Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева (федеральный опорный университет), Нижний Новгород, Россия:

И. О. Леушин, заведующий кафедрой «Металлургические технологии и оборудование», докт. техн. наук, профессор, эл. почта: igoleu@yandex.ru

Набережночелнинский институт Казанского (Приволжского) федерального университета, Набережные Челны,
Татарстан, Россия:
А. Г. Панов, профессор кафедры «Материалы, технологии и качество», докт. техн. наук, доцент, эл. почта: panov.ag@mail.ru

История чугуна начинается задолго до рассвета человеческой цивилизации, которая была бы невозможна без металлургии и без чугунного литья в частности. Однако в настоящее время чугун переживает непростые времена. С одной стороны, развитие методов модифицирования структуры в жидком и твердом состоянии обеспечило резкий скачок потребительских свойств чугуна. За последние сто лет прочность выросла более чем на порядок с ~100 МПа у серых чугунов с пластинчатым графитом до ~1800 МПа у наноструктурированных аусферритных высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. Но с другой стороны, в последние годы интерес ученых к разработкам новых свойств и технологий производства чугунных отливок заметно упал на фоне роста конкуренции со стороны других промышленных материалов, особенно алюминиевых сплавов. Кроме того, выросла дефектность чугунных отливок, основными причинами которой явились рост требований к снижению массы и увеличению механических свойств отливок, широкомасштабное вовлечение в производственный процесс недорогих материалов низкого качества и отставание развития знаний от практики модифицирования чугуна. В данной работе на основе аналитического обзора отечественной и зарубежной информации рассмотрены современные тренды производства чугунного литья, выявлены пути повышения качества и развития производства отечественных чугунных отливок. Показаны перспективность и необходимость дальнейшего развития свойств и применения чугуна как уникального материала с еще полностью не раскрытыми возможностями формирования в нем уникальных структур и свойств, перевода чугуна из категории «широко потребляемого» материала в категорию «уникального» материала. Предложены пути реализации данных задач.

1. Stefanescu D. M. The Meritocratic Ascendance of Cast Iron: from Magic to Virtual Cast Iron // International Journal of Metalcasting. 2019. Vol. 13, Iss. 4. P. 726–752.
2. Панов А. Г. Как литейщику управлять наследственностью в чугунах // Металлургия машиностроения. 2020. № 1. С. 19–24.
3. Дибров И. А. Состояние и перспективные технологии литейного производства России // Литейщик России. 2013. № 9. С. 12–18.
4. Дибров И. А. Литейное производство – прогресс машиностроения // Труды XIV Международного съезда литейщиков. — Казань : Российская ассоциация литейщиков, 2019. С. 3–18.
5. Гиршович Н. Г. Справочник по чугунному литью. — Л. : Машиностроение. Ленинградское отделение, 1978. — 758 с.
6. ГОСТ 1412–85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки. — М. : Изд-во стандартов, 1986. — 6 с. Введ. 01.01.87.
7. Никитин В. И., Никитин К. В. Наследственность в литых сплавах. — М.: Машиностроение, 2005. — 476 с.
8. Попель П. С. Наследственная микронеоднородность жидких металлических растворов // Тезисы научных сообщений VI Всесоюзной конференции по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (17–19 сент.) / АН СССР, Урал. науч. центр, Ин-т металлургии; отв. ред. Э. А. Пастухов. Ч. 2. — Свердловск, 1986. С. 93–96.
9. Гаврилин И. В. О механизме развития химической и структурной неоднородности в жидких сплавах в связи с их строением // Наследственность в литых сплавах: тез. докл. III науч.техн. сем. — Куйбышев : КптИ, 1987. С. 18–19.
10. Ершов Г. С., Позняк Л. А. Структурообразование и формирование свойств сталей и сплавов. — Киев : Наукова Думка, 1993. — 380 с.
11. Хосен Ри. Влияние компонентов на свойства жидкой фазы и структурообразование синтетических чугунов. — Владивосток; Хабаровск : ДВО РАН: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 1997. — 197 с.
12. Кимстач Г. И. Синтетический чугун // Заготовительные производства в машиностроении. 2007. № 12. С. 7–14.
13. Баум Б. А. О взаимосвязи жидкого и твердого металлических состояний // Свойства металлических расплавов : сборник в 2 ч. Ч. 1. — Екатеринбург : Изд-во УГТУ-УПИ, 2008. С. 45–74.
14. Цепелев В. С., Конашков В. В., Баум Б. А., Тягунов Г. В., Барышев Е. Е. Свойства металлических расплавов. Ч. 2. — Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2008. — 383 с.
15. Чайкин В. А., Каргинов В. П., Чайкина Н. В. Сравнительный анализ свойств высокопрочных чугунов, полученных разными способами // Теория и практика металлургических процессов при производстве отливок из черных сплавов : сборник докладов Литейного консилиума. — Челябинск : Челябинский дом печати, 2007. С. 100–105.
16. Хайманн Р. Б., Евсюков С. Е. Аллотропия углерода // Природа. 2003. № 8. С. 66.
17. Никонова Р. М., Поздеева М. А., Ладьянов В. И., Аксенова В. В., Никонова Р. М. О термической устойчивости фуллеренов и фуллеритов С60 и С70 // Физ. свойства металлов и сплавов : сб. тезисов докладов. — Екатеринбург, 2007. С. 112–113.
18. Уббелоде А. Р. Расплавленное состояние вещества : пер. с англ. — М. : Металлургия, 1982. — 376 с.
19. Банных О. А., Будберг П. Б., Алисова С. П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа : справ. изд. — М. : Металлургия, 1986. — 440 с.
20. Давыдов С. В. Низкотемпературное карбидное превращение в перлите среднеуглеродистых сталей // Сталь. 2020. № 9. С. 39–46.
21. Панов А. Г., Галимов Э. Р., Сафронов Н. Н., Астащенко В. И., Шафигуллин Л. Н. Методы повышения металлургического качества заготовок машиностроения из высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом. — М. : АРГАМАК-МЕДИА, 2018. — 288 с.
22. Белов Б. Н. Классификация структурно-химического состояния сплавов железо-углерод в твердом и жидком состояниях во всем интервале концентраций исходных компонентов // Теория и практика металлургических процессов при производстве отливок из черных сплавов : сборник докладов Литейного консилиума. — Челябинск : Челябинский дом печати, 2007. С. 135–150.
23. Сидоров Е. В. Физико-химические основы литейного производства. Процессы кристаллизации и структурообразования. — Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2011. — 230 с.
24. Захарченко Э. В., Левченко Ю. Н., Горенко В. Г., Вареник П. А. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом. — Киев : Наукова Думка, 1986. — 248 с.
25. Литовка В. И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках. — Киев : Наукова Думка, 1987. — 206 с.
26. Чугун : справ. изд. / под ред. А. Д. Шермана, А. А. Жукова. — М. : Металлургия, 1991. — 576 с.
27. Леках С. Н., Бестужев Н. И. Внепечная обработка высококачественных чугунов в машиностроении. — Минск : Навука i тэхнiка, 1992. — 269 с.
28. Сильман Г. И. Термодинамика и термокинетика структурообразования в чугунах и сталях. — М. : Машиностроение, 2007. — 302 с.
29. Леушин И. О., Чистяков Д. Г. Формирование графитовой фазы при кристаллизации чугуна, предназначенного для термоциклических нагрузок // Черные металлы. 2016. № 2. С. 23–26.
30. Леушин И. О., Чистяков Д. Г. Технологии формирования дифференцированной структуры чугунных заготовок стеклоформ // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 5(731).С. 53–56.
31. Леушин И. О., Леушина Л. И., Плохов С. В. Применение отработанных воскообразных модельных композиций в составе брикета для ваграночной плавки чугуна // Черные металлы. 2020. № 4. С. 4–8.
32. Болдырев Д. А., Сканцев В. М. Модифицирование графитизированных конструкционных чугунов для отливок автомобилестроения : монография. — Брянск : БГТУ, 2010. — 248 с.
33. Чайкин В. А., Чайкин А. В., Брагин Б. Н., Малин С. И., Новиков Р. Ф., Файбышев Н. Е. О модифицировании чугуна для отливок блока цилиндров // Литейное производство. 2006. № 6. С. 2–5.
34. Андреев В. В. Особенности формирования литой структуры высокопрочных чугунов и разработка эффективных технологий изготовления отливок с высокими параметрами эксплуатационных свойств: дисс. ... д-ра техн. наук в виде науч. доклада. — М. : НПО «ЦНИИТМАШ», 2012. — 80 с.
35. Александров Н. Н., Бех Н. И., Зубков М. В. и др. Возможности высокопрочного чугуна с шаровидным графитом неисчерпаемы. Ч. 1 // Литейное производство. 2013. № 11. С. 7–11.
36. Hernando J. C., Elfsberg J., Ghassemali E., Dahle A. K., Diószegi A. The Role of Primary Austenite Morphology in Hypoeutectic Compacted Graphite Iron Alloys // International Journal of Metalcasting. 2020. Vol. 14, Iss. 3. P. 745–754.
37. Regordosa A., De la Torre U., Loizaga A., Sertucha J., Lacaze J. Microstructure Changes During Solidification of Cast Irons: Effect of Chemical Composition and Inoculation on Competitive Spheroidal and Compacted Graphite Growth // International Journal of Metalcasting. 2020. Vol. 14, Iss. 3. P. 681–688.
38. Skaland T. Inoculation material improves graphite formation in ductile iron // Modern Casting. 2001. Vol. 91, Iss. 12. P. 43–45.
39. Svensson I., Millberg A., Diószegi A. A study of eutectic inoculation in grey iron by addition of Fe-Si-Ca-Al-, Sr, Ba, Zr, Ti, RE and C // International Journal of Cast Metals Research. 2003. Vol. 16. No. 1-3. P. 29–34.
40. Рябчиков И. В. Модификаторы и технологии внепечной обработки железоуглеродистых сплавов. — М. : ЭКОМЕТ, 2008. — 400 с.
41. Alonso G., Stefanescu D. M., Larrañaga P., Suarez R. Graphite Nucleation in Compacted Graphite Cast Iron // International Journal of Metalcasting. 2020. Vol. 14, Iss. 4. P. 1162–1171.
42. Skaland T., Grong O., Grong T. A model for the graphiteformation in ductile cast iron: Part I. Inoculation mechanisms // Metall. Trans. A. 1993. Vol. 24A. P. 2321–2345.
43. Скаланд Т. Механизмы зародышеобразования в высокопрочном чугуне. — Норвегия : Elkem ASA, Foundry Products, 2006. С. 5–24.
44. Stefanescu D. M. (Ed.) A Cast Iron Science and Technology // ASM Int., Materials Park Ohio, 2017. — 772 p.
45. Stefanescu D. M., Alonso G., Suarez R. Recent developments in understanding nucleation and crystallization of spheroidal graphite in iron-carbon-silicon alloys // Metals. 2020. Vol. 10, Iss. 2. Р. 221.
46. Lacaze J. Solidification of spheroidal graphite cast irons. Part III: Microsegregation related effects // ActaMater. 1999. Vol. 47. P. 3779–3792.
47. Laffont L., Jday R., Lacaze J. An electron microscopy study of graphite growth in nodular cast irons // Metall. Mater. Trans. A. 2018. Vol. 49A. P. 1287–1294.
48. Domengès B., Celis M. M., Moisy F., Lacaze J., Tonn B. On the role of impurities on spheroidal graphite degeneracy in cast irons // Carbon. 2021. Vol. 172. P. 529–541.
49. Корниенко Э. Н., Панов А. Г., Хальфин Д. Ф. Перспективы производства отливок из ЧШГ аустенитно-бейнитного класса // Литейщик России. 2004. № 6. С. 7–12.
50. Сильман Г. И., Макаренко К. В., Камынин В. В., Зенцова Е. А. Бейнитный высокопрочный чугун с шаровидным графитом // МиТОМ. 2013. № 4. С. 3–8.
51. Nofal A. ADI-The material revolution and its applications at CMRDI // Сб. трудов 60 Междунар. научн. конференции «Актуальные проблемы прочности», Витебск, 14–18 мая 2018 г. С. 52–53.
52. Rimmer A. ADI solutions in Europe // Foundry Trade Journal. 2009. Vol. 183(3666). P. 184–189.
53. Artola G., Gallastegi I., Izaga J., Barreña M., Rimmer A. Austempered ductile iron (ADI) alternative material for high-performance applications // International Journal of Metalcasting. 2017. Vol. 11, Iss. 1. P. 131–135.
54. Ghasemi R., Hassan I., Ghorbani A., Dioszegi A. Austempered Compacted Graphite Iron — Influence of austempering temperature and time on microstructural and mechanical properties // Materials Science and Engineering A. 2019. Vol. 767. P. 138434.
55. Yasuda H., Sugiyama A., Kiattisaksri C., Morishita K., Nagira T., Yoshiya M., Uesugi K., Takeuch A. X-Ray Imaging of Formation and Growth of Spheroidal Graphite in Ductile Cast Iron // Materials Science Forum. 2018. Vol. 925. P. 104–109.
56. Zanardi F., Mapelli C., Barella S. Reclassification of Spheroidal Graphite Ductile Cast Irons Grades According to Design Needs // International Journal of Metalcasting. 2020. Vol. 14, Iss. 3. P. 622–655.
57. Исследовательский центр Модификатор [Электронный ресурс]: Решение МНТК ЧВГ. URL: http://www.modificator.ru/about/2017_conference_review.html (дата обращения: 17.01.2020).
58. Панов А. Г. Научно-техническая конференция «Наука и технологии модифицирования чугуна» // Литейщик России. 2020. № 12. С. 33–34.