На применение металлических сплавов оказывает влияние два основных фактора: эксплуатационные параметры и экономическая целесообразность. Второй критерий становится определяющим, когда инженерно-технические характеристики не имеют существенного значения, и производитель руководствуется соображениями максимального удешевления выпускаемой продукции. В промышленности, в частности, для изготовления изделий, к которым предъявляются требования по сопротивлению воздействию на излом, растяжение, сжатие, металл подбирается с приоритетным вниманием к расчетным значениям прочности, надежности, гибкости, устойчивости к статическим нагрузкам и вибрационным колебаниям.
Черный металл серого цвета
Стальные сплавы по сравнению с чугунными стоят дороже, что связано с более сложной и дорогостоящей производственной спецификой. Поэтому чугун используют там, где можно сэкономить на финансовой составляющей. В зависимости металлической структуры отличают пять основных видов этого материала: белый, серый, ковкий, высокопрочный, половинчатый. Определяющим фактором для классификации служит форма графита в составе кристаллической решетки.
Самый хрупкий чугун — белый, содержащий вместо графитовых частиц ладебурит. Чугунные сплавы, называющиеся «серыми», объединяют в свою группу так же и ковкие разновидности, что вносит определенную путаницу в понимание вопроса. Для упрощения используют обобщенные стандарты, где серый чугун — это металлический материал на основе железа с графитом (придает характерный цвет на изломе) и другими добавками, которые используют для легирования и формирования необходимых свойств.
Преимущества и недостатки
Серый чугун обладает следующими особенностями, которые оправдывают его применение в промышленном производстве:
- стойкость к усилиям на сжатие;
- поглощение вибрационных колебаний (на порядок выше, чем у стали);
- не накапливает напряжение на цикличных нагрузках («усталость металла»);
- благодаря текучести в расплаве и малой усадке при застывании хорошо подходит для литья.
Наряду с достоинствами, у материала есть и недостатки, ограничивающие сферу практического использования. Основной из них заключается в хрупкости, что связано с графитовыми включениями, которые создают в металлической структуре своеобразные «надрезы». По сути, это уязвимости, делающие металл менее плотным и цельным (если сравнивать со стальными сплавами). Поэтому серый чугун нельзя использовать там, где действуют ударные нагрузки (к примеру, чугунный самурайский меч при первом же сильном ударе разлетится на куски не хуже стеклянного).
Основное преимущество стали заключается в устойчивости к растяжению и в способности сохранять заданную форму при усилиях на излом, в том числе, с возвращением после прогиба к первоначальному виду. Если внести в серый чугун легирующие добавки, то можно добиться приближения его физико-химических параметров к стальному сплаву. Получающиеся в итоге материалы относятся к редким и мало используемым. В промышленных целях и для изготовления полезных изделий применяют чугунные составы с «классической» формулой, где содержание углерода составляет в среднем три процента, кремния — один-два, марганца — около одного процента. Их отличительная особенность — исключительная стойкость к сжатию, вибрации и микроколебаниям, накапливающимся в усталость металла.
Где это востребовано?
Значимая часть деталей в машиностроении производится из серого чугуна. К примеру, в сельскохозяйственном тракторе количество чугунных элементов от общей массы достигает двадцати процентов. Это, прежде всего, те механизмы и фрагменты механических узлов, которые подвержены микровибрациям в двигателе и подшипниках, с основной нагрузкой на сжатие. В промышленных станках тяжелые основания, станины, втулки изготовлены из металлического сплава, содержащего графитовые включения. В подобном применении функциональная обоснованность, хотя и сочетается с экономическим фактором, но более значима, чем желание сэкономить.
Серый чугун обойдется дороже в случае с некоторыми изделиями бытового и декоративного назначения:
- Обычная стальная ванна стоит дешевле чугунной, но понежится в таком сосуде долго не получится, так как тонкие стенки быстро прощаются с теплом.
Железные ограждения сварного типа, пусть даже в сложном исполнении, по деньгам доступнее, чем литые фрагменты из чугуна.
«Устаревшие» чугунные батареи отопления по цене стоят приблизительно столько же, сколько «технологичные» радиаторы бюджетного сегмента, но первые держат резкие перепады давления, а вторые дают течь после сильного гидроудара.
Благодаря содержанию графита железо приобретает стойкость к окислению, что делает материал устойчивым к разрушению от коррозии. Трубы и арматура с корпусом из серого чугуна используются при прокладке коммуникаций магистрального и локального значения. Чугунные фитинги, задвижки, отводы, переходники применяют не только в водопроводах, но и в системах подачи природного газа, а также для трубопроводной транспортировки химически агрессивных жидких и газообразных составов.
16 сентября 2017
Поделиться с друзьями:
