Термін чавун, одержання та застосування чавуну, властивості чавуну. Чавун – властивості, класифікація, види Що означає чавун

Відрізняється від сталі за складом більш високим вмістом вуглецю, за технологічними властивостями - кращими ливарними якостями, малою здатністю до пластичної деформації (за звичайних умов не піддається ковці). Чавун дешевший стали.

Чавуни класифікуютьза такими показниками:

• станом вуглецю:

- білий чавун- весь вуглець перебуває у зв'язаному стані у вигляді карбіду;

- сірий чавун- вуглець значною мірою або повністю знаходиться у вільному стані у формі пластинчастого або волокнистого (завихрюваного) графіту;

- високоміцний чавун- вуглець значною мірою або повністю перебуває у вільному стані у формі кулястого графіту;

- ковкий чавун- Отримують в результаті відпалу виливків з білого чавуну. Весь вуглець або значна частина його знаходиться у вільному стані у формі пластівцевого графіту (вуглецю відпалу);

• структурі:

- феритний;

- феритно-перлітний;

- перлітний;

• хімічного складу:

- нелегований;

- легований- спеціального призначення.

Таким чином, чавун (крім білого) відрізняється від сталі наявністю у структурі графітових включень (рис. 1), а між собою чавуни різняться формою цих включень.

Мал. 1. Класифікація чавунуза структурою металевої основи та формою графітових включень: а -ферит; б -ферит та перліт; в- Перліт; / - Пластичаста; 2- завихрена; 3 - пластів'я; 4- куляста.

Механічні властивості чавунів залежать від структури та в основному від форми, кількості, розмірів та характеру розподілів графітових включень. Графітові включення визначають технологічні та експлуатаційні властивості чавунів. Наявність графітових включень полегшує обробку деталей із чавуну різанням внаслідок ламкої стружки. Графіт підвищує зносостійкість і надає хороші антифрикційні властивості чавуну шляхом власної «змащувальної» дії. Чавун має низьку чутливість до різних поверхневих дефектів, надрізів, проточок і т. п., так як графітові включення самі є концентраторами напруг, і додавання до них ще кількох не істотно впливає на загальну міцність матеріалу. На відміну від металевої основи графіт погано передає пружні коливання, тому чавун має високу демпфуючу здатність, що дозволяє гасити вібрацію та резонансні коливання.

Твердість чавунів мало залежить від форми графітових включень та визначається структурою металевої основи. У феритних чавунів твердість становить ~150 НВ, у ферито-перлітних ~200 НВ; перлітних ~250 НВ.

Домішки в чавуні

Звичайний промисловий чавун містить ті ж самі домішки , що і вуглецева сталь, тобто марганець, кремній, сірку та фосфор, але у більшій кількості. Ці домішки суттєво впливають на умови графітизації і, отже, на структуру та властивості чавуну.

Кремніїособливо сильно впливає структуру чавуну, посилюючи графітизацію. Вміст кремнію в чавунах коливається у межах: від 0,3-0,5 до 3-5 %. Змінюючи вміст кремнію, можна отримати чавуни, зовсім різні за властивостями та структурою - від малокремнистого білого до висококремнистого феритного (сірого з пластинчастим або високоміцного з кулястим графітом).

Марганецьна відміну від кремнію перешкоджає графітизації, або, як то кажуть, сприяє відбілюванню чавуну.

Сіркатакож сприяє відбілюванню чавуну, але одночасно погіршує його ливарні властивості (зокрема, знижує рідину). Тому вміст сірки в чавуні лімітується: верхня межа для дрібного лиття – 0,08 %; для більшого (коли можна допустити дещо гіршу рідину) - до 0,1-0,12% S.

Фосфорпрактично не впливає на процес графітизації. Однак фосфор - корисна домішка в чавуні, оскільки він покращує рідину.

Білий чавун

Таку назву чавун отримав на вигляд зламу, який має матово-білий колір. Весь вуглець у цьому чавуні перебуває у зв'язаному стані як цементиту. Білі чавуни залежно від вмісту вуглецю можуть бути доевтектичними (перліт + ледебурит), евтектичними (ледебурит) та заевтектичними (первинний цементит + ледебурит). Ці чавуни відрізняються великою твердістю (450-550 НВ) через наявність у них великої кількості цементиту. Тому вони дуже тендітні і для виготовлення деталей машин не використовуються. Виливки з білого чавуну служать для подальшого виготовлення ковкого чавуну за допомогою відпалу, що графітизує. Надалі він застосовується виготовлення деталей підвищеної втомної міцності: колінчастих і розподільних валів, сідел клапанів, зубчастих коліс масляного насоса, супортів дискового гальмівного механізму та інших.

Вибілені чавуни-виливки мають поверхневі шари (12-30 мм) зі структурою білого чавуну, а серцевину - зі структурою сірого чавуну. Висока твердість поверхні такої виливки підвищує її стійкість до стирання. Тому вибілений чавун застосовують для виготовлення валків листових прокатних станів, коліс, гальмівних колодок та багатьох інших деталей, що працюють в умовах підвищеного зношування.

Сірий чавун

Таку назву чавун отримав на вигляд зламу, який має сірий колір. У структурі сірого чавуну є графіт. Структура чавуну складається з металевої основи та графіту (у формі пластин), і властивості його залежать від цих двох складових.

Графіт у порівнянні зі статтею має низькі механічні властивості, тому в деякому наближенні можна вважати, що місця, які він займає, це порожнечі та тріщини. Зі збільшенням кількості порожнеч механічні властивості чавуну різко погіршуються. При напругах, що розтягують, легко утворюються центри руйнування на кінцях графітних включень. Значно краще поводиться чавун при стисканні та згинах.

Сірі чавуни є сплавами складного складу, що містять залізо, вуглець, кремній, марганець та домішки, такі, як сірка та фосфор. Останній частково розчиняється у фериті (~0,3 %) і, крім того, входить у потрійну евтектику (Fe-С-Р) із температурою плавлення 950 °С. Це значно покращує ливарні характеристики чавуну.

Сірка - шкідлива домішка, знижує механічні та ливарні властивості чавунів та підвищує схильність до утворення в них тріщин.

Кремній входить до складу сірих чавунів (1-3 %) як основний хімічний елемент і збільшує виділення графіту при затвердінні і розкладі цементиту, що виділився.

Марганець (0,2-1,1 %) позитивно впливає на механічні властивості чавуну, але ускладнює процес графітизації або сприяє його вибілюванню. Таким чином, можна сказати, що ступінь графітизації безпосередньо залежить від кількості вуглецю (2,2-3,7%) та кремнію (1-3%) у чавуні.

У невеликих кількостях у сірі чавуни можуть потрапити з руди хром, нікель та мідь, які також впливають на умову графітизації. Кількість графітних включень та структура основи впливають на властивості сірого чавуну.

За структурою металевої основи сірі чавуни ділять на три групи:

1) сірий перлітний зі структурою перліт + графіт (кількість зв'язаного вуглецю становить ~0,8%);

2) сірий феритно-перлітний зі структурою ферит + перліт + графіт (кількість пов'язаного вуглецю менше 0,8);

3) сірий феритний зі структурою ферит + графіт (весь вуглець у вигляді графіту).

Механічні властивості сірого чавуну залежать від властивостей металевої основи та її кількості, форми та розмірів графітних включень (порожнеч).

Маркуваннясірого чавуну

За ГОСТ 1412-85 позначення чавуну входить поєднання букв і цифр, наприклад СЧ15. СЧ означає сірий чавун, цифри показують значення тимчасового опору при розтягуванні. Стандарт передбачає такі марки чавуну: СЧ10; СЧ15; СЧ18; СЧ20; СЧ21; СЧ24; СЧ25; СЧ30; СЧ35; СЧ40; СЧ45.

Значення показників деяких сірих чавунів наведено у табл. 1.

Таблиця 1.Механічні показники деяких сірих чавунів

Наявність графіту сприяє подрібненню стружки при обробці різанням і змащує дію, що підвищує зносостійкість чавуну.

Феритні сірі чавуни марок СЧ10 та СЧ15 використовують для слабо- та середньонавантажених деталей: кришок, фланців, маховиків, супортів, гальмівних барабанів, провідних дисків зчеплення тощо.

Феритно-перлітні сірі чавуни марок СЧ20 і СЧ25 застосовують для деталей, що працюють при підвищених статичних та динамічних навантаженнях: блоків циліндрів двигуна, поршнів циліндрів, барабанів зчеплення, станин верстатів та ін.

Перлітний чавун застосовують для відливання станин потужних верстатів та механізмів. Часто використовують перлітні сірі модифіковані чавуни. Такі чавуни одержують при додаванні в рідкий чавун перед розливом спеціальних добавок - феросиліція (0,3-0,6% від маси шихти) або силікокальцію (0,3-0,5% від маси шихти). До таких чавунів відносять чавуни марок СЧ40 і СЧ45, які мають більш високі механічні властивості через подрібнення форми графітних включень. Ці чавуни застосовують для виготовлення корпусів насосів, компресорів та гідроприводів.

Для деталей, що працюють за підвищених температур, застосовують леговані сірі чавуни, які додатково містять хром, нікель, молібден та алюміній.

Ковкий чавун

Ковким чавун називається тому, що його можна обробляти тиском, хоча чавуни не кують, а деталі з чавуну отримують лише методом лиття у зв'язку з тим, що ковкий чавун має більш високу пластичність порівняно з сірим.

Ковкий чавун одержують шляхом графітизуючого відпалу виливків з білого доевтектичного чавуну. У складі ковкого чавуну не повинно бути великої кількості марганцю, тому що він при відпалі перешкоджає процесу графітизації, а також великої кількості вуглецю та кремнію, що призводить до утруднення отримання виливків з білого чавуну, тому що при кристалізації графіт починає виділятися у вигляді пластинок. Тому хімічний склад білого чавуну, що відпалюється на ковкий чавун, має обмеження за вмістом: 2,5-3,0 %; 0,7-1,5% Si; 0,3-1,0% Mn; менше 0,12% S; менше 0,18% Р.

Товщина перерізу виливка не повинна перевищувати 40-50 мм, тому що при більшій товщині в серцевині утворюється пластинчатий графіт, що робить чавун непридатним для відпалу.

Відпал проводиться у дві стадії. На першій стадії виливки з білого чавуну повільно нагрівають до температури 930-1050 °З витримують протягом 15 год при цій температурі. При цьому відбувається розпад цементиту, що входить у високотемпературний ледебурит, і з вуглецю, що виділився, утворюється пластівеподібний графіт.

На другій стадії виливки охолоджують до температури 700-760 °С, що відповідає евтектоїдному перетворенню, і витримують при цій температурі до 30 год, або дуже повільно охолоджують. При цьому відбувається розпад цементиту, що входить до перліту. Після закінчення другої стадії структура чавуну складається з фериту і пластівцевого графіту. Такий чавун називають феритним ковким чавуном.

Якщо охолодження було недостатньо повільним у районі температур, що відповідають евтектоїдному перетворенню, або недостатньою була витримка на другій стадії графітизації, то розпад цементиту, що входить до перліту, відбудеться не повністю. При цьому структура чавуну складатиметься з фериту, перліту та пластівцевого графіту. Такий чавун називають ферито-перлітним ковким чавуном.

Якщо охолодження в інтервалі температур було прискорене, то розпаду цементиту, що входить до перліту, не відбудеться. При цьому структура чавуну складатиметься з перліту і пластівцевого графіту. Такий чавун називається перлітним ковким чавуном.

Маркування.Ковкий чавун згідно з ГОСТ 1215-79 маркується літерами «КЧ» та двома числами: перше вказує тимчасовий опір при розтягуванні; друге - відносне подовження (у%).

Значення механічних показників деяких ковких чавунів наведено у табл. 2.

Таблиця 2.Механічні показники деяких ковких чавунів

Високоміцний чавун

Високоміцним називають чавун з кулястою формою графіту, одержуваної у процесі кристалізації виливки. Така форма графітових включень має меншу поверхню порівняно з пластинчастою та пластівчастою при однаковому обсязі, зменшує концентрацію напруг.

Кулясту форму графіту отримують введенням в рідкий чавун магнію, або магнію з нікелем, або феросиліцію.

Під дією модифікаторів графіт у процесі кристалізації набуває кулястої форми. Чавуни з кулястою формою графіту мають вищі механічні властивості порівняно з іншими чавунами. Високоміцні чавуни близькі за властивостями до литої вуглецевої сталі, але мають кращі ливарні властивості, добре обробляються різанням, зберігають високу зносостійкість. Для підвищення пластичності та в'язкості виливки з високоміцного чавуну піддають термічній обробці: відпалу, нормалізації, закачування та відпуску. Одночасно з підвищенням пластичності при термічній обробці знижуються залишкові напруги у виливках, що підвищує їхню працездатність.

Маркування.Високоміцний чавун згідно з ГОСТ 7293-85 позначається аналогічно ковким чавунам: літерами «ВЧ» та числами: перше вказує величину тимчасового опору, друге – відносне подовження (в %).

Стандарт передбачає такі марки чавунів: ВЧ35-22; ВЧ40-15; ВЧ45-10; ВЧ50-7; ВЧ60-3; ВЧ70-2; ВЧ80-2; ВЧ 100-2. Хімічний склад високоміцного чавуну: 3,2-3,6%; 1,6-2,9% Si; 0,3-0,7% Mn; трохи більше 0,02 % S; не більше 0,1% Р. Високоміцні чавуни на феритній основі (ВЧ35-22, ВЧ40-15, ВЧ45-10) мають від 22 до 10%, 140-225 НВ; на перлітній основі (ВЧ50-7, ВЧ60-3, ВЧ70-2, ВЧ80-2, ВЧ100-2) - від 7 до 2%, 153-360 НВ.

Висока міцність та пластичність високоміцних чавунів дозволяють використовувати їх для виготовлення колінчастих валів автомобільних дизелів та інших деталей, що працюють у вузлах тертя при підвищених навантаженнях.

Антифрикційні чавуни

Антифрикційні чавуни – спеціальні сірі та високоміцні чавуни з підвищеними антифрикційними властивостями. Ці чавуни мають низький коефіцієнт тертя, що залежить від співвідношення фериту і перліту в основі, а також від кількості та форми графіту. У перлітних чавунах висока зносостійкість забезпечується металевою основою, що складається з тонкого перліту та рівномірно розподіленої фосфорної евтектики за наявності ізольованих виділень пластинчастого графіту.

Виливки з антифрикційного чавуну (ГОСТ 1585-85) застосовують виготовлення деталей, які у підшипникових вузлах тертя.

Маркування.Існують такі марки антифрикційного чавуну: АЧС1; АЧС2; АЧСЗ; АЧС1; АЧВ2; АЧК1; АЧК2. Літери «АЧС» позначають сірий антифрикційний чавун; «АЧВ» – антифрикційний високоміцний чавун; "АЧК" - антифрикційний ковкий чавун.

Антифрикційні сірі чавуни - перлітні чавуни АЧС-1 і АЧС-2 і перлітно-феритний чавун АЧС-3 - мають низький коефіцієнт тертя, що залежить від співвідношення фериту і перліту в основі, а також кількості і форми графіту. У перлітних чавунах висока зносостійкість забезпечується металевою основою, що складається з тонкого перліту та рівномірно розподіленої фосфорної евтектики за наявності ізольованих виділень пластинчастого графіту.

Антифрикційні сірі чавуни використовують для виготовлення підшипників ковзання, втулок та інших деталей, що працюють при терті металу, частіше в присутності мастильного матеріалу. Деталі, що працюють у парі із загартованими або нормалізованими сталевими валами, виготовляють із чавунів марок АЧС-1 та АЧС-2, а для роботи в парі із термічно необробленими валами застосовують чавун АЧС-3.

Антифрикційні високоміцні (з кулястим графітом) чавуни виготовляють з перлітною структурою – АЧВ-1 та феритно-перлітною (50 % перліту) – АЧВ-2. Чавун АЧВ-1 використовують для роботи у вузлах тертя з підвищеними окружними швидкостями в парі із загартованим або нормалізованим валом.

Головна перевага антифрикційних чавунів у порівнянні з антифрикційними бронзами - низька вартість, а основний недолік - погана прироблюваність, що вимагає точного сполучення поверхонь, що труться.

1. Особливості нелегованих чавунів

Характеристики сірого чавуну

Отримання сірого чавуну здійснюється у домні. Вихідним матеріалом є. Формування структури сірого сплаву здійснюється лише за умов низьких швидкостей охолодження. За своєю формою вуглець, що складається з чавуну, нагадує пластинчастий графіт. Саме тому злам характеризується сірим кольором.

Особливості маркування

Для маркування сірого чавуну використовуються літери СЧ та цифри. Останні з них вказують на те, яка межа міцності має матеріал у період розтягування. Даний матеріал характеризується універсальними ливарними властивостями – малою усадкою та високою рідиною.

Застосування

Для матеріалу характерна наявність високої здатності до розсіювання вібраційних коливань за умов змінних навантажень. Метал характеризується високою циклічною в'язкістю. Саме тому із даного матеріалу виготовляють прокатні верстати, станини верстатів. Також із сірого сплаву виробляється виготовлення маховиків, шківів, корпусів, поршневих кілець тощо.

Характеристики високоміцного чавуну

Високоміцний чавун характеризується наявністю графітових включень кулястої форми. Отримання цих включень забезпечується завдяки зміні сірого чавуну. Завдяки кулястій формі графіту, створення різкої концентрації напруг не відбувається. Саме тому цей матеріал характеризується високим рівнем міцності в період розтягування та вигину.

Високоміцний чавун характеризується наявністю маркування ВЧ та цифрами, які вказують на міцність даного матеріалу. Даний метал характеризується високою рідиною, а також невеликою усадкою.

2. Особливості легованих чавунів

Легований чавун виходить шляхом введення до складу звичайного чавуну легованих компонентів, таких як , та інші. За допомогою легування чавун набуває особливих властивостей. Леговані чавуни за своїми особливостями можуть бути:

Зносостійкі;
Жаростійкими;
Антифрикційними;
Жароміцними.

Маркування легованих чавунів здійснюється відповідно до типу сталі: Ч є жароміцним чавуном, ІЧ – зносостійким чавуном, АЧ – антифрикційним чавуном, ЖЧ – жаростійким чавуном. Після цього можуть бути букви, які вказують на легуючі елементи. Після літер йдуть цифри, які розповідають про зразковий зміст легуючих елементів у відсотковому співвідношенні. За відсутності цифри можна судити про приблизно один відсоток легуючого елемента.

Характеристики зносостійкого чавуну

Зносостійкість – така властивість матеріалу, яка дозволяє чинити опір зношування при терті. Щоб забезпечити чавун цією властивістю, в білий чавун додають хром, вольфрам і молібден.

