Что такое чугун? Характеристики металла, особенности производства и применения

Чугун - это сплав железа и углерода, в котором содержание последнего составляет 2,14%. Также присутствуют и другие компоненты.

Механические свойства данного сплава определяются формой, в которой находится углерод. Это могут быть цементит или графит, а также продукты распада аустенита. В свою очередь, в зависимости от того, насколько быстро был охлажден сплав, он может быть мартенситом, трооститом, сорбитом, перлитом или ферритом. Легирующие компоненты позволяют управлять процессом графитизации и направлять свойства чугуна в ту или иную сторону.

Содержание углерода в чугуне составляет 2,14-6,67%. Все остальное - это железо, легирующие компоненты, цементит (Fe3C, карбид железа). Также присутствуют посторонние примеси – кремний, сера, марганец, фосфор.

Главное применение чугуна - он является исходным сырьем для выплавки стали, также его используют для производства разнообразных деталей.

Классификация чугунов

Характеристики конечного продукта формируются еще на стадии производства. В зависимости от эвтектического превращения чугуны делят на серые, в которых углерод соединен в виде графита, белые, в них углерод находится в виде цементита. Также существуют половинчатые, которые содержат оба вида углерода.

Размеры и конфигурация включений определяют марку чугуна и его применение. Они могут быть пластинчатыми, шаровидными, вермикулярными или чешуйчатыми. Металлическая основа, в свою очередь, подразделяется на:

• перлитную;
• перлито-ферритную;
• ферритную;
• аустенитную;
• бейнитную;
• мартенситную.

В качестве легирующих компонентов могут быть использованы алюминий, титан, ванадий, вольфрам, молибден, хром, никель.

Чем отличается от стали

Главная отличительная черта - это доля углерода. У сталей его значительно меньше, показатель находится в пределах 0,025% - 2,14%. А также наличие примесей - в чугуне их больше. Это влияет на температуру плавления, у сталей этот показатель достигает полутора тысяч градусов. Тогда как у чугуна - 1150-1250°С.

Из-за высокого содержания углерода во время выплавки атомы углерода не могут внедриться в молекулярную решетку железа, из-за чего чугунный металл более хрупкий, чем изделия из стали.

Сталь более светлая, тогда как чугунные сплавы имеют темный матовый цвет.

Чугун лучше поддается литью, но хуже сваривается и обладает большей теплопроводностью.

Виды чугунов

1. Переделочный чугун
   Данный сплав изготавливается в доменных печах. Его основное назначение - промежуточный продукт для изготовления сталей. Может использоваться в твердом и жидком состояниях. Имеет четко регламентированное содержание примесей: кремния, марганца, серы и фосфора. В зависимости от количества кремния в сплаве выделяют следующие марки:
   • для выплавки сталей П1, П2;
   • для литейного производства ПЛ1, ПЛ2;
   • фосфористый чугун ПФ1, ПФ2, ПФ3;
   • высококачественный чугун ПВК-1, ПВК-2, ПВК-3.


2. Белый чугун
   Формируется при условиях быстрого охлаждения. Его главная отличительная черта - белый отлив в месте излома, высокая твердость и хрупкость, не поддается механической обработке режущим инструментом. Углерод в нем находится в виде цементита.
   Используется для литья износостойких деталей: шары, что мелют, лопатки дробеметных турбин, прокатные валки, для ковки разновидностей чугуна. Износостойкость можно повысить легирующими компонентами - никелем и молибденом.


3. Серый чугун
   На изломе имеет характерный серый цвет. По сравнению с белым лучше поддается механической обработке, имеет низкую пластичность и невысокую прочность. Формируется при низких темпах охлаждения, обладает хорошими антифрикционными свойствами. Мало склонен к образованию усадочных дефектов, поэтому его используют для отливок сложной формы с толщиной стенок до 500 мм.
   Согласно ГОСТ 1412 делится на марки СЧ 10-35. Где буквы – название сплава. Цифры - это сведения о временном сопротивлении при растяжении.


