Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода — не менее 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний ), а сплавы с содержанием углерода менее 2,14 % называются сталью . Углерод придаёт сплавам железа твёрдость , снижая пластичность и вязкость . Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита . В зависимости от формы графита и количества цементита выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси ( Si , Mn , S , P ), а в некоторых случаях — также легирующие элементы ( Cr , Ni , V , Al и другие). Как правило, чугун хрупок . Плотность — 7,874 г/см³.

Выплавляется чугун, как правило, в доменных печах . Температура плавления чугуна — от 1150 до 1500 °C, то есть примерно на 300 °C ниже, чем у чистого железа.

Этимология

Русское слово «чугун» считается прямым заимствованием из тюркских языков : ČOƔ [чог] блеск, сияние; пламя, жар ; крица → ČOƔÏN, ČOΔÏN [чогун, чодун] медь , чугун .

Заимствование тюркского термина напрямую связано с массовым производством железа, чугуна и стали в городах Волжской Булгарии, Болгаре и Джукетау в XIV—XV веках .

Происхождение тюркского термина также связывают с кит. трад. 鑄 , пиньинь zhù , палл. чжу , буквально: «лить; отливать (металл)» и кит. трад. 工 , пиньинь gōng , палл. гун , буквально: «дело» . Однако при этом не указывается путь проникновения китайского термина в русский язык. Кроме того, не учитываются такие фонетические процессы в китайском языке, как сдвиг инициалей и сдвиг гласных. Иными словами, современное произношение китайский термин 鑄工 принял совсем недавно, не ранее XVII века.

История

В начале I тысячелетия до н. э. технология выплавки чугуна в тиглях была освоена в Китае и прилегающих Дальневосточных территориях. Шихта состояла из кричного железа и древесного угля , плавка производилась в течение нескольких суток при температуре выше 1200 °С. Позднее китайскими металлургами была изобретена специальная печь для выплавки чугуна из железной руды или кричного железа, получившая название «китайская» вагранка. Печь по сути представляла собой сыродутный горн высотой около 1 м, оборудованный дутьевым ящиком, обеспечивавшим приток воздуха в печь. В V—III веках до н. э. в Китае было освоено производство сложных отливок из чугуна. Этот период принято считать началом художественного чугунного литья .

В начале I века в Китае появляются чугунные монеты, однако в широком применении вплоть до XIX века оставались бронзовые монеты . В XI веке был возведен чугунный шпиль пагоды Линсяо . XIV веком датируют находки чугунных котлов Золотой Орды ( Тульская область ) , однако на территории Монголии ( Каракорум ) монголы умели изготовлять чугунные котлы ещё в XIII веке . В 1403 году в Китае ( Пекин ) был отлит чугунный колокол .

Появление чугуна в Европе относят к XIV веку, когда начались первые плавки в штюкофенах с получением жидкого чугуна. В России первый чугун был выплавлен в XVI веке . Наиболее активно первые домницы строились во 2-й половине XV века в Италии, Нидерландах и Бельгии. Немецкие металлурги длительное время продолжали плавить металл в блауофенах .

В XIV—XV веках в Европе, с XVI века — в России появились первые цельнолитые чугунные пушки и ядра . Первооткрывателем этой технологии считается мастер-литейщик Питер Боуде из деревни работавший в литейной мастерской Генриха VIII .

В 1701 году Каменский чугунолитейный завод на Урале (Россия) производит первую партию чугуна (262 кг). На Урале чугунное литье превратилось в народный промысел. В XVIII веке в Англии появился первый чугунный мост . В России чугунный мост появился лишь в начале XIX века. Это стало возможным благодаря технологии Вилкинсона . В том же веке из чугуна начали изготавливать рельсы для вагонеток заводов и рудников. Такие рельсы были длиной около 1 м и из-за хрупкости чугуна часто лопались, так что после изобретения в 1820 году способа прокатывания рельсов из ковкого железа были вытеснены железными. Сравнительные испытания чугунных и железных рельсов, проведенные на первых в мире больших железных дорогах — Дарлингтонской и Ливерпульской , показали значительное превосходство железных рельсов над чугунными . Помимо промышленного использования чугун продолжал использоваться и в быту. В XVIII веке появились чугунки , которые широко стали использоваться в русской печи .

