Что такое битум, способы получения

Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве.

Передельный чугун. Передельный чугун - первичный сплав железа, выплавленный в доменной печи и идущий (в жидком или твёрдом виде) в переработку (передел) на сталь главным образом в мартеновских печах или кислородных конвертерах. От др. видов металла, получаемого в доменных печах (литейных и зеркального чугунов, ферросилиция и ферромарганца), Передельный чугун отличается низким содержанием Si и Mn (не более 1,75% каждого). Передельный чугун, предназначенный для кислородно-конвертерного передела, имеет более узкие пределы колебаний химического состава по Si, Mn и S. Выплавляется также высококачественный Передельный чугун, который характеризуется низким содержанием Р (0,020-0,060%) и S (0,015-0,025%). Передельный чугун- основная продукция доменного производства. В 1970 производство Передельный чугун составляло примерно 90% от всего сортамента чугунов.

Литейный чугун. Литейный чугун - выплавляемый в доменной печи чугун, содержащий подавляющую часть углерода в виде свободного графита и имеющий в своём составе кремний до 3,75%; применяется для получения отливок в литейном производстве. Выплавляют коксовый, древесноугольный и специальный Литейный чугун

В СССР чугун выпускают 6 марок от ЛКО до ЛК5 с содержанием углерода 3,5—4,5%, кремния 0,75—3,75%, которые по содержанию марганца делятся каждая на 3 группы, по содержанию серы — на 3 категории, по содержанию фосфора — на 4 класса. Древесноугольный чугун, выпускаемый в ограниченном количестве, содержит углерода 3,7—4,4%, кремния 1,25—2,75% и значительно меньше фосфора и серы по сравнению с коксовым чугуном. Для отливок особо высокого качества используют так называемый синтетический чугун, получаемый переплавом стальных отходов и собственного возврата и науглероживаемый графитсодержащими материалами.

Литейный чугун поставляется в чушках и входит в состав шихтовых материалов, используемых в производстве отливок из серого, ковкого, отбелённого чугуна, в том числе легированного чугуна и модифицированного чугуна.

До 70-х гг. 20 в. в доменных печах иногда выплавляли т. н. зеркальный чугун (10—25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов чугун При использовании для выплавки чугун железных руд, содержащих Сг, никель, Ti и др. легирующие элементы, получают т. н. природнолегированные чугун При производстве отливок в чугунолитейных цехах чугун подразделяют: в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, — на серый, белый и половинчатый (или отбелённый); в зависимости от формы включений графита — на чугун с пластинчатым, шаровидным (высокопрочный чугун), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий чугун) графитом; в зависимости от характера металлической основы — на перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный и мартенситный; в зависимости от назначения — на конструкционный и чугун со специальными свойствами; по химическому составу — на легированные и нелегированные.

Чугун и его применение.

Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугун (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугун характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2—4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугун — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугун Свойства серого чугун зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугун). Кристаллизация белых чугун происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного амортизации. Легирование белого чугун карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.

Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугун и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Механические свойства ковкого чугун определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита. Металлическая основа ковкого чугун в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий чугун модифицируют Te, В, Mg и др. элементами. Ковкий чугун используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении. Наблюдается тенденция (особенно в автомобилестроении) к замене ковкого чугун высокопрочным с шаровидным графитом с целью повышения прочности отливок, уменьшения длительности технологического цикла и упрощения технологии изготовления.

Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов (в чистом виде или в составе сплавов). Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугун с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. При чисто ферритной матрице (в литом или термообработанном состоянии) обеспечивается повышенный уровень пластичности. Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными и технологическими свойствами (жидкотекучесть, линейная усадка, обрабатываемость резанием), но по значению сосредоточенной объёмной усадки приближается к стали. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугун Высокопрочные чугун, имеющие включения т. н. вермикулярного графита (при рассмотрении в оптическом микроскопе — утолщённые изогнутые пластины со скруглёнными краями), по свойствам занимают промежуточное положение между чугун с шаровидным и чугун с пластинчатым графитом. Этот чугун обладает хорошими технологическими свойствами при небольшой объёмной усадке и высокой теплопроводностью (почти такой же, как у серого чугун). Чугун с вермикулярным графитом применяется в дизелестроении и других областях машиностроения.

Легированные чугун Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугун особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (никель, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.). Легирующими элементами могут служить также Mn при содержании > 2% и Si при содержании > 4%. Легированные чугун классифицируют в соответствии с содержанием основных легирующих элементов — хромистые, никелевые, алюминиевые и т.д. По степени легирования различают низколегированные (суммарное количество легирующих элементов < 2,5%), среднелегированные (2,5—10%) и высоколегированные (> 10%). Низколегированные чугун имеют перлитную или бейнитную структуру матрицы, среднелегированные — обычно мартенситную, высоколегированные — в большинстве случаев аустенитную или ферритную.

Чугун с 5—7% Si (силал) применяется в качестве жаростойкого материала. Чугун с 12—18% Si (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой чугун, легированный молибденом (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте. Чугун кислотdash;25% Al (чугаль) обладает наибольшей по сравнению с известными чугун жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили чугун, легированные Cr (до 2,5%) и никель (до 6%) — нихарды. Аустенитные никелевые чугун, легированные Mn, Cu, Cr (нирезисты), применяются как коррозионностойкие и жаропрочные.

Маркировка чугунов.

По принятой в СССР маркировке обозначения марок доменных чугун содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугун: П — передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства. Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугун, выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в чугун ЛК5 содержится меньше кремния, чем в чугун ЛК4). Каждая марка чугун в зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории. Марки чугун литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна: СЧ — серый чугун, ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий; для антифрикционного чугун в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марок нелегированного чугун указывают его механические свойства. Для серых чугун приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40. Для высокопрочного и ковкого чугун цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2. Обозначение марок легированных чугун состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугун, и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента; при содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей (см. Сталь). Пример обозначения легированных чугун: ЧН19ХЗ — чугун, содержащий ~19% никель и ~3% Cr. Если в легированном чугун регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).

В наше время практически ничего не изменилось и в промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

1. передельный чугун —  П1, П2;

2. передельный чугун для  отливок — ПЛ1, ПЛ2,

3. передельный фосфористый  чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,

4. передельный высококачественный  чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;

5. Чугун с пластинчатым  графитом — СЧ (цифры после  букв «СЧ», обозначают величину  временного сопротивления разрыву  в кгс/мм);

6. антифрикционный чугун 

7. антифрикционный серый  — АЧС,

8. антифрикционный высокопрочный  — АЧВ,

9. антифрикционный ковкий  — АЧК;

10. Чугун с шаровидным  графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают  временное сопротивление разрыву в кгс/мм);

11. Чугун легированный  со специальными свойствами —  Ч.

Чугун в искусстве

Чугун как материал для производства художественных отливок использовался ещё средневековыми мастерами (например, в 10 в. нашей эры в Китае из чугун было отлито уникальное изваяние льва весом 100 т, не сохранилось). С 15 в. в Германии, а затем и в других странах Европы (в Российской Федерации — с конца 17 в.; см. также Каслинское литьё) художественное литьё из чугун получило особенно широкое распространение (парковая скульптура, надгробия, решётки, ограды, садовая мебель и пр.). В 20 в. более массивное, чем бронзовое, но более дешёвое чугунное литьё со свойственной ему выразительностью тяжёлой массы материала и глухого тона применяется почти так же широко, как и бронзовое.

Чугун находит разнообразное применение в архитектуре (с конца 18 в.). Особенно характерно использование чугунных конструкций для зодчества 19 в. («век чугун»).

Художественное литье из чугуна. Народные промыслы и ремесла. В середине XIX века в далеком уральском поселке Касли, затерянном среди гор и озер, на небольшом чугунолитейном заводе сложилось замечательное искусство, прославившее уральских умельцев на весь мир,- художественное литье из чугуна. Неподатливый, грубоватый с виду чугун под руками уральских мастеров приобретал удивительные качества, позволившие создать вещи, по своему художественному совершенству не уступающие лучшим образцам ювелирного искусства.

Примером их великолепного мастерства может служить отлитый целиком браслет, состоящий из 100 звеньев, или цепочка для часов, весящая всего лишь 20 граммов. На Всемирной выставке в Париже в 1900 году многие посетители с восхищением рассматривали различные вещи - узорчатые канделябры, кружевные блюда, миниатюрную скульптуру и многие другие художественные предмета торговли каслинских мастеров, велико было их удивление, когда они узнали, что эти превосходные вещи необычного глубокого черного цвета изготовлены из чугуна. Литой чугунный портсигар там же на выставке оценивался как равный ему по массе серебряный.