Изделия из чугуна

Чугу́н — сплав железа с углеродом с содержанием более 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний). Изделия из чугуна наиболее распространены, из-за дешивизны производства. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные 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. Изделия их чугуна плохо подвергаются коррозии, а также способны защитить от радиации.

Использование изделий из чугуна в структурных целях началось в конце 1770-х годов, когда Абрахам Дарби III построил мост, хотя и коротких балок уже был использован, например, в доменной печи на Угольной Далине Ручья. Другие изобретения следуют, в том числе запатентованные Томаса Пейна. Литые мосты железа стали обычным явлением, как промышленная революция набирает темпы. Томас Телфорд принял материал для моста вверх по течению Булдвэйса, а затем для водопровода канал корыто на Лонгдон-на-крачка на канале Шрусбери.

За ним последовали Чек Акведук и акведук Понцещулт, оба из которых остаются в использование после недавней реставрации. Технология чугунных мостов широко используются в начале железных дорог, таких как мост Уотер-стрит на вокзал Манчестер Ливерпуль и Манчестерской железной дороги. Проблемы возникли, когда новый мост проведения Честер и Холихед железной дороги через реки Ди в Честере рухнул в мае 1847, менее чем через год после его открытия. Катастрофа Ди моста была вызвана чрезмерной нагрузкой в центре пучка проходящего поезда, и множество подобных мостов должно быть снесено и перестроено, часто из кованого чугуна. Мост был разработан ошибочно, будучи изготовлены из кованого железа ремни, которые ошибочно полагают, должны были укрепить структуру. Центры пучков были введены в изгибе, с нижнего края в напряжении, где чугун, как и кирпичная кладка, очень слаба.

Тем не менее, изделия из чугуна продолжали использоваться в ненадлежащих структурных сооружениях, вплоть до моста Тай, железнодорожная катастрофа 1879 года, возникли серьезные сомнения относительно использования этого материала. Решающее наконечники для проведения колоннами и стойками на мосту Тей было брошено, укрепление с колоннами и оно не помогло на ранней стадии аварии. Кроме того, отверстия для болтов были также отлиты, так что всё напряжение с колоннами было сделано на углу, вместо того, чтобы распространить по всей длине моста.

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%. Чугун — дешевый  машиностроительный  материал,  обладающий хорошими литейными качествами. Поэтому так распространены изделия из чугуна. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов, затем производят изделия из чугуна. Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования. Подробно этот процесс рассматривается в курсе химии. Свойства чугуна зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав: кремния (до 4,3%), марганца (до 2%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 1,2%). Углерод — один из главных элементов в чугуне. В зависимости от количества и состояния входящего в сплав углерода получаются те или иные сорта чугуна. С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом — в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита. Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким. Марганец повышает прочность чугуна. Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму. Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FeC) и серый (свободный углерод в виде графита). Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом. Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным. Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3—1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья. Серый чугун маркируется буквами и двумя числами, например СЧ 120-280. Буквы СЧ обозначают серый чугун, первое число — предел прочности (в МПа) при испытании на разрыв, а второе число — предел прочности (также в МПа) при испытании на изгиб. В зависимости от химического состава и назначения чугуны подразделяют на легированные, специальные, или ферросплавы, ковкие и высокопрочные чугуны. Легированный чугун наряду с обычными примесями содержит элементы: хром, никель, титан и др. Эти элементы улучшают   твердость,   прочность,   износостойкость.   Различают хромистые,  титановые,   никелевые  чугуны, в дальнейшем из них проихводят изделия из чугуна.   Их   применяют  для изготовления   деталей   машин   с   повышенными   механическими свойствами, работающих в водных растворах, в газовых и других агрессивных средах. Специальный чугун, или ферросплав, имеет повышенное содержание кремния или марганца. К нему относятся ферромарганец, содержащий до 25% марганца, и ферросилиций, содержащий 9—13% кремния и 15—25% марганца. Эти чугуны применяются при плавке стали для ее раскисления, т.е. для удаления из стали вредной примеси — кислорода. Ковкий чугун получают термообработкой из белого чугуна. Он получил свое 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 изготовляют 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 получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок. Он применяется для изготовления более ответственных изделий, заменяя сталь (коленчатых валов, поршней, шестерен и др.). Маркируется высокопрочный чугун также двумя буквами и двумя числами, например ВЧ 450-5. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун, а числа имеют то же значение, что и в марках ковкого чугуна