Чугу́н — чёрный металл. Сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода — не менее 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний), тогда как сплавы с содержанием углерода менее 2,14 % называются сталью. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях — также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и другие). Как правило, чугун хрупок. Плотность — 7,200 г/см³.
Выплавляется чугун в доменных печах. Температура плавления чугуна колеблется — 1100 °C - 1350 °C, что ниже, чем температура плавления чистой стали — 1450 °C - 1520 °C.
Этимология Русское слово «чугун» считается прямым заимствованием из тюркских языков: ČOƔ [чог] блеск, сияние; пламя, жар; крица → ČOƔÏN, ČOΔÏN [чогун, чодун] медь, чугун.
Заимствование тюркского термина напрямую связано с массовым производством железа, чугуна и стали в городах Волжской Булгарии, Болгаре и Джукетау в XIV—XV веках.
Происхождение тюркского термина иногда связывают с и . Однако при этом не указывается путь проникновения китайского термина в русский язык. Кроме того, не учитываются такие фонетические процессы в китайском языке, как сдвиг инициалей и сдвиг гласных. Иными словами, современное произношение китайский термин 鑄工 принял совсем недавно, не ранее XVII века.
История
В начале I тысячелетия до н. э. технология выплавки чугуна в тиглях была освоена в Китае и прилегающих Дальневосточных территориях. Шихта состояла из кричного железа и древесного угля, плавка производилась в течение нескольких суток при температуре выше 1200 °С. Позднее китайскими металлургами была изобретена специальная печь для выплавки чугуна из железной руды или кричного железа, получившая название «китайская» вагранка. Печь по сути представляла собой сыродутный горн высотой около 1 м, оборудованный дутьевым ящиком, обеспечивавшим приток воздуха в печь. В V—III веках до н. э. в Китае было освоено производство сложных отливок из чугуна. Этот период принято считать началом художественного чугунного литья.
В начале I векаNumismatic Legacy of Wang Mang, AD9-23 by Henz Hratzer, A.M.Fishman, 2017. в Китае появляются чугунные монеты, однако в широком применении вплоть до XIX века оставались бронзовые монеты. В XI веке был возведён чугунный шпиль пагоды Линсяо. XIV веком датируют находки чугунных котлов Золотой Орды (Тульская область), однако на территории Монголии (Каракорум) монголы умели изготовлять чугунные котлы ещё в XIII веке. В 1403 году в Китае (Пекин) был отлит чугунный колокол.
Появление чугуна в Европе относят к XIV веку, когда начались первые плавки в штюкофенах с получением жидкого чугуна. В России первый чугун был выплавлен в XVI веке. Наиболее активно первые домницы строились во 2-й половине XV века в Италии, Нидерландах и Бельгии. Немецкие металлурги длительное время продолжали плавить металл в блауофенах.
В XIV—XV веках в Европе, с XVI века — в России появились первые цельнолитые чугунные пушки и ядра. Первооткрывателями этой технологии (1543), как указывает Г. Б. Уитли, считаются мастера-литейщики Генриха VIII, француз Питер Боуд (Peter Baude) и англичанин Ральф Хог (Ralph Hogge), работавшие в литейной мастерской в деревне Henry B. Wheatley. Charcoal Ironworks. Part I // Journal of the Royal Society of Arts, Vol. 61, No. 3174 (September 19, 1913), p. 962..
В 1701 году Каменский чугунолитейный завод на Урале (Россия) производит первую партию чугуна (262 кг). На Урале чугунное литье превратилось в народный промысел. В XVIII веке в Англии появился первый чугунный мост. В России чугунный мост появился лишь в начале XIX века. Это стало возможным благодаря технологии Вилкинсона. В том же веке из чугуна начали изготавливать рельсы для вагонеток заводов и рудников. Такие рельсы были длиной около 1 м и часто лопались из-за хрупкости чугуна, поэтому были вытеснены железными после изобретения в 1820 году способа прокатывания рельсов из ковкого железа. Сравнительные испытания чугунных и железных рельсов, проведенные на первых в мире больших железных дорогах — Дарлингтонской и Ливерпульской, показали значительное превосходство железных рельсов над чугуннымиЖурнал путей сообщения: 1840, — Том третий, книжка третья .. Помимо промышленного использования чугун продолжал использоваться и в быту. В XVIII веке появились чугунки, которые широко стали использоваться в русской печи.
В начале XVIII века в Западной Европе обострилась проблема истощения лесов, использовавшихся для получения древесного угля. Начались поиски альтернативных видов топлива для доменных печей. Первые опыты по применению подготовленного каменного угля и торфа в доменной плавке производились в Англии и Германии ещё в первой половине XVII века. В начале XVIII века в Англии была освоена технология коксования каменного угля. В 1735 году в Англии впервые был выплавлен чугун с использованием только каменноугольного кокса. В дальнейшем коксовая металлургия распространилась по всему миру. К 1850 году 70 % всех существовавших в мире доменных печей работали на коксе, а к 1900 году — 95 %.
К концу XVIII века Россия занимала первое место по производству чугуна и выдавала 9908 тыс. пудов чугуна, в то время как Англия — 9516 тыс. пудов, дальше шли Франция, Швеция, США.
В начале XIX века был освоено производство ковкого чугуна. Во 2-й четверти XX века начали применять легирование чугуна.
В 1806 году Великобритания выплавляла 250 тыс. т чугуна, занимая первое место в мире по его производству, а к середине XIX века в Великобритании была сосредоточена половина мирового чугунного производства. Однако в 1890 году первое место по производству чугуна заняли США. Технология бессемеровского процесса (1856) и мартеновской печи (1864) впервые позволила получать сталь из чугуна. В XIX веке чугун широко используется для изготовления викторианских каминов, а также декоративных элементов (например, чугунная решетка памятника Александра II, 1890). Благодаря изготовлению малой скульптуры и ажурных изделий из чугуна широкую известность получили Кусинский и Каслинский заводы.
Развитие способов формовки для литья сложных художественных отливок на заводе в посёлке Касли привело к созданию способа изготовления стержневых форм, который применяют и в настоящее время, особенно в станкостроении. Также в XIX веке из чугуна изготавливались водопроводные и канализационные 12-дюймовые трубы Лондона.
Чугун используется в качестве растворителя углерода для производства термостойких монокристаллических синтетических алмазов.
Классификация
По цели использования получаемый чугун делится на передельный (используется для дальнейшего передела в сталь) и литейный (используется для дальнейшего изготовления отливок).
В зависимости от содержания углерода чугуны делятся на: доэвтектические (2,14—4,3 % углерода); эвтектические (4,3 %); заэвтектические (4,3—6,67 %).
В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне, обусловливающего вид излома, различают белые (весь углерод находится в виде цементита, излом светлый, применяются в основном для изготовления ковких чугунов, которые получают путём отжига); серые (чугуны с содержанием кремния 1,2—3,5 % и примесей Mn, P, S, большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы, излом имеет серый цвет); половинчатые (отбелённые) чугуны.
В зависимости от формы графитовых включений выделяют чугуны: с пластинчатым графитом (как правило, не подвергается легированию); с шаровидным графитом (высокопрочные); с вермикулярным графитом; с хлопьевидным графитом.
В зависимости от состава и структуры металлической основы выделяют перлитные; ферритные; перлитно-ферритные; аустенитные; бейнитные; мартенситные чугуны.
По назначению чугуны делятся на конструкционные и специальные.
По химическому составу чугуны делятся на легированные и нелегированные.
Маркировка 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 (%); жаропрочный и жаростойкий чугун — Ч.
Ковкий чугун маркируется двумя буквами и двумя числами, например КЧ 37-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число — предел прочности на разрыв (в десятках мегапаскалей), второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.
Объёмы производства
В 1892 году Германия производила 4,9 млн т чугуна, против 6,8 в Англии, а в 1912 году уже 17,6 против 9,0Ленин. Империализм, как высшая стадия капитализма, гл. 7..
Мировое производство чугуна в 2009 году составило 898,261 млн т, что на 3,2 % ниже, чем в 2008 году (927,123 млн т)Мировое производство чугуна за 2009 год снизилось на 3,2 %. Первая десятка стран-производителей чугуна выглядела следующим образом:
Место в 2009 годуСтранаПроизводство чугуна, млн т 1 Китай 543,748 2 Япония 66,943 3 Россия 43,945 4 Индия 29,646 5 Южная Корея 27,278 6 Украина 25,676 7 Бразилия 25,267 8 Германия 20,154 9 США 18,936 10 Франция 8,105
За четыре месяца 2010 года мировой выпуск чугуна составил 346,15 млн т. Этот результат на 28,51 % больше по сравнению с аналогичным периодом 2009 годаВ мире растет производство чугуна ..
В 2024 году мировое производство чугуна составило 1,391 млрд т (снижение по сравнению с 2023 годом на 1,3 %), доменным способом — 1,26 млрд т , методом прямого восстановления – 125,57 млн т). Крупнейшие страны–производители чугуна в 2024 году: Китай – 851,74 млн т, Индия – 144,91 млн т, Япония м 61,03 млн т, РФ – 58,99 млн т, Южная Корея – 44,11 млн т.
Галерея
В культуре и искусстве В повести Булгарина Правдоподобные небылицы (1824) описаны чугунные желоба для ездовых машин и чугунные дома. Чугун — научно-популярный фильм, производство Свердловской киностудии. Дети чугунных богов (1993) — кинофильм. Чугунный скороход (1996) — музыкальная группа.
См. также Серый чугун Высокопрочный чугун Ковкий чугун
Примечания
Литература
Physics and chemistry of solid state, № 4, 2014, vol. 15.
Категория:Чугун