Чугун является железом или сплавом, который нагревают, пока он сжижается, а затем выполняют литье чугуна в форму для затвердевания. Это, как правило, сделано из чугуна. Компоненты сплава влияет на его цвет, когда перелом: белый чугун имеет карбид примесей, которые позволяют трещин пройти прямо через.  Серый чугун, или серого чугуна, имеет графитовых хлопьев, которые отклоняют проходящий трещины и инициировать множество новых трещин, разрывов материала. 

Углерод (С) и кремний (Si) являются основными легирующими элементами, с количеством от 2,1 до 4% масс и от 1 до 3 мас%, соответственно. Железные сплавы с содержанием углерода менее известны, как сталь. Хотя это технически делает эти тройные сплавы на основе Fe-C-Si сплавов, литье принцип затвердевания железа понял из двоичной железоуглеродистых фазовой диаграммы. С композициями из самых чугуна составляет около эвтектической точки из системы железо-углерод, температура плавления тесно коррелируют, как правило, в диапазоне от 1150 до 1200 ° C (2102 до 2192 ° F), что составляет около 300 ° C (572 ° F) ниже, чем температура плавления чистого железа. 

Чугун, как правило, хрупкий, за исключением ковкого чугуна. Благодаря своей относительно низкой температурой плавления, хорошей текучестью, литейные, отличную обрабатываемость, устойчивость к деформациям и износу, чугунов стали конструкционный материал с широким спектром применения и используются в трубах, машинной и автомобильной промышленности, таких как цилиндры, блоки цилиндров и коробки передач. Он устойчив к разрушению и ослаблению путем окисления (ржавчины).

Самые ранние чугуна артефакты датируются 5 веке до н.э., и были обнаружены археологами в то, что сейчас современные Luhe County , Цзянсу в Китае. Чугун использовался в Древнем Китае для ведения войны, сельского хозяйства и архитектуры. Во время 15-го века, чугун стали использовать для артиллерии в Бургундии, Франции, и в Англии во время Реформации. Первый чугунный мост построен в 1770-х годах по Авраама Дарби III , и известен как Железный мост.

Литье чугуна

Чугун производится переплавки чугуна, часто вместе с значительное количество металлолома, стальной лом, известняк, уголь (кокс) и принимают различные меры для удаления нежелательных примесей. Фосфор и сера может быть сожжена из расплавленного железа, но это также выгорает углерод, который должен быть заменен. В зависимости от приложения, углерода и кремния содержание корректируется до нужного уровня, который может быть от 2 до 3,5% и от 1 до 3% соответственно. Другие элементы, которые затем добавляются в расплав перед окончательной форме производится путем литья.

Железный иногда плавится в специальной типа доменной печи известны как купол, но чаще плавят в электрических индукционных печах или электрических печах. После таяния завершена, расплавленный чугун заливается в раздаточную печь или ковш.

Легирующие элементы

Свойства чугуна изменяются путем добавления различных легирующих элементов. В составе с углеродом, кремнием является наиболее важным потому что она заставляет углерода из раствора. Вместо форм углерода графит, что приводит к более мягким железом, уменьшает усадку, снижает прочность, плотность и уменьшается. Сера, если присутствует, образуется сульфид железа, который препятствует образованию графита и увеличивает твердость. Проблема с серой является то, что она делает расплавленный чугун вялым, что приводит к небольшим дефектам в перспективе. Для борьбы с последствиями серы, добавляют марганец  потому что две формы в сульфида марганца, и сульфид железа. Сульфида марганца легче расплава поэтому, как правило, чтобы плавать из расплава и в шлак. Количество марганца, необходимого для нейтрализации серы составляет 1,7 × содержание серы 0,3%. Если больше, чем это количество марганца добавляют, то карбид марганца формы, что увеличивает твердость и охлаждение, за исключением серого чугуна, где до 1% марганца увеличивает прочность и плотность.

Никель является одним из наиболее распространенных легирующих элементов, поскольку он уточняет перлит и графит структуру, улучшает прочность и твердость, сглаживает различия между разделами по толщине. Хром добавляется в небольших количествах в ковш для уменьшения свободного графита, производить холод, и потому, что является мощным карбида стабилизатора; никеля часто добавляют в совокупности. Небольшое количество олова может быть добавлено в качестве заменителя 0,5% хрома. Медь добавляется в ковше или в печи, порядка от 0,5 до 2,5%, чтобы уменьшить озноб, уточнить графит и увеличить текучесть. Молибден добавляется порядка от 0,3 до 1% увеличить холод и уточнить графита и перлита структуры, она часто добавляют в сочетании с никелем, медью, хромом и формировать высокие силы. Titanium добавлены в дегазатор и восстановитель, но он также увеличивает текучесть. От 0,15 до 0,5% ванадия добавляют в чугун для стабилизации цементита, повышения твердости и увеличения сопротивления носят и тепла. 0,1 до 0,3% циркония способствует формированию графита, раскисления и повышения текучести.

