Перспективы чугунолитейного производства

 Фирма стратегического планирования развития литейного про­изводства «Стратекаст» (США) разработала прогноз развития чу­гунолитейного производства США с учетом его взаимодействия с другими странами, в том числе с Россией, с 1992 до 2002 год. В настоящее время существенные различия состояния чугуноли­тейного производства США и России, а в прошлом тенденции их развития были похожи. Это дает основание надеяться, что прогноз «Стратекаст» если не в количественном, то в качественном отно­шении в какой-то степени отражает тенденции изменения пропор­ции чугунолитейного производства и в нашей стране. Поэтому здесь приведены некоторые элементы прогноза, касающиеся пропорций внутри чугунолитейного производства и перспектив развития различных видов чугуна.

Автор этого прогноза Кент Н. Керджин полагает, что чугун с шаровидным графитом (ЧШГ) и алюминиевые сплавы будут лидировать в производстве.

Диаграмма развития производства ЧШГ приведена на рис.1.

Несколько десятков лет назад, когда ЧШГ стал находить широкое применение, делались предположе­ния, что изделия из него будут в основном вытеснять стальные отливки. Практика показала, что ЧШГ интенсивно вытеснял и про­должает вытеснять серый чугун.

Как видно из рис.2, производство серого чугуна сокращается и в период с 2000 по 2002 г. уста­новилось равенство объемов про­изводства серого чугуна и ЧШГ. Очевидно, уже в ближайшие два десятилетия ЧШГ будет доминировать среди других видов чугуна.

Производство ковкого чугуна в 1993 г. в США составило всего 226 тыс. т, и наблюдался спад этого производства до 166 тыс. т в 1997 г. В XXI веке ковкий чугун, видимо, будет выпус­каться только в специальных случаях и в очень небольших объемах.

ЧШГ в США применяют и, очевидно, будут применять для про­изводства чугунных  труб,   работающих  под  давлением  (46   %  от общего выпуска ЧШГ), и де­талей двигателей внутреннего сгорания (37 %).

В США ожидается рост до уровня общего выпуска такого рода отливок 3,9 млн. т/год.

Третьей областью примене­ния ЧШГ будут автомобильная и металлургическая отрасли промышленности (кроме мото­ростроения) в связи с возрас­танием выпуска автомобилей до 11-12 млн. шт./год.

Как видно, в ближайшие годы ожидается дальнейший рост выпуска отливок из ЧШГ.  Причины следующие:

1) более широкое использование переднего привода в легковых автомашинах уменьшает потребности в различных передачах и коробках, что компенсируется ростом выпуска малых грузовых автомобилей;

2) выпуск коленчатых валов из высокопрочного чугуна будет возрастать;

3) ЧШГ продолжает вытеснять ковкий чугун и сталь;

4) ожидается снижение импорта, и экспорт будет превосходить импорт.

Достигнутые свойства ЧШГ не исчерпывают дальнейших воз­можностей развития этого уникального сплава.

Совершенствование формы и распределения графита в чугуне лишь позволяет в наибольшей степени реализовать свойства ме­таллической матрицы чугуна. Включения графита при этом как из-за низкой прочности его (прочность графита на растяжение близ­ка к нулю), так и из-за существования усадочных микрозазоров, частично отделяющих каждое включение графита от матрицы, вы­полняет в чугуне роль пустоты.

В то же время с точки зрения повышения прочности роль сво­бодного углерода в чугуне отрицательна. Однако углерод суще­ствует в нескольких формах распределения атомов в пространстве и в зависимости от формы этого распределения обладает различ­ными свойствами. Углерод в форме графита — один из наиболее мягких и наименее прочных материалов, в форме алмаза — наибо­лее твердый. В последние десятилетия была создана форма углеро­да, структурно наиболее близкая к графиту, но в то же время обла­дающая очень высокой механической прочностью при растяжении и высоким модулем упругости. Это известные углеродные волок­на малого диаметра (5-10 мкм), получаемые из тонких синтетичес­ких волокон. Удельные прочность и упругость углеродных воло­кон на порядок выше, чем у высокопрочной стали (табл. 1). Технология получения углеродных волокон, жгутов и тканей из них в настоящее время хорошо освоена в ряде промышленно развитых стран, в том числе в России.

Высокая прочность углерода в виде синтетических углерод­ных волокон объясняется особым расположением атомов углерода в пространстве таких волокон, наследуемым в известной мере от структуры полимера, из которого первоначально состояло по волокно и из которого путем специальной обработки были удалены все атомы, кроме углеродных. Это подтверждает важность формы распределения вещества в пространстве, как неотъемлемого компонента единой системы вещество - пространство, которой является любое материальное тело. Поиски таких новых форм распределе­ния вещества в пространстве применительно к сплавам могут стать основным источником создания новых материалов с принципи­ально новыми свойствами.

Из таблицы видно, что углеродные волокна по прочности не уступают или близки к волокнам (проволоке) из высокопроч­ной легированной стали.

Углеродные волокна используют в авиации, ракетостроении, для получения композиционных[1] материалов.

В настоящее время проводятся работы по получению в чугуне свободного углерода с иным распределением атомов углерода в прос­транстве, чем в графите.

Рис.1 Диаграмма состояния выпуска отливок из чугуна с шаровидным графитом в США до 2002 г.

Рис.2 Диаграмма состояния выпуска отливок из серого чугуна в США до 2002 г.

Таблица  1

Свойства графита, углеродных волокон и волокон из высокопрочной стали