Илья Мельников - Художественная обработка металла. Черные металлы. Железо. Чугун. Сталь

Чугун обладает лучшими антикоррозийными качествами по сравнению со сталью и является более долговечным материалом.

Важной особенностью антикоррозийных свойств чугуна является их способность возрастать во времени.

Наиболее прочно литье из серого чугуна работает на сжатие, примерно в два раза слабее на изгиб и в три-четыре раза хуже на растяжение. Эти свойства чугуна необходимо учитывать при проектировании различных художественных изделий, предназначенных под отливку. Чугун широко применяется как материал для прикладного искусства. Из него отливают вазы, скульптуры, парковые декоративные фигуры, садовые ограды, ворота, надгробные плиты, решетки, ворота, садовую мебель.

Высокая прочность на истирание и долговечность определяют применение чугуна для изготовления плит для полов, ступеней и ограждений лестниц и др.

Высокие литейные свойства позволяют отливать из него тончайшие ажурные предметы с красивым темно-коричневым цветом.

Чугун является прекрасным материалом для производства всевозможных мелких бытовых предметов: различных настольных фигур, шкатулок, дверных ручек и т.п.

Наиболее древними образцами художественного литья из чугуна, относящихся к 16 и 17 векам, являются орнаментальные плиты полов в древних соборах, двери и надгробные плиты. При Петре 1 появляются чугунолитейные заводы на Урале.

В 18 веке в Петербурге был построен Александровский завод, оборудованный новыми доменными и иными печами. На нем изготовляют разнообразные художественные изделия, такие как колонны, решетки, статуи, вазы и др. На этом заводе были отлиты чугунные ворота дома Демидовых в Москве и иные изделия.

Известные русские архитекторы и скульпторы применяли чугунное литье при воплощении своих художественных замыслов.

Так по проекту архитектора А.Н. Воронихина была отлита исключительная по своей композиции и красоте чугунная решетка у Казанского собора, замечательные чугунные ограды Петербурга и др.

Ковкий чугун вырабатывается из белого и является его разновидностью. Получают его путем термической обработки – длительной выдержки при температуре 800 – 850˚С. При этом углерод в чугуне выделяется в виде хлопьев свободного углерода, которые располагаются между кристаллами чистого железа.

По своим механическим свойствам ковкий чугун занимает среднее место между чугуном и сталью. Он более вязкий, подвергается правке и чеканке, но не куется.

Применяется при отливке мелких художественных изделий сложной формы, требующих тщательной отделки, которая осуществляется чеканкой.

Из серого чугуна путем специальной обработки – введения в жидкий чугун при температуре не ниже 1673 К чистого магния или его сплавов, получают высокопрочный чугун.

Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными качествами, подвергается почти всем видам термической обработки, приближаясь по свойствам к углеродистым сталям, хорошо обрабатывается резанием.

Применяется в машиностроении при замене стальных и кованых изделий.

По химическому составу чугун подразделяется на нелегированный, малолегированный, среднелегированный и высоколегированный.

В нелегированном чугуне содержатся следующие примеси: марганца – не более 2 процентов, кремния – 4 процента, хрома – 0,1 процент, 0,1 процент никеля.

В малолегированном чугуне суммарное количество легирующих элементов не превышает 3 процентов.

В среднелегированном чугуне суммарное количество легирующих элементов не превышает 7 – 10 процентов.

В высоколегированном – не более 10 процентов.

Легирующие элементы повышают прочность при ударных нагрузках и усиливают антикоррозийную стойкость чугуна.

Маркировка чугунов производится следующими буквенными обозначениями: Ч – чугун; С – серый; К – ковкий; В – высокопрочный; М – модифицированный. Цифрами указываются механические свойства чугуна.

В марках серого и модифицированного чугунов первое двузначное число после букв указывает временное сопротивление при растяжении, второе – при изгибе. Например, СЧ 15-32 – серый чугун с временным сопротивлением при растяжении 150 и при изгибе 320 Мн/м 2. В ковком и высокопрочном чугунах первое двузначное число указывает временное сопротивление разрыву при растяжении, второе – относительное удлинение. Например, ВЧ 60 – 2 – высокопрочный чугун с временным сопротивлением разрыву 600 Мн/м 2и относительным удлинением 2 процента.

Марки легированных чугунов обозначаются буквами, которые указывают, какие легирующие элементы входят в состав чугуна и цифрами, стоящими за каждой буквой. Цифры характеризуют среднее содержание данного легирующего элемента. При содержании легирующего элемента менее 1 процента, цифры с соответствующей буквой не ставят. Например, ЧН19Х3 означает чугун, содержащий 19 процентов никеля и 3 процента хрома.

Сталь представляет собой деформируемый или ковкий сплав железа с углеродом и другими элементами.

Сталь получается из передельного чугуна путем его переплавки. Во время переплавки из чугуна выгорает часть примесей, так как они окисляются легче, чем железо.

Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и других примесей. Она закаливается, куется, прокатывается, режется и может отливаться.

Содержание железа в стали колеблется в пределах 97,0 – 99,5 процентов. При выплавке ее наряду с углеродом попадают также и такие постоянные примеси, как кремний, марганец, сера, фосфор, азот, водород и некоторые другие.

Кремний и марганец вводят в металл в процессе выплавки с целью улучшения качества стали. Фосфор и сера ухудшают ее качество, но удалить их невозможно. Сера делает сталь красноломкой, т.е. повышает ее хрупкость при высоких температурах, а фосфор – хладноломкой, повышая ее хрупкость при низких температурах.

Общее содержание серы и фосфора в высококачественной стали не должно превышать 0,03 процента; в сталях обыкновенных допускается не более 0,055 – 0,07% серы и 0,045 – 0,09% фосфора.

Скрытыми нежелательными примесями являются также кислород, азот и водород. Они могут находится в виде химических соединений или газов. В зависимости от способа получения стали допускается предельное содержание кислорода 0,1 – 0,01, азота 0,01 – 0,001 и водорода 0,0007 – 0, 0001 процент. В современной металлургии сталь получают главным образом из смеси чугуна, который выплавляют в доменных печах со стальным ломом.

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими свойствами – специальные.

Конструкционную сталь применяют для изготовления строительных конструкций, деталей машин, механизмов судовых и вагонных корпусов, паровых котлов и других изделий. Она может быть как углеродистой, так и легированной (основными легирующими элементами являются хром и никель).