Что представляет собой
Чугун – это сплав на основе железа. Относится к группе чёрных металлов.
Чёрные металлы – это железо, сплавы на его базе (стали, чугуны, ферросплавы), марганец. По некоторым классификациям в группу зачисляют хром.
По составу чугун – это конгломерат железа, углерода плюс другие металлы. Такие же базовые компоненты могла бы содержать формула стали.
Разница между этими сплавами – в количестве углерода. Если его меньше 2,14% – это сталь. Больше – чугун.
Другие компоненты – лигатуры и примеси (сера, кремний, фосфор, марганец).
Углерод в структуре чугуна представлен включениями графита либо цементита (карбида железа, формула – Fe3C).
Отличить чугун от стали можно визуально. Сталь светлее и блестит, чугуны темные матовые.
Состав и виды
Углерод в составе белого чугуна образует цементитную структуру. В зависимости от его содержания, различают сплавы:
- доэвтектические (до 4,3% углерода) – они характеризуются смесью перлита, вторичного цементита и ледебурита;
- эвтектические – 4,3%;
- заэвтектические – от 4,35 до 6,67%.
Классификация по кристаллической структуре дает следующие виды:
- обыкновенный сплав – обладает мелкозернистой структурой, которая не изменяется при воздействии высоких температур;
- отбеленный сплав – имеет основу из высокопрочного серого чугуна с белым поверхностным слоем глубиной до 3 см из перлита и ледебурита;
- легированный – делится на 3 вида, которые различаются количеством добавок.
В качестве легирующих элементов используются карбидообразующие элементы:
История
Документированная история чугуна стартует с I тысячелетия до нашей эры:
- Выплавку освоили китайцы и их соседи.
- С V века до нашей эры начался период декоративного чугунного литья.
- Через 600 лет в Китае появились монеты.
Появление сплава в Европе датируют XIV веком, в России – на двести лет позже. Интерес возрос в связи с пригодностью чугуна как материала пушек и ядер.
Турнирный мост Эглинтон[en] (завершено около в 1845 году), Норт-Эршир, Шотландия, построен из чугуна
Со времен королевы Виктории самым популярным изделием «гражданского сегмента» у британцев стали камины.
Чугунный угольный утюг
Расцвет чугунного промысла в России приходится на XVIII век:
- Появились мосты, рельсы.
- На Урале изобретены чугунки – посуда номер один для русской печи. Позже их дополнили сковороды.
- К концу века Россия стала мировым лидером по производству чугуна.
Оригинальный мост через Тей с севера (закончен в 1878 году)
Мировую славу обрели ажурные изделия каслинских мастеров.
Способ формовки для литья художественных отливок сложных форм, придуманный каслинцами, востребован машиностроителями и сегодня.
Технология получения
Чугун, отлитый в виде чушек
Исходник получения сырья для металлургов – железные руды (горные породы с доминированием железа в составе).
Руду отправляют на обогатительные комбинаты, где из сырья удаляют часть «порожняка».
Полученный материал везут на металлургический комбинат.
Здесь им загружают доменные печи:
- Добавляют топливо – кокс (продукт обработки каменного угля), известняк, брикетированную угольную пыль.
- Плавят при высоких температурах.
- В процессе восстановления из оксидов получают железо с внедренным в его структуру углеродом.
В результате плавки формируется чугун и шлак (смесь золы топлива, незадействованных флюсов, других продуктов).
При необходимости добавляются лигатуры. Они определяют физические и химические свойства материала.
Производство несложное, но экологически грязное.
Достоинства и недостатки
На бытовом уровне главные преимущества чугунных сплавов: нетоксичность, биосовместимость, гигиеничность, термостойкость. Благодаря этому чугунки, другая посуда не разрушается кислотно-щелочными составами (например, при варке борща), легко моется, долго остается теплой.
Для промышленников на первом плане другие достоинства:
- Простой, экономичный способ получения.
- Прочность, сохранение потребительских характеристик продукции десятилетиями.
- Возможность изготовления широкого ассортимента.
Плюс доступные цены на всю продукцию – от чушек до сковородок или декоративной скамьи.
Чугунная сковорода
Недостатки материала:
- Хрупкость.
- Трудность сваривания.
- Беззащитность перед коррозией.
- Тяжеловесность изделий.
Часто для транспортировки, сборки, обслуживания продукции требуются особые условия.
