Общие сведения о чугунах. Современные составы, получение и обработка

Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЧУГУНАХ

1.1 Исторический очерк о получении

Сто лет назад А. Ледебур в книге "Металлургия чугуна, железа и стали" пишет: "Чугуном называют не превращенное еще в изделие железо, которое вследствие значительного содержания металлоидов, в особенности углерода или  кремния, не обладает свойственными чистому железу тягучестью и ковкостью. Если вместе с углеродом содержатся лишь небольшие количества других тел, то граница между чугуном и ковким железом находится при содержании углерода около 2,3%, другие металлоиды (кремний, фосфор, сера, мышьяк и др.) влияют на ковкость то в большей, то в меньшей степени, чем углерод, во всяком случае, ковкость исчезает при меньшем содержании углерода, чем в 2,3%, если в железе вместе с углеродом заключаются эти тела" [1].

В настоящее время железоуглеродистые сплавы, подразделяемые на сталь и чугун, классифицируются специалистами узкого профиля по разному. С позиции деформатора: сталь – это сплав железа с углеродом, который при определенном нагреве способен деформироваться без разрушения; чугун – это сплав железа с углеродом, который при любом нагреве не способен деформироваться без разрушения. С позиции термиста: сталь – это сплав железа с углеродом, который в литом состоянии слабо, а в деформированном сильно упрочняется за счет закалки и отпуска;  чугун – это сплав железа с углеродом, который не деформируется и не способен сильно упрочняться за счет закалки и отпуска.

Такое обобщенное представление появилось на основании игнорирования глубинных устоев чугуна. Прежде всего, сюда следует отнести причину образования "графита". Далее узловым является вопрос о природе восстановления окислов железа. Насколько правомочным является устранение ведущей роли водорода? Почему наибольшая доля среди шихтовых материалов принадлежит соединениям кальция с кислородом и фтором. Возможно, в связи со сложностью этих вопросов, они остались вопросами, и поэтому к настоящему времени мы имеем, за исключением художественных отливок, низкосортное вещество, которое в основном уходит на стальной передел.

Много лет спустя американский металлург Ф.Т. Сиско довольно популярно описал получение чугуна. Основное внимание он уделил серому и ковкому чугунам и указал на бесполезность белого чугуна как самостоятельно конструкционного материала. Историю получения и распространения чугуна в Европе он изложил следующим образом: "Если смешать железную руду и древесный уголь и нагреть смесь до темно-красного каления, то окисел железа восстановится в губчатый металл, из которого можно выковывать сварочное железо". При этой температуре железо будет ферритным и растворит очень мало углерода, поэтому восстановленный металл содержит меньше 0,1% этого элемента. При смешивании железной руды и древесного угля и подогревании их до более высокой температуры, например, 1100–1200 °С, восстановленное железо получается в виде гамма-железа и легко растворяет углерод. Углерод снижает точку плавления железа. Если восстановление проводится при достаточно высокой температуре в соприкосновении с древесным углем