Չուգուն2%-ից ավելի ածխածնի պարունակությամբ երկաթ-ածխածնային համաձուլվածքների խումբ է:Դրա օգտակարությունը բխում է հալման համեմատաբար ցածր ջերմաստիճանից:Ձուլվածքի բաղադրիչները ազդում են նրա գույնի վրա, երբ կոտրվում են. սպիտակ չուգունն ունի կարբիդային կեղտեր, որոնք թույլ են տալիս ճեղքերն ուղիղ անցնել, մոխրագույն թուջն ունի գրաֆիտի փաթիլներ, որոնք շեղում են անցնող ճեղքը և առաջացնում են անթիվ նոր ճաքեր, երբ նյութը կոտրվում է, իսկ ճկուն թուջն ունի գնդաձև: գրաֆիտի «հանգույցներ», որոնք դադարեցնում են ճաքի հետագա առաջընթացը:

Ածխածինը (C) տատանվում է 1,8-ից 4 wt%, իսկ սիլիցիումը (Si) 1–3 wt%, չուգունի հիմնական համաձուլվածքային տարրերն են։Ավելի ցածր ածխածնի պարունակությամբ երկաթի համաձուլվածքները հայտնի են որպես պողպատ:

Չուգունը փխրուն է, բացառությամբ ճկուն չուգունի:Իր համեմատաբար ցածր հալման կետով, լավ հեղուկությամբ, ձուլման, գերազանց մշակման, դեֆորմացման և մաշվածության դիմադրությամբ, չուգունը դարձել է ինժեներական նյութ, որն ունի լայն կիրառություն և օգտագործվում է խողովակների, մեքենաների և ավտոմոբիլային արդյունաբերության մասերում, ինչպիսիք են բալոնները: գլուխներ, բալոնների բլոկներ և փոխանցման տուփի պատյաններ:Այն դիմացկուն է օքսիդացման հետևանքով վնասների նկատմամբ:

Ամենավաղ թուջե արտեֆակտները թվագրվում են մ.թ.ա. 5-րդ դարով և հնագետների կողմից հայտնաբերվել են ներկայիս Չինաստանի Ցզյանսուի տարածքում:Հին Չինաստանում չուգուն օգտագործվել է պատերազմների, գյուղատնտեսության և ճարտարապետության համար։15-րդ դարում թուջը սկսեց օգտագործվել որպես թնդանոթ Բուրգունդիայում, Ֆրանսիայում և Անգլիայում՝ Ռեֆորմացիայի ժամանակ:Թնդանոթների համար օգտագործվող չուգունի քանակությունը պահանջում էր լայնածավալ արտադրություն: Առաջին թուջե կամուրջը կառուցվել է 1770-ական թվականներին Աբրահամ Դարբի III-ի կողմից և հայտնի է որպես Երկաթե կամուրջ Շրոպշիրում, Անգլիա:Չուգուն օգտագործվել է նաև շենքերի կառուցման մեջ։

