Чугун

Сплав железа с углеродом (обычно более 2%) содержащий также постоянные примеси (Si, Mn, Р и S), а иногда и легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики. Чугун – важнейший первичный продукт чёрной металлургии, используемый для передела при производстве стали и как компонент шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производстве. Чугун вторичной плавки – один из основных конструкционных материалов; применяется как литейный сплав. Широкому использованию чугуна в машиностроении способствуют его хорошие литейные и прочностные свойства (по прочности некоторые чугуны лишь немногим уступают углеродистой стали). В современном машиностроении на долю деталей из чугуна приходится около 75% от общей массы отливок.
Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве.
До 70-х гг. 20 в. в доменных печах иногда выплавляли т. н. зеркальный чугун (10-25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов чугуна. При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др. легирующие элементы, получают т. н. природнолегированные чугун. При производстве отливок в чугунолитейных цехах чугун подразделяют: в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, – на серый, белый и половинчатый (или отбелённый); в зависимости от формы включений графита – на чугун с пластинчатым, шаровидным (высокопрочный чугун), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий чугун) графитом; в зависимости от характера металлической основы – на перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный и мартенситный; в зависимости от назначения – на конструкционный и чугун со специальными свойствами; по химическому составу – на легированные и нелегированные.
Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.). Легирующими элементами могут служить также Mn при содержании > 2% и Si при содержании > 4%. Легированные Ч. классифицируют в соответствии с содержанием основных легирующих элементов – хромистые, никелевые, алюминиевые и т.д. По степени легирования различают низколегированные (суммарное количество легирующих элементов < 2,5%), среднелегированные (2,5-10%) и высоколегированные (> 10%). Низколегированные Ч. имеют перлитную или бейнитную структуру матрицы, среднелегированные – обычно мартенситную, высоколегированные – в большинстве случаев аустенитную или ферритную.
Чугун с 5-7% Si (силал) применяется в качестве жаростойкого материала. Чугун с 12-18% Si (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой чугун, легированный молибденом (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте. Чугун с 19-25% Al (чугаль) обладает наибольшей по сравнению с известными чугунами жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили чугуны, легированные Cr (до 2,5%) и Ni (до 6%) – нихарды. Аустенитные никелевые чугуны, легированные Mn, Cu, Cr (нирезисты), применяются как коррозионностойкие и жаропрочные.
Чугун как материал для производства художественных отливок использовался ещё средневековыми мастерами (например, в 10 в. нашей эры в Китае из чугуна было отлито уникальное изваяние льва весом 100 т,не сохранилось). С 15 в. в Германии, а затем и в других странах Европы (в России – с конца 17 в.). художественное литьё из чугуна получило особенно широкое распространение (парковая скульптура, надгробия, решётки, ограды, садовая мебель и пр.). В 20 в. более массивное, чем бронзовое, но более дешёвое чугунное литьё со свойственной ему выразительностью тяжёлой массы материала и глухого тона применяется почти так же широко, как и бронзовое.
Чугун находит разнообразное применение в архитектуре (с конца 18 в.). Особенно характерно использование чугунных конструкций для зодчества 19 в. («век чугуна»).В декоративных целях чугун иногда покрывают цветной глазурью. Достоинства чугуна – долговечность, огнестойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, малые эксплуатационные затраты (не требует периодических покрасок). Недостатки – хрупкость и сравнительно большой вес; кровля из чугуна должна иметь крутой скат (более 30°) для стока воды.

Чугун белый

Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe₃C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугуне). Кристаллизация белых чугунов происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа. Легирование белого чугуна карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.

Чугун высокопрочный

Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов (в чистом виде или в составе сплавов). Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. При чисто ферритной матрице (в литом или термообработанном состоянии) обеспечивается повышенный уровень пластичности. Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными и технологическими свойствами (жидкотекучесть, линейная усадка, обрабатываемость резанием), но по значению сосредоточенной объёмной усадки приближается к стали. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна. Высокопрочные чугуны, имеющие включения т. н. вермикулярного графита (при рассмотрении в оптическом микроскопе – утолщённые изогнутые пластины со скруглёнными краями), по свойствам занимают промежуточное положение между чугуном с шаровидным и чугуном с пластинчатым графитом. Этот чугун обладает хорошими технологическими свойствами при небольшой объёмной усадке и высокой теплопроводностью (почти такой же, как у серого чугуна). Чугун с вермикулярным графитом применяется в дизелестроении и других областях машиностроения.