Для маркування зносостійкого сплаву застосовують літери ІЛ та цифри, що вказують на відсоткову кількість легуючих елементів у них.

Зносостійкий чавун характеризується високим рівнем стійкості до абразивного зношування, що дозволяє застосовувати його для виробництва дисків зчеплення, гальм, деталей для насосів, якими здійснюється перекачування абразивних середовищ, деталей для піскометів.

Характеристики жаростійких чавунів

Жаростійкістю називають характеристику, при якій матеріал здатний чинити опір окисленню в газовому середовищі при високих температурах.

Забезпечення жаростійкості здійснюється внаслідок того, що легується сірий або білий чавун з використанням таких матеріалів, як кремній, хром, алюміній. На поверхні матеріалу є щільні захисні плівки, за допомогою яких здійснюється запобігання сплаву від окислення в умовах високих температур.

Маркування жаростійкого чавуну здійснюється із застосуванням літер ЖЧ. Після цього йдуть цифри, якими здійснюється позначення легуючих елементів.

За допомогою ЖЧ виготовляються деталі, які працюють у лужному, газовому, повітряному середовищі та здатні витримати температуру до 1100 градусів Цельсія. Їх застосовують при виробництві конструкцій для таких печей, як термічні, доменні та мартенівські.

Характеристики жароміцного чавуну

Жароміцністю називають здатність металу до збереження своїх властивостей в умовах високих температур.
Жароміцність здійснюється, якщо легується сірий або білий чавун із застосуванням таких матеріалів, як хром, нікель, молібден або . Усі жароміцні матеріали одночасно є і жаростійкими, проте не всі жаростійкі матеріали є жароміцними. Маркування жароміцного металу здійснюється літерою Ч.

Цей матеріал широко застосовується для виробництва газових печей. З його допомогою виготовляють деталі, встановлення яких здійснюється у дизельні двигуни компресорного обладнання. Також деталі з цього матеріалу встановлюються в саунах та лазнях. Жароміцним чавуном є матеріал, який має кулястий графіт.

Характеристики антифрикційних чавунів

Антифрикційністю називають можливість матеріалу працювати за умов тертя. Антифрикційний чавун може бути сірим, високоміцним або ковким чавуном, який характеризується перлітною або перлітно-феритною структурою (перліту< 85 %). Для легирования антифрикционных чугунов в большинстве случаев используется хром, медь или титан.

Це призводить до отримання дрібнодисперсної перлітно-феритної структури. Антифрикційний чавун має такі властивості: високий рівень зносостійкості і досить низька вартість. Якщо порівнювати даний матеріал з , то він нижчий за рівень тертя.

Основою виробництва даного матеріалу є сірі (АЧС), ковкі (АЧК) та високоміцні (АЧВ) чавуни. Даний матеріал часто застосовується у вигляді замінника кольорових сплавів. Для того щоб матеріал якісно та правильно працював, йому необхідно забезпечити регулярне та якісне мастило. Якщо спостерігається високе ударне навантаження, це призводить до зниження якості роботи антифрикційного чавуну.

Чавун це сплав заліза та вуглецю (кількість якого становить понад 2,14%), характеризується евтектичним утвореннями. Вуглець у чавуні знаходиться у вигляді графіту та цементиту. Залежно від форм графіту, та кількості цементиту чавун поділяють на: білий та сірий, ковкий та високоміцний чавун. Хім. склад чавуну містить у собі постійні домішки (Si, Mn, PS, P), а в окремих випадках також присутні легуючі елементи як (> Cr, Ni, V, Al та ін). Зазвичай чавун тендітний. Великому поширенню чавуну в машинобудуванні сприяло наявність добрих ливарних, а також міцність та твердість. Світове виробництво чавуну до кризи 2008-го становило понад 953 млн. тонн (зокрема в Китаї виплавили - 477 млн. тонн).

Хімічний склад чавуну та його види

Білі та сірі види чавуну розрізняють за кольором зламу, який обумовлюється структурою вуглецю в чавуні як карбіду заліза або вільного графіту, високоміцний чавун з кулястим графітом, чавуни з вермікулярним графітом називаються куванням. Вуглець у білому чавуні знаходиться у вигляді цементиту, а в сірому чавуні - у вигляді графіту.

Склад чавуну білого

У білому чавуні весь вуглець прибуває в стані цементиту. До структури білого чавуну входить - перліт, ледебурит, також цементить. Через світлий відтінок чавун отримав назву білий.

Склад сірого чавуну та його структура

Сірий чавун – вид чавуну, який, не містить ледебуриту, у ньому весь вуглець (або частина вуглецю) знаходиться у вигляді графіту. Назву отримав завдяки сірому кольору поверхні зламу.

Належить поряд з білим чавуном, до основних видів чавуну. До складу сірого чавуну, крім заліза та вуглецю (2,5...4,5%), входить кремній близько(0,8...4,5%), а також марганець (0,1...1, 2%), і фосфор (0,02...0,3%) з сіркою (0,02...0,15%). Межа міцності сірих чавунів при розтягуванні - 100...350 МПа, стиснення - 450...1400 МПа, твердість по Брінеллю - 143...289 HB.

Основна характеристика сірого чавуну - низький опір відриву, досить низька ударна в'язкість. Тому чим дрібнішими є графітові пластини і чим сильніше пластини ізольовані одна від одної, тим вищі міцні властивості чавуну при однаковій металевій основі. Дана структура виходить модифікуванням, процес введення в рідкий сплав металу невеликих кількостей речовин, які називають модифікаторами (феросиліцій та силікокальцій)

Ковкий чавун, процес отримання

Ковкий чавун виходить в результаті тривалого відпалу білого чавуну, після цього процесу утворюється графіт пластівцевої форми. Металева основа ковкого чавуну містить: ферит і рідше перліт.

Структура високоміцного чавуну

У своїй структурі високоміцний чавун має кулястий графіт, він виходить у процесі кристалізації матеріалу. Кулястий графіт дуже послаблює металеву основу так сильно як табличний, не концентратором напруг.

Структурні характеристики половинчастого чавуну

Частина вуглецю в половинчастому чавуні (понад 0,8%) перебуває у вигляді цементиту. Основні структурні складові даного чавуну це перліт, ледебурит і плоский графіт.

Класифікація чавунів

Від хімічного складу чавуну та вмісту вуглецю сірий чавун називають доевтектичним має (2,14-4,3% вуглецю), і евтектичним має (4,3%) заевтектичним має (4,3-6,67%). Склад металу сильно впливає на структуру кінцевого матеріалу.

У промисловості різні види чавуну мають такі маркування:

• чавун-П1, П2;
• чавун для виливків використовують-ПЛ1, ПЛ2,
• переробний фосфористий вид чавуну-ПФ1, ПФ2, ПФ3,
• переробний високоякісний вид чавуну-ПВК1, ПВК2, ПВК3;
• чавун має пластинчастий графіт-СЧ (цифри, що йдуть після букв "> СЧ", позначають величину тимчасового опору розриву (вкгс/мм);

Антифрикційні чавуни види:

• антифрикційний сірий-АЧС,
• антифрикційний високоміцний вид-АЧВ,
• антифрикційний кування вид-АЧК;

Чавун, що має кулястий графіт для виливків - ВЧ (цифри, що йдуть після букв "ВЧ", означають тимчасовий опір розриву вкгс/мм;

На початку 16 століття чавун почали виплавляти і Російської імперії. Плавка чавуну зростала дуже великими темпами і за правління Петра 1 Росія була лідером з виплавки металу в Європі. Згодом ливарні цехи почали відокремлюватися від доменних, що дало імпульс для розвитку незалежних чавунно-ливарних підприємств. На початку 19 століття заводи починають виробляти ковкий чавун, а наприкінці 20 століття освоюють виробництво легованого чавуну.

Напевно, багато хто стикався в побуті або ж на виробництві з чавунними виробами. Цей матеріал має гарну міцність і чудові ливарні якості.

Чавун це сталевий, або правильніше сказати, залізовуглецевий сплав, що складається з заліза та вуглецю, який має об'єм від 2,14% до максимальних 6,67% і може входити до складу як цементит або графіт.Чавун за визначенням відноситься до машинобудівного матеріалу, що відрізняється дешевизною, а також простотою у виробництві і є основою для виплавки сталі. Його одержання відноситься до складних хімічних процесів, що протікають на певних стадіях виробництва.

Основні характеристики та склад

Цей сплав крім заліза з вуглецем включає додаткові домішки, що впливають на його властивості. Різноманітний склад чавуну забезпечує йому високу твердість, плинність, підвищує крихкість. До нього включаються: сірка, кремній, марганець, фосфор. Сплав чавуну через вхідний вуглецю має високі показники за твердістю, але при цьому знижується ковкість, а також пластичність речовини. Для надання металу особливих характеристик додаються деякі присадки. Як легуючі компоненти застосовуються: нікель, ванадій, а також хром, алюміній. Формула чавуну складається із залізовуглецевої основи з додатковими включеннями. Має щільність близько 7,2 г/см3, що є досить високим значенням для металевих з'єднань.

Складається чавун із кількох компонентів, через що властивості його варіацій можуть суттєво відрізнятися. Крім вуглецю та заліза, склад включає до 2% марганцю, 1,2% фосфору, 4,3% кремнію та до 0,07% сірки.Кремній відповідає за стан рідинної плинності, значно покращує ливарні якості, а також робить м'якшим. Для посилення міцності використовують марганець. Додавання сірки знижує тугоплавкість і знижує його рідину. Крім того, вона надає шкідливий вплив, що проявляється у появі на гарячих виливках тріщин (червоноламкість). Наявність фосфору знижує механічні властивості, проте дає змогу відливати предмети складної форми.

Структура чавуну виглядає як металева основа із включеннями з графіту. Залежно від виду включає перліт, пластинчастий графіт, а також ледебурит. Дані елементи визначають його характеристики і присутні в різних кількостях або повністю відсутні.

Температура плавлення становить від мінімальних 1160 °С до максимальних 1250 °С. Має високі антикорозійні показники, активно протидіє як сухій (хімічній), так і вологій корозії. Завдяки йому з'явилася на світ нержавіюча сталь – сталевий сплав, що має високий вміст хромової складової.

Галузь застосування

Чавун широко використовується в машинобудуванні при відливанні різноманітних деталей. Застосовується виготовлення колінчастих валів, і навіть рухових блоків. Крім того, виготовляються високоякісні колодки, що мають високу стійкість до тертя. Застосовуються за низьких температур, де застосовується виключно чавун завдяки своїм високим експлуатаційним властивостям. Дані якості використовують при виробництві різних елементів машин, де використовують чавунний сплав для роботи в жорсткому кліматі. Цей матеріал широко застосовується металургами завдяки чудовим ливарним характеристикам та невисокій ціні. Відлиті вироби мають високу зносостійкість, підвищену міцність.

Багато сантехнічних деталей також виготовляються із чавунної основи. Це батареї, радіатори опалення, труби, ванни, різноманітні раковини з мийками. Багато виробів служать і донині, хоча встановлювалися кілька десятиліть тому. Ці предмети зберігають початковий вигляд довгі роки і вимагають проведення реставраційних робіт. Крім того, чавунний посуд вважається одним із найзручніших при приготуванні багатьох страв.

Різновиди

Чавунний сплав за своїми характеристиками поділяється на передільний, а також ливарний. Перший застосовують при виплавці сталі, використовуючи киснево-конвертерний метод. Цей вид відрізняється зниженою кількістю марганцю та кремнію. Ливарний чавунний матеріал служить для численних деталей. Зразки виробів із цієї основи можна побачити на відповідних фото.

До особливого різновиду відносяться нікельхромисті сплави (ніхарди). До них відноситься низьковуглецевий, а також високовуглецевий чавун. Перший відрізняється посиленою міцністю, а другий – підвищеною зносостійкістю. Основними різновидами є білий та сірий сплави. Ці матеріали відрізняються вмістом вуглецю, а також властивостями. Крім того, активно використовуються ковкі, леговані та високоміцні види.

Сірий

Сірі чавуни мають низьку пластичність, в'язкість, легко піддаються різанні під час обробки. Застосовуються при виготовленні невідповідальних деталей, а також елементів, що працюють на зношування. У сірому чавуні вуглець міститься як графіту, перліту чи феррито-перліту. Його кількість становить близько 2,5%, що забезпечує високу міцність виробів. З сірого сплаву виготовляють корпуси різного промислового обладнання, зубчасті шестерні, кронштейни, втулки. Матеріал, що містить високу кількість фосфору (порядку 0,3 – 1,2 %) має гарну рідину і застосовується в художньому лиття.

Білий

Містить багато вуглецю (понад 3 %), представленого як цементиту чи карбіду. Білий колір у місці розлому даного матеріалу дав назву та з'єднання. Сплав цього виду має підвищену ламкість, а також крихкість, що значно звужує сферу використання. На його основі виробляють деталі хитромудрої форми для виконання статичних функцій без впливу значних навантажень. Технічні характеристики білого матеріалу можна поліпшити шляхом додавання компонентів, що легують. І тому використовується нікель, хром, набагато рідше – алюміній чи ванадій. Марка з такими присадками називається сормайт. Її використовують як нагрівальний елемент у різноманітних пристроях. Сормайт відрізняється стабільними характеристиками при температурних значеннях трохи більше +900 °З. Цей матеріал є основою при виготовленні звичайних побутових ванн.

Ковкий

Цей вид одержують із білого шляхом виливки з подальшою термообробкою. У цьому застосовується відпал тривалого впливу, у якому цементит розпадається, утворюючи графіт. Цей процес отримав назву графітизація з утворенням у структурі вуглецевих пластівців. Графіт набуває такої форми завдяки тривалому відпалу. Це позитивно впливає на металеву основу, яка стає більш цільною, пластичною та в'язкою.

Ковкий чавун чудово експлуатується при знижених температурах і не дуже чутливий до надрізів. Застосовується при виготовленні елементів, що працюють при безперервному терті. Крім цього, ковкий метал служить основою для виробів дуже складної конфігурації: косинці, гальмівні колодки, трійники, автомобільні картери для задніх мостів та інших конструкцій. Поліпшення властивостей досягається шляхом додавання бору, телуру, магнію.

Високоміцний

Має підвищену міцність і використовується для отримання виробів відповідального призначення, а в деяких випадках замінює навіть сталь. Цей високоміцний чавун отримують додаванням до сірого виду особливих домішок (церій, кальцій, ітрій, магній). З нього виробляють шестірні, поршні, колінчасті вали та інші деталі. Висока теплопровідність дозволяє відливати елементи для опалювальних вузлів та трубопроводів.

Легований

Чавунний сплав легованого виду містить додаткові домішки. До складу входять у підвищеному вмісті титан, нікель, хром, цирконій, ванадій, молібден, алюміній та інші елементи. Вони надають високої міцності, твердості, зносостійкості. Застосовуються леговані матеріали під час виробництва деталей механізмів, які взаємодіють із газовими, агресивними середовищами, і навіть які працюють під впливом водних розчинів.

Переваги металу

Цей метал відносять до матеріалів, вироблених чорної металургією. Його часто порівнюють зі сталлю щодо тих чи інших характеристик. Зроблений із чавуну предмет має невисоку вартість порівняно із сталевим аналогом. Крім цього, чавунні елементи мають меншу вагу та міцність. Ці властивості чавуну значно розширюються за рахунок використання різних добавок до сплавів. Його параметри мають такі позитивні якості:

• екологічно чистий матеріал, що використовується при виробництві побутових предметів, у тому числі посуду;
• стійкий до кислотно-лужного середовища;
• гігієнічний;
• здатність тривалого збереження температури;
• деякі види мають міцність, порівнянну зі сталлю;
• тривалість експлуатації, за якої його якісні показники тільки покращуються;
• повна нешкідливість для організму.

Виробництво

Отримання чавунного сплаву відноситься до матеріаломістких та витратних процесів. На виплавку однієї тонни матеріалу потрібно близько 900 л звичайної води та близько 550 кг коксу. Температура плавлення становить близько +1200 °С, що потребує наявності специфічного плавильного обладнання. Для отримання маси необхідна руда, де масова частка заліза, що міститься, становить понад 70 %. Збіднені рудні породи не використовуються через економічну неефективність.

Матеріал виплавляють у спеціальних доменних печах. Там залізна руда проходить повний технологічний цикл, починаючи з відновлення оксидів руди та закінчуючи отриманням на виході чавунного сплаву. Лиття матеріалу вимагає наявності палива: коксу, термоантрациту, а також природного газу. Після закінчення відновного процесу залізо у твердій формі міститься в особливу частину печі для розчинення в ньому вуглецю. Після взаємодії виходить чавунна маса, яка у рідкому вигляді опускається вниз. Нерозплавлені домішки виштовхуються на поверхню і потім видаляються. Цей шлак застосовується для численних матеріалів. Після видалення з розплаву непотрібних частинок проводять додавання присадок для отримання певних марок чавунних сплавів.

сплав, в результаті якого одержують промислові матеріали

Поняття чавуну, історія його відкриття та споживання, виробництво чавуну, етапи виробництва чавуну, країни з реалізації чавуну, загальна характеристика чавуну, знаходження чавуну в природі, мінерали чавуну, з'єднання чавуну, способи вилучення чавуну з твердих матеріалів, переробка чавуну, промислові процеси обробки чавуну , властивості чавуну, галузі застосування чавуну, чавун та проблеми екології, пов'язані з ним, основні джерела забруднення навколишнього середовища чавуном, захворювання, що виникли в результаті отруєння чавуном, кількісне визначення чавуну, світові запаси чавуну ринках, цікаві факти про чавун

Розгорнути зміст

Згорнути зміст

Чавун - це, визначення

Чавун - цевелика посудина, горщик із чавуну, пізніше також із алюмінієвого сплаву, округлої форми, для гасіння та варіння в російській печі. Особливістю чавуну є його форма, що повторює форму традиційного глиняного горщика: звужений до низу, що розширюється до верхньої частини і знову звужується до горла. Така форма дозволяє ставити чавун у піч і виймати його з печі за допомогою особливого інструменту - рогача, що представляє собою розімкнене металеве кільце на довгій дерев'яній ручці.

Чавун - цесплав Fe (основа) з (звичайно 2 4%), що містить постійні домішки (Si, Mn, S, P), а іноді і легуючі елементи (Cr, Ni, V, Al та ін). Як правило, тендітний. Отримують із залізорудних матеріалів у доменних печах.

Чавун - цеперша виплавка з, з якої, перекалкою і віджиманням під кричним молотом, видобувається. Білий чавун, жорсткий та тендітний; сірий та чорний, м'який.

Кулі чавунні

Чавун - цезагальне позначення різних форм заліза, насамперед, це сірий чавун та болванки (відразу після виходу з ДОМІННОЇ ПЕЧІ). Сюди належить ціла низка сплавів заліза з вуглецем і кремнієм, вміст вуглецю коливається від 1,7 до 4,5%.

Чавун - цесплав заліза з вуглецем (від 1,5 до 4%), зазвичай містить, крім того, у незначних кількостях домішки кремнію, марганцю, фосфору та ; виходить із залізних руд доменним.

Чавун - цесплав заліза з великою кількістю вуглецю та іншими елементами. Переважна більшість чавуну переробляється в .

Виробництво чавуну, сталі та прокату.

Чавун - цесплав заліза з вуглецем (та іншими елементами). Вміст вуглецю в чавуні не менше 2,14% (точка граничної розчинності вуглецю в аустеніті на діаграмі станів): менше – сталь. Вуглець надає сплавам заліза твердість, знижуючи пластичність та в'язкість. Вуглець у чавуні може бути у вигляді цементиту і графіту. Залежно від форми графіту та кількості цементиту, виділяють білий, сірий, ковкий та високоміцний чавуни. Чавуни містять постійні домішки (Si, Mn, S, P), а деяких випадках також легуючі елементи (Cr, Ni, V, Al та інших.). Як правило, чавун тендітний.

Чавун - цедешевий машинобудівний матеріал, що має гарні ливарні якості. Він є сировиною для виплавки сталі. Отримують чавун із залізної руди за допомогою палива та флюсів.

Чавун - цевиплавлене з руди залізо з домішкою вуглецю, більш крихке і менш ковке, ніж сталь . Посудина округлої форми, металевий горщик.

Чавун - цесплав заліза (основа) з вуглецем (24,5%), що містить постійні домішки (марганець до 1,5%, кремній до 4,5%, сірка до 0,08%, фосфор до 1,8%), а іноді та легуючі елементи (хром, та ін). Як правило, тендітний.

Чавун - цезалізо, що містить деяку домішку вуглецю, одержуване виплавкою із залізної руди в доменній печі, більш тендітне і менш ковке, ніж сталь. Горщик, посудина з такого.

Чавун - цесплав заліза з вуглецем та деякими іншими елементами, більш крихкий і менш ковкий, ніж сталь. Посудина округлої форми з такого сплаву.

Чавун - цетвердий тендітний сплав заліза з вуглецем при вмісті останнього від 2 до 5%; опір на розрив 812 кг/мм2; виплавляється в доменних печах безпосередньо із залізної руди у вигляді напівфабрикату), що йде на лиття або переробку.

Чавун - цесплав заліза, у якому відсоткова кількість вуглецю становить від 2,14 до 6,67. Популярність цього матеріалу обумовлена ​​тим, що він недорогий, і має відмінні ливарні якості. Основне застосування чавуну - це сировина для виробництва сталі. Крім того, додавання в чавун легуючих елементів може значно змінити його властивості, знижуючи властиву цьому матеріалу крихкість і навіть наближаючи вуглецевим сталям. Сировиною для виплавки чавуну є залізо, тобто. Залізна руда. Якщо дуже просто викладати, процес виглядає приблизно так: відновлене залізо з оксидів, в яких воно присутнє в руді, розплавляє з подачі повітря, в результаті чого відбувається хімічна реакція з вуглецем - утворення чавуну.

Чавун – цеодин із небагатьох сплавів, які дозволяють тривалий час зберігати температуру вмісту. Чавунні чайники зручно використовувати як заварювальні. Ви зможете приготувати чай для довгої розмови, не боячись, що в ході приготовлений чай охолоне і буде несмачним. Матеріал таких чайників абсолютно нешкідливий для людини і вже давно використовується як матеріал для виготовлення кухонного начиння. Не рекомендується використовувати подібний чайник для розігріву води для чаю, тому що зсередини при виготовленні він покривається емаллю, яка може бути деформована від великої температури.

Історія відкриття та споживання чавуну

Залізо мало промислове застосування до нашої ери. У давнину його отримували в пластичному стані в горнах. Шлак відділяли, вичавлюючи його з губчастого заліза, ударами молота. У міру техніки виробництва заліза поступово підвищувалася температура, за якої вівся процес. Метал та шлак стали плавитися; стало можливим розділяти їх набагато повніше.

Але одночасно в металі підвищувався вміст вуглецю та інших домішок, - метал ставав тендітним та нековким. Так з'явився чавун. Пізніше навчилися переробляти чавун; зародився двоступінчастий спосіб виробництва заліза із руди. В принципі він зберігається до теперішнього часу: сучасна схема отримання сталі складається з доменного процесу, в ході якого з руди виходить чавун, і сталеплавильного переділу, що призводить до зменшення кількості вуглецю та інших домішок.

Історія чавуну, як відбувається робота над виробами чавуну, плавка в доменних печах, і поява самого чавуну

Сучасний високий рівень металургійного виробництва заснований на теоретичних дослідженнях і відкриттях, зроблених у різних , і багатому практичному досвіді. Чимала частка у цьому процесі належить російським ученим. Наприклад, російські вчені першими широко застосували для доменної плавки.

Чавун у товарних кількостях отримували ще до нашої ери при виплавці заліза шумери, китаянки, римляни… Чавун розглядався як менш менш дорогий продукт. Але йому незабаром знайшли застосування. Так з'явилися чавунні сковорідки та казани. А у звичайні віки чавун вже став головним матеріалом при виготовленні посуду для приготування їжі. Мідний казан, звичайно, прогрівається швидше за чавунний, але мідь і коштує в багато разів дорожче. Крім того, мідь легко окислюється, і її окис дуже шкідливий для здоров'я. Тому духовну частину такого посуду покривали найтоншим шаром, який у процесі користування досить швидко стирав і відчував потребу в постійному поновленні. До придбання посуду додавалися витрати на експлуатацію. Чавун ніяких експлуатаційних витрат не питав.

Зараз залишається все менше дров'яних печей, цілий чавунок стає екзотикою, а рогатість багато хто помічав тільки в кіно. Але як і раніше випускаються чавунні сковорідки, сотейники, котли, каченята - гусятниці, різні фігури для випічки. Народилися у раніше невідомі нашим співгромадянам сковорідки гриль – квадратної фігури, з горбистим дном. Так що за цілих технічних новинок і зигзагів кулінарної моди чавун не має наміру віддавати власних позицій.

Ось цього різання чавуну просто мурашки по шкірі, але зате виходить дуже непогано

Ковкий чавун набувають тривалим відпалом білого чавуну, в результаті якого утворюється графіт пластівцевої форми. Металева основа такого чавуну: ферит та рідше перліт. Ковкий чавун отримав свою назву з-за підвищеної пластичності і в'язкості (при тому, що обробці тиском не піддається). Ковкий чавун має підвищену міцність при розтягуванні і високим опором удару. З ковкого чавуну виготовляють деталі складної фігури: картери заднього моста машин, гальмівні колодки, трійники, косинці і т.д.

Конструкція Поліцейського мосту догодила дуже щасливою і була дозволена як «зразкова». Через окремий час було заготовлено чавунні блоки для всієї серії мостів через Мийку. Олександрівський завод брав участь і у проектах зі зведення інших містків у столиці. Так в 1814 році були відлиті бічні дощечки, перила та інші подробиці до Кривавого містка, в 1816 - до Поцілункового містка біля Московської застави.

Сталеві ванни служать близько 15 років. Пороками цих ванн є гучність при наборі води, прийняття душу, ванни, а також погано тримають температуру води, тобто вода в цих ванних швидко стає холодною. Акрилові ванни мають недолік - швидко з'являються подряпини, при тому, що полірувати їх можна, але вже через 6 - 7 років акрилова ванна втрачає свій первісний вигляд і стає неприємною на дотик.

Історія використання чавуну в стародавньому Китаї

Залізо, яке складається більш ніж з 3% вуглецю, називають чавуном. Порівняно із залізом, він має значно нижчу температуру плавлення, добре підходить для . У Стародавньому було налагоджено масове виробництво такого металу. Коштував він порівняно дешево, тому чавунні знаряддя праці були доступні багатьом. Майже всі стародавні сільськогосподарські знаряддя були виготовлені з так званого білого чавуну. Для нього характерні висока стійкість до стирання, твердість та крихкість. Це призводило до того, що при ударі об камінь мотика могла просто тріснути. Археологи знайшли багато монет часів династій Хань, Сун та Цін. Вони дійшли висновку, що при нестачі міді – традиційного металу для виготовлення, доводилося використовувати саме білий чавун. Якщо цей сплав відливали у спеціальних формах з кераміки та залишали для повільного остигання на кілька днів, то отримували метал, що називається сірим чавуном.

Вміли тоді виробляти і ковкий чавун із вмістом вуглецю трохи більше 1%. Вчені припускають, що «чорний» чавун отримували, виконуючи відпал при температурі більше 900 градусів протягом декількох днів. З нього робили наконечники для стріл, мечі, ножиці, наконечники для дерев'яних лопат та інші предмети. Механічні властивості цього металу значно перевершували білий чавун.