Լեգիրման տարրեր

Չուգունի հատկությունները փոխվում են՝ ավելացնելով տարբեր համաձուլվածքների տարրեր կամ համաձուլվածքներ:Ածխածնի կողքին սիլիցիումը ամենակարևոր խառնուրդն է, քանի որ այն ստիպում է ածխածնին դուրս գալ լուծույթից:Սիլիցիումի ցածր տոկոսը թույլ է տալիս ածխածինը մնալ լուծույթում՝ ձևավորելով երկաթի կարբիդ և արտադրել սպիտակ չուգուն:Սիլիցիումի բարձր տոկոսը ստիպում է ածխածինը դուրս գալ լուծույթից՝ ձևավորելով գրաֆիտ և արտադրում մոխրագույն չուգուն:Այլ համաձուլվածքներ՝ մանգան, քրոմ, մոլիբդեն, տիտան և վանադիում, հակադարձում են սիլիցիումին, նպաստում ածխածնի պահպանմանը և այդ կարբիդների ձևավորմանը։Նիկելը և պղինձը մեծացնում են ամրությունը և մշակելիությունը, բայց չեն փոխում ձևավորված գրաֆիտի քանակը:Գրաֆիտի տեսքով ածխածինը հանգեցնում է ավելի փափուկ երկաթի, նվազեցնում է կծկումը, նվազեցնում ամրությունը և նվազեցնում խտությունը:Ծծումբը, որը հիմնականում աղտոտիչ է, երբ առկա է, ձևավորում է երկաթի սուլֆիդ, որը կանխում է գրաֆիտի ձևավորումը և մեծացնում կարծրությունը:Ծծմբի խնդիրն այն է, որ այն հալած չուգունը դարձնում է մածուցիկ, որն առաջացնում է թերություններ:Ծծմբի ազդեցությանը հակազդելու համար մանգան ավելացվում է, քանի որ այդ երկուսը երկաթի սուլֆիդի փոխարեն վերածվում են մանգանի սուլֆիդի:Մանգանի սուլֆիդը ավելի թեթև է, քան հալվածը, ուստի այն ձգտում է դուրս լողալ հալվելուց և դեպի խարամ:Ծծմբի չեզոքացման համար անհրաժեշտ մանգանի քանակը կազմում է 1,7 × ծծմբի պարունակություն + 0,3%:Եթե ​​ավելացվում է այս քանակից ավելի մանգան, ապա ձևավորվում է մանգանի կարբիդ, որը մեծացնում է կարծրությունը և սառեցումը, բացառությամբ մոխրագույն երկաթի, որտեղ մինչև 1% մանգան մեծացնում է ուժն ու խտությունը:

Նիկելը համաձուլման ամենատարածված տարրերից մեկն է, քանի որ այն մաքրում է մարգարիտի և գրաֆիտի կառուցվածքը, բարելավում է ամրությունը և հարթեցնում է կարծրության տարբերությունները հատվածների հաստությունների միջև:Քրոմն ավելացվում է փոքր քանակությամբ՝ ազատ գրաֆիտը նվազեցնելու, սառնություն առաջացնելու համար և քանի որ այն հզոր կարբիդային կայունացուցիչ է.նիկելը հաճախ ավելացվում է համատեղ:Որպես 0,5% քրոմի փոխարինող կարող է ավելացվել փոքր քանակությամբ անագ:Պղինձը ավելացվում է շերեփի մեջ կամ վառարանում՝ 0,5–2,5% կարգով, որպեսզի նվազեցնի սառեցումը, մաքրվի գրաֆիտը և մեծացնի հեղուկությունը:Մոլիբդենն ավելացվում է 0,3–1% կարգի չափով, որպեսզի ուժեղացնի սառնությունը և կատարելագործվի գրաֆիտի և մարգարիտի կառուցվածքը;այն հաճախ ավելացվում է նիկելի, պղնձի և քրոմի հետ միասին՝ բարձր ամրության արդուկներ ձևավորելու համար:Տիտանը ավելացվում է որպես գազազերծող և դօքսիդացնող միջոց, բայց այն նաև մեծացնում է հեղուկությունը:Չուգունին ավելացվում է 0,15–0,5% վանադիում` ցեմենտիտի կայունացման, կարծրության բարձրացման և մաշվածության և ջերմության նկատմամբ դիմադրությունը բարձրացնելու համար:0,1–0,3% ցիրկոնիումը նպաստում է գրաֆիտի ձևավորմանը, դեօքսիդացմանը և հեղուկության բարձրացմանը։

Դյուրահալ երկաթի հալոցներում ավելացվում է բիսմութ՝ 0,002–0,01% մասշտաբով, որպեսզի ավելացվի, թե որքան սիլիցիում կարելի է ավելացնել։Սպիտակ երկաթի մեջ բորն ավելացվում է, որպեսզի նպաստի ճկուն երկաթի արտադրությանը.այն նաև նվազեցնում է բիսմութի կոշտացնող ազդեցությունը:

