Сплав заліза з вуглецем, який містить понад 2,14 (до 6,67)% вуглецю, називають чавуном. Чавун - первинний матеріал металургійної переробки залізних руд. Матеріали для одержання (плавки) чавуну в доменній печі називають шихтою. Шихта складається із залізної руди, яку попередньо готують для плавки, вапняку, необхідного для утворення шлаків, і палива, яким є металургійний кокс.
Перед завантаженням у доменну піч залізну руду подрібнюють за допомогою спеціальних машин до шматків розміром 30-100 мм і збагачують, відокремлюючи від неї, по можливості, порожню породу.
Для розплавлення залізної руди в доменній печі необхідна висока температура, яка утворюється за рахунок спалювання палива. Основним паливом є кокс, який одержують шляхом сухої перегонки кам'яного вугілля.
Для горіння палива потрібен кисень, який беруть з повітря, що нагнітається в доменну піч.
Порожня порода має дуже високу температуру плавлення. Щоб полегшити її розплавлення, застосовують флюси. Флюси, взаємодіючи з порожньою породою і золою, утворюють легкоплавкий шлак. Зазвичай, як флюс застосовують вапняк. Таким чином, залізна руда, паливо і флюси утворюють шихту, яку в певному порядку завантажують у доменну піч.
Доменна піч - це шахта зі сталевих листів, яку зсередини викладено вогнетривкою цеглою. Сталевий кожух слугує для підсилення міцності. Шихту завантажують через завантажувальний пристрій колошника.
Після випуску з доменної печі чавун розливають у форми. Застиглий у формі чавун називають чушкою, яка важить приблизно 50 кг.
У результаті доменного процесу утворюються відходи - шлак і доменний газ. Шлак після випускання з горна охолоджують. Його використовують у будівництві для виготовлення цементу, шлакобетону, шлакової цегли та ін.. Доменний газ, що утворюється під час згорання палива, піднімається шахтою, віддає частину свого тепла залізній руді і виходить через відводи. Його використовують для підігрівання повітря, яке подається в доменну піч як паливо для промислових цілей.
Чавуни, виплавлені у доменних печах, поділяють на ливарний, переробний і спеціальні доменні феросплави.
За характерним кольором на зламі чавуни поділяють на білі і сірі. Структура цих сплавів залежить від того, в якому стані у них перебуває вуглець. У білому чавуні весь вуглець перебуває у зв'язаному стані, утворюючи цементит . Такий чавун відрізняється високою твердістю і крихкістю, практично не піддається обробці різанням, тому має обмежене застосування. Його переробляють на сталь і називають переробним. Залежно від способу переробки на сталь, переробні чавуни бувають трьох видів: мартенівський, бесемерівський і томасівський. Невелика кількість білого чавуну йде для отримання ковкого чавуну.
У сірому чавуні вуглець здебільшого у вигляді графітних виділень пластинчастої, кулястої або пластівчастої форми. Залежно від цього сірий чавун поділяють на звичайний, високоміцний і ковкий. Цей чавун називають ливарним. Він має хороші ливарні якості, щільно заповнює форму, його добре обробляти. Його застосовують для виробництва деталей машин, труб, санітарних приладів, санітарно-технічної арматури, деталей екскаваторів та інших будівельних машин.
Механічні властивості сірих чавунів залежать від кількості, розмірів і характеру розподілу графітних виділень. Чим вони більші за формою та кількістю, тим гірші механічні властивості чавуну. Так, сірий чавун з великою кількістю крупних графітних пластинок , що розділяють його металічну основу, має грубозернистий злам і відносно низькі механічні характеристики, особливо міцність і пластичність.
Найвищу міцність мають чавуни з кулястим графітом. Їх створюють модифікуванням невеликої кількості магнію, церію чи деяких інших елементів і називають високоміцними. Ковкий чавун з пластівчастим графітом за міцністю займає проміжне місце між звичайним сірим і високоміцним чавуном, проте має більшу пластичність і в'язкість. Його одержують методом випалу - томління з білого чавуну, використовуючи нестійкість цементиту.
Наявність графіту в чавунах поліпшує оброблюваність різанням, підвищує їхні антифрикційні властивості, сприяє швидкому гасінню вібрацій і резонансних коливань, зменшує твердість чавуну.
Доменні феросплави додають до шихти у виробництві сталі, а також у виливанні чавунних виробів. Феросиліцій містить крім заліза і вуглецю 9-13% кремнію. У феромарганець входить, крім заліза і вуглецю, до 75% марганцю.
Властивості чавуну залежать від домішок, які є в його складі, та їх кількості. У чавуні крім заліза і вуглецю є кремній, марганець, фосфор і сірка.
Кремній сприяє виділенню вуглецю в чавуні у вигляді графіту і поліпшує ливарні якості чавуну, збільшує рідкотекучість і зменшує його усадку.
Марганець сприяє утворенню цементиту. За невеликого (до 1 %) вмісту марганець підвищує міцність чавуну.
Фосфор робить чавун крихким у холодному стані (холодноламкість) і рідкотекучим, завдяки чому добре заповнюються тонкі перерізи ливарних форм.
Сірка збільшує твердість і крихкість чавуну, утворює тріщини у виливках під час нагрівання чавунних виробів (червоноламкість).
Вуглець, кремній і марганець корисні, а фосфор і сірка - шкідливі домішки чавуну.
Кисень, азот, водень - шкідливі приховані домішки. Наявність їх як у вільному, так і у зв'язаному стані погіршує механічні властивості чавуну.
Крім цих домішок, у чавунах можуть бути присутніми легуючі елементи. Такі, як мідь, алюміній, нікель, сприяють графітизації, а хром, молібден, ванадій, вольфрам - відбілюванню чавунів. Якщо чавун виплавляють із руд, що містять певні легуючі домішки, то його називають природно легованим.
У невеликих кількостях із сировини під час виплавляння чавуну можуть потрапляти різні випадкові домішки, але їхній вплив на властивості чавуну незначний.
Маркують сірі чавуни, поєднуючи літери і цифри. Існуючі стандарти встановлюють такі літери позначення: Ч - чавун, С - сірий, В - високоміцний, К - ковкий. Цифрами позначують механічні характеристики чавунів.
У марці звичайного сірого чавуну цифри після літер вказують границю міцності на розтяг. Наприклад, СЧ10 - сірий чавун з границею міцності на розтяг 10 кгс/мм2 або 100 МПа. Номенклатура злитків із сірого чавуну та їхня маса різноманітні: від деталей у кілька грамів до злитків у сотні тон. Марки чавуну для конкретних умов роботи визначаються сукупністю технологічних і механічних властивостей.
СЧ10, СЧ15, СЧІ8 - слабо- і середньо навантажені деталі: корпуси редукторів і насосів, кожухи, кришки, шківи, маховики, супорти, станини, фланці.
СЧ20, СЧ21, СЧ25 -деталі, які працюють при підвищених статичних і динамічних навантаженнях: барабани зчеплення, блоки циліндрів, каретки, поршні, кокільні форми.
СЧ30, СЧ35 - деталі, які працюють при високих навантаженнях або у важких умовах спрацювання: гільзи блоків циліндрів, зубчасті колеса, шпинделі, деталі пневматики і гідроприводів.
Високоміцні чавуни позначають літерами ВЧ і двома числами через дефіс, перше з яких показує границю міцності при розтягуванні, а друге - відносне видовження, наприклад ВЧ80- 2-високоміцний чавун з границею міцності на розтяг 800 МПа і відносним видовженням 2%. Їх широко застосовують для виготовлення важковантажних злитків деталей шляхобудівних машин, ковальсько-пресового обладнання, колінчастих валів та інших деталей у турбо-, тракторо- і автомобілебудуванні.