Чавун
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Чавун

Чавун (тюрк.), сплав заліза з вуглецем (зазвичай більше 2%) містить також постійні домішки (Si, Mn, Р і S), а інколи і легуючі елементи, твердне з утворенням евтектики . Ч. — найважливіший первинний продукт чорній металургії (див. також Доменне виробництво ), використовуваний для переділу при виробництві стали і як компонент шихти при вторинній плавці в чавуноливарному виробництві. Ч. вторинної плавки — один з основних конструкційних матеріалів; застосовується як ливарний сплав. Широкому використанню Ч. у машинобудуванні сприяють його хороші ливарні і прочностниє властивості (по міцності деякі Ч. лише мало чим поступаються вуглецевій сталі; див.(дивися) Модифікований чавун ) . В сучасному машинобудуванні на долю деталей з Ч. доводиться близько 75% від загальної маси відливань. По випуску чавунного литва СРСР займає 1-е місце в світі (1976).

загрузка...

  Історична довідка. Перші відомості про Ч. відносяться до 6 ст до нашої ери. У Китаї з високофосфористих залізних руд отримували Ч., що містить до 7% Р, з низькою температурою плавлення, з якого відливали різні вироби. Ч. був відомий і античним металургам 4—5 вв.(століття) до нашої ери. Виробництво Ч. у Західній Європі почалося в 14 ст з появою перших доменних печей (штюкофенов) для виплавки Ч. з руд (див. Металургія ) . Отриманий Ч. використовували або для переділу в сталь в крічном горні (див. Крічний переділ ), або для виготовлення різних будівельних деталей і зброї (гармати, ядра, колони і ін.). У Росії виробництво Ч. почалося в 16 в.; надалі воно безперервно розширювалося, і при Петре I Россия по випуску Ч. перевершила всі країни, але через століття відстала від західно-європейських країн. Поява в 2-у підлогу.(половина) 18 ст вагранок дозволило ливарним цехам відокремитися від доменних, тобто поклало початок незалежному існуванню чавуноливарного виробництва (при машинобудівних заводах). На початку 19 ст виникає виробництво ковкого Ч. Во 2-ій чверті 20 ст починають застосовувати легування чавуну (див. Легований чавун ), що дало можливість істотно підвищити його властивості і отримувати спеціальний Ч. (зносостійкі корозійностійкі, жаростійкі і т.д.). До цього ж періоду відноситься також розробка способів модифікування Ч. В кінці 40-х рр. був отриманий модифікований Ч. з включеннями графіту кулевидної форми замість звичайної пластинчастої, що обумовлювало значно вищу міцність металу (s ь до 500 Мн/м-код 2 , або 50 кгс/ мм 2 , в литому стані і 1200 Мн/м-коді 2 , або 120 кгс/мм 2 після термічної обробки; такий Ч. отримав назву високоміцного). У 60-х рр. в електричних печах почали отримувати із сталевих відходів з додаванням карбюризаторів т.з. синтетичний Ч. з високими механічними властивостями при пластинчастій формі графіту (см. Залізовуглецеві сплави ) .

  Класифікація і властивості чавуну. Ч., отримуваний в доменних печах, підрозділяється на передільний чавун, використовуваний для переділу в сталь, і ливарний чавун, службовець одним з основних компонентів шихти в чавуноливарному виробництві.

  До 70-х рр. 20 ст в доменних печах інколи виплавляли т.з. дзеркальний Ч. (10—25% Mn), що застосовувався як розкислювач при виплавці стали і для здобуття спеціальних видів Ч. Прі використанні для виплавки Ч. залізняку, Сг, що містять, Ni, Ti і ін. легуючі елементи, отримують т.з. пріроднолегированниє Ч. Прі виробництві відливань в чавуноливарних цехах Ч. підрозділяють: залежно від міри графітизації, що обумовлює вигляд зламу, — на сірий, білий і половинчастий (або вибілений); залежно від форми включень графіту — на Ч. з пластинчастим, кулевидним (високоміцний Ч.), вермікулярним і пластівчастим (ковкий Ч.) графітом; залежно від характеру металевої основи — на перлитовий, феррітний, перлітно-феррітний, аустенітний, бейнітний і мартенситний; залежно від призначення — на конструкційний і Ч. із спеціальними властивостями; по хімічному складу — на легованих і нелегованих.

