Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний), 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 др.). Как правило, чугун хрупок.

Температура плавления чугуна — от 1 150 до 1 200 °C (от 2 100 до 2 190 °F), то есть примерно на 300 °C (572 °F) ниже, чем у чистого железа.

Объёмы производства

Мировое производство чугуна в 2015 году составило 898,261 млн тонн, что на 3,2 % ниже, чем в 2008 году (927,123 млн т)^[1]. Мировая топ-десятка стран-производителей чугуна выглядит следующим образом:

За четыре месяца 2010 года мировой выпуск чугуна составил 346,15 млн тонн. Этот результат на 28,51 % больше по сравнению с аналогичным периодом 2009 года.^[2]

Виды чугуна

Белый чугун

В белых чугунах весь углерод находится в связанном виде (Fe₃C). В зависимости от количества углерода делятся на:

• эвтектические (4,3 % углерода);
• заэвтектические (4,3-6,67 % углерода).

Цементит в изломе — светлый, поэтому такие чугуны назвали светлыми.

Белые чугуны применяются в основном для изготовления ковких чугунов, которые получают путём отжига.

Серый чугун

Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит. Ковкий чугун получил своё название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

Лазерное упрочнение чугуна

Лазерные методы обработки материалов и покрытий относятся к новым перспективным технологиям, широкое внедрение в производство которых датируется с начала 80-х годов ХХ в. Однако, несмотря на то, что до нашего времени проведено достаточное количество исследований, способ лазерного упрочнения недостаточно изучен для конкретных материалов и условий изготовления деталей машин, особенно в области судостроения и автомобилестроения.

Лазерное облучение вызывает оплавление поверхности высокопрочного чугуна ВЧ60-2 при превышении критической мощности Wp=30-32 Вт/мм2. При лазерной обработке без оплавления поверхности установлена линейная зависимость между густотой энергии и глубиной закаленной зоны. При оплавлении с возрастанием густоты энергии наблюдается более интенсивное (чем при обработке без оплавления) увеличение глубины зоны лазерного взаимодействия при наличии значительного разброса в размерах закаленных зон, что обусловливается эффектом плавления вокруг графитовых включений.

Классификация

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.

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 (%);
• чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

Примеры изделий из чугуна

• Чугунная лестница

• Мост через Северн — первый в мире чугунный мост

• Чугунная сковорода

• Чугунная печь — буржуйка

См. также

• Чёрная металлургия
• Сталь