До наших днів дійшло багато зразків чавунних виробів Стародавнього Китаю. Мабуть, найбільш незвичайною можна назвати гробницю, вирізану в скелі приблизно 100 року до н.е. Для того щоб надійно закрити вхід, її стіни були залиті суцільним шаром чавуну. Також їх цього металу виготовляли статуї різних розмірів, дзвони, тон дзвону яких залежав від кількості бульбашок у чавуні, якоря та ланцюга, гармати, кухонне начиння.

Чавун був спочатку винайдений в Китаї в 4-му столітті до н.е. і лився у форми, щоб зробити ploughshares і горщики так само як зброя і пагоди. На заході, де це не ставало доступним до кінця 14-го століття, його раннє використання включало зброю і стріляло. Генрі почав кастинг зброї в Англії. Незабаром, англійські залізні робітники, що використовують доменні печі, розвивали техніку виробництва гармат чавуну, які, в той час як більш важкі, ніж переважаючі бронзові гармати, були набагато дешевшою і дозволеною Англією, щоб озброїти її флот краще. Фабриканти залізних виробів Пустоші продовжували виробляти праски кидка до 1760-х, і озброєння було одним із головного використання прасок після Відновлення.

З її відносно низькою точкою плавлення, гарною плинністю, кидаючи здатність, чудова здатність до механічної обробки, опір деформації та зносостійкості, кидала праски, стали технічним матеріалом з широким діапазоном заяв і використовуються у трубах, машинах та частинах.

Історія чавуну Російського

Найбільш затребуваним металом, що застосовується в інтер'єрі та будівництві, є сталь. За допомогою сталевих балок зводять, зокрема, будинки для житла, різноманітні будинки, призначені для виробництва або адміністрування.

На жаль, був забутий чавун, який зараз застосовують для виготовлення, труб, решіток зливних та запасних частин до транспортних засобів.

П'ять століть розвивалося російське виробництво чавуну. Одним із головних уральських промислів із сімнадцятого століття було чавунне лиття. Ливарний завод, цех якого займався литтям чавуну, став символом Уралу. Чавун застосовувався у створенні садово-паркових ансамблів, архітектурі. З чавуну майстри створювали чудові вироби: огорожі, лавки, стовпи ліхтарні, камінні ґрати та ґрати на вікна, пічні дверцята, альтанки, сходові поручні та багато іншого. Великою популярністю користувалися чавунні грати з литими воротами з ажурними елементами, а балкони та барельєфи з чавуну надавали вишуканості палацам та прибутковим будинкам.

Через кілька століть чавун припинив свою тріумфальну ходу як основу декору і в ХХ столітті став вважатися «чорновим» металом, який знаходив собі застосування лише для виготовлення різноманітних конструкцій. При цьому він широко використовувався в будівництві, наприклад для виготовлення арматурної сітки в залізобетонних виробах, трубопровідних деталей.

Зараз чавун знову користується. Знову виготовляються з чавуну перила для балконів та ажурні решітки, статуї, лави, альтанки та кручені ліхтарні стовпи, ТОВ ливарно-механічний завод знову виконує замовлення будівельних . Активне застосування чавуну відзначається в інтер'єрах. Зараз знову популярні грати для камінів, кронштейни для декоративних ліхтарів та кашпо. Сприймаючи чавун як щось важке й грубе, ми часом уражені його легкістю і легкістю, бачачи ажурне плетиво чавунної огорожі.

Початок чавуноливарного виробництва

Люди ніколи особливо не цікавилися історією чавуну, хоча його значення важко переоцінити. Лише порівняно вузькому колу відомо, яку роль зіграв цей непримітний на вигляд матеріал у розвитку продуктивних сил у різні епохи, але всі знають, що чавун і вироблена з нього в кисневих конвертерах сталь є основою сучасної техніки та технології. У ряді конструкційних матеріалів вони, безумовно, стоять на першому місці і не поступляться його ще довгий час, незважаючи на все ширше застосування полімерних і керамічних матеріалів.

Вже сьогодні кількість сплавів на залізній основі перевищила 10 тисяч.

Аналізуючи європейські мови в галузі чавуноливарного виробництва, часом приходиш до цікавих спостережень. Наприклад, заготівля для подальшого переплаву у російській та українській мовах називається «чушка», тобто «свиня». Аналогічно, в англійській мові вона називається "Pig Iron", тобто дослівно "свиняче залізо". Це було з тим, що лиття чушок, на відміну фасонного лиття, довіряли учням і підмайстрам, вважаючи цей вид лиття найпримітивнішим і непрестижним. У більшості європейських мов термін, що позначає чавун, є похідним від корінного терміна, присвоєного основному матеріалу залізовуглецевих сплавів - заліза, і означає «лите залізо».

Так, англійською мовою терміну "Iron" - "залізо" відповідає термін "Cast Iron" - "лите залізо"; німецькою мовою терміну «Eisen» – «залізо» відповідає позначення «Gusseisen» – «лите залізо»; у шведській мові "jarn" - "залізо", "gjutjarn" - "лите залізо". Те саме в турецькій, фінській, новогрецькій та інших мовах. Однак у французькій мові назва чавуну "fonte" пов'язується з поняттям "fondre" - плавити, лити; в російській мові лите залізо позначається терміном «чавун», українською – явно похідне від російського «чугун», які звучать як іноземні (і справді це так), що не має на перший погляд жодного відношення до терміну «залізо».

Як це могло статися, що найбільш характерна відмінність чавуну від інших сплавів - його одержання виключно в литому стані не знайшло собі вітчизняного позначення, замість якого стали застосовувати іноземне слово. Звідки прийшло до нас слово «чавун» і що воно означає?

Чавун як ливарний матеріал був винайдений і освоєний у Китаї за багато століть до нової ери, про що можуть свідчити чотиризарядні чавунні гармати, відлиті в п'ятому столітті до н. е. і існуючі досі чавунні виливки, найбільшою з яких вважається «лев» висотою близько 6 м і довжиною 5,4 м. За літературними даними, поява чавуну в Китаї відноситься щонайменше до VI ст. до зв. е. На противагу цим даним Б. Б. Гуляєв вважає, що лиття чавуну було освоєно лише 600 років тому.

Неосяжна монгольська імперія, що виникла в результаті грабіжницьких походів Чингісхана та його перших наступників, значною мірою полегшила ознайомлення з культурними досягненнями китайців, мешканців Середньої та Східної.

Зіставлення дат нашестя татар та їх затвердження у Східній Європі та південно-східних частинах Європи (перша половина XIII ст.), а також дат подорожей перших європейських послів-розвідників до татар - Плано де Карпіні (1246), Асцеліна (1247), Марко Поло та інших, згодом «винахідників» європейцями пороху (кінець XIII ст.) і чавуну (2-я половина XIV ст.), з усією очевидністю показує взаємний зв'язок цих на перший погляд розрізнених і ніби зовсім не залежать один від одного історичних фактів .

Давня Русь мала безпосередні зв'язки України із Золотою Ордою, у столиці якої мешкало багато росіян, мали там окремі торгові і ремісничі ряди і навіть окрему єпархію, і була більш сприятливих, ніж західні країни, умовах освоєння китайських і хорезмійських досягнень у галузі техніки. Тому логічно, що російське слово - чавун походить від таджицького слова «чуян» (по татарськи «чуйний»). Цей термін і для таджиків, і для татар є принесеним ззовні, а саме від китайців, у яких термін «чу» («чжу») відповідає дієслову «лити», а термін «гун» рівнозначний назві «ливарна справа» (виробництво). Два китайські ієрогліфи: лівий «чжу» – означає «лити», правий «гун» – «робити, виробництво».

В. Яковлєв вказує, що в деяких мовах термін, що позначає чавун, також утворений від терміна, присвоєного залізу, але у поєднанні з різними прикметниками. Так, у китайській мові синонім слова "чавун" - (шенте) може бути дослівно перекладено як "живе залізо" або як "сире", "незнайоме", "незвичне" залізо. Подібне ж можна спостерігати в японській, датській, хінді та інших мовах.

Але в іншій групі мов термін, що означає чавун, не був утворений так, як у попередніх випадках. До цих мов належать російська, таджицька, туркменська, киргизька, афганська і, ймовірно, ще низка інших. За звуковою подібністю серед них найближче знаходиться до російського слова «чавун» афганський термін, що означає чавун. Афганською (чавун) - і позначає чавун. «Чугун» по-туркменськи та по-киргизькому – «чоюн», а по-таджицькому – «чуян». Складається враження про середньоазіатське, а не китайське походження російського терміна «чавун». Але це ще не означає, що народи нашої країни познайомилися із чавуном через посередництво народів Середньої Азії.

Підтвердженням того, що російські запозичували назву литого заліза від татар і китайців через посередництво середньоазіатських купців, може служити факт, що в переписних книгах дяків Юрія Телепньова і Афанасія Фонвізіна по Тульським і Каширським заводам 1645-1676 р. ми маємо технічні терміни. » та «чавунне» залізо.

Герберштейн свідчить у тому, що у Русі вже за Василя III відливались чавунні ядра, а за Івана Грозному відливались і чавунні дзвони і гармати, отже, на той час чавуноливарна справа на Русі вже мало багаторічну практику і пережило період освоєння і налагодження.

Китайське походження слова «чавун» доводить і професор Л. М. Марієнбах. Він вважає, що російська назва чавуну походить від китайського слова "чжугун" (мабуть, "чжуцзауогун"), що по-російськи означає "ливарник", або від китайського слова "чжугенді" (мабуть, "чжучанді"), що по -російською означає «литою».

В обох припущеннях були підібрані китайські слова, близькі за звуковою схожістю і позначали терміни з виробництва чавуну. Якщо ж підбирати слова лише за звуковою подібністю, то в китайській мові слово, що означає ціпок або палицю, звучить не інакше як «чжугунь». Прямий зв'язок звучання між китайським і російським термінами, що позначають чавун, виявити не можна. Крім безпосереднього знайомства з чавунним литтям у Великих Булгарах і Сарає Берке, московський уряд користувався послугами західноєвропейських фахівців, і всупереч думці В. Кнаббе, виливки з чавуну на Русі з'явилися не в XVII ст., а значно раніше. Так, у роботі описується, що з праць знаменитого вченого давнини Арістотеля можна припустити, що йому за 2300 років до наших днів був відомий чавун. Чотирьма століттями пізніше римський вчений Пліній Старший повідомляв про те, що іноді «залізо під час плавлення стає рідким, як вода, і після цього ламається подібно до губки». Це вже очевидні ознаки чавуну. (Хоча у багатьох джерелах ці ознаки трактувалися по-різному.)

Визначний російський ливарник М. М. Рубцов прямо пише: «Хоч би там як, ми маємо кілька чавунних виливків, які стосуються епох за 5-6 ст. до зв. е. У музеях є дуже багато зразків чавуну, що належать до періоду більш ніж за тисячу років до середньовіччя, які вважають часом відкриття чавуну».

Лиття з чавуну було поширене до зв. е. у Китаї, незаперечним доказом чого є існуючі досі чавунні виливки. Найбільша з них - чавунний лев близько 6 м висоти і більше 5 м довжини, що стоїть поблизу залізниці Тянь-дзинь-Пукоу у Цзянь-жоу і, ймовірно, є найбільшою з чавунних статуй, виливок датований 974 р. н. е. е. Про цей же пам'ятник А. М. Петриченко та Є. А. Суходольська пишуть, що вони самі докладно досліджували цей унікальний виливок і переконалися, що форма Цар-лева залита за один раз (або з невеликими перервами, протягом яких чавун у формі не встигав твердніти).

За літературними даними поява чавуну в Китаї відноситься щонайменше до VI ст. до зв. е. Цікаво відзначити, що у скіфів, що населяли територію нашої країни з 8 до н. е. до кінця 2 століття н. е. чавунного лиття не було. Скіфи не пішли в і лиття далі.

За версією американського журналу Modern Casting, 600 років до зв. е. у Китаї відлито перший чавунний виливок - триніжок (масою 600), а в 233 р до н. е. там же були відлиті перші чавунні лемеші.

Відомо, що жителі Фергани у ІІ ст. до зв. е. навчилися від втікачів із китайських військ лити чавун. У 115 р. до зв. е. китайський уряд монополізував усю залізну промисловість, є численні вказівки на те, що одним з головних застосування заліза була вироблення чанів для випарювання солі з морської води і, наскільки можна проникнути в глибину століть, ці чани завжди були чавунними.

З усіх відомих у стародавньому світі країн, лише у Китаї залізо відновлювалося з руди кам'яним вугіллям, тоді як у всіх інших - деревним вугіллям.

Застосовувана руда містила від 0,5 до 1% Р, так що чавун, отриманий з цієї руди, не повинен містити понад 1% Р. Виливки містили від 5 до 7% Р, причому додаткову кількість було отримано з вугілля. Таким чином, китайці навчилися отримувати сплав, близький до фосфідної евтектики, тобто метал з точкою плавлення приблизно на 100° нижче бронзи. Цим пояснюється і порівняно широке поширення чавунних виливків у Китаї в минулі часи і той, на перший погляд дивовижний факт, що ні ні ні ні Фергана, ні Росія, підкорена Батиєм, які мали можливість познайомитися з китайським досвідом, не могли розвинути це виробництво. у себе, тому що не мали відповідного . Тому розвиток чавуноливарного виробництва як би знову почалося в середні віки, коли 1) винахід більш потужних повітродувних пристроїв дало можливість перейти до вищих печей для отримання заліза, в яких чавун виходив внаслідок навуглерожування заліза, що відновився, на перших порах несподівано для тодішніх металургів; 2) коли попит на чавунні ядра і потім на чавунні гармати створив стійкий попит і, отже, міцну економічну основу молодого виробництва.

Цікаві дані наводить великий знавець художнього та монетного лиття А. М. Петриченко, який пише, що винятком із правил слід визнати лиття та участь у грошовому обігу Китаю чавунних монет, які широко використовувалися в період П'ятицарства (907-960 рр. н. е.). ) і особливо в епоху Сун (960-1279 рр. н. Е..). У деяких регіонах з метою економії міді ходіння мали тільки чавунні монети, але й на них існувала заборона вивезення за кордон.

У зарубіжній, та й у вітчизняній літературі превалює думка про те, що причиною виникнення чавунного лиття в Китаї стало наявність висофосфористих руд та застосування древніми китайськими ливарниками спеціальних фосфористих добавок.

Навіть невеликого екскурсу в історію металургії в Китаї достатньо, щоб переконатися, що це не єдина і не головна причина ранньої появи чавуну в Китаї. Головною причиною того, що китайці перші у світі і більш ніж на 1500 років раніше за європейців навчилися добувати руди, виплавляти чавун і виготовляти чавунні виливки, є чудові успіхи китайців у галузі плавки бронзи та влаштування печей до моменту появи заліза.

Одні дослідники відносять перші виливки на період «Воюючі царства», інші небезпідставно вважають, що китайці вміли виготовляти чавунні виливки ще епоху «Весна і осінь» (722-481 рр. е.). Фактично Китай почав свій залізний вік, як свідчить Лі Хен-де, не здобиччю сиродутного заліза і ковкою з нього виробів, а плавкою чавуну та виготовленням чавунних виливків. У цьому вся одна з особливостей самобутнього розвитку ливарного виробництва Китаю. Якщо досі немає скільки-небудь переконливих доказів про застосування в епоху «Весна і осінь» залізних кованих виробів, то про виробництво чавунних виливків у цей період дуже існує достовірних даних.

У Китаї вже в 513 р. (до н. е.) була виготовлена ​​велика чавунна ритуальна посудина, на якій було відлито одне зі склепінь тогочасних (своєрідного кримінального). Але перші чавунні виливки були переважно знаряддя та інструменти сільськогосподарського призначення. Давні літописні пам'ятки Китаю дають незаперечні докази застосування залізних (чавунних) сільськогосподарських інструментів ще 7 в. до зв. е., що призвело до різкого підвищення врожайності полів.

А. М. Петриченко прямо вказує, що китайці більш ніж на 1500 років раніше, ніж європейці, навчилися плавити чавун та виготовляти складні чавунні виливки. На період «Воюючих царств» (403-221 рр. е.), т. е. на час появи у Китаї чавунного кокильного лиття, китайські ливарники досконало володіли технікою плавки чавуну. На той час вони досягли високого рівня виготовлення ливарних форм. Причому для отримання литих грошей та інших виливків тодішні ливарники застосовували переважно напівпостійні шамотні форми. Половинки таких форм виготовлялися за металевими (бронзовими) моделями або прес-формами.

Безумовно, лиття чавунних грошей було вельми прогресивним процесом із кількох причин.

По-четверте, виплавити чавун у домашніх умовах із руди людині, яка не володіє мистецтвом металургії, не має підготовленої руди, флюсів і відновників, рецептура яких практично завжди зберігалася в секреті і передавалася від батька до сина малоймовірно.

Китай - країна найдавнішої літератури з ливарного виробництва. Очевидно, першою книгою з технології лиття була широко відома у Китаї книга «Као Гун-ді», написана понад 2000 років тому. У цій книзі викладено не тільки способи отримання виливків, а й дано докладний опис сплавів для різних виробів (мечів, дзвонів, домашнього начиння і т. д.), їх склад та способи плавки. Подібні відомості про різноманітні способи лиття є і в пізніших джерелах.

Більше чотирьохсот років тому було вперше видано книгу Сун Ін-сіна «Оригінальні винаходи», в якій дано короткі описи багатьох найбільш характерних процесів лиття, що збереглися з давніх-давен. Книга ця добре ілюстрована; вона перевидавалася багато разів.

Цікаво наголосити, що нашій країні на території Одеської області біля с. Миколаївка Біляївського району, в 1964 р. А. І. Мелюковою було знайдено три уламки чавунних котлів, що є найдавнішими виробами з чавуну не тільки, а й на всій європейській частині колишнього СРСР. Уламки були знайдені на поселенні греко-варварського типу в непотривожених шарах у різних місцях і на значній глибині - 0,7-1 м. У цьому шарі містилася велика кількість виробів античної доби, що достовірно датуються IV-III ст. до зв. е. Уламки, як і будь-який деформований чавун, мали неправильну форму розміром 94x140-110х160 та 95х130 мм, при товщині стінок 3-7 мм. Травлення виявило у всіх шліфах литу структуру заевтектичного білого чавуну зі структурою ледебуриту, первинного цементиту та невеликої кількості графіту. Причиною відбілу чавуну автори пояснюють малим вмістом кремнію, а практично повна відсутність марганцю вказує на те, що чавун виплавлявся без застосування флюсів.

Проведені хімічний та спектральний аналізи довели, що уламки належали одному котлу та виготовлені з руди, мабуть, типу бурих залізняків, які часто використовувалися давніми металургами для одержання заліза.

