Чугун в машиностроении

Сталь – основной материал машиностроения

Сталь(польск. stal, от нем. Stahl), деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом (до 2%) и др. элементами. С.- важнейший продукт чёрной металлургии, являющийся материальной основой практически всех отраслей пром-сти. Масштабы произ-ва С. в значит, степени характеризуют технико-экономич. уровень развития государства.

Историческая справка. С. как материал, используемый человеком, имеет многовековую историю. Наиболее древний способ получения С. в тестообразном состоянии - сыродутный процесс, в основе к-рого лежало восстановление железа из руд древесным углём в горнах (позднее в небольших шахтных печах). Для получения литой С. древние мастера применяли тигельную плавку - расплавление мелких кусков С. и чугуна в огнеупорных тиглях. Тигельная С. характеризовалась весьма высоким качеством, но процесс был дорогим и малопроизводительным. Таким способом изготовляли, в частности, булат и его разновидность - дамасскую сталь. Тигельный процесс просуществовал до нач. 20 в. и был полностью вытеснен электроплавкой. В 14 в. возник кричный передел, заключавшийся в рафинировании предварительно полученного чугуна в т. н. кричном горне (двухстадийный процесс с получением чугуна и последующим переделом его в С. является основой и совр. схем произ-ва С.). В кон. 18 в. начало применяться пудлингование, при к-ром, как и при кричном переделе, исходным материалом был чугун, а продуктом - тестообразный металл (крица)', качество металла при этом было выше, а сам процесс характеризовался более высокой производительностью. Пудлингование сыграло важную роль в развитии техники, однако обеспечить всё возраставшие потребности общества в С. не могло. Лишь с появлением во 2-й пол. 19 в. бессемеровского процесса и мартеновского процесса (см. Мартеновское производство), а затем и томасовского процесса стало возможным массовое произ-во литой С. В кон. 19 в. начала применяться выплавка С. в электрич. печах (см. Электросталеплавилъное производство). До сер. 20 в. главенствующее положение среди способов произ-ва С. занимал мартеновский процесс, на долю к-рого приходилось ок. 80% выплавляемой в мире С. В 50-х гг. был внедрён кислородно-конвертерный процесс, причём в последующие годы его роль резко возросла. Наряду с указанными способами массового произ-ва С. развиваются более дорогие и менее производит, способы, позволяющие получать особо чистый металл высокого качества: вакуумная дуговая плавка (см. Дуговая вакуумная печь), вакуумная индукц. плавка, электрошлаковый переплав, электроннолучевая плавка, плазменная плавка (см. Плазменная металлургия).

Чугун (тюрк.), сплав железа с углеродом (обычно более 2%) содержащий также постоянные примеси (Si, Mn, Р и S), а иногда и легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики. Ч. — важнейший первичный продукт чёрной металлургии (см. также Доменное производство), используемый для передела при производстве стали и как компонент шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производстве. Ч. вторичной плавки — один из основных конструкционных материалов; применяется как литейный сплав. Широкому использованию Ч. в машиностроении способствуют его хорошие литейные и прочностные свойства (по прочности некоторые Ч. лишь немногим уступают углеродистой стали; см. Модифицированный чугун). В современном машиностроении на долю деталей из Ч. приходится около 75% от общей массы отливок. По выпуску чугунного литья СССР занимает 1-е место в мире (1976).

Историческая справка. Первые сведения о Ч. относятся к 6 в. до нашей эры. В Китае из высокофосфористых железных руд получали Ч., содержащий до 7% Р, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. Ч. был известен и античным металлургам 4—5 вв. до нашей эры. Производство Ч. в Западной Европе началось в 14 в. с появлением первых доменных печей (штюкофенов) для выплавки Ч. из руд (см. Металлургия). Полученный Ч. использовали или для передела в сталь в кричном горне (, или для изготовления различных строительных деталей и оружия (пушки, ядра, колонны и др.). В России производство Ч. началось в 16 в.; в дальнейшем оно непрерывно расширялось, и при Петре I Россия по выпуску Ч. превзошла все страны, но через столетие отстала от западно-европейских стран. Появление во 2-й пол. 18 в. вагранок позволило литейным цехам отделиться от доменных, т. е. положило начало независимому существованию чугунолитейного производства (при машиностроительных заводах). В начале 19 в. возникает производство ковкого Ч. Во 2-й четверти 20 в. начинают применять легирование чугуна, что дало возможность существенно повысить его свойства и получать специальный Ч. (износостойкие, коррозионностойкие, жаростойкие и т.д.).

Чугун в искусстве. Ч. как материал для производства художественных отливок использовался ещё средневековыми мастерами (например, в 10 в. нашей эры в Китае из Ч. было отлито уникальное изваяние льва весом 100 т, не сохранилось). С 15 в. в Германии, а затем и в других странах Европы (в России — с конца 17 в.; см. также Каслинское литьё) художественное литьё из Ч. получило особенно широкое распространение (парковая скульптура, надгробия, решётки, ограды, садовая мебель и пр.). В 20 в. более массивное, чем бронзовое, но более дешёвое чугунное литьё со свойственной ему выразительностью тяжёлой массы материала и глухого тона применяется почти так же широко, как и бронзовое. Ч. находит разнообразное применение в архитектуре (с конца 18 в.). Особенно характерно использование чугунных конструкций для зодчества 19 в.