При сварке, например, заранее прогревают детали, подбирают материал, режим. То есть используют газовые установки, покрытые либо угольные электроды, проволоку из порошка.
Среди особенностей чугуна отметим:
- Чуть больший вес, чем обычно
. За счет большего веса компенсируется прочность и износостойкость посуды. Однако во многих случаях это даже и минусом не назовешь, поскольку ваша сковородка, кастрюля или жаровня не будут скользить по поверхности плиты, а сразу станут, как влитые — это удобно.
- Чугун может заржаветь.
Главный враг чистого железа — вода. Поэтому нужно время от времени “промасливать” чугунную посуду.
- В чугунной посуде не рекомендуется хранить готовую еду.
Речь не про первые пять минут или полчаса — лучше не оставлять готовое блюдо на несколько часов или на ночь, поскольку поры чугуна впитают запах, а сама еда может потемнеть и приобрести кислый привкус.
Таким образом, за исключением незначительных минусов, чугунная посуда является по-настоящему незаменимой на вашей кухне. С заботой о вкусе ваших блюд и экономии средств, была создана линейка чугунной посуды белорусского производства. Мастер Смак
уверен:
такую сковородку
ваши дети еще передадут своим детям!
Вернуться к списку
Классификация
Чугун классифицируют по нескольким основаниям:
- По габаритам и форме вкраплений графита. Слоистые, сфероидные, вермикулярные, хлопья.
- По виду углерода. Графитовые, цементитовые.
- По технологии выработки. Серые, белые, передельные.
- По наличию присадок. Рядовые и легированные. Легированные – это сплавы чугуна с металлами (молибден, никель, хром, титан, другие). Сплавы с такими металлами придают изделиям пластичность, стойкость к износу, разрушению, коррозии.
Микроструктура белого чугуна
Характеристики продукта закладываются на стадии производства.
Маркировка чугуна
В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:
- передельный чугун — П1, П2;
- передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2;
- передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3;
- передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
- чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм).
Антифрикционный чугун:
- антифрикционный серый — АЧС;
- антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
- антифрикционный ковкий — АЧК;
- чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
- чугун легированный со специальными свойствами — Ч.
Где используется чугун
Чугун применяется в двух качествах: базовый компонент при выплавке стали либо материал промышленной продукции.
Чугунная печь — буржуйка
Главная сфера применения сплава – машиностроение.
Технология, номенклатура продукции определяются видом чугуна.
Чугунная лестница
Белый чугун
Углерод-цементит, формируется благодаря мгновенному охлаждению. Опознается по беловатому цвету излома, твердости, хрупкости. Сплав непригоден к механической обработке резанием. Идет на цельное износостойкое литье (прокатные валки, детали мельничных, дробильных механизмов) и как исходник ковких видов чугуна.
Микроструктура белого чугуна при 100-кратном увеличении
Серый
Основа структуры – слоистый графит, придающий сероватость. Поддается механической обработке, однако прочность, пластичность невысоки.
Достоинства: хорошие антифрикционные, демпфирующие свойства, мини-чувствительность к аккумуляторам напряжения, текучесть, минимум дефектов при усадке.
Используется как материал отливок сложной конфигурации с толщиной стенок до 5 см.
Из него делают прокатные станы, маховики, колонны, станины, канализационно-водопроводный ассортимент (люки, трубы, фурнитура).
Чугунная крышка канализационного люка
Ковкий
Результат термообработки белого чугуна с хлопьевидным графитом. Такая структура обеспечивает прочность, пластичность, хорошую обрабатываемость отливок, отсутствие внутреннего напряжения.
Благодаря этому сплав нашел применение как материал деталей и элементов, функционирующих в условиях ударов и вибрации: постамент под массивное оборудование, опоры автострад, железнодорожных мостов, коленвалы дизельных двигателей.
Мост через Северн — первый в мире чугунный мост
Специальные
Сплавы с дополнительными характеристиками, полученными легированием, отжигом и охлаждением по специальной технологии.
Подразделяются на:
- ферросплавы;
- коррозие-, износо-, жаростойкие;
- антифрикционные;
- с электромагнитными свойствами;
- декоративные.
Состав сплавов, технология регламентируются стандартами.
Высокопрочные марки становятся механизмом турбин, коленвалов, тракторных, автомобильных двигателей, шестерней, прокатных валков.
Антифрикционные марки идут на подшипники, втулки топливных насосов, клапаны, кольца поршней автомобилей.
Из декоративных выковывают ограды, колонны, фонтаны, мелкую пластику.
Чугунный забор
Передельный
Полуфабрикат, исходник для передела в сталь либо создания отливок. Процент фосфорного, кремниевого, серного, марганцевого компонента в сплаве регламентируется отраслевым стандартом.
В зависимости от назначения и процента кремния различают передельный чугун для сталеплавильного, литейного производства, фосфористый, высокопрочный.
Последний вид сплава содержит в составе шарики графита и магний. Идет на изготовление деталей, работающих при экстремальных нагрузках (механических и термических), в агрессивных средах.
Чугун. Свойства чугуна. Применение чугуна
Родом из Азии. В слове «чугун» лингвисты усматривают тюркские корни. Так, к примеру, в азербайджанском языке «cugun» — обозначение для железа. Однако, литье чугуна – это работа не только с феррумом, но и углеродом.
Последнего в сплаве от 2-х до 4,5%. Состав создали в Китае в 6-ом веке. Европа переняла секрет производства в 14-ом. В России состав чугуна довели до совершенства лишь к 17-му.
Лучший товар поставлял литейный завод братьев Демидовых. Он расположился на Урале. За века чугун не утратил актуальности. Широкий спектр применения сплава обеспечивают его характеристики. С них и начнем.
Химические и физические свойства чугуна
Кроме железа и углерода материал чугун содержит и другие примеси. Так, плавку улучшают ванадий молибден. Для прочности добавляют кремний, марганец, серу, фосфор. Примесь каждого элемента меньше 1%. Тем не менее, без нее, чугун еще более хрупок.
Солидная примесь углерода лишает сплав пластичности, вязкости. Вот сталь, в которой 6-го элемента таблицы Менделеева менее 2%, ими отличается. Зачем же тогда добавляют «лишний» углерод в чугуновые трубы?
Цель – добиться исключительной твердости. По шкале Мооса она равна 7,5 баллов. Это больше, чем у кварца. До алмаза остается всего 2,5 балла.
Кроме твердости, неизменным свойством чугуна является температура его плавления – 1200 градусов Цельсия. В остальном, характеристики сплава зависят от его типа.
Основные виды чугуна: белый, серый, высокопрочный, ковкий и половинчатый. В первом сплаве весь углерод связан с железом. Fe3C называют цементитом. Он делает железо белым на изломе.
Отсюда и название чугуна. Разновидность материала особенно тверда, но и особенно хрупка, плохо поддается резке. В основном, из белого чугуна отливают шары. Их используют для перемалывания промышленного сырья.
Серый чугун содержит углерод не только в виде цементита, но и графита. Присутствие одновременно обеих форм именуют половинчатым чугуном. О роли в нем цементита сказано.
Графит же придает сплаву характерный цвет и добавляет пластичности. Серый чугун многокомпонентный. Кроме добавки углерода солидна примесь кремния – от 1,2 до 3,6%. В состав входят, так же, сера, фосфор и марганец.
Первая – вредная примесь, от которой не удается избавиться в процессе производства. А вот фосфор и марганец способствуют отбеливанию в поверхностных слоях. Так удается упрочнить оболочку деталей, улучшив при этом их пластичность.
На свойства чугуна влияет не только состав, но и скорость охлаждения. Она меняет структуру металла. Белый сплав охлаждают быстрее. Серый чугун, напротив, формируют медленно.
Высокопрочный чугун содержит углерод в виде графита, причем шарообразного. Соотношение его поверхности к объему минимально. Это делает материал однородным и прочным.
По свойствам сплав близок к литой углеродистой стали. При этом, литейные свойства высокопрочного чугуна лучше, он легко поддается резке и сохраняет износостойкость.
Купить чугун ковкий стремятся вовсе не для того, чтобы его ковать. Этой процедуре не подается ни один из видов сплава. Название указывает лишь на то, что состав поддается обработке давлением, то есть материал наиболее пластичен.
Работают же с ним, как правило, методом литья. Углерод в ковкой смеси графитизирован. Поэтому, марганца в составе сплава минимум. Элемент препятствует графитизации. Немного и кремния. На нижней планке в 2%, так же, держится углерод.
