Чугунът влезе в живота ни преди много векове и остава популярен и до днес . Широко се използва в много области. Въпреки това, за да се разбере какво е чугун, е важно да се познават неговите свойства и химичен състав, структура и характеристики на неговите сплави, предимства и недостатъци на този материал, както и неговото производство и сфери на приложение.
Химическият състав на чугуна
Чугунът е сплав от желязо и въглерод, в която процентът въглерод не е по-малък от 2, 14%, но не повече от 4, 5%. Въглеродът е част от чугун под формата на цимент или графит. Ако процентното съдържание на въглерод е по-малко от 2, 14%, такава сплав се нарича стомана.
Известно е, че чугунена сплав е произведена за първи път в Китай през VI век. В Европа, тайната на нейното производство дойде в XIV век, а в Русия неговият състав е доведен до съвършенство само през XVII. За всичко това за дълго време формулата от чугун не се е променила.
Най-висококачественият материал е произведен в леярната на братята Демидов, намираща се в Урал.
През вековете тя не само не загуби своята значимост, но и придоби още по-широк спектър от приложения.
Разнообразие от материали
Има такива видове чугун, като екстремни и леярски . Първият се използва в производството на стомана по пътя на кислород-конвертор. Силиконът и манганът в такава сплав се съдържат в много малко количество. Леярският тип материал е по-широко използван в промишлеността и производството. Той, от своя страна, е разделен на следните видове:
- Бял чугун - въглерод в него е железен карбид. В същото време, по негова вина се вижда бяла отливка, откъдето идва нейното име. В чиста форма не се използва. Използва се в производствения процес на сферографитен чугун.
- Сив чугун се характеризира със сребрист блясък на фрактура. Той има широк спектър от приложения и е перфектно обработен с резци.
- Високоякостна сплав се използва за увеличаване на якостните характеристики на произведения материал. Тя се произвежда от сиво желязо чрез добавяне на магнезиева примес към неговата маса.
- Дуктилното желязо също е вид сив чугун. Името му предполага, че той има висока пластичност и го извлича от бяло желязо чрез отгряване.
- Половината притежава специални свойства. Част от въглерода в състава му е под формата на графит, а останалите - под формата на цимент.
Алуминиеви елементи
Основната характеристика на чугуна е скрита в процеса на нейното производство. Факт е, че при различните видове тази сплав точката на топене достига 1200ºС, докато в стоманата тя е 1500 ºС. Този фактор се влияе от твърде високото съдържание на въглерод. Атомите на желязото и въглерода между тях нямат много близки връзки.
Когато се случи топене, въглеродните атоми не могат напълно да проникнат в молекулната решетка на желязото, поради което чугунената сплав става крехка. В тази връзка, тя не се използва в производството на части, които ще бъдат постоянно подложени на стрес.
Този материал принадлежи на стоманодобивната промишленост и неговите характеристики са подобни на стоманата. Продуктите, изработени от желязо и стомана, се използват широко в ежедневието и е напълно оправдано.
Ако сравним характеристиките на тези метали, можем да направим следните изводи:
- Цената на стоманените продукти е по-висока от цената на чугуна.
- Разлики в цвета: чугунът е тъмен и матиран, а стоманата е лека и лъскава.
- Стоманата е по-лоша за отливане, но за разлика от чугуна е по-лесно да се изковава и заварява.
- Стомана има по-голяма якост от чугунена сплав.
- Стоманата е по-тежка.
- Въглеродното му съдържание е по-ниско от това на чугуна.
Силни и слаби страни
Този материал, както всеки друг, има своите силни и слаби страни.
Предимствата на чугуна включват такива фактори:
- Понякога дори се сравнява по характеристики със стомана, тъй като някои от тях се отличават с повишена здравина.
- Дълго време тя запазва температурата: при нагряване топлината се разпределя равномерно в нея и остава непроменена дълго време.
- Това е екологично чист материал, поради което се използва често при производството на ястия, в които храната ще се приготвя директно.
- Не реагира на киселинно-алкалната среда.
- Това е траен материал.
- Колкото по-дълго се използва продуктът от този материал, толкова по-добре става неговото качество.
- Този материал е абсолютно безвреден за човешкото тяло.
Недостатъците включват следните фактори:
Тя може да стане ръждясала, дори ако водата се съхранява в нея за кратко време.- Това е много скъп материал, но въпреки това, той напълно оправдава себе си. Качеството, практичността и надеждността са основните характеристики на продуктите, произведени от тази сплав.
- Сив чугун се характеризира с ниска пластичност.
- Бялото е много крехко и най-често отива при топилната пещ.
Характеристики и свойства на чугуна
Тази метална сплав има следните свойства:
- Физически свойства: специфично тегло, действително свиване, коефициент на линейно разширение. Например, съдържанието на въглерод в чугуна влияе директно върху теглото му.
- Термични свойства. Термичната проводимост обикновено се изчислява съгласно правилото за изместване. За твърдото състояние на метала обемният топлинен капацитет е 1 кал / см3 * оС. Ако металът е в течно състояние, то той е приблизително равен на 1, 5 кал / см3 * ° С.
- Механични свойства. Трябва да се отбележи, че тези свойства са повлияни както от самата основа, така и от формата и размера на графита. Сивият чугун с перлитна основа е най-издръжлив и с феритни - най-пластични. Ламелната форма на графита се характеризира с максимално намаляване на якостта, докато при сферична форма това намаление е минимално.
- Хидродинамични свойства. Наличието на манган и сяра влияе върху вискозитета на материала. Той също така има тенденция да се увеличава, когато температурата на сплавта премине точката на настъпване на втвърдяване.
- Технологични свойства. Този метал се характеризира с отлични отливки, устойчивост на износване и вибрации.
- Химични свойства С намаляването на електродния потенциал структурните компоненти на сплавта са подредени в следния ред: цементит - фосфид евтектик - ферит.
Свойствата на сплавта също се влияят от специални примеси:
Добавянето на сяра значително намалява течливостта и намалява огнеупорността.- Фосфорът ви позволява да правите продукти с различни форми, но в същото време намалява неговата здравина.
- Добавянето на силиций намалява точката на топене на материала и също така значително подобрява свойствата на леене. Съдържанието на силиций в различни проценти дава възможност да се получат сплави с различни цветове: от феритни до чисто бели.
- Наличието на манган в сплавта значително повишава твърдостта и здравината на материала, но в същото време неговите отливки и технологични качества се влошават.
- В допълнение към тези примеси, съставът на сплавта може да включва и други компоненти. В този случай материалите се наричат легирани. Най-често титан, алуминий, хром, мед и никел се смесват с чугун.
Съставът и структурата на метала
Чугунът като структурен материал е представен от метална кухина с графитни включвания. Неговите основни компоненти са перлит, ледебурит и пластмасов графит. Интересното е, че при различните видове сплави тези елементи присъстват в неравномерни пропорции или могат напълно да липсват.
Със своята структура чугунената сплав е разделена на следните типове:
- Перлит.
- Ферит.
- Ферит-перлит.
В този случай графитът може да присъства в него в една от следните форми:
Сферичен: Графитът приема тази форма, когато се добавя магнезий. Обикновено е характерно за продуктите от чугун с висока якост.- Пластмаса: графитът прилича на формата на венчелистчетата (в тази форма той присъства в обикновения чугун). Този материал се характеризира с висока пластичност.
- Люспеста: тази форма се получава в процеса на отгряване на бялото желязо. Флокулент графит се намира в сферографитен чугун.
- Вермикуларен: графитът в тази форма присъства в сив чугун. Той е проектиран специално за подобряване на неговите пластмасови свойства.
Технология на производството
Както е известно, чугунът се произвежда в специални доменни пещи. Основната суровина за неговото производство е желязната руда. Технологичният процес на производство се състои в редуцирането на железни руди и в резултат на този друг материал - чугун. За неговото производство се използват такива горива като кокс, термоантрацит, природен газ.
Отнема около 550 килограма кокс и около тон вода, за да се произведе един тон чугун. Обемът на заредената в пещта руда ще зависи от съдържанието на желязо. Като правило се използва руда, която съдържа не по-малко от 70% желязо. Работата е там, че не е икономически целесъобразно да се използва по-ниска концентрация.
Първият етап от производството на желязо е топене. Рудата се излива в доменната пещ, а след това в коксуващите се въглища, което е необходимо за инжектиране и поддържане на необходимата температура вътре в пещния вал. По време на горенето тези компоненти вземат активно участие в протичащите химически реакции като редуктори на желязо.
Междувременно потокът се потапя в пещта, която действа като катализатор. Ускорявайки топенето на скалите, той по този начин подкрепя ранното освобождаване на желязото. Важно е да се знае, че преди зареждането в пещта рудата преминава необходимата предварителна обработка. Раздробява се в трошачно растение, тъй като по-малките частици се стопят по-бързо. След това се промива за отстраняване на неметални частици. След това суровината се подлага на изпичане, в резултат на което се извличат сяра и други чужди компоненти.
На втория етап на производството природният газ се подава през специална горелка в пещ, която е пълна и готова за работа. Коксът участва в отоплението на суровини. Има освобождаване на въглерод, който, комбинирайки се с кислород, образува оксид. Той, от своя страна, допринася за възстановяването на желязо от руда.
С увеличаване на обема на газа в пещта намалява скоростта на протичане на химическа реакция. Тя може да спре напълно, когато се достигне определено съотношение на газ. Въглеродът прониква в сплавта и се комбинира с желязо, като по този начин образува чугун. Разтопените елементи остават на повърхността и скоро се отстраняват. Такива отпадъци се наричат шлака. Използва се за производство на други материали.
Обхват на употреба
Този метал се използва в различни индустрии. Например, тя се използва широко в машиностроенето за производството на различни части.
Най-често този материал се използва при производството на блокове за двигатели и колянови валове. За производството на последната е необходима подобрена сплав с добавяне на специални примеси от графит. Този метал е устойчив на триене, така че се произвеждат висококачествени спирачни накладки.
В тежки климатични условия чугунената сплав е незаменима, тъй като позволява машинни части, изработени от нея, да работят гладко дори при най-ниските температури.
В металургичната индустрия той също се оказа отличен. Неговите отлични леярски свойства и сравнително ниска цена са високо ценени. Продуктите от него се отличават с много висока якост и износоустойчивост.
Чугунена сплав се произвежда голямо разнообразие от санитарни продукти. Това са батерии, мивки, различни мивки и тръби. Широко популярни са чугунените вани и радиатори. Техният експлоатационен живот е много дълъг. В много апартаменти тези продукти все още се използват и днес, тъй като запазват първоначалния си вид за дълго време и рядко се нуждаят от възстановяване.
Важно е и това, че отличните леярски свойства на чугуна дават възможност да се направят цялостни произведения на изкуството от него: като ажурна кована портичка и всякакви архитектурни паметници.
Трябва да се отбележи, че цената на 1 килограм чугун се дължи на количеството въглерод в неговия състав, както и на наличието на различни примеси и легиращи компоненти. Цена на тон желязо е около 8000 рубли.
Към днешна дата няма област, в която да се използва този метал. Леенето и сплавите са в основата на много компоненти, механизми и части. Понякога се използва като независим продукт, който се справя добре с възложените му функции. Това желязосъдържащо съединение е уникално по вид. Днес той остава незаменим.