Чугун

Запрос «Сталистый чугун» перенаправляется сюда. На эту тему нужно создать отдельную статью.

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^[1]: ČOƔ [чог] блеск, сияние; пламя, жар^[2]; крица^[3] → ČOƔÏN, ČOΔÏN [чогун, чодун] медь^[2][4], чугун^[3].

Заимствование тюркского термина напрямую связано с массовым производством железа, чугуна и стали в городах Волжской Булгарии, Болгаре и Джукетау в XIV—XV веках^[5].

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»^[6]. 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

См. также: История производства и использования железа и Доменная печь § 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^[7][8].

В начале I века^[9] в Китае появляются чугунные монеты, однако в широком применении вплоть до XIX века оставались бронзовые монеты^[10]. В XI веке был возведен чугунный шпиль пагоды Линсяо. XIV веком датируют находки чугунных котлов Золотой Орды (Тульская область)^[11], однако на территории Монголии (Каракорум) монголы умели изготовлять чугунные котлы ещё в XIII веке^[12]. В 1403 году в Китае (Пекин) был отлит чугунный колокол^[13].

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^[14][15]. 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^[1].

В XIV—XV веках в Европе, с XVI века — в России появились первые цельнолитые чугунные пушки и ядра^[16][17][18]. Первооткрывателями этой технологии (1543), как указывает Г. Б. Уитли, считаются мастера-литейщики Генриха VIII, француз Питер Боуд (Peter Baude) и англичанин Ральф Хог (Ralph Hogge), работавшие в литейной мастерской в деревне Бакстед^{[англ.][19]}.

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^[20]. Помимо промышленного использования чугун продолжал использоваться и в быту. В XVIII веке появились чугунки, которые широко стали использоваться в русской печи^[21].

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^[15][22]. К 1850 году 70 % всех существовавших в мире доменных печей работали на коксе, а к 1900 году — 95 %^[23][24].

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^[25].

В начале XIX века был освоено производство ковкого чугуна. Во 2-й четверти XX века начали применять легирование чугуна^[14].

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^[26]. Технология бессемеровского процесса (1856) и мартеновской печи (1864) впервые позволила получать сталь из чугуна. В XIX веке чугун широко используется для изготовления викторианских каминов^[27], 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^[28]. Также в XIX веке из чугуна изготавливались водопроводные и канализационные 12-дюймовые трубы Лондона^[29].

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

Классификация

Микроструктура белого чугуна

Микроструктура белого чугуна при 100-кратном увеличении

По цели использования получаемый чугун делится на

• передельный (используется для дальнейшего передела в сталь) и
• литейный (используется для дальнейшего изготовления отливок)^[14].

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^[14][30].

В зависимости от формы графитовых включений выделяют чугуны:

• с пластинчатым графитом (как правило, не подвергается легированию^[31]);
• с шаровидным графитом (высокопрочные);
• с вермикулярным графитом;
• с хлопьевидным графитом^[14][32].

В зависимости от состава и структуры металлической основы выделяют

• перлитные;
• ферритные;
• перлитно-ферритные;
• аустенитные;
• бейнитные;
• мартенситные чугуны^[14].

По назначению чугуны делятся на конструкционные и специальные^[14].

По химическому составу чугуны делятся на легированные и нелегированные^[14].

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^[33].

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

Передельный чугун, отлитый в виде чушек

Выпуск чугуна из доменной печи

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^[34].

Мировое производство чугуна в 2009 году составило 898,261 млн т, что на 3,2 % ниже, чем в 2008 году (927,123 млн т)^[35]. 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^[36].

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
• 
  Чугунный мост через реку Северн в Колбрукдейле, Англия (закончен в 1779 году)
• 
  Турнирный мост Эглинтон^[англ.] (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.
• Чугун — научно-популярный фильм, производство Свердловская киностудия.
• Дети чугунных богов (1993) — кинофильм.
• Чугунный скороход (1996) — музыкальная группа.

См. также

• Серый чугун
• Высокопрочный чугун
• Ковкий чугун

Примечания

1. Вегман и др., 2004, с. 41.
2. Древнетюркский словарь, 2-е изд., перераб. / Под редакцией Д. М. Насилова, И. В. Кормушина, А. В. Дыбо, У. К. Исабековой. — Астана: «Ғылым» баспасы, 2016. — С. 162.
3. Р. Г. Ахметьянов. Этимологический словарь татарского языка, II том. — Казань: Магариф — Вакыт, 2015. — С. 451.
4. Махмуд ал-Кашгари. Диван лугат ат-турк (словарь Махмуда ал-Кашгари). — 1074. — С. 206—9.
5. Источник  (неопр.). Дата обращения: 28 января 2022. Архивировано 28 января 2022 года.
6. Начало чугунолитейного производства  (неопр.). Дата обращения: 11 октября 2017. Архивировано 5 октября 2017 года.
7. Карабасов и др., 2012, с. 54.
8. Вегман и др., 2004, с. 39.
9. Numismatic Legacy of Wang Mang, AD9-23 by Henz Hratzer, A.M.Fishman, 2017.
10. Китайские монеты  (неопр.). Дата обращения: 14 октября 2017. Архивировано 14 октября 2017 года.
11. Археологи нашли на Куликовом поле золотоордынский котел 14 века  (неопр.). Дата обращения: 11 октября 2017. Архивировано 12 октября 2017 года.
12. Терехова Н. Н. Технология чугунолитейного производства у древних монголов  (неопр.). Дата обращения: 14 октября 2017. Архивировано 9 июля 2017 года.
13. Из чего отливают колокола  (неопр.). Дата обращения: 15 октября 2017. Архивировано 15 октября 2017 года.
14. Чугун / Мильман Б. С., Ковалевич Е. В., Соленков В. Т. // Чаган — Экс-ле-Бен. — М. : Советская энциклопедия, 1978. — С. 248—249. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 29).
15. Коротич, 2000, с. 178.
16. История огнестрельного оружия с древнейших времён до 20 века  (неопр.). Дата обращения: 14 октября 2017. Архивировано 24 января 2009 года.
17. Артиллерийское орудие (история изобретения)  (неопр.). Дата обращения: 14 октября 2017. Архивировано 14 октября 2017 года.
18. Про царскую артиллерию и литьё пушек  (неопр.). Дата обращения: 11 октября 2017. Архивировано 11 октября 2017 года.
19. Henry B. Wheatley. Charcoal Ironworks. Part I // Journal of the Royal Society of Arts, Vol. 61, No. 3174 (September 19, 1913), p. 962.
20. Журнал путей сообщения: 1840, Том третий, книжка третья
21. Чугунок для русской печи  (неопр.). Дата обращения: 15 октября 2017. Архивировано 1 октября 2020 года.
22. Вегман и др., 2004, с. 51—52.
23. Вегман и др., 2004, с. 53.
24. Карабасов и др., 2011, с. 138—140, 144—153.
25. Л. Г. Бескровный. Армия и флот в XVIII веке.. — М.: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 1958. — С. 361. — 662 с.
26. Доменная революция  (неопр.). Дата обращения: 18 мая 2018. Архивировано 19 мая 2018 года.
27. Викторианский и георгианский стиль и каминное оформление  (неопр.). Дата обращения: 15 октября 2017. Архивировано из оригинала 15 октября 2017 года.
28. А. Н. Граблёв. Машины и технология литейного производства. — М.: МГИУ, 2010. — С. 14. — 228 с. — ISBN 978-5-2760-1857-7.
29. Подземный Лондон: Водопровод и канализация  (неопр.). Дата обращения: 15 октября 2017. Архивировано 15 октября 2017 года.
30. Циммерман, Гюнтер, 1982, с. 245, 253.
31. Циммерман, Гюнтер, 1982, с. 246.
32. Циммерман, Гюнтер, 1982, с. 245.
33. Modecut.net  (неопр.). www.modecut.net. Дата обращения: 23 августа 2022.
34. Ленин. Империализм, как высшая стадия капитализма, гл. 7.
35. Мировое производство чугуна за 2009 год снизилось на 3,2 % (недоступная ссылка)
36. В мире растет производство чугуна Архивная копия от 21 апреля 2013 на Wayback Machine.

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. — Т. 2 : Фундамент индустриальной цивилизации. Возрождение и Новое время. — 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. — Т. 4 : Русский вклад. — 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.