4. Высокопрочный чугун
   Его особенностью является то, что в него добавляют чистый магний или модификаторы-сфероидизаторы – церий и иттрий. Графит в таком чугуне имеет шаровидную форму. Содержание магния в сплаве составляет 0,02 - 0,08%.
   Является высокопрочным сплавом, который используется при производстве ответственных износостойких деталей. Устойчив к действию агрессивных сред и высоких температур.
   ГОСТ 7293 регламентирует требования к химическому составу и свойствам данных сплавов. Диапазон марок составляет ВЧ 35-100, где цифра означает минимальное значение временного сопротивления.


5. Ковкий чугун
   Производят данные чугуны на основе ферритов, феррито-перлитов или перлитов.
   Имеет высокую прочность и повышенную пластичность, однородность распределения свойств, хорошую обрабатываемость. Сплав практически не имеет внутренних напряжений, подходит для производства деталей, работающих при вибрационных и ударных нагрузках. Различают два вида: черносердечный и белосердечный. Качество и производство регламентируются ГОСТ 1215. При маркировке обозначается минимальное временное сопротивление и относительное удлинение. Например, код имеет значение КЧ50-5. Это означает, что у чугуна данной марки временное сопротивление составляет около 50000 МПа, а показатель относительного удлинения не менее 5%.
   Также различают специальные чугуны, характеристики которых достигаются путем легирования, специальной технологией поджига или охлаждения. Это жаростойкий, антифрикционный, ферросплавный, художественный, с особыми электромагнитными свойствами виды чугуна.

Какой эффект оказывают примеси

Кремний - основной элемент в чугуне. Положительно влияет на выделение графита, улучшает литейные свойства.

Сера снижает механические свойства, придает красную ломкость.

Марганец уменьшает литейные свойства, противодействует графитизации, но придает твердость и прочность.

Фосфор способствует повышению текучести, но негативно сказывается на прочности и повышает хрупкость.

Преимущества и недостатки

Чугун известен людям еще с XIV века. С тех пор технология производства значительно изменилась, и изменилось также применение этого материала. Он имеет как положительные, так и отрицательные стороны.

Изделия из чугуна хорошо моются, прогреваются и долго сохраняют тепло. Этот материал экологичен и имеет относительно несложный процесс производства ковкой. Благодаря своей экологичности нередко используется для изготовления посуды, не реагирует на кислотно-щелочную среду, безвреден для организма человека, долговечен.

К недостаткам стоит отнести хрупкость, склонность к образованию ржавчины. Изделия имеют большой вес, что требует особых условий транспортировки и обслуживания.

Технология производства

Чугун плавят в доменных печах и вагранках. При этом источником железа является обогащенная железная руда. В качестве сырья для углерода используется кокс, специальный продукт переработки каменного угля. Также применяется природный газ, угольная пыль. В результате такой плавки получается чугун, а также шлак, содержащий невосстановленные оксиды, остатки флюсов, золы.

Где используется

Популярен в машиностроении и других отраслях промышленности. Главная сфера применения - это выплавка стали в конвертерах и мартеновских или электродуговых печах. Кроме того, в зависимости от марки чугуна его применяют для производства различных деталей, опорных фундаментальных воздействий коленвалов, оснований под тяжелое оборудование, мелющих частей оборудования, подшипников скольжения, втулок коленчатых валов двигателей на тракторах и автомобилях, прессовальных форм для огнеупоров.

В жестких климатических условиях он позволяет бесперебойно работать деталям машин даже при низких температурах.

Из чугунного металла производится множество сантехнических изделий: раковины, батареи, трубы, ванны. Отличные литейные свойства позволяют производить из него целые произведения искусства, например, ажурные кованые ворота и всевозможные памятники архитектуры.

Компания "ЮТМК" помогает в организации поставок партий металлопроката весом от тонны в любой город Украины и по всей территории Европы, в том числе в Молдову, Германию, Испанию, Португалию. На условиях самовывоза купить прокат можно на складах ЮТМК в Киеве, Запорожье, Днепре, Одессе и польских городах Лодзь, Краков, Варшава, Познань. Работаем с оптовыми и розничными клиентами. Звоните, наши менеджеры помогут с выбором проката и оформлением заказа.