Чугун и сталь материалы
В мире масса строительных материалов и сырья для производства изделий, и с каждым годом сортамент растет. Однако есть и продукты, которые человечество знает уже довольно давно, однако мало кто знает, например, чем отличается чугун от стали
Чтобы не затягивать повествование, ответим на вопрос так: «Чугун отличается от стали процентным содержанием углерода. Если в сплаве этого элемента 2.5%, то это чугун». Напомним, в стали предельное содержание примесей должно быть не более 2%.
Однако на этом разница между двумя сплавами не заканчивается. Так что сегодня разберем оба материала подробнее, выясним особенности создания и параметры.
Различия физико-химических характеристик
Главная разница между двумя сплавами – это примесь углерода в каждом из материалов. Другие параметры ниже:
- Прочность стали выше, чем у аналога.
- Вес изделий из стали меньше, и они лучше плавятся.
- Отдельные типы обработки (ковка, сварка) доступны только для стали, а вот чугун создается только литьем.
- Теплопроводимость чугуна ниже, чем у аналога.
- Чугунные изделия не нужно обязательно закалять.
Приведем также таблицу с характерными отличиями двух сплавов.
Видно, что оба материала имеют сильные и слабые стороны, и их использование целесообразно в разных ситуациях. Рассмотрим подробнее характеристики каждого сплава.
Характеристики чугуна
Чугун – это сплав железа и углерода. При этом его содержание к общей массе изделия выше 2%. Впервые материал получили в X веке на территории Древнего Китая. Далее изделия из него равномерно распространились по всему миру. Сейчас КНР, Япония и Россия входят в ТОП-3 государств по выплавке.
При создании чугуна большую роль играют примеси. Их сейчас более 100, но популярнее всего 4:
- Сера – понижает тугоплавкость сплава, а также текучесть при расплаве.
- Фосфор – за счет снижения прочности улучшается пластичность. Это позволяет создавать изделия более сложной геометрии.
- Кремний – снижает литейную температуру.
- Марганец – повышает прочностный параметр сплава в ущерб литейным свойствам.
Также в сплав добавляют титан, медь, алюминий и титан. Температура плавления – 1160-1250 градусов по Цельсию.
На рынке есть несколько типов чугуна, которые отличаются по характеру сформированности кристаллической решетки:
- Белый – в состав добавляется цементит, который определяет цвет излома. