Чугун
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  и . 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:

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

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.

Примечания

Литература 

 
 
 
 
 Physics and chemistry of solid state, № 4, 2014, vol. 15.
 
 

Чугун