Чугун

(тюрк.) сплав железа с углеродом (обычно более 2%) содержащий также постоянные примеси (Si, Mn, Р и S), а иногда и Легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики (См. Эвтектика). Ч. — важнейший первичный продукт чёрной металлургии (См. Чёрная металлургия) (см. Также Доменное производство), используемый для передела при производстве стали и как компонент шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производстве. Ч. Вторичной плавки — один из основных конструкционных материалов. Применяется как литейный сплав. Широкому использованию Ч. В машиностроении способствуют его хорошие литейные и прочностные свойства (по прочности некоторые Ч. Лишь немногим уступают углеродистой стали. См. Модифицированный чугун). В современном машиностроении на долю деталей из Ч.

Приходится около 75% от общей массы отливок. По выпуску чугунного литья СССР занимает 1-е место в мире (1976). Историческая справка. Первые сведения о Ч. Относятся к 6 в. До нашей эры. В Китае из высокофосфористых железных руд получали Ч., содержащий до 7% Р, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. Ч. Был известен и античным металлургам 4—5 вв. До нашей эры. Производство Ч. В Западной Европе началось в 14 в. С появлением первых доменных печей (штюкофенов) для выплавки Ч. Из руд (см. Металлургия). Полученный Ч. Использовали или для передела в сталь в кричном горне (см. Кричный передел), или для изготовления различных строительных деталей и оружия (пушки, ядра, колонны и др.). В России производство Ч.

Началось в 16 в. В дальнейшем оно непрерывно расширялось, и при Петре I Россия по выпуску Ч. Превзошла все страны, но через столетие отстала от западно-европейских стран. Появление во 2-й пол. 18 в. Вагранок (См. Вагранка) позволило литейным цехам отделиться от доменных, т. Е. Положило начало независимому существованию чугунолитейного производства (при машиностроительных заводах). В начале 19 в. Возникает производство ковкого Ч. Во 2-й четверти 20 в. Начинают применять легирование чугуна (см. Легированный чугун), что дало возможность существенно повысить его свойства и получать специальный Ч. (износостойкие, коррозионностойкие, жаростойкие и т.д.). К этому же периоду относится также разработка способов модифицирования Ч. В конце 40-х гг.

Был получен модифицированный Ч. С включениями графита шаровидной формы вместо обычной пластинчатой, что обусловливало значительно более высокую прочность металла (σь до 500 Мн/м2, или 50 кгс/мм2, в литом состоянии и 1200 Мн/м2, или 120 кгс/мм2 после термической обработки. Такой Ч. Получил название высокопрочного). В 60-х гг. В электрических печах начали получать из стальных отходов с добавлением карбюризаторов т. Н. Синтетический Ч. С высокими механическими свойствами при пластинчатой форме графита (см. Железоуглеродистые сплавы). Классификация и свойства чугуна. Ч., получаемый в доменных печах, подразделяется на Передельный чугун, используемый для передела в сталь, и Литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве.

До 70-х гг. 20 в. В доменных печах иногда выплавляли т. Н. Зеркальный Ч. (10—25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов Ч. При использовании для выплавки Ч. Железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др. Легирующие элементы, получают т. Н. Природнолегированные Ч. При производстве отливок в чугунолитейных цехах Ч. Подразделяют. В зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, — на серый, белый и половинчатый (или отбелённый). В зависимости от формы включений графита — на Ч. С пластинчатым, шаровидным (высокопрочный Ч.), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий Ч.) графитом. В зависимости от характера металлической основы — на перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный и мартенситный.

В зависимости от назначения — на конструкционный и Ч. Со специальными свойствами. По химическому составу — на легированные и нелегированные. Серый Ч. — наиболее широко применяемый вид Ч. (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого Ч. Характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2—4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого Ч. — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства Ч.

Свойства серого Ч. Зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый Ч. Имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. Нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый Ч. С ферритно-перлитной металлической основой. Белый Ч. Представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. Н. Специальных карбидов (в легированном Ч.). Кристаллизация белых Ч. Происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый Ч. Вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа.

Легирование белого Ч. Карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость. Половинчатый Ч. Содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки). Ковким называется Ч. В отливках, изготовленных из белого Ч. И подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий Ч. Обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах.

Механические свойства ковкого Ч. Определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита. Металлическая основа ковкого Ч. В зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий Ч., имеющий матрицу со структурой зернистого перлита. Им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий Ч. Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий Ч. Модифицируют Te, В, Mg и др. Элементами. Ковкий Ч. Используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении. Наблюдается тенденция (особенно в автомобилестроении) к замене ковкого Ч.

Высокопрочным с шаровидным графитом с целью повышения прочности отливок, уменьшения длительности технологического цикла и упрощения технологии изготовления. Высокопрочный Ч., характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. Элементов (в чистом виде или в составе сплавов). Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств Ч. С чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. При чисто ферритной матрице (в литом или термообработанном состоянии) обеспечивается повышенный уровень пластичности.

Высокопрочный Ч. Обладает хорошими литейными и технологическими свойствами (жидкотекучесть, линейная усадка, обрабатываемость резанием), но по значению сосредоточенной объёмной усадки приближается к стали. Такой Ч. Применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого Ч. Высокопрочные Ч., имеющие включения т. Н. Вермикулярного графита (при рассмотрении в оптическом микроскопе — утолщённые изогнутые пластины со скруглёнными краями), по свойствам занимают промежуточное положение между Ч. С шаровидным и Ч. С пластинчатым графитом. Этот Ч. Обладает хорошими технологическими свойствами при небольшой объёмной усадке и высокой теплопроводностью (почти такой же, как у серого Ч.).

Ч. С вермикулярным графитом применяется в дизелестроении и других областях машиностроения. Легированные Ч. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания Ч. Особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.). Легирующими элементами могут служить также Mn при содержании > 2% и Si при содержании > 4%. Легированные Ч. Классифицируют в соответствии с содержанием основных легирующих элементов — хромистые, никелевые, алюминиевые и т.д. По степени легирования различают низколегированные (суммарное количество легирующих элементов < 2,5%), среднелегированные (2,5—10%) и высоколегированные (> 10%).

Низколегированные Ч. Имеют перлитную или бейнитную структуру матрицы, среднелегированные — обычно мартенситную, высоколегированные — в большинстве случаев аустенитную или ферритную. Ч. С 5—7% Si (Силал) применяется в качестве жаростойкого материала. Ч. С 12—18% Si (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой Ч., легированный молибденом (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте. Ч. С 19—25% Al (Чугаль) обладает наибольшей по сравнению с известными Ч. Жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили Ч., легированные Cr (до 2,5%) и Ni (до 6%) — нихарды. Аустенитные никелевые Ч., легированные Mn, Cu, Cr (нирезисты), применяются как коррозионностойкие и жаропрочные.

Маркировка чугунов. По принятой в СССР маркировке обозначения марок доменных Ч. Содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение Ч. П — передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства. Литейный коксовый Ч. Обозначают ЛК, в отличие от Ч., выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в Ч. ЛК5 содержится меньше кремния, чем в Ч. ЛК4). Каждая марка Ч. В зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории. Марки Ч. Литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна. СЧ — серый Ч., ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий.

Для антифрикционного Ч. В начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марок нелегированного Ч. Указывают его механические свойства. Для серых Ч. Приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40. Для высокопрочного и ковкого Ч. Цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2. Обозначение марок легированных Ч. Состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав Ч., и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента. При содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся.

Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей (см. Сталь). Пример обозначения легированных Ч. ЧН19ХЗ — Ч., содержащий Чугун19% Ni и Чугун3% Cr. Если в легированном Ч. Регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ). Чугун в искусстве. Ч. Как материал для производства художественных отливок использовался ещё средневековыми мастерами (например, в 10 в. Нашей эры в Китае из Ч. Было отлито уникальное изваяние льва весом 100 т, не сохранилось). С 15 в. В Германии, а затем и в других странах Европы (в России — с конца 17 в. См. Также Каслинское литьё) художественное литьё из Ч. Получило особенно широкое распространение (парковая скульптура, надгробия, решётки, ограды, садовая мебель и пр.).

В 20 в. Более массивное, чем бронзовое, но более дешёвое чугунное литьё со свойственной ему выразительностью тяжёлой массы материала и глухого тона применяется почти так же широко, как и бронзовое. Ч. Находит разнообразное применение в архитектуре (с конца 18 в.). Особенно характерно использование чугунных конструкций для зодчества 19 в. («век Ч.»). Лит. Гиршович Н. Г., Чугунное литье, Л. — М., 1949. Его же, Кристаллизация и свойства чугуна в отливках, М. — Л., 1966. Бунин К. П., Малиночка Я. Н., Таран Ю. Н., Основы металлографии чугуна, М., 1969. Б. С. Мильман, Е. В. Ковалевич, В. Т. Соленков.