Чим чавуни відрізняються від сталей, авторська платформа

Заліза видобувається з надр землі більше, ніж будь-якого іншого металу.

Але чистого заліза ви не бачили. Цей сріблястий метал занадто м'який, а тому мало придатний для виготовлення виробів (за винятком сердечників електромагнітів). У промисловості, в будівництві, в домашньому побуті вживають не чисте залізо, а найрізноманітніші залізні сплави - чавуни і сталі. Вони сильно відрізняються один від одного за своїми властивостями. Сталевим пером ви легко видряпав своє прізвище на чавунній сковорідці.

Чавунний ж осколок буде тільки ковзати по поверхні сталевих ковзанів і ніякої шкоди їм не заподіє. Величезна більшість сталей твердіше чавуну. Як не намагайтеся, вам не вдасться зігнути чавунну сковорідку: при великому зусиллі вона не витримає - хрусне, зламається, але не зігнеться.

Лезо ж сталевого обідньої ножа згинається і знову випрямляється. Чавун крихкий, а сталь пружна. Втім, пружність стали має свою межу: лезо ножа не можна зігнути в дугу - воно зламається.

Кожен день, заводячи годинник, ви скручуєте годинну пружину. Заведена пружина розкручується, тягне шестерінки-коліщатка - годинник йде. Вони служать вам багато років, і день у день, 365 разів на рік, скручується і розкручується пружина, що не втрачаючи пружності. Як ми вже говорили, такі пружини робляться з особливо пружною стали. Стрімко обертається свердло дриля, все глибше встромлюючись в сталеву плиту.

Через короткий час в плиті з'являється наскрізний отвір. Такі свердла, а також різці виготовлені з особливою, швидкорізальної сталі. Металурги виготовляють сотні різноманітних сортів ( «марок») сталей, десятки сортів чавуну.

У всіх них неодмінно міститься вуглець. Тому чавуни і стали називають залізовуглецевих сплавів. Найбільше вуглецю (більше 2%) містять чавуни.

У сталях вуглецю менше 2%; зовсім мало його в м'яких сталях, або ковкому залозі. З ковкого заліза прокочують листи покрівельного заліза, простягають дріт; із залізного дроту виготовляють на пресах - автоматах цвяхи. Удар молотка-пуансона по виступаючому з матриці кінчика дроту - і він сплющений в капелюшок майбутнього цвяха. Удар відкушувати ножів - і від дроту відділяється готовий цвях із загостреним кінцем. М'якість і податливість ковкого заліза в порівнянні з твердими сталями і чавунами корисна не тільки при виготовленні з нього дроту або цвяхів, але іноді і при застосуванні виготовленої з неї продукції.

Величезна область нашої промисловості, яка зайнята отриманням чавунів, сталей і ковкого заліза, називається чорною металургією, а самі залізовуглецевих сплави - чорними металами. Які бувають чавуни Якщо залізну дріт нагрівати електричним струмом, то спочатку вона все більше провисає - від нагрівання залізо розширюється при 760 ° дріт без всяких видимих ​​змін раптом перестає притягатися магнітом. А при 906 ° з залізом відбувається нова зміна: дріт раптово натягується, т. Е. Стискається, обсяг заліза зменшується.

При цій температурі розташування атомів в залозі змінюється і звичайне залізо, або альфа-залізо, перетворюється в гамма-залізо. Одна з відмінностей гамма-заліза від альфа-заліза полягає в здатності гамма-заліза науглероживается воно вбирає в себе вуглець, як губка вбирає воду, поки не насититься ім. Нарешті, при 1539 ° залізо плавиться, перетворюючись на рухому, легко розхлюпується рідина. Рідке залізо ще більш жадібно поглинає вуглець, ніж тверде гамма-залізо. Залізо виплавляють з його руд за допомогою коксу. Останній якраз і є майже чистий вуглець.

Тому сліпуче блискучий струмінь, вириваються за сигналом доменщика з доменної печі і з шумом скидає в ківш, - це не чисте залізо, а розчин вуглецю в рідкому залозі - чавун. Що ж станеться при затвердінні рідкого чавуну? Рідке залізо почне перетворюватися в кристали заліза.

Але ці кристали не в змозі утримати в собі все розчинилося вуглецю. Надлишок вуглецю виділяється у вигляді графіту, виходить сірий чавун. Виливок із сірого чавуну складається з кристалів заліза, перешарованих тонкими широкими лусочками графіту. Графітові лусочки легко розщеплюються, як спресована стопка паперу. Тому графіт - «слабке» місце сірого чавуну.

При ударі виливок із сірого чавуну розбивається на шматки уздовж прошарків графіту, як якщо б прошарку графіту були справді тріщинами. Тьмяний сірий колір графіту виявляється в зламі чавуну. Тепер зрозуміло, чому такий чавун добре відливається у форми, але крихкий і його не можна кувати. З сірого чавуну відливають станини малган, махові колеса, плити, каналізаційні труби.

Але графіт тепер не розсікає виливок тонкими пластинками, він «блокований» в окремих ділянках у вигляді включень кулястої форми. Це досягнуто тим, що в розплавлений чавун перед його розливанням в форми ввели незначна кількість магнію. З високоміцного чавуну можна тому відливати і такі відповідальні деталі, як колінчастий вал потужного суднового двигуна.

На прикладі високоміцного чавуну ми познайомилися з одним із способів змінювати на замовлення властивості сплавів - із застосуванням модифікаторів. При модифікуванні хімічний склад сплаву не змінюється: адже високоміцний чавун за складом практично нічим не відрізняється від звичайного. Змінюються лише форма, розміри і розташування кристалів тих речовин, з яких сплав утворений. При швидкому затвердінні чавуну в особливих умовах надлишковий вуглець виділяється не у вигляді графіту, а у вигляді блискучих білих кристалів цементиту - хімічної сполуки вуглецю з залізом.

На противагу графіту цементит дуже твердий, але разом з тим дуже крихкий. Завдяки йому дуже твердий і крихкий і білий чавун. Коли білий чавун витримується протягом декількох днів при високій температурі, що міститься в ньому цементит поступово розкладається, з нього виділяється вуглець у вигляді таких же кулястих скупчень, як і при модифікуванні чавуну. Так виходить ще один вид чавуну - ковкий чавун. На прикладі білого і ковкого чавуну ми познайомилися ще з одним, найбільш важливим способом зміни властивостей сплавів - з термічною обробкою.