунные ванны и радиаторы отопления. Срок их службы весьма длительный. Во многих квартирах по сей день используются данные изделия, потому как они долго сохраняют свой первозданный вид и редко нуждаются в реставрации.

Немаловажен и тот факт, что превосходные литейные свойства чугуна позволяют изготавливать из него целые произведения искусства: такие как ажурные кованые ворота и всевозможные памятники архитектуры.

Примечательно, что цена за 1 килограмм чугуна обусловлена количеством находящегося в его составе углерода, а еще наличием разнообразных примесей и легирующих компонентов. Цена тонны чугуна составляет около 8000 рублей.

На сегодняшний день не существует ни одной сферы, где бы ни использовался этот металл. Его литье и сплавы выступают основой многих узлов, механизмов и деталей. Иногда он используется в качестве самостоятельного изделия, прекрасно справляясь с возложенными на него функциями. Это железосодержащее соединение является уникальным в своем роде. Оно остается незаменимым и поныне.

Читайте также: