Чавун: класифікація та особливості у виробництві

Чавун – це сплав заліза з вуглецем та іншими елементами, причому вміст вуглецю в сплаві становить мінімум 2,14 %.

Сплавам заліза вуглець надає твердості, але знижує їхню в'язкість і пластичність. У чавуні вуглець може бути у вигляді графіту і цементиту. Чавуни класифікуються за такими ознаками:

1. Вміст вуглецю. Згідно з цією ознакою чавуни поділяються на заевтектичні – вміст вуглецю від 4,3 до 6,67 %, евтектичні – вміст вуглецю 4,3 %, доевтектичні – вміст вуглецю – від 2,14 до 4,3 %.
2. Ціль використання. Згідно з цією ознакою чавуни поділяються на ливарні - для виробництва виливків, і передні - для подальшого переділу в сталь.
3. Стан та вміст вуглецю, що зумовлюють вид зламу. Згідно з цією ознакою чавуни діляться на білі - весь вуглець у вигляді цементиту, світлий злам, використовуються для виготовлення чавунів; сірі - містять кремній та домішки сірки, марганцю та фосфору, більша частина вуглецю у вигляді графіту, злам сірий; половинчасті або вибілені.
4. Склад та структура металевої основи. Згідно з цією ознакою чавуни поділяються на мартенситні, перлітні, бейнітні, феритні, аустенітні, перлітно-феритні.
5. Форма графітових включень. Згідно з цією ознакою чавуни поділяються на чавуни з пластинчастим, пластівчастим, вермікулярним і кулястим графітом.
6. Хімічний склад. Згідно з цією ознакою чавуни поділяються на нелеговані та леговані.
7. Призначення. Згідно з цією ознакою чавуни поділяються на спеціальні та конструкційні.

Особливості виробництва та сфера застосування чавунів

Для виробництва чавунів використовуються спеціальні доменні печі, а основною сировиною є залізняк. Сам процес виробництва полягає у відновленні оксидів заліза руди та одержанні на виході чавуну. Як паливо можуть бути використані термоантрацит, кокс або природний газ. Після відновлення оксидів руда набуває твердої форми. Після цього вона опускається в розпар – спеціальну частину доменної печі, де розчиняється вуглець у залозі. На виході виходить рідкий чавун, що опускається до нижньої частини печі. Ціна чавуну залежить від вмісту в ньому вуглецю, наявності додаткових домішок, а також легуючих елементів.

Чавун поширений у багатьох промислових галузях, зокрема:

1. Чавун застосовується виготовлення різних деталей в машинобудуванні. В основному з нього робляться колінчасті вали та блоки для двигунів. Для виробництва колінчастих валів необхідний удосконалений чавун, до якого додаються спеціальні добавки з графіту. Через високу стійкість чавуну до тертя, він також застосовується в процесі виготовлення гальмівних колодок.
2. Чавун застосовується для виготовлення деталей машин, які експлуатуються у жорстких кліматичних умовах.
3. Чавун широко застосовується в сучасній металургії завдяки своїм відмінним ливарним властивостям і відносно невисокій ціні. З нього виготовляються різні вироби, які характеризуються хорошими зносостійкістю та міцністю.
4. Чавун застосовується у виробництві сантехніки. З нього робляться різні труби, мийки, раковини та батареї. Особливо цінуються чавунні радіатори опалення та ванни. Чавунні вироби зберігають первісний вигляд і тому не потребують реставрації.

Властивості та характеристики чавуну

Чавун має такі властивості:

1. хімічними. Відповідно до електродного потенціалу, складові структури чавуну розташовуються в наступному вигляді (у міру убування): цементит – фосфідна евтектика – ферит.
2. фізичними. До основних фізичних характеристик чавуну відносяться коефіцієнт лінійного розширення, дійсна усадка та питома вага, що змінюється в залежності від вмісту вуглецю.
3. технологічними. Чавуни мають стійкість до вібрацій і зносу, а також хороші ливарні властивості.
4. Теплові. Теплопровідність будь-якого матеріалу розраховується за правилом усунення. Для чавуну в твердому вигляді об'ємна теплоємність становить 1 калорію на кубічний сантиметр, а рідкого близько 1,5.
5. Гідродинамічні. В'язкість чавуну залежить від наявності у його складі сірки та марганцю. Цей показник різко збільшується у разі, коли температура чавуну переходить точку початку твердіння.
6. Механічними. Дані властивості чавуну залежать від основи, розмірів та форми графіту. Найміцнішим є чавун з перлітною основою, а найпластичнішим - з феритною основою.

На властивості чавуну можна проводити додаванням спеціальних домішок. Наприклад, додавання сірки знижує тугоплавкість і рідину, фосфор надає можливість створення складних чавунних виробів, але при цьому сидить міцність. Марганець збільшує твердість та міцність, але знижує технологічні та ливарні властивості чавуну.