Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Чугун

Чугун (далее Ч) (тюрк.), сплав с (обычно более 2%) содержащий также постоянные примеси (, , Р и ), а иногда и легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики. Ч — важнейший первичный продукт черной металлургии (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 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 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 Россия по выпуску Ч превзошла все страны, но через столетие отстала от западно-европейских стран. Появление во 2-й пол. 18 в. вагранок 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 (sь 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% ), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов Ч При использовании для выплавки Ч руд, содержащих Сг, , 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 отбеленный); 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 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 не находящийся в твердом растворе присутствует в связанном состоянии в виде карбидов 3 (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном Ч). 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 (, , и др.) повышает его износостойкость.

  Половинчатый Ч содержит часть 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 , В, 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 , , , 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 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 объемной 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 — утолщенные изогнутые пластины со скругленными краями), по свойствам занимают промежуточное положение между Ч с шаровидным и Ч с пластинчатым графитом. Этот Ч обладает хорошими технологическими свойствами при небольшой объемной 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 (, , , , , , , и др.). Легирующими элементами могут служить также при содержании > 2% и при содержании > 4%. Легированные Ч классифицируют в соответствии с содержанием основных легирующих элементов — 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% (силал) применяется в качестве жаростойкого материала. Ч с 12—18% (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой Ч, легированный (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте. Ч с 19—25% (чугаль) обладает наибольшей по сравнению с известными Ч жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили Ч, легированные (до 2,5%) и (до 6%) — нихарды. Аустенитные Ч, легированные , , (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 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 (например, в Ч ЛК5 содержится меньше чем в Ч ЛК4). Каждая марка Ч в зависимости от содержания , Р, 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 элементов такое же, как и при обозначении сталей (см. Сталь). Пример обозначения легированных Ч: ЧН19ХЗ — Ч, содержащий ~19% и ~3% . Если в легированном Ч регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).

  Ч в искусстве. Ч как материал для производства художественных отливок использовался еще 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 а затем и в других странах Европы (в России — с конца 17 в.; см. также Каслинское литье) художественное литье из Ч получило особенно широкое распространение (парковая скульптура, надгробия, решетки, ограды, садовая мебель и пр.). В 20 в. более массивное, чем бронзовое, но более дешевое чугунное литье со свойственной ему выразительностью тяжелой 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., Чное литье, Л. — М., 1949; его же, 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.

 


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 28.03.2024 20:03:35