Необхідно відзначити, що як самостійна промисловість, ливарне виробництво виділилося з металургійного виробництва лише наприкінці ХІХ – на початку ХХ століть з появою невеликих печей (вагранок), здатних плавити метал, забезпечуючи достатній його перегрів та забезпечуючи розплавленому чавуну достатню рідину та інші ливарні властивості. Саме тоді при лиття чавуну перестали використовувати лише метал першої плавки, а сам чавун став широко поширеним конструкційним матеріалом. Але основу цього заклали саме древні майстри Китаю, Узбекистану, Волзької Булгарії.

Лиття з чавуну було поширене до зв. е. у Китаї, незаперечним доказом чого є існуючі до цього часу чавунні виливки та чавунні кокілі. Скіфські племена, що населяли територію нашої країни з 8 до н. е. остаточно 2 століття зв. е., чавунного лиття не знали. Давні літописні пам'ятки Китаю дають незаперечні докази застосування залізних (чавунних) сільськогосподарських інструментів ще 7 в. до зв. е. Фактично Китай почав свій залізний вік не видобуванням сиродутного заліза та куванням з нього виробів, а плавкою чавуну та виготовленням чавунних виливків. У цьому вся одна з особливостей самобутнього розвитку ливарного виробництва Китаю. Головною причиною того, що китайці перші у світі і більш ніж на 1500 років раніше за європейців навчилися добувати руди, виплавляти чавун і виготовляти чавунні виливки, є чудові успіхи китайців у галузі плавки бронзи та влаштування печей до моменту появи заліза.

Виробництво чавуну

Чавуном називають сплав заліза з вуглецем, що містить більше 2% С. Звільнена від порожньої породи руда є хімічною сполукою металу з іншими елементами. Для того щоб отримати метал із руди, потрібно здійснити певні хімічні реакції. При цьому на елементи, з'єднані з металом, впливають речовини, що мають з ним меншу спорідненість, ніж з іншими елементами. Так як у залізних рудах залізо зазвичай перебуває у поєднанні з киснем, щоб одержати цього металу необхідно здійснювати відновлювальні процеси. У чистому вигляді залізо у техніці застосовується у дуже малих кількостях. Здебільшого лише машинобудівному виробництві потрібні сплави заліза з вуглецем. Одним із таких сплавів і є чавун.

Виплавку чавуну із залізної руди роблять у доменних печах. Ці печі мають вигляд веж (шахтні печі). Внутрішні частини доменної печі викладають вогнетривкою шамотною цеглою.Шихта, тобто. руда, паливо і флюс, подається з бункера підйомником 1 в засипний апарат колошника 2, звідки надходить у внутрішню порожнину печі. Пекти має шахту 4, розпар 5, заплічики 8, горн 9, дно якого називається лещадью. розплавленого чавуну виробляється через отвір - чавунну льотку, вище якої розташована шлакова льотка, через яку випускають рідкий шлак. Повітря, необхідне для отримання чавуну, вдується під тиском у підігрітому стані (до 1200°С) у фурми 7 (12-18 шт.), проходячи по кільцевій трубі 6, розташованої вище тиск повітря у фурм до 350 кн/м2 (3, 5 кг/см2). Доменний («колошниковий») газ відводиться через труби 3 в очисні пристрої, так як він надалі використовується як паливо для потреб доменного виробництва та інших цілей.

Чавун набув широкого поширення як конструкційний матеріал у машинобудівній, металургійній та інших галузях промисловості у зв'язку з низкою переваг перед багатьма матеріалами, серед яких основні - невисока вартість та гарні ливарні властивості. Вироби, виготовлені з нього, мають досить високу міцність та зносостійкість при роботі на тертя і характеризуються меншою, ніж сталь, чутливістю до концентраторів напруги.

У білих чавунах весь вуглець зв'язаний у хімічну сполуку карбіду заліза Fe3C - цементит. У сірих чавунах значна частина вуглецю знаходиться у структурно-вільному стані у вигляді графіту. Якщо сірі чавуни добре піддаються механічній обробці, то білі мають дуже високу твердість і різальним інструментом оброблятися не можуть. Тому білі чавуни для виготовлення виробів застосовують дуже рідко, їх використовують головним чином у вигляді напівпродукту для отримання чавунів. Одержання білого або сірого чавуну залежить від складу та швидкості охолодження.

При виробництві чавуну паливом служать:

Термоантрацит;

Природний газ

Виплавляють чавун у доменних печах, що являють собою вертикальну металеву шахту, футеровану всередині вогнетривкою цеглою з високим вмістом глинозему. Рідкий чавун випускають у ковші, звідки його виливають у форми або міксери (збірники-змішувачі, де сплав зберігається деякий час у рідкому стані). Отримані в печах чавуни поділяють на ливарні та передільні. Ливарні чавуни застосовують для чавунних виливків, передільні - для виробництва сталі. Для відливання виробів чавун плавлять у вагранках, полум'яних та електричних печах. Розплавлений при температурі 1380-1420° З рідкий чавун випускають через льотку у футеровані вогнетривом ливарні ковші для розливання чавуну за формами, що виготовляються з формувального зв'язками.

В останні роки застосовують прогресивні способи лиття чавуну: під тиском, відцентровим способом оболонкові форми. Залитий у форму чавун знаходиться в ній до моменту повного переходу в твердий стан, спочатку розширюючись, а згодом даючи усадку близько 1%. Виливок під тиском виготовляють на спеціальних установках, що складаються з котла з розплавленим металом, роз'ємних форм, механізму тиску та розкриття форм. Відцентровий спосіб лиття заснований на принципі дії відцентрових сил на метал, залитий у форму, що обертається. У такий спосіб можна відливати різні вироби - труби, кільця, втулки, суцільні та біметалічні.

Вітчизняними вченими та практиками розроблено спосіб беззлиткової прокатки тонкого чавунного листа. Чавун, розплавлений у вагранках, прокочують, у стрічку між валками з наступним відпалом протягом 2-3 год. при температурі 980-1050° С. За цих умов чавунний лист набуває деякої пластичності, що дозволяє пробивати в ньому отвори, розрізати ножицями, загинати ін.

Виробництво чорних металів із залізної руди - складний, який може бути умовно поділений на дві стадії. На першій стадії одержують чавун, а на другій – його переробляють у сталь. Враховуючи, що учні вже знайомі з основами металургійних процесів із середньої школи, нижче розглянемо лише основні положення технології чавуну та сталі. Чавуном називають сплав заліза з вуглецем 2 ... 6,67%, крім них до складу сплаву можуть входити кремній, марганець, сірка, фосфор та ін Вихідними матеріалами для виробництва чавуну є залізні руди, паливо та флюси.

Бура залізняк

Шпатовий РеСОз залізняки, що містять 30...70 % заліза та порожню породу з різних природних хімічних сполук SiO2, А12Оз та ін., та шкідливі домішки (сірки, фосфору).

Паливом служить кокс - продукт сухої перегонки (без доступу повітря) кам'яного вугілля, що коксується. Флюси (плавні) - вапняки, доломіти, кварц, пісковики застосовують для зниження температури плавлення порожньої породи та переведення її та золи палива в шлак. Основним способом виробництва чавуну з руд в даний час є доменний процес, що полягає у відновленні заліза з руд (оксидів) за високої температури і відокремлення його від порожньої породи руди.

Чавун виплавляють в доменних печах об'ємом до 5000 м3, куди руду, кокс і флюси завантажують шарами, що чергуються, що опускаються вниз печі під впливом власної маси. У нижню частину печі - горн через отвори - фурми подають під тиском нагріте повітря, необхідне підтримки горіння палива. Кокс, згоряючи у верхній частині горна, утворює СО2, C+O2 = CO2, який піднімається вгору печі і, зустрічаючи своєму шляху розпечений кокс, перетворюється на оксид вуглецю: CO2-f-:-f-C=2CO. Оксид вуглецю відновлює оксиди заліза до чистого заліза за таким порядком Fe2O3, F3O4, FeO, HFe. Цей процес може бути представлений наступними реакціями: 3F9Q3+CO = 2F3O4 +CO2; 2Fe3O4+2CO=6FeO+2CO; 6FeO+6CO = 6Fe+6CO2. У нижній частині печі частина відновленого заліза з'єднується з вуглецем і утворюється карбід заліза Fe3C (навуглецювання заліза). Потім відбувається розплавлення навуглероженого металу, який стікає в горну доменної печі, при цьому насичення заліза вуглецем триває. Через війну плавлення відбувається відновлення як заліза, а й інших елементів, що у руді Si, Mn, P, які, і навіть частина сірки як FeS переходять у чавун. У горн стікає також розплавлений шлак і спливає над чавуном, оскільки його щільність менше, ніж чавуну.

Розплавлені чавун і шлак періодично випускають через спеціальні отвори - чавунну та шлакову льотки, спочатку шлак, а потім - чавун. До прогресивних процесів розвитку доменного виробництва слід віднести покращення підготовки шихти за рахунок дроблення, ретельного промивання, сортування та збагачення залізних руд, яке виробляється, наприклад, шляхом магнітної сепарації. Широко розвивається виробництво агломерату шляхом спікання дрібниці руди у великі шматки. доменних печей досяг 5 тис. м3, що забезпечило покращення коефіцієнта використання корисного об'єму, зниження витрати палива на 1 т переділового чавуну.

За даними IISI, світове виробництво чавуну за 2002 р. за 42 провідними країнами світу становило близько 600 млн. тонн. Щодо 2001 року виробництво чавуну зросло на 5,5%.