  Сірий Ч. — найбільш широко вживаний вигляд Ч. (машинобудування, сантехніка, будівельні конструкції) — має включення графіту пластинчастої форми. Для деталей з сірого Ч. характерні мала чутливість до впливу зовнішніх концентраторів напруги при циклічних вантаженнях і вищий коефіцієнт поглинання коливань при вібраціях деталей (у 2—4 рази вище, ніж в сталі). Важлива конструкційна особливість сірого Ч. — вище, ніж в сталі, відношення межі текучості до межі міцності на розтягування. Наявність графіту покращує умови мастила при терті, що підвищує антифрикційні властивості Ч. Свойства сірого Ч. залежать від структури металевої основи, форми, величини, кількості і характеру розподілу включень графіту. Перлитовий сірий Ч. має високі прочностниє властивості і застосовується для циліндрів, втулок і ін. навантажених деталей двигунів, станин і т.д. Для менш відповідальних деталей використовують сірі Ч. з феррітно-перлітовою металевою основою.

  Білий Ч. є сплавом, в якому надлишковий вуглець, що не знаходиться в твердому розчині заліза, присутній в зв'язаному стані у вигляді карбідів заліза Fe 3 C (цементіт) або т.з. спеціальних карбідів (у легованому Ч.). Кристалізація білих Ч. відбувається по метастабільній системі з утворенням цементіта і перлиту. Білий Ч. унаслідок низьких механічних властивостей і крихкості має обмежене вживання для деталей простій конфігурації, що працюють в умовах підвищеного абразивного зносу. Легування білого Ч. карбідоутворювальними елементами (Cr, W, Мо-пермалой і ін.) підвищує його зносостійкість.

  Половинчастий Ч. містить частину вуглецю у вільному стані у вигляді графіту, а частина — в зв'язаному у вигляді карбідів. Застосовується як фрикційний матеріал, що працює в умовах сухого тертя (гальмівні колодки), а також для виготовлення деталей підвищеної зносостійкості (прокатні, папероробні, борошномельні валяння).

  Ковким називається Ч. у відливаннях, виготовлених з білого Ч. і підданих подальшому графітизуючому відпалу, внаслідок чого цементіт розпадається, а графіт, що утворюється, набуває форми пластівців. Ковкий Ч. володіє кращою демпфуючою здатністю, чим сталь, і меншою чутливістю до надрізів, задовільно працює при низьких температурах. Механічні властивості ковкого Ч. визначаються структурою металевої основи, кількістю і мірою компактності включень графіту. Металева основа ковкого Ч. залежно від типа термообробки може бути феррітной, феррітно-перлітовою і перлитовою. Найбільш високими властивостями володіє ковкий Ч., що має матрицю із структурою зернистого перлиту; їм можна замінювати литу або ковану сталь. У тих випадках, коли потрібна підвищена пластичність, застосовують феррітний ковкий Ч. Для інтенсифікації процесу графітизації при термообробці ковкий Ч. модифікують Te, В, Mg і ін. елементами. Ковкий Ч. використовують в основному в автомобіле-, тракторо- і сельхозмашиностроєнії. Спостерігається тенденція (особливо в автомобілебудуванні) до заміни ковкого Ч. високоміцним з кулевидним графітом з метою підвищення міцності відливань, зменшення тривалості технологічного циклу і спрощення технології виготовлення.

  Високоміцний Ч., що характеризується кулевидною або близькою до неї формою включень графіту, отримують модифікуванням рідкого чавуну присадками Mg, Ce, Y, Ca і деяких ін. елементів (у чистому вигляді або у складі сплавів). Кулевидний графіт в найменшій мірі ослабляє металеву матрицю, що приводить до різкого підвищення механічних властивостей Ч. з чисто перлитовою або бейнітною структурою, наближаючи їх властивості до властивостей вуглецевих сталей. При чисто феррітной матриці (у литому або термообробленому стані) забезпечується підвищений рівень пластичності. Високоміцний Ч. володіє хорошими ливарними і технологічними властивостями (рідкотекучість, лінійна усадка, оброблюваність різанням), але за значенням зосередженої об'ємної усадки наближається до сталі. Такий Ч. застосовується для заміни сталевих литих і кованих деталей (колінчасті вали двигунів, компресорів і т.д.), а також деталей з ковкого або звичайного сірого Ч. Високопрочниє Ч., включення, що мають, т.з. вермікулярного графіту (при розгляді в оптичному мікроскопі — потовщені зігнуті пластини з краями, що округляють), по властивостях займають проміжне положення між Ч. з кулевидним і Ч. з пластинчастим графітом. Цей Ч. володіє хорошими технологічними властивостями при невеликій об'ємній усадці і високою теплопровідністю (майже такий же, як в сірого Ч.). Ч. з вермікулярним графітом застосовується в дизелебудуванні і інших областях машинобудування.

