Под термином «чугун» понимается как структурный материал на основе железа, так и металлический сосуд, обычно круглой формы, предназначенный для приготовления пищи. Однако второй вариант встречается довольно редко, так как современная кулинарная посуда набирает обороты. Если подходит, в новом тексте можно упомянуть о «разновидностях чугуна».
Совсем устарело слово «чугунка». Так в XIX – начале XX века называли железную дорогу.
Что такое чугун
Это сплав железа и углерода с содержанием последнего от 2,14%. В идеальном случае. На деле помимо указанных всегда есть примеси и легирующие элементы. Так что разграничение «плавает».
В зависимости от содержания углерода относительно эвтектики выделяют разновидности металла. Эвтектика – состав сплава с минимальной температурой плавления.
Для чугуна содержание углерода ориентировочно составляет 4,3%. Почему «ориентировочно» – уже говорилось. Потому принято подразделять чугун на:
-
доэвтектический — 2,14 — 4,3% углерода;
-
эвтектический — 4,3% углерода;
-
заэвтектический — от 4,3 до 6,67% углерода.
Виды чугуна
В общепринятой классификации разделяют по форме содержащегося углерода.
Белый
Называется так из-за характерного окраса скола. Углерод C содержится в виде цементита (формула Fe3C), образующегося при остывании расплава. Твердый тугоплавкий материал.
В доэвтектических сплавах – в составе перлита и ледебурита. В эвтектических – в ледебурите. В заэвтектических – первичный цементит и ледебурит.
В исходном виде такой чугун практически не используется. Не поддается обработке инструментом из «быстрорежущей» стали. Только с насадками из карбидов (ВК), да и то с трудом.
Применяется в качестве сырья для получения ковкого.
Серый
Также именуется по оттенку на сколе. Содержит фракции графита различной формы. Осаждению углерода способствует добавка кремния.
Свойства и структура сильно зависят от условий остывания после кристаллизации.
Быстрое охлаждение даст преобладание перлита. Сплава феррита и карбида. Своеобразная «закалка» повысит прочность и твердость. И хрупкость, что не всегда приемлемо.
Щадящее остывание определяет рост содержания феррита. Сплава железа с оксидами, в основном с Fe2O3. Улучшится пластичность. Поэтому режимы подбирают исходя из требуемых параметров.
Серый чугун удобен для литых конструкций. Отличается невысокой температурой отвердения, хорошей жидкотекучестью. Не склонен к образованию раковин.
При всем этом, углеродные вкрапления обуславливают низкую трещиностойкость. Материал уверенно воспринимает сжимающие усилия, но совершенно непригоден при растяжении/изгибе.
В маркировке указываются символы СЧ и предельная прочность в кг/мм2: СЧ25. Наиболее распространены чугуны с содержанием C ниже 3,7%.
Ковкий
Для изготовления белый чугун нагревают до нужной температуры, выдерживают достаточное время и медленно остужают («отжиг»). Процесс провоцирует процесс распада Fe3C с выделением графита и появление феррита.
По форме включения углерода не похожи на аналогичные в сером чугуне. Этим объясняется появление некоторой стойкости к разрыву и ударной вязкости.
Маркируется «КЧ» с добавлением допустимой прочности на растяжение в МПа х 10-1 и максимального относительного удлинения. Пример: КЧ 35-11.
Высокопрочный
Вид серого чугуна, только графитовые образования по форме напоминают шарики. Округлость включений делает кристаллическую решетку не склонной к образованию трещин.
В результате ценные изначально свойства чугунов (стойкость к сжатию, удобство литья и т. д.) дополняются сравнимым со сталями пределом текучести при растяжении, появляется трещиностойкость, пластичность.
Маркируются аналогично ковким, но с обозначением «ВЧ».
Передельный
Используется как сырье для выплавки стали. Часто даже не покидает предприятия, где сделан.
Специальные
Выпуск таких марок невелик, до 2% от общего объема. Могут содержать значительное количество легирующих элементов. Предназначены для ограниченных целей и специфических условий. Распространены коррозионно и химически стойкие ферросплавы.
Одна из разновидностей – антифрикционный чугун. Используется для изготовления трущихся деталей. Легируется в первую очередь хромом. Также добавляются никель, титан, медь и прочие.
Отличается высокой твердостью (до HB 300) и низким коэффициентом трения (до 0,8 при отсутствии смазывающих эмульсий).
Базовые материалы: серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Маркировки соответственно – АЧС, АЧК, АЧВ. Цифровые составляющие описаны выше.
Достоинства и недостатки материала
Стоит обсуждать в сравнении со сталью, хотя низкокачественная углеродистая сталь – тот же чугун по сути.
По некоторым параметрам (плотность, свойство магнититься, типичные химические реакции) ферросплавы практически идентичны. Существенны отличия в технологии использования.
