Чугун

Железо является также основой чугунов, которые обладают хорошими литейными свойствами, а при легировании приобретают особые свойства — износостойкость, жаропрочность и др. Был период, когда чугуны широко применялись в строительном деле. Одной из первых цельнометаллических конструкций был главный цех Невьянского завода (1702 г.), а первый чугунный мост был построен в 1779 г. на реке Северн в Англии.

Интересно отметить, что англичане, первыми применившие чугун для строительства мостов, через 100 лет первыми и запретили его использование для подобных целей. За этот период было построено только в Англии 2828 чугунных мостов. После ряда катастроф специалисты-мостостроители вынесли суровый приговор чугуну (1883 г.): «Чугун — хрупкий и чувствительный к ударам материал — не подходит для строительства железнодорожных мостов».

Основная причина такого решения, установленная гораздо позже, заключается в структурном состоянии чугуна. Дело в том, что углерод в чугуне может быть в виде химического соединения (карбида железа) или в виде графита, который может быть различной формы — пластинчатой, или хлопьевидной, или шаровидной. Состояние углерода и форма графитовых включений лежат в основе классификации чугунов и определяют их прочность.

Чугуны, в которых углерод находится в виде цементита, называются белыми. В силу чрезмерной твердости цементита они практически не поддаются обработке резанием и в машиностроении применяются редко (размольные шары, звездочки, вставки тормозных колодок локомотивов). Чаще используют отбеленный чугун (детали из серого чугуна с поверхностным отбелом — барабаны лебедок грузоподъемных устройств, листопрокатные валки и подобные сборочные единицы). А основная масса белого чугуна идет на переработку в сталь или из него получают другие виды чугуна.

Чугуны, в которых углерод находится в виде пластинчатого графита и частично в виде цементита, называются серыми. Вот из такого чугуна строили мосты. Пластинчатая форма графита при растяжении оказывает отрицательное влияние на прочность (подобно надрезам). Такой чугун плохо «работает» на растяжение, но хорошо на сжатие. Но спроектировать мост так, чтобы все его элементы работали на сжатие, невозможно. Исключение — арочная конструкция моста, в которой все элементы работают только на сжатие. Как было бы прекрасно для чугуна! Но такое возможно лишь в конструкциях, с нелинейными очертаниями, а конструкция, например, железнодорожного полотна по вполне понятным соображениям предполагает горизонтальную поверхность.

Серый чугун нашел себе применение. Он стал одним из основных материалов для производства парковых декоративных фигур, фонтанов, садовых оград, решеток, ворот. Серые чугуны используются для изготовления разнообразных бытовых предметов: настольных фигур, ларцов, шкатулок, пепельниц, дверных ручек и даже цепочек для часов, которые с исключительным мастерством отливались еще на знаменитых уральских Каслинском и Кусинском заводах.

Крупнейшие русские архитекторы и скульпторы применяли чугунное литье для воплощения своих художественных замыслов. Гербы и фризы, украшающие триумфальную арку, построенную в Москве в 1834 г. (ныне она на Кутузовском проспекте), орнаментальные чугунные ограды Ленинграда — высокохудожественные произведения архитектуры. Ленинград славится чугунными решетками мостов и набережных, длина которых превышает 10 000 м.

Шедевром чугунного литья считается чугунный павильон, созданный в 1899 г. на Каслинском заводе для Всемирной выставки в Париже. Архитектурные украшения каслинцев многократно экспонировались на выставках в нашей стране и за рубежом и неоднократно удостаивались высоких наград.

Применяются серые чугуны и в строительном деле — плиты для полов, ступени и ограждения лестниц.

Довольно широко применяются серые чугуны в современном машиностроении. Низкопрочные используются для изготовления деталей, к которым предъявляются главным образом требование легкости обработки (различные плиты, грузы, крышки, кожухи, маховики, шкивы, арматура), а более прочные — в производстве станин станков, деталей корпусов, зубчатых колес, блоков автомобильных цилиндров, тормозных барабанов, корпусов насосов и гидроприводов, кокильных форм и многих других подобных деталей.

Используются в промышленности и другие виды чугунов — ковкие с хлопьевидной и высокопрочные с шаровидной формой графита. Первый получают из белых чугунов специальной термической обработкой, а второй — легированием магнием, кальцием или церием.

Ковкий чугун применяется в основном для небольших отливок, работающих в условиях динамических нагрузок, например для изготовления ряда деталей автомобильного машиностроения (задний мост, коленчатые валы, тормозные колодки, картер дифференциала). Широко применяется ковкий чугун и в сельскохозяйственном машиностроении. Ограничениями являются длительность термической операции и незначительные допустимые размеры поперечных сечений.

Высокопрочные чугуны удачно сочетают в себе свойства, которые позволяют им успешно конкурировать в ряде отраслей машиностроения со сталью. Из них можно отливать детали любого сечения, массы и размера: в станкостроении — суппорты, резцедержатели, планшайбы, шпиндели, рычаги, станины прокатных станов, прокатные валки, станины ковочных молотов; в автомобилестроении, тракторостроении и других отраслях — коленчатые валы, поршни, поршневые кольца, гильзы цилиндров, крышки блоков цилиндров и другие детали.
Длительная эксплуатация автомобилей «Волга» в СССР и «Форд» в США показала, что коленчатые валы из высокопрочных чугунов при равных эксплуатационных показателях с валами из стали 45 имеют долговечность в 2—2,8 раза большую.

Металлы: