Чугун спорит со сталью

Есть у писателя Евгения Пермяка сказка “Чугун и Сталь”. В ней хорошо описаны “родственные связи” Чугуна и Стали. “Пролилась огневой струей из жаркой печи горячая Сталь. Засверкала золотыми звездами, остыла дорогими слитками и зазналась. Перед серым Чугуном так стала себя выхвалять, что тот чуть не изоржавел от стыда.

– Я, говорит Сталь, – нержавеющая, нетемнеющая, хитро сваренная! Как алмаз крепка, как змея гибка. Закалюсь – не отколюсь! Пилить, сверлить, резать – все могу, на все пригодна! Хочешь – булатом стану, хочешь – иглой! Мостом лягу. Рельсами побегу. Машиной заработаю. Пружиной совьюсь. А ты что, Чугун? На сковородки, на утюги только и годен. Ну да разве еще на станины второсортные да на шестерни молотильные! Не ковок, не ловок, хрупок, как лед. Не модный металл.

Говорит так Сталь, на весь цех себя славит. И самолетом‑то она полетит, и кораблем‑то поплывет, и чем только она не станет… Даже перо писчее не забыла. Часовую стрелку и ту не пропустила. Все перебрала. Столько наговорила про себя, что в семи коробах не свезти. Но ничего лишнего не прибавила. Была в ее стальном звоне правда,,

Конечно, Чугуну далеко до стали. Только об одном ей забывать не надо бы: о том, что Чугуну она родной дочерью доводится, что она ему своей жизнью обязана…

Ну, а в остальном все правильно, если, конечно, совесть во внимание не принимать”.

“Конечно, чугуну далеко до стали”, – говорит автор сказки. “Не бывать вороне соколом, не бывать чугуну сталью”, гласит киргизская пословица. Но в наши дни эти утверждения иногда не соответствуют истинным качествам чугуна.

Чугун – полупродукт для производства стали, но не только. Интересно, сколько же чугуна идет в самостоятельную жизнь? И на что он годится там, кроме памятников и толстых плит фундаментов?

Старинный “Словарь ручной натуральной истории” (1788 год) сообщал: “Чугун. Так называется железная руда. Когда оная в горну растопится, учинится жидка: льют из оной горшки, котлы и всякую посуду; также в случае нужды пушки”.

Сейчас, конечно, большое число предметов получают из чугуна и все‑таки жалуются на его хрупкость и малую прочность. Объясняется это тем, что в обычном чугуне образуются крупные включения в виде графита. Иногда в шутку говорят, что чугун – испорченная графитом сталь. Графит делает металлическую основу непрочной, хрупкой, непластичной, Все попытки размельчить эти включения и равномерно распределить по всему металлу долго не удавались, пока не догадались добавить в чугун немного ферросилиция – сплава железа с кремнием; тогда началось энергичное размельчение графита. Чугун по своей прочности приблизился к низшим сортам углеродистой стали. Но при этом у него оставалась все та же хрупкость.

Поиски продолжались. Попробовали заменить ферросилиций магнием. От вспышки его металл бурлил, клокотал; в ковше резко повышалась температура. Остывший металл подвергли точному анализу и обнаружили, что под действием добавки 0,1% магния включения графита приобрели шарообразную форму. Новый чугун стал прочным и нехрупким, не уступающим самым высоким сортам углеродистой конструкционной стали. Из него отливают прокатные валки, изложницы, сменные детали металлургического оборудования. Стойкость этих изделий увеличилась в три раза.

Работы по дальнейшему увеличению прочности чугуна продолжаются. Ученые Киевского политехнического института предложили обрабатывать расплавленный металл электрическим током. Они пропускали его через расплав, когда металл кристаллизовался.

Десятки опытов позволили подобрать лучшие режимы обработки. Проведенные испытания показали, что такой “электрический” чугун на 25% прочнее на разрыв, чем обыкновенный. Значит, ток упрочняет металл? Исследовав образцы под микроскопом, ученые увидели, что углерод в них распределен равномерно в виде еле заметных штрихов. Это изменение структуры и упрочило металл, сделало чугун прочнее… чугуна.

Известно, что сталь тверда, чугун хрупок, алюминий мягок. Советские ученые создали чугун, имеющий некоторые свойства алюминия.

Десять лет трудился над этим вопросом главный инженер лауреат Ленинской премии Б.П. Платонов. Он был убежден, что моторы можно сделать легче и компактнее, если изменить литую оболочку двигателя. Практикой мирового автомобилестроения для этой детали давно выбран серый чугун. Он дешевле и надежнее широко применяющихся у нас алюминиевых сплавов, но есть у него и недостаток: чугун тяжел, и никому еще не удавалось получить из него изделия, равные по весу алюминиевым.

Прочность чугуна зависит от его графитовой структуры. В особо прочных тонкостенных отливках графит должен содержаться в виде мельчайших шариков, тогда как в толстых деталях имеет форму пластинок. Значит, проблема сложных многопрофильных изделий с тонкими стенками состоит в том, чтобы найти способ постепенного, а иногда и резкого изменения структуры металла.

Ученому удалось найти прямую зависимость структурной формы графита в чугуне от скорости остывания отливок, а следовательно, и от их толщины. Он разработал конструкцию и способ изготовления жестких двухслойных оболочковых форм. Металл в них становится особо прочным в тех плоскостях детали, где это необходимо.

В доменных печах обычно выплавляют чугун двух видов – передельный, который перерабатывают в сталь, и литейный – его отправляют на заводы для отливки деталей различных машин. При переводе печей с плавки передельного чугуна на литейный производительность агрегатов снижается на четверть, растет расход кокса. Ученые разработали и внедрили несколько вариантов производства “синтетического” литейного чугуна. Цель – сократить потери металла и топлива. В домнах плавят передельный чугун и вводят в него специальные присадки. Получается металл, по качеству превосходящий литейный. В нем значительно меньше раковин, а твердость гораздо выше, поэтому на него большой спрос у машиностроителей.

Новые марки чугуна действительно спорят со сталью. Из улучшенного чугуна изготовляют иногда ответственные детали машин. А это очень выгодно, ибо чугун намного дешевле стали. При этом используется ценное свойство чугуна – он лучше отливается в формы, чем сталь, и поэтому процесс получения отливок из него легче и проще. В отечественном машиностроении 74% всех отливок изготовляют из серого чугуна, 3% из ковкого чугуна, 21% из стали и 2% из цветных металлов