Մոխրագույն չուգուն

Մոխրագույն թուջը բնութագրվում է իր գրաֆիկական միկրոկառուցվածքով, որի պատճառով նյութի կոտրվածքները մոխրագույն տեսք են ստանում:Այն ամենատարածված չուգունն է և քաշի հիման վրա ամենաշատ օգտագործվող ձուլածո նյութը:Չուգունի մեծ մասն ունի 2,5–4,0% ածխածնի, 1–3% սիլիցիումի և մնացած երկաթի քիմիական բաղադրությունը։Մոխրագույն չուգունն ունի ավելի քիչ առաձգական ուժ և հարվածային դիմադրություն, քան պողպատը, բայց նրա սեղմման ուժը համեմատելի է ցածր և միջին ածխածնային պողպատի հետ:Այս մեխանիկական հատկությունները վերահսկվում են միկրոկառուցվածքում առկա գրաֆիտի փաթիլների չափով և ձևով և կարող են բնութագրվել ASTM-ի կողմից տրված ուղեցույցների համաձայն:

Սպիտակ չուգուն

Սպիտակ չուգունը ցուցադրում է սպիտակ ճեղքված մակերեսներ՝ ցեմենտիտ կոչվող երկաթի կարբիդի նստվածքի առկայության պատճառով:Ցածր սիլիցիումի պարունակությամբ (գրաֆիտացնող նյութ) և ավելի արագ սառեցման արագությամբ, սպիտակ չուգունի ածխածինը նստում է հալոցքից, որպես մետակայուն փուլային ցեմենտիտ՝ Fe:₃C, այլ ոչ թե գրաֆիտ:Ցեմենտիտը, որը նստում է հալոցքից, ձևավորվում է համեմատաբար մեծ մասնիկների տեսքով:Երբ երկաթի կարբիդը նստեցվում է, այն դուրս է հանում ածխածինը սկզբնական հալոցքից՝ խառնուրդը տեղափոխելով դեպի էվեկտիկական ավելի մոտ, իսկ մնացած փուլը ցածր երկաթ-ածխածնային ավստենիտն է (որը սառչելիս կարող է վերածվել մարտենզիտի):Այս էվեկտիկական կարբիդները չափազանց մեծ են, որպեսզի ապահովեն այն, ինչ կոչվում է տեղումների կարծրացում (ինչպես որոշ պողպատներում, որտեղ շատ ավելի փոքր ցեմենտիտի նստվածքները կարող են արգելակել [պլաստիկ դեֆորմացիան]՝ խոչընդոտելով տեղահանումների շարժումը մաքուր երկաթի ֆերիտի մատրիցով):Ավելի շուտ, նրանք մեծացնում են չուգունի հիմնական կարծրությունը պարզապես իրենց իսկ շատ բարձր կարծրության և իրենց զգալի ծավալային մասնաբաժնի շնորհիվ, այնպես, որ զանգվածային կարծրությունը կարող է մոտավորվել խառնուրդների կանոնով:Ամեն դեպքում կարծրություն են առաջարկում՝ ի հաշիվ կարծրության։Քանի որ կարբիդը կազմում է նյութի մեծ մասը, սպիտակ չուգունը ողջամտորեն կարող է դասակարգվել որպես կերամետ:Սպիտակ երկաթը չափազանց փխրուն է շատ կառուցվածքային բաղադրիչներում օգտագործելու համար, բայց լավ կարծրությամբ և քայքայումից դիմադրությամբ և համեմատաբար ցածր գնով, այն օգտագործվում է այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են ցողունային պոմպերի մաշվածության մակերեսները (մղոցը և պտուտակը), պատյանների երեսպատումը և գնդիկի բարձրացնող ձողերը: ջրաղացներ և ինքնածին հղկման գործարաններ, գնդիկներ և օղակներ ածխի փոշիացման սարքերում, ինչպես նաև էքսկավատորի փորող դույլի ատամները (թեև միջին ածխածնային մարտենզիտային պողպատը ավելի տարածված է այս կիրառման համար):

Դժվար է խիտ ձուլվածքները բավական արագ սառեցնել, որպեսզի հալոցքը սպիտակ չուգունի պես ամրացվի ամբողջ ճանապարհով:Այնուամենայնիվ, արագ սառեցումը կարող է օգտագործվել սպիտակ չուգունի կեղևը ամրացնելու համար, որից հետո մնացորդը ավելի դանդաղ է սառչում՝ ձևավորելով մոխրագույն չուգունի միջուկ:Ստացված ձուլումը, որը կոչվում է ասառեցված ձուլում, ունի կոշտ մակերեսի առավելությունները մի փոքր ավելի կոշտ ինտերիերով:

Բարձր քրոմով սպիտակ երկաթի համաձուլվածքները թույլ են տալիս զանգվածային ձուլվածքները (օրինակ՝ 10 տոննայանոց շարժիչը) ավազով ձուլվել, քանի որ քրոմը նվազեցնում է սառեցման արագությունը, որն անհրաժեշտ է կարբիդներ արտադրելու համար՝ նյութի ավելի մեծ հաստությամբ:Քրոմը նաև արտադրում է կարբիդներ՝ տպավորիչ քայքայումի դիմադրությամբ:Այս բարձր քրոմի համաձուլվածքները իրենց բարձր կարծրությունը վերագրում են քրոմի կարբիդների առկայությանը:Այս կարբիդների հիմնական ձևը էվեկտիկական կամ առաջնային Մ₇C₃կարբիդներ, որտեղ «M»-ը ներկայացնում է երկաթ կամ քրոմ և կարող է տարբեր լինել՝ կախված համաձուլվածքի բաղադրությունից:Էվեկտիկական կարբիդները ձևավորվում են որպես խոռոչ վեցանկյուն ձողերի կապոցներ և աճում են վեցանկյուն բազալ հարթությանը ուղղահայաց:Այս կարբիդների կարծրությունը 1500-1800 HV-ի սահմաններում է:

Ճկուն թուջ

Ճկուն երկաթը սկսվում է որպես սպիտակ երկաթի ձուլվածք, որը հետո ջերմային մշակվում է մեկ կամ երկու օր մոտ 950 °C (1740 °F) ջերմաստիճանում, այնուհետև սառչում է մեկ կամ երկու օրվա ընթացքում:Արդյունքում, երկաթի կարբիդում պարունակվող ածխածինը վերածվում է գրաֆիտի և ֆերիտի, գումարած ածխածնի (ավստենիտ):Դանդաղ գործընթացը թույլ է տալիս մակերեսային լարվածությանը գրաֆիտը ձևավորել գնդաձև մասնիկների, այլ ոչ թե փաթիլների:Իրենց ավելի ցածր երևակայության հարաբերակցության պատճառով գնդաձևերը համեմատաբար կարճ են և միմյանցից հեռու, և ունեն ավելի ցածր խաչմերուկ՝ տարածվող ճեղքի կամ ֆոնոնի նկատմամբ։Նրանք նաև ունեն բութ սահմաններ, ի տարբերություն փաթիլների, ինչը թեթևացնում է մոխրագույն չուգունի մեջ հայտնաբերված սթրեսի կենտրոնացման խնդիրները:Ընդհանուր առմամբ, ճկուն չուգունի հատկությունները ավելի շատ նման են մեղմ պողպատի հատկություններին:Կա սահմանափակում, թե որքան մեծ մաս կարող է ձուլվել ճկուն երկաթի մեջ, քանի որ այն պատրաստված է սպիտակ չուգունից:

Ճկուն թուջ