В ковкие расплавы добавляют по шкале от 0,002 до 0,01%, увеличить, сколько кремния могут быть добавлены. В белом железо, бор добавлены, чтобы помочь в производстве ковкого чугуна, оно также снижает эффект огрубления.

Серый чугун

Серый чугун характеризуется графитовой микроструктурой, что приводит к переломам материала, чтобы получать серый цвет. Это наиболее часто используемый чугун и наиболее широко применяемый литой материал. Большинство чугунов имеют химический состав от 2,5 до 4,0% углерода, от 1 до 3% кремния, остальное железо. Серый чугун имеет меньшую прочность на разрыв и ударопрочностью, чем сталь, но его прочность на сжатие сравнима с низкой и средней углеродистой стали.

Белый чугун

Это железо, которое отображает белую поверхность скола в связи с присутствием цементита. С низким содержанием кремния и более быстрым охлаждением, углерод в белом чугуне выпадает из расплава как метастабильные фазы цементита, Fe 3 C, а не графита. Цементита, который осаждается из расплава формы, как относительно крупные частицы, как правило, в эвтектической смеси, где другие фазы аустенита (который при охлаждении может превращаться в мартенсит ). Эти эвтектические карбиды являются слишком большими, чтобы обеспечить дисперсионное твердение (как в некоторых сталях, где цементита осадки могут препятствовать пластической деформации, препятствующие движению дислокаций через ферритовые матрицы). Скорее всего, они увеличивают объем твердость чугуна просто в силу своей очень высокой твердости и их значительная доля объема, такая, что основную твердость можно приблизить правила смесей. В любом случае, они предполагают твердость за счет вязкости. Поскольку карбид составляет большую часть материала, белого чугуна может быть обоснованно классифицировать как металлокерамические. Белое железо слишком хрупкое для использования во многих структурных компонентов, но с хорошей твердостью и стойкостью к истиранию и относительно низкой стоимостью, она находит применение в таких местах, как износ поверхности ( рабочее колесо ) из шламовых насосов, раковины лайнеров, мельницы, мельницы самоизмельчения, зубья экскаватора на ковше (хотя мартенситной стали используются чаще для этого приминения). 

Это затрудняется для быстрого охлаждения больших отливок, чтобы укрепить расплав в виде белого чугуна на всем периоде охлаждения. Тем не менее, быстрое охлаждение может быть использовано для укрепления корпуса из белого чугуна, после чего остаток охлаждается более медленно, чтобы сформировать ядро ​​из серого чугуна. В результате литье, называется охлажденным литьем. 

Высокое содержание хрома в сплаве белого чугуна позволяет делать массивные отливки (например, 10-тонное рабочее колесо), т. е. высокая скорость охлаждения не требуется, а также предоставляется внушительное сопротивление от истирания.

Ковкий чугун

Ковкий чугун начинается в виде белого чугуна, который затем подвергается термической обработке при температуре около 900° C (1650° F).

Графит выделяется гораздо медленнее, в этом случае, так что поверхностное натяжение есть время, чтобы сформировать его в сфероидальных частиц, а не хлопья. В связи с их более низкой пропорции, сфероидов относительно короткие и далеко друг от друга, и имеют более низкий сечение VIS-A-VIS распространяющейся трещины или фононов. Они также имеют тупые границ, в отличие от хлопьев, что облегчает концентрацию напряжений проблемах, с которыми сталкиваются серого чугуна. В целом, свойства ковкого чугуна больше похожи на мягкой стали. Существует предел тому, насколько большую роль может быть приведен в ковкого чугуна, так как он сделан из белого чугуна.

Высокопрочный чугун

В последнее время развитие узловой или высокопрочного чугуна. Небольшое количество магния или церия добавлен в этих сплавах замедлить рост графита осадка путем приклеивания к краям графитовых плоскостей. Наряду с тщательным контролем других элементов и сроки, это позволяет отделить углерода, как сфероидальных частиц в качестве материала затвердевает. Свойства похожи на ковкой железа, но детали могут быть поданы с большим сечением.