Марки чугуна список в разы шире перечня его видов. Только у ковкого сплава 8 типов. У них разный состав, или же, процентное соотношение компонентов. Так, марка КЧ 30-6 содержит от 2,7 до 3,1% углерода, а в КЧ 37-12 его не больше 2,5%.
Применение чугуна
Твердость в сочетании с хорошими литейными свойствами делают сплав идеальным для создания прочных деталей сложной формы, к примеру, художественных оградок.
Такие можно увидеть на набережных Красноярска, Иркутска, Санкт-Петербурга. В северной столицы ковка чугуна применена и при создании ворот Зимнего дворца.
Лом чугуна переплавляют, так же, на станины промышленных станков. Из прочного материала делают корпусные детали, посуду. Сковорода из чугуна выбирается при готовке блюд, требующих длительного томления.
Посуда долго нагревается, зато, отлично аккумулирует тепло. Жар распределяется равномерно. К тому же, чугун наделен антипригарными свойствами.
Они, как говориться, от природы. Особое покрытие здесь не причем. Поэтому, старинные сковороды не выходят из обихода, не смотря на модные модели с тефлоном.
Не исчезают с рынка и ванны из чугуна. Они тяжелы, но долговечны. К тому же, тяжесть – не только минус. За счет массы устраняются незаметные для человека вибрации, разрушающие линию стыка ванны со стенами. Микротрещины чреваты появлением в помещении плесени и грибка.
Среди сантехнического оборудования чугунными бывают и раковины, трубы, фитинги. Последние детали используют для соединения труб. Такая продукция почти изжила себя из-за сложности не только монтажа, но и демонтажа.
Требуется сварка чугуна. Это трудоемкая процедура, требующая сноровки. Соединить же современные трубы из пластика можно специальным паяльником, потратив в разы меньше времени и сил.
Производство чугуна направлено и на отрасль автомобилестроения. Прочный и износостойкий сплав идет на блоки цилиндров от двигателей внутреннего сгорания.
В дизельных же моторах из смеси железа с углеродом делают коленчатые валы. Как правило, чугун используют в бюджетных авто или специализированных, промышленных моделях.
Детали надежны, дешевы, но тяжелы. Сейчас, как известно, производители стремятся уменьшить массу машин. Это и сокращает долю чугунных элементов в современных автомобилях.
Из сплава феррума и углерода производили всем известные буржуйки. Есть и современные печи из чугуна. И покупают не только из-за ценника. Печи не деформируются при нагреве, что случается с моделями из других сплавов.
На высоте и теплопроводность чугунных изделий. Это делает их удобными для редкоотапливаемых площадей, или же помещений, требующих быстрого нагрева.
Добыча чугуна
Какой бы чугун ни был, это сплав. Добыть его невозможно. Смесь производят, а добывают компоненты для нее. В случае с чугуном, основной элемент – железо. Берут руды с ним и плавят в доменных печах. Топливо – каменный уголь в виде кокса. Иногда, берут мазут или природный газ.
Почему переплавляют руду, а не чистый металл? Потому что феррум не бывает самородным, всегда связан с другими элементами. Среди них и та самая пресловутая сера, от которой не удается полностью избавиться в ходе переплавки. Но, в железных рудах есть и полезные примеси – те же хром и марганец.
Руда требует подготовки – дробления и грохочения, то есть разделения по размеру частиц. Лишь потом сырье загружается в печь вместе с флюсами. В ходе окислительно-восстановительной реакции получается чугун.
Железо восстанавливается и оксидов. При этом, сами восстановители окисляются. Процесс протекает лучше и быстрее в кислородной среде. Поэтому, газ специально подается в домену печь до конца реакции.
Цена чугуна
На чугун цена зависит от вида изделия, производителя. Чистый сплав не продается, лишь продукция из него. Так, сковорода обходится, в среднем, в 4000 рублей. Если же хочется казан для плова объемом в 225 литров, придется выложить 30-40 000.
10-литровый образец стоит около 7000 рублей. За кило дроби в 0,8 миллиметров просят около 2300 рублей. Простейшая печь-буржуйка обойдется покупателю минимум в 4500 рублей. Отопительные котлы из прочного сплава опустошат карман не меньше, чем на 30 000.
Основная же масса моделей стоит в районе 100-150 000 рублей. За ванны просят от 6000. За чугунный радиатор придется выложить от 650-ти рублей. Дешевле всего лом. Килограмм чугуна оценивают всего в 7-10 рублей.
