Čuguns — kas tas ir? Veidi, sastāvs un īpašības

Uzzini visu par čugunu: veidi (pelēkais, baltais), sastāvs, īpašības un pielietojums — praktiski fakti par materiālu un tā īpašībām virtuves un rūpniecības izmantošanai.

Čuguns ir dzelzs sakausējums. Šo terminu parasti lieto attiecībā uz pelēko čugunu. Ir divi galvenie čuguna veidi: pelēkais čuguns un baltais čuguns. Atšķirības starp abiem galvenokārt ir atkarīgas no silīcija daudzuma sakausējumā. Visos čuguna veidos ir aptuveni 95 % dzelzs. Pelēkajā čugunā ir 3 % silīcija un 2 % oglekļa. Baltajā čugunā ir mazāk silīcija.

Silicijs pelēkajā čugunā izraisa oglekļa pārvēršanos grafītā. Tā rezultātā čuguns iegūst tumši pelēku vai gandrīz melnu krāsu. Ja silīcija ir mazāk, ogleklis baltajā čugunī pārvēršas cementītā vai dzelzs karbīdā (Fe₃ C). Tā rezultātā uz virsmas veidojas balti lūzumi, kas ir baltā čuguna nosaukums.

Pelēkais čuguns ļoti labi vada siltumu. Tāpēc to bieži izmanto virtuves piederumu izgatavošanai.

Papildus čugna tipi

Papildus pelēkajam un baltajam čugnam praktiskā lietojumā sastopami vēl citi čugna paveidi ar īpaši mainītu mikrostruktūru:

• Sferoidālais (nodulārais/ductile) čuguns — iegūst, pievienojot magniju vai cēriju, kas ļauj grafītam veidoties sferiskā (gabalainā) formā. Tas uzlabo stiepes izturību un noturību pret triecieniem, tāpēc šo čugnu lieto cauruļu ražošanā, automašīnu detaļās un mehānismu konstrukcijās.
• Malleable (alkalizētais) čuguns — baltā čugna termiska apstrāde (uzsildīšana un ilgstoša atdzesēšana) pārvērš karbīdus par rojainu grafītu, iegūstot labāku lokanību. Izmanto detaļām, kur nepieciešama plastika deformācija.
• Chilled (sacietinātais) čuguns — atsevišķas virsmas sacietināšana (ātra dzesēšana), lai iegūtu ļoti nodilumizturīgu baltā tipa virsmu (piem., tērauda riteņiem, sliežu ceļiem).

Sastāvs un mikrostruktūra

Galvenās čugna sastāvdaļas ir dzelzs un ogleklis, pie tam oglekļa saturs parasti svārstās ap 2–4 %. Būtiski ietekmējošie elementu piejaukumi:

• Silīcijs (Si) — veicina grafīta veidošanos; jo vairāk silīcija, jo vairāk tendence uz pelēko čugnu.
• Mangāns (Mn) — saista sēru un ietekmē karbīdu veidošanos.
• Sērs (S) un fosfors (P) — var nelabvēlīgi ietekmēt kvalitāti; sērs veicina karbīdus, bet inoculanti un apstrāde var to koriģēt.

Mikrostruktūra nosaka īpašības: pelēkajā čugnā grafīts parādās lāpstiņveida vai plātnītēs, kas padara to trauslāku stiepes slodzēs, bet ar izcilu siltuma vadītspēju un vibrāciju slāpēšanu. Baltajā čugnā grafīta nav — dominē cementīts, tādēļ tas ir ciets un trausls.

Fizikālās un mehāniskās īpašības

• Blīvums: aptuveni 7,0–7,3 g/cm³ (atkarībā no sastāva).
• Augsta kompresijas izturība, relatīvi zema stiepes izturība (īpaši pelēkajam čugnam).
• Labs siltuma vadītspējas koeficients (īpaši pelēkajam čugnam), tāpēc tas ir populārs plītīm, katliem un mašīnu pamatnēm.
• Izcila vibrāciju slāpēšana — priekšrocība mašīnbūvē.
• Baltais čuguns ir ciets un nodilumizturīgs, bet ļoti trausls; pelēkais čuguns ir vieglāk apstrādājams mehāniski.

Ražošanas un apstrādes īpatnības

Čugns parasti liek iekšējās formās, izmantojot smilšu liešanu, šellveida formēšanu vai centripetālo liešanu. Mikrostruktūru un īpašības ietekmē:

• Lejuma temperatūra un dzesēšanas ātrums — ātra dzesēšana veicina baltā tipa struktūru, lēna dzesēšana veicina grafīta izveidi.
• Inoculācija — pievienojot specifiskus elementus, veicina vienmērīgu grafīta sadalījumu.
• Termiskā apstrāde — malleable apstrāde vai atkārtota karsēšana var mainīt mikrostruktūru un uzlabot lokanību.

Pielietojumi

Čugna plašais pielietojums izriet no tā īpašību kombinācijas:

• Pelēkais čugns — virtuves piederumi (katli, pannas), mašīnu pamatnes, motorbloki, sildierīces, sadzīves ierīces, siltummaini.
• Sferoidālais (ductile) čugns — spiediena caurules, automašīnu šasijas detaļas, riteņu asis, zobrati, skrūves un citas konstrukcijas, kur vajadzīga augstāka stiepes izturība un noturība pret triecieniem.
• Baltais čugns un sacietinātais čugns — nodilumizturīgas virsmas, sliedes, beramkravu veltņi, veidnes, kur nepieciešama cietība un nodilumizturība.

Apstrāde, metināšana un drošība

Metināšana ar čugnu var būt sarežģīta augstā oglekļa satura dēļ — bieži nepieciešama virsmas sagatavošana, speciālas elektrodes vai piedevas, kā arī pretkarsēšana un postweld termiskā apstrāde, lai izvairītos no plaisām. Pelēko čugnu ir vieglāk frēzēt un urbjot nekā baltā čugnu. Baltā čugna ir grūtāk apstrādājama ar asu instrumentu, bet piemērota abrazīvai apdarei.

Priekšrocības un trūkumi

• Priekšrocības: laba liešanas spēja, zemas ražošanas izmaksas, laba siltumvadītspēja, vibrāciju slāpēšana, lieliska nodilumizturība atsevišķos tipiem, viegla pārstrāde (dažos veidos).
• Trūkumi: trauslums (īpaši baltajam), ierobežota stiepes izturība, sarežģīta metināšana, jutība pret strauju temperatūras maiņu, kas var izraisīt plaisas.

Vide un pārstrāde

Čugns ir ļoti pārstrādājams materiāls — lūžņi tiek plaši izmantoti metāla rūpniecībā. Pārvēršot vecas čugna detaļas jaunos liejumos, samazinās enerģijas patēriņš un ietekme uz vidi. Tomēr jāņem vērā piesārņojuma un dūmgāzu kontrole kausēšanas procesā.

Kopumā čugns ir daudzpusīgs un vērtīgs industrijā, un pareiza sastāva izvēle, liešanas un apstrādes parametri ļauj panākt vajadzīgās īpašības konkrētām pielietošanas prasībām.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir čuguns?

J: Cik ir galvenie čuguna veidi?

J: Pēc kā atšķiras pelēkais čuguns un baltais čuguns?

J: Cik daudz dzelzs ir visos čuguna veidos?

J: Kāds silīcija daudzums ir pelēkajā čugunī?

J: Kas izraisa oglekļa pārvēršanos pelēkajā čugunī grafītā?

J: Kāpēc pelēko čugunu bieži izmanto virtuves piederumu ražošanā?

Meklēt pēc burta