  Леговані Ч. Для поліпшення прочностних, експлуатаційних характеристик або додання Ч. особливих властивостей (зносостійкості, жароміцності, жаростійкості, коррозіонностойкості, немагнітній і т.д.) в його склад вводять легуючі елементи (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Мо-пермалой і ін.). Легуючими елементами можуть служити також Mn при вмісті > 2% і Si при вмісті > 4%. Леговані Ч. класифікують відповідно до вмісту тих, що основних легують елементів — хромисті, нікелеві, алюмінієві і т.д. По мірі легування розрізняють низьколеговані (сумарна кількість легуючих елементів < 2,5%), середньолеговані (2,5—10%) і високолеговані (> 10%). Низьколеговані Ч. мають перлитову або бейнітну структуру матриці, середньолеговані — зазвичай мартенситну, високолеговані, — в більшості випадків аустенітну або феррітную.

  Ч. з 5—7% Si ( силал ) застосовується як жаростійкий матеріал. Ч. з 12—18% Si (ферросилід) володіє високою корозійною стійкістю в розчинах солей, кислот (окрім соляної) і лугів. Такий Ч., легований молібденом (антихлор), характеризується високою стійкістю в соляній кислоті. Ч. з 19—25% Al ( чугаль ) володіє найбільшою в порівнянні з відомими Ч. жаростійкістю в повітряному середовищі і середовищах, що містять сірку. Як зносостійкі найбільшого поширення набули Ч., леговані Cr (до 2,5%) і Ni (до 6%) — ніхарди. Аустенітні нікелеві Ч., леговані Mn, Cu, Cr (нірезісти), застосовуються як корозійностійкі і жароміцні.

  Маркіровка чавунів. По прийнятій в СРСР маркіровці позначення марок доменних Ч. містять букви і цифри. Букви вказують основне призначення Ч.: П — передільний для киснево-конверторного і мартенівського виробництва і Л — літейний для чавуноливарного виробництва. Літейний коксовий Ч. позначають ЛК, на відміну від Ч., виплавленого на деревному вугіллі (ЛД). Із збільшенням числа в позначенні марки зменшується вміст кремнію (наприклад, в Ч. ЛК5 міститься менше кремнію, чим в Ч. ЛК4). Кожна марка Ч. залежно від вмісту Mn, Р, S підрозділяється відповідно на групи, класи і категорії. Марки Ч. ливарного виробництва як правило, позначаються буквами, що показують основний характер або призначення чавуну: СЧ — сірий Ч., ВЧ(висока частота) — високоміцний, КЧ — ковкий; для антифрикційного Ч. на початку марки вказується буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифри в позначенні марок нелегованого Ч. вказують його механічні властивості. Для сірих Ч. приводять регламентовані показники меж міцності при розтягуванні і вигині (у кгс/мм 2 ), наприклад СЧ21-40. Для високоміцного і ковкого Ч. цифри визначають межа міцності при розтягуванні (у кгс/мм 2 ) і відносне подовження (у %), наприклад ВЧ(висока частота) 60-2. Позначення марок легованих Ч. складається з букв, вказуючих, які легуючі елементи входять до складу Ч., і цифр, що стоять безпосередньо за кожною буквою, характеризують середній вміст даного легуючого елементу; при вмісті легуючого елементу менше 1,0% цифри за відповідною буквою не ставляться. Умовне позначення хімічних елементів таке ж, як і при позначенні сталей (див. Сталь ) . Приклад позначення легованих Ч.: ЧН19ХЗ — Ч., що містить ~19% Ni і ~3% Cr. Якщо в легованому Ч. регламентується кулевидна форма графіту, в кінці марки додається буква Ш (ЧН19ХЗШ).

  Чавун в мистецтві. Ч. як матеріал для виробництва художніх відливань використовувався ще середньовічними майстрами (наприклад, в 10 ст нашої ери в Китаї з Ч. відлила унікальна статуя лева вагою 100 т , не збереглося). З 15 ст в Германії, а потім і в інших країнах Європи (у Росії — з кінця 17 в.; див.(дивися) також Каслінськоє литво ) художнє литво з Ч. отримало особливо широке поширення (паркова скульптура, надгробки, грати, огорожі, садові меблі і пр.). У 20 ст масивніше, ніж бронзове, але дешевше чавунне литво з властивою йому виразністю важкої маси матеріалу і глухого тону застосовується майже так само широко, як і бронзове.

  Ч. знаходить всіляке вживання в архітектурі (з кінця 18 ст). Особливо характерне використання чавунних конструкцій для архітектури 19 ст («століття Ч.»).

  Літ.: Гиршовіч Н. Р., Чавунне литво, Л. — М., 1949; його ж, Кристалізація і властивості чавуну у відливаннях, М. — Л., 1966; Бунін До. П., Маліночка Я. Н., Таран Ю. Н., Основи металографії чавуну, М., 1969.

  Би. С. Мільман, Е. Ст Ковальовіч, Ст Т. Соленков.