Чугун: классификация и особенности в производстве

Классификация чугунов

Сплавам железа углерод придает твердость, но снижает их вязкость и пластичность. В чугуне углерод может содержаться в виде графита и цементита. Чугуны классифицируются по следующим признакам:

1. Содержание углерода. Согласно данному признаку чугуны делятся на заэвтектические - содержание углерода от 4,3 до 6,67 %, эвтектические - содержание углерода 4,3 %, доэвтектические - содержание углерода - от 2,14 до 4,3 %.
2. Цель использования. Согласно данному признаку чугуны делятся на литейные - для производства отливок, и передельные - для дальнейшего передела в сталь.
3. Состояние и содержание углерода, обуславливающие вид излома. Согласно данному признаку чугуны делятся на белые - весь углерод в виде цементита, светлый излом, используются для изготовления ковких чугунов; серые - содержат кремний и примеси серы, марганца и фосфора, большая часть углерода в виде графита, излом серый; половинчатые или отбеленные.
4. Состав и структура металлической основы. Согласно данному признаку чугуны делятся на мартенситные, перлитные, бейнитные, ферритные, аустенитные, перлитно-ферритные.
5. Форма графитовых включений. Согласно данному признаку чугуны делятся на чугуны с пластинчатым, хлопьевидным, вермикулярным и шаровидным графитом.
6. Химический состав. Согласно данному признаку чугуны делятся на нелегированные и легированные.
7. Назначение. Согласно данному признаку чугуны делятся на специальные и конструкционные.

Особенности производства и область применения чугунов

Для производства чугунов используются специальные доменные печи, а основным сырьем является железная руда. Сам процесс производства заключается в восстановлении оксидов железа руды и получении на выходе чугуна. В качестве топлива могут быть использованы термоантрацит, кокс или природный газ. После восстановления оксидов руда приобретает твердую форму. После этого она опускается в распар - специальную часть доменной печи, где растворяется углерод в железе. На выходе получается жидкий чугун, опускаемый в нижнюю часть печи. Цена чугуна зависит от содержания в нем углерода, наличия дополнительных примесей, а также легирующих элементов.

Чугун распространен во многих промышленных отраслях, в частности:

1. Чугун применяется для изготовления различных деталей в машиностроении. В основном из него делаются коленчатые валы и блоки для двигателей. Для производства коленчатых валов необходим усовершенствованный чугун, в который добавляются специальные добавки из графита. Из-за высокой стойкости чугуна к трению, он также применяется в процессе изготовления тормозных колодок.
2. Чугун применяется для изготовления деталей машин, которые эксплуатируются в жестких климатических условиях.
3. Чугун широко применяется в современной металлургии, благодаря своим отличным литейным свойствам и относительно невысокой цене. Из него делаются различные изделия, которые характеризуются хорошими износостойкостью и прочностью.
4. Чугун применяется в производстве сантехники. Из него делаются различные трубы, мойки, раковины и батареи. Особенно ценятся чугунные радиаторы отопления и ванны. Чугунные изделия сохраняют первоначальный вид и поэтому не нуждаются в реставрации.

Свойства и характеристики чугуна

Чугун обладает следующими свойствами:

1. Химическими. Согласно электродному потенциалу, составляющие структуры чугуна располагаются в следующем виде (по мере убывания): цементит - фосфидная эвтектика - феррит.
2. Физическими. К основным физическим характеристикам чугуна относятся коэффициент линейного расширения, действительная усадка и удельный вес, изменяющийся в зависимости от содержания углерода.
3. Технологическими. Чугуны обладают стойкостью в вибрациям и износу, а также хорошими литейными свойствами.
4. Тепловыми. Теплопроводность любого материала рассчитывается по правилу смещения. Для чугуна в твердом виде объемная теплоемкость составляет 1 калорию на кубический сантиметр, а для жидкого около 1,5.
5. Гидродинамическими. Вязкость чугуна зависит от наличия в его составе серы и марганца. Данный показатель резко увеличивается в том случае, когда температура чугуна переходит точку начала затвердевания.
6. Механическими. Данные свойства чугуна зависят от основы, размеров и формы графита. Самым прочным является чугун с перлитной основой, а самым пластичным - с ферритной основой.

На свойства чугуна можно влиять посредством добавления специальных примесей. Например, добавление серы снижает тугоплавкость и жидкотекучесть, фосфор предоставляет возможность создания сложных чугунных изделий, но при этом сижает прочность. Марганец увеличивает твердость и прочность, но снижает технологические и литейные свойства чугуна.