Преимущества:
-
Умеренная стоимость. Насыщение углеродом – часть процесса выплавки из руды. Снижение его содержания неизбежно удорожает металл.
-
Превосходные литейные качества. Расплав текуч. С низкой усадкой при кристаллизации, что минимизирует дефекты. Относительно низкая температура плавления.
-
Изделия прочны, с твердой поверхностью, износостойки.
-
Используемые в машиностроении составы поддаются обработке резанием.
-
Долговечны. В том числе в сантехнических, канализационных деталях.
-
Ставшие ненужными элементы легко утилизировать. Любой пункт приема с руками оторвет.
Недостатки:
-
Из-за высокого содержания углерода хрупок. Мало пригоден для обработки давлением. Из отдельных марок получают кованые изделия отменного качества. Но это скорее работа штучная и в индустриальных масштабах нерентабельная.
-
Сварка допускается только в крайних случаях. Технология довольно сложна, велик риск возникновения дефектов.
-
Изделия всегда массивны. Не получится тонкостенная конструкция, так как не выдержит собственного веса и изготовить не удастся.
-
Легко окисляется во влажной среде. Насквозь не проржавеет из-за неизбежной монументальности, но вид приобретет неопрятный. Детали, расположенные на открытом воздухе, нуждаются в коррозионно стойком покрытии.
Производство чугуна
Зачатки черной металлургии человек освоили уже во II-ом тысячелетии до н. э. Для получения стали. Но доменные печи появились в Европе только в XIV — XV веках. Чугун был получен как побочный ненужный продукт.
Оценили, когда обратили внимание на выдающиеся литейные качества. Удобен для изготовления пушек-ядер, да и сталь из него получать удобнее.
До России технология осмысленно дошла в XVII веке. Случилось это при Петре I, когда искали материал для оружия.
В качестве сырья обычно используются железняки. Наибольший выход получается из магнитного и красного, обильно содержащие Fe.
Для поддержания температуры используется кокс. Воздух для горения подается принудительно. Флюс (известняк) предназначен для снабжения углекислым газом. Основная реакция:
.
Восстановленное Fe опускается в горн, где насыщается углеродом. Цикл работы печи – непрерывный.
Получение стали
Порядка 85% чугуна уходит на дальнейшее изготовление стали. Для выплавки используется мартеновская печь.
В процессе плавления загруженного сырья образуется значительная масса оксида FeO. По мере разогрева происходит реакция:
.
Лишний углерод удаляется.
Также используются электродуговые и индукционные печи.
Области применения
В связи с современной тенденцией максимального облегчения оборудования, чугун используют все меньше.
Но есть области, где он пока незаменим и рентабелен:
-
В машиностроении применяется для крупных корпусных деталей с незначительными нагрузками на растяжение. Станины для станкового оборудования, блоки цилиндров для двигателей внутреннего сгорания. Маховики, шкивы, шестерни, гидроцилиндры, корпуса редукторов, электродвигателей, поршни.
-
Сантехническая фурнитура, канализационные трубы.
-
Декоративные элементы: ограды, решетки, ворота.
-
Печи для домов, бань.
Что лучше чугун или сталь?
Выбор между чугуном и сталью зависит от конкретного применения и требований к материалу. Оба материала имеют свои преимущества и недостатки, и выбор будет зависеть от вашего предпочтения, бюджета, функциональности и внешнего вида. Вот некоторые аспекты для сравнения:
Чугун:
Преимущества чугуна:
- Высокая теплоемкость: Чугун обладает высокой теплоемкостью, что означает, что он может долго сохранять тепло и равномерно распределять его.
- Эстетический вид: Чугунные предметы обычно имеют классический и уникальный вид, что может придать особый характер интерьеру.
- Прочность: Чугун отличается хорошей прочностью и долговечностью.
Недостатки чугуна:
- Тяжесть: Чугунные изделия обычно тяжелые, что может усложнить их установку и перемещение.
- Уязвимость к ударам: Чугун может быть более хрупким по сравнению с некоторыми другими материалами и может быть более уязвим к механическим повреждениям.
Сталь:
Преимущества стали:
- Легкость: Стальные изделия обычно легче чугунных, что упрощает их транспортировку и установку.
- Прочность и устойчивость к ударам: Сталь обычно менее хрупкая и более устойчива к ударам по сравнению с чугуном.
- Большой выбор стилей: Стальные предметы могут иметь разнообразные дизайны и стили, что позволяет легче интегрировать их в различные интерьеры.
Недостатки стали:
- Меньшая теплоемкость: Сталь имеет меньшую теплоемкость, чем чугун, и может быстрее остывать.
- Может потребовать дополнительной изоляции: В некоторых случаях стальные поверхности могут требовать дополнительной изоляции для сохранения тепла.
В итоге выбор между чугуном и сталью будет зависеть от ваших личных предпочтений, стиля интерьера, функциональности, а также факторов, таких как бюджет и конкретное применение.
