Чугун

Чугун - это железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14% углерода. Однако указанная граница (2,14% C) относится только к двойным железоуглеродистым сплавам или сплавам, содержащим сравнительно небольшое число примесей. Вопрос о границе между сталями и чугунами в высоколегированных железоуглеродистых сплавах, т.е. содержащих ещё большее количество других элементов, кроме железа и углерода, является спорным. Железоуглеродистые сплавы затвердевают с образованием эвтектики.

Чугун - важнейший первичный продукт черной металлургии. Чугун вторичной плавки - один из основных конструкционных материалов, используемый как литейный сплав.

Чугун отличается от стали по составу - более высоким содержанием углерода, по технологическим свойствам - лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддаётся ковке). Чугун дешевле стали.

Классификация чугунов

Принято несколько способов классификации чугунов: чугуны группируют по самым разным общим признакам (мы рассмотрим их позднее). Пока приведём классический пример классификации чугунов [1].

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

• белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида;
• серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита;
• высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита.
• ковкий чугун, получающийся в результате отжига отливок из белого чугуна. В ковком чугуне весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита (углерода отжига).

Таким образом, чугун (кроме белого) отличается от стали наличием в структуре графитовых включений, а между собой чугуны различаются формой этих включений.

Естественно, что важнейший вопрос теории чугуна - выяснение условий образования графита, так называемой графитизации.

Из истории чугуна:

Первые сведения о чугуне относятся к VI веку до нашей эры. В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий до 7% Р, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. Чугун стал известен античным металлургам в IV - V веках до нашей эры, Западной Европе - в XIV веке с появлением первых доменных печей (штюкофенов).

В России производство чугуна началось в XVI веке. В дальнейшем оно непрерывно расширялось, и при Петре I Россия по выпуску чугуна превзошла все страны, но через столетие отстала от западно-европейских стран.

Появление во 2-й половине XVIII веке вагранок позволило литейным цехам отделиться от доменных, т. е. положило начало независимому существованию чугунолитейного производства (при машиностроительных заводах). В начале XIX века возникает производство ковкого чугуна.

Во 2-й четверти XX века начинают применять легирование чугуна, что даёт возможность существенно повысить его свойства и получать специальные чугуны (износостойкие, коррозионностойкие, жаростойкие и т.д.). К этому же периоду относится также разработка способов модифицирования чугуна. В конце 40-х гг. был получен модифицированный чугун с включениями графита шаровидной формы вместо обычной пластинчатой, что обусловливало значительно более высокую прочность металла. Такой материал получил название высокопрочного чугуна. В 60-х гг. в электрических печах начали получать из стальных отходов с добавлением карбюризаторов так называемый синтетический чугун с высокими механическими свойствами при пластинчатой форме графита.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) - ценный и перспективный конструкционный материал. Он характеризуется сочетанием высоких технологических, физикомеханических и эксплуатационных свойств, широко применяется взамен стального литья, поковок, штамповок, ковкого и серого чугунов, обеспечивая надежность и долговечность в различных режимах эксплуатации.