В начале XVIII века в Западной Европе обострилась проблема истощения лесов, использовавшихся для получения древесного угля. Начались поиски альтернативных видов топлива для доменных печей. Первые опыты по применению подготовленного каменного угля и торфа в доменной плавке производились в Англии и Германии ещё в первой половине XVII века. В начале XVIII века в Англии была освоена технология коксования каменного угля. В 1735 году в Англии впервые был выплавлен чугун с использованием только каменноугольного кокса . В дальнейшем коксовая металлургия распространилась по всему миру . К 1850 году 70 % всех существовавших в мире доменных печей работали на коксе, а к 1900 году — 95 % .

К концу XVIII века Россия занимала первое место по производству чугуна и выдавала 9908 тыс. пудов чугуна, в то время как Англия — 9516 тыс. пудов, дальше шли Франция, Швеция, США .

В начале XIX века был освоено производство ковкого чугуна . Во 2-й четверти XX века начали применять легирование чугуна .

В 1806 году Великобритания выплавляла 250 тыс. т чугуна, занимая первое место в мире по его производству, а к середине XIX века в Великобритании была сосредоточена половина мирового чугунного производства. Однако в 1890 году первое место по производству чугуна заняли США . Технология бессмеровского процесса (1856) и мартеновской печи (1864) впервые позволила получать сталь из чугуна. В XIX веке чугун широко используется для изготовления викторианских каминов , а также декоративных элементов (например, чугунная решетка памятника Александра II , 1890). Благодаря изготовлению малой скульптуры и ажурных изделий из чугуна широкую известность получили Кусинский и Каслинский заводы.

Развитие способов формовки для литья сложных художественных отливок на заводе в посёлке Касли привело к созданию способа изготовления стержневых форм, который применяют и в настоящее время, особенно в станкостроении . Также в XIX веке из чугуна изготавливались водопроводные и канализационные 12-дюймовые трубы Лондона .

Чугун используется в качестве растворителя углерода для производства термостойких монокристаллических синтетических алмазов.

Классификация

По цели использования получаемый чугун делится на

• передельный (используется для дальнейшего передела в сталь) и
• литейный (используется для дальнейшего изготовления отливок) .

В зависимости от содержания углерода чугуны делятся на:

• доэвтектические (2,14—4,3 % углерода);
• эвтектические (4,3 %);
• заэвтектические (4,3—6,67 %).

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне, обусловливающего вид излома, различают

• белые (весь углерод находится в виде цементита, излом светлый, применяются в основном для изготовления ковких чугунов , которые получают путём отжига);
• серые (чугуны с содержанием кремния 1,2—3,5 % и примесей Mn, P, S, большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы, излом имеет серый цвет);
• половинчатые (отбелённые) чугуны .

В зависимости от формы графитовых включений выделяют чугуны:

• с пластинчатым графитом (как правило, не подвергается легированию );
• с шаровидным графитом ( высокопрочные );
• с вермикулярным графитом;
• с хлопьевидным графитом .

В зависимости от состава и структуры металлической основы выделяют

• перлитные;
• ферритные;
• перлитно-ферритные;
• аустенитные;
• бейнитные;
• мартенситные чугуны .

По назначению чугуны делятся на конструкционные и специальные .

По химическому составу чугуны делятся на легированные и нелегированные .

Маркировка

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

• передельный чугун — П1, П2;
• передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2;
• передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3;
• передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
• чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм).

Антифрикционный чугун:

• антифрикционный серый — АЧС;
• антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
• антифрикционный ковкий — АЧК;
• чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
• жаропрочный и жаростойкий чугун — Ч .

Ковкий чугун маркируется двумя буквами и двумя числами, например КЧ 37-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число — предел прочности на разрыв (в десятках мегапаскалей), второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Объёмы производства

В 1892 году Германия производила 4,9 млн т чугуна, против 6,8 в Англии, а в 1912 году уже 17,6 против 9,0 .

Мировое производство чугуна в 2009 году составило 898,261 млн т, что на 3,2 % ниже, чем в 2008 году (927,123 млн т) . Первая десятка стран-производителей чугуна выглядела следующим образом:

Место в 2009 году	Страна	Производство чугуна, млн т
1	Китай	543,748
2	Япония	66,943
3	Россия	43,945
4	Индия	29,646
5	Южная Корея	27,278
6	Украина	25,676
7	Бразилия	25,267
8	Германия	20,154
9	США	18,936
10	Франция	8,105

За четыре месяца 2010 года мировой выпуск чугуна составил 346,15 млн т. Этот результат на 28,51 % больше по сравнению с аналогичным периодом 2009 года .

Галерея

• Изделия из чугуна
• 
  Чугунная лестница
• 
  Мост через Северн — первый в мире чугунный мост
• 
  Чугунная сковорода
• 
  Чугунная печь — буржуйка
• 
  Чугунный угольный утюг
• 
  Чугунная крышка канализационного люка

• Чугунные мосты
• 
  Железный мост через реку Северн в Колбрукдейле, Англия (закончен в 1779 году)
• 
  (завершено около в 1845 году), Норт-Эршир , Шотландия , построен из чугуна
• 
  Оригинальный железнодорожный мост через Ферт-оф-Тей с севера (закончен в 1878 году)
• 
  Упавший мост через Тэй с севера (1880)

В культуре и искусстве

• В повести Булгарина Правдоподобные небылицы (1824) описаны чугунные желоба для ездовых машин и чугунные дома.
• — научно-популярный фильм, производство Свердловская киностудия .
• Дети чугунных богов ( 1993 ) — кинофильм.
• Чугунный скороход ( 1996 ) — музыкальная группа.

Примечания

Литература

• Карабасов Ю. С. , Черноусов П. И. , Коротченко Н. А. , Голубев О. В . Металлургия и время : Энциклопедия : в 6 т. — М. : Издательский Дом МИСиС , 2011. — . — 216 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-87623-537-4 (т. 2).
• Карабасов Ю. С. , Черноусов П. И. , Коротченко Н. А. , Голубев О. В . Металлургия и время : Энциклопедия : в 6 т. — М. : Издательский Дом МИСиС , 2012. — . — 232 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-87623-539-8 (т. 4).
• Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. Материаловедение. — М. : Машиностроение, 1990. — 528 с.
• Вегман Е. Ф. , Жеребин Б. Н. , Похвиснев А. Н. и др. Металлургия чугуна : Учебник для вузов / под ред. Ю. С. Юсфина . — 3-е издание, переработанное и дополненное. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. — 774 с. — 2000 экз. — ISBN 5-94628-120-8 .
• Physics and chemistry of solid state, № 4, 2014, vol. 15.
• Коротич В. И. , Набойченко С. С. , Сотников А. И. , Грачев С. В., Фурман Е. Л., Ляшков В. Б. Начала металлургии: Учебник для вузов / под ред. В. И. Коротича . — Екатеринбург: УГТУ, 2000. — 392 с. — ISBN 5-230-06611-3 .
• Циммерман Р. , Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справочное издание = Metallurgie und Werkstofftechnil: ein Wissensspeicher / Пер. с нем. Б. И. Левина и Г. М. Ашмарина под ред. П. И. Полухина , М. Л. Бернштейна . — М. : Металлургия , 1982. — 480 с. — 16 000 экз.