Чугун ковкий

Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугуна и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Механические свойства ковкого чугуна определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита. Металлическая основа ковкого чугуна в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун. Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий чугун модифицируют Te, В, Mg и др. элементами. Ковкий чугун используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении. Наблюдается тенденция (особенно в автомобилестроении) к замене ковкого чугуна. высокопрочным с шаровидным графитом с целью повышения прочности отливок, уменьшения длительности технологического цикла и упрощения технологии изготовления.

Чугун серый

Наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) – имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугуна – более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна. Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

Шамот

Обожжённая до спекания огнеупорная глина, подвергнутая затем измельчению.

Шамотный кирпич

Кирпич, предназначенный для внутренней облицовки печей, каминов, дымоходов и дымовых труб. Шамотный кирпич не только устойчив к высоким температурам (способен выдержать температуру 1400-1800 °С), к воздействию химических веществ (щелочей, извести), но и прекрасно проводит тепло, быстро прогревая помещение.

Шамотный кирпич используют в особо ответственных местах кладки. Огнеупорный кирпич изготавливается не только прямоугольной формы, имеются также и другие форматы таких кирпичей – например, клиновидные, используемые при кладке арок и сводов разного радиуса кривизны. Огнеупорные шамотные кирпичи служат для изоляции огня.

Шифер (нем. Schiefer)

Шифер – натуральный камень, разновидность сланца, добываемого из недр земли.

Примерно 400 миллионов лет назад процесс образования материков был в самом разгаре, континенты находились в постоянном движении. На дне древних морей образовывались мелкозернистые отложения из массы ила и глины. Под воздействием высокого давления эти массы затвердевали. Позже, в ходе горообразования, эти породы образовали складки. Во время этого процесса (так называемого сланцевания) изначально присутствовавшие в этих породах вещества расположились тончайшими слоями и превратились в минералы пластинчатой формы, которые и придают шиферу хорошую стойкость к атмосферным воздействиям.

Еще в глубокой древности из шифера делали женские украшения, носить которые считали за честь любимые жены вождей племен и ведуньи, предсказывающие по шиферу будущее.

Первыми воздали должное сланцу как универсальному строительному материалу древние римляне, обратившие внимание на необычайную прочность камня и архитектурную элегантность, которую он придает сооружениям – будь то храмовый комплекс или общественные бани. Действительно, блестящие сланцевые плитки обладают почти магической красотой, которая пленяет с первого взгляда.

Средневековые градостроители, европейские монархи не могли не отметить все достоинства шиферной кровли. Сегодня путешествуя по Германии, Франции, Чехии можно встретить естественный шифер. Он, как и несколько веков назад украшает дворцы и дома горожан, ведь реальный срок службы природного шифера более 150 лет.

Но естественный шифер – дорогое удовольствие. При добыче материала, изготовлении плиток и кровельных работах применяется в основном ручной труд. Далее следует отметить естественную ограниченность добываемого материала. Это основные причины, по которым природный шифер относится к разряду элитных.

Шкант

Вставной шип для соединения деталей столярных изделий; представляет собой деревянный или пластмассовый стержень цилиндрической формы (диаметром 6-20 мм, длиной 25-160 мм), концы которого имеют небольшое заострение в виде фаски, а на боковую поверхность нанесены продольные пазы – рифли (для выхода воздуха при забивании шканта в отверстие). Перед установкой шкант смазывают клеем. Шкантовые соединения более экономичны, чем шиповые.

Шпаклёвки

Пастообразные лакокрасочные материалы, применяемые для выравнивания (шпатлевания) поверхностей перед нанесением на них красок. Помимо плёнкообразующих веществ, шпаклёвки содержат наполнители (мел, тальк, барит и другие) и пигменты (например, цинковые белила, охру). Различают лаковые, масляные и клеевые шпаклёвки, основой которых служат соответственно лаки, олифы, природные клеи. Из-за небольшого содержания плёнкообразователя (оно в 5-12 раз меньше, чем содержание пигментов и наполнителей) шпаклёвки не обеспечивают надёжного сцепления кроющих слоев покрытия с подложкой. Поэтому шпаклёвки наносят обычно по слою грунтовки. Для нанесения густых шпаклёвок применяют шпатель или кусок резины; шпаклёвки, разбавленные небольшим количеством растворителя, можно наносить методом пневматического распыления. Толщина слоя шпаклёвки достигает 300 мкм; при использовании шпаклёвки для заполнения отверстий, заделки стыков или заклёпочных и сварных швов наносят нескольких слоев шпаклёвки общей толщиной до 1 мм. Высохший слой шпаклёвки должен хорошо шлифоваться абразивной шкуркой. Лаковые шпаклёвки применяют главным образом в машиностроении, клеевые и масляные – преимущественно в строительстве.