Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Чавун увійшов в наше життя багато століть тому і залишається популярним і донині. Він знайшов широке застосування в багатьох областях. Однак щоб розібратися, що таке чавун, важливо знати його властивості та хімічний склад, структуру і особливості його сплавів, достоїнства і недоліки цього матеріалу, а також його виробництво і сфери застосування.

Хімічний склад чавуну

Чавун - це сплав заліза і вуглецю, в якому процентний вміст вуглецю складає не менше 2, 14%, але не більш як 4, 5%. Вуглець входить до складу чавуну в формі цементиту або графіту. Якщо відсоток вмісту вуглецю становить менше 2, 14%, такий сплав називається сталлю.

Відомо, що чавунний сплав вперше був проведений в Китаї в VI столітті. В Європу секрет його виробництва прийшов в XIV столітті, а в Росії його склад був доведений до досконалості лише в XVII. За все це довгий час формула чавуну не змінилася.

Найякісніший матеріал проводився на ливарному заводі братів Демидових, розташованому на Уралі.

Після століть він не тільки не втратив своєї актуальності, а й набув ще більш широкий спектр застосування.

різновиди матеріалу

Існують такі види чавуну, як граничний і ливарний. Перший використовують при виробництві сталі за киснево-конвертерному шляху. Кремній і марганець в такому сплаві міститься в дуже малій кількості. Ливарний вид матеріалу більш широко використовується в промисловості і виробництві. Він, в свою чергу, підрозділяється на наступні види:

  • Білий чавун - в ньому вуглець є карбід заліза. При цьому на його розломі видно білий відлив, звідки і пішла його назва. У чистому вигляді він не використовується. Застосовується в процесі виробництва ковкого чавуну.
  • Для сірого чавуну характерний сріблястий відлив на зламі. Він має широку сферу застосування і відмінно обробляється за допомогою різців.
  • Високоміцний сплав використовується для підвищення міцності виготовляється матеріалу. Його отримують з сірого чавуну шляхом додавання до його масі домішки магнію.
  • Ковкий чавун також є однією з різновидів сірого чавуну. Його назва говорить про те, що він володіє підвищеною пластичністю, а отримують його з білого чавуну за допомогою відпалу.
  • Половинчастий - володіє спеціальними властивостями. Частина вуглецю в його складі знаходиться у вигляді графіту, решта - у вигляді цементиту.

особливості сплаву

Головна особливість чавуну прихована в процесі його виготовлення. Справа в тому, що у різних видів цього сплаву температура плавлення досягає 1200 º, в той час як у стали вона становить 1500 ºС. На цей фактор впливає занадто високий вміст вуглецю. Атоми заліза і вуглецю між собою мають не дуже тісні зв'язки.

Коли відбувається виплавка, атоми вуглецю не можуть цілком впровадитися в молекулярну решітку заліза, через що чавунний сплав набуває крихкість. У зв'язку з цим його не використовують у виробництві деталей, які будуть постійно піддаватися навантаженні.

Цей матеріал відноситься до галузі чорної металургії та за своїми характеристиками схожий зі сталлю. Вироби з чавуну і сталі знайшли широке застосування в повсякденному житті, і воно є цілком виправданим.

Якщо порівнювати характеристики цих металів, можна зробити наступні висновки:

  1. Вартість сталевих виробів перевищує номінальну вартість чавунних.
  2. Відмінності в кольорі: чавун темний і матовий, а сталь - світла і блискуча.
  3. Сталь гірше піддається литтю, але, на відміну від чавуну, легше піддається куванні і зварюванні.
  4. Сталь має більшу міцність, ніж чавунний сплав.
  5. Сталь важче за вагою.
  6. У ній вміст вуглецю нижче, ніж в чавуні.

Достоїнства і недоліки

Цей матеріал, як і будь-який інший, має свої сильні і слабкі сторони.

До переваг чавуну відносяться такі чинники:

  • Іноді його навіть порівнюють за характеристиками зі сталлю, адже певні його види відрізняються підвищеною міцністю.
  • Тривалий час зберігає температуру: при нагріванні тепло по ньому розподіляється рівномірно і довгий час залишається незмінним.
  • Є екологічно чистим матеріалом, завдяки чому нерідко використовується при виготовленні посуду, в якій безпосередньо готуватиметься їжа.
  • Не реагує на кислотно-лужну середу.
  • Є довговічним матеріалом.
  • Чим довше використовується виріб з цього матеріалу, тим краще стає його якість.
  • Цей матеріал є абсолютно нешкідливим для організму людини.

До недоліків можна віднести наступні фактори:

  • Може покриватися іржею навіть при нетривалому перебуванні в ньому води.
  • Є досить дорогим матеріалом, але не дивлячись на це, цілком виправдовує себе. Якість, практичність і надійність - ось основні ознаки виробів, виготовлених з цього сплаву.
  • Сірий чавун характеризується маленькою пластичністю.
  • Білий - дуже крихкий і йде найчастіше на переплавку.

Характерні риси та властивості чавуну

Цей металевий сплав має такі властивості:

  1. Фізичні властивості: питома вага, дійсна усадка, коефіцієнт лінійного розширення. Наприклад, вміст вуглецю в чавуні безпосередньо впливає на його питома вага.
  2. Теплові властивості. Теплопровідність зазвичай розраховують за правилом зміщення. Для твердого стану металу об'ємна теплоємність становить 1 кал / см3 * оС. Якщо метал перебуває в рідкому стані, то вона приблизно дорівнює 1, 5 кал / см3 * оС.
  3. Механічні властивості. Примітно, що на ці властивості впливає як сама основа, так і форма і розміри графіту. Сірий чавун з перлітною основою є найбільш міцним, а з феритної - самим пластичним. Пластинчаста форма графіту характеризується максимальним зниженням міцності, в той час як у кулястої форми це зниження мінімально.
  4. Гідродинамічні властивості. Наявність в складі марганцю і сірки впливає на в'язкість матеріалу. Також вона має властивість збільшуватися, коли температура сплаву переходить точку початку затвердіння.
  5. Технологічні властивості. Цьому металу характерні відмінні ливарні якості, а також стійкість до зношування і вібрації.
  6. Хімічні властивості. У міру зменшення електродного потенціалу структурні складові сплаву розташовуються в наступному порядку: цементит - фосфідную евтектика - ферит.

На властивості сплаву також впливають спеціальні домішки:

  • Додавання сірки значно зменшує плинність і знижує тугоплавкость.
  • Фосфор дозволяє виготовити вироби різноманітної форми, але при цьому зменшує його міцність.
  • Додавання кремнію зменшує температуру плавлення матеріалу, а також помітно покращує ливарні властивості. Зміст кремнію в різному процентному співвідношенні дає можливість отримати сплави різного кольору: від ферритного до чисто білого.
  • Присутність в сплаві марганцю значно підвищує твердість і міцність матеріалу, але при цьому погіршуються його ливарні і технологічні якості.
  • Крім цих домішок до складу сплаву можуть також входити інші компоненти. В такому випадку матеріали називають легованими. Найчастіше до чавуну домішуються титан, алюміній, хром, мідь і нікель.

Склад і структура металу

Чавун в якості структурного матеріалу представлений металевою порожниною з графітними включеннями. Основними його компонентами виступають перліт, ледебурит і пластичний графіт. Цікаво, що в різних видах сплавів ці елементи присутні в неоднакових пропорціях або можуть зовсім бути відсутнім.

За своєю структурою чавунний сплав розділяється на такі різновиди:

  • Перлітний.
  • Феритний.
  • Феритної-перлітною.

При цьому графіт може бути присутнім в ньому в одній з таких форм:

  1. Кулястої: графіт приймає цю форму при додаванні присадки магнію. Зазвичай вона властива високоміцним чавунним виробам.
  2. Пластичної: графіт нагадує форму пелюсток (саме в такій формі він присутній в звичайному чавуні). Такий матеріал характеризується підвищеною пластичністю.
  3. Пластівчасту: така форма виходить в процесі відпалу білого чавуну. Графіт в пластівчасту формі зустрічається в складі ковкого чавуну.
  4. Вермікулярним: графіт в цій формі присутній в сірому чавуні. Вона розроблялася спеціально для підвищення його пластичних властивостей.

виробничі технології

Як відомо, чавун проводиться в спеціальних доменних печах. Основною сировиною для його отримання є залізна руда. Технологічний процес виготовлення полягає у відновленні оксидів залізної руди і отримання в результаті цього іншого матеріалу - чавуну. Для його виготовлення використовуються такі види палива, як кокс, термоантрацит, природний газ.

Для виробництва однієї тонни чавуну потрібно близько 550 кілограм коксу і приблизно тонна води. Обсяги завантажується в піч руди будуть залежати від змісту в ній заліза. Як правило використовують руду, в складі якої міститься заліза не менше 70%. Вся справа в тому, що економічно недоцільно використовувати меншу його концентрацію.

Першим етапом виробництва чавуну є його виплавка. У доменну піч засипається руда, а потім - коксівне вугілля, яке необхідне для нагнітання і підтримки необхідної температури всередині шахти печі. Ці складові під час горіння беруть активну участь в протікають хімічних реакціях в якості відновників заліза.

Тим часом в піч занурюється флюс, який виступає в ролі каталізатора. Прискорюючи плавку порід, він тим самим підтримує якнайшвидший вивільнення заліза. Важливо знати, що перед завантаженням в піч руда проходить необхідну попередню обробку. Вона подрібнюється на дробильної установки, оскільки більш дрібні частинки плавляться швидше. Потім її промивають, щоб видалити частки, що не містять метал. Далі сировина піддається випалу, внаслідок чого з нього витягується сірка та інші сторонні компоненти.

На другому етапі виробництва в заповнену і готову до експлуатації піч подається через спеціальні пальники природний газ. Кокс бере участь в розігріві сировини. Відбувається виділення вуглецю, який, з'єднуючись з киснем, утворює оксид. Він, в свою чергу, сприяє відновленню заліза з руди.

При збільшенні обсягу газу в печі знижується швидкість протікання хімічної реакції. Вона може і зовсім зупинитися при досягненні певного співвідношення газу. Вуглець проникає в сплав і з'єднується з залізом, при цьому утворюючи чавун. Нерозплавлений елементи залишаються на поверхні і незабаром видаляються. Такі відходи називаються шлаком. Його використовують для виготовлення інших матеріалів.

Сфера використання

Цей метал використовується в різних галузях промисловості. Наприклад, він широко застосовується в машинобудуванні для виробництва різних деталей.

Найчастіше цей матеріал використовується у виробництві блоків для двигунів і колінчастих валів. Для виготовлення останніх необхідний вдосконалений сплав з додаванням спеціальних домішок з графіту. Цей метал стійкий до тертя, тому з нього виробляють гальмівні колодки високої якості.

У жорстких кліматичних умовах чавунний сплав незамінний, так як він дозволяє виготовленим з нього деталей машин працювати безперебійно навіть при найнижчих температурах.

У металургійній промисловості він себе також відмінно зарекомендував. Високо цінуються його чудові ливарні властивості і відносно невисока ціна. Вироби з нього відрізняються дуже високу міцність і зносостійкість.

З чавунного сплаву робиться безліч сантехнічних виробів. Це батареї, раковини, різноманітні мийки і труби. Широкою популярністю користуються чавунні ванни і радіатори опалення. Термін їх служби досить тривалий. У багатьох квартирах донині використовуються дані вироби, тому як вони довго зберігають свій первозданний вигляд і рідко потребують реставрації.

Важливий і той факт, що чудові ливарні властивості чавуну дозволяють виготовляти з нього цілі твори мистецтва: такі як ажурні ковані ворота і всілякі пам'ятники архітектури.

Примітно, що ціна за 1 кілограм чавуну обумовлена кількістю знаходиться в його складі вуглецю, а ще наявністю різноманітних домішок і легуючих компонентів. Ціна тонни чавуну становить близько 8000 рублів.

На сьогоднішній день не існує жодної сфери, де б не використовувався цей метал. Його лиття та сплави виступають основою багатьох вузлів, механізмів і деталей. Іноді він використовується в якості самостійного вироби, прекрасно справляючись з покладеними на нього функціями. Це залізовмісні з'єднання є унікальним у своєму роді. Воно залишається незамінним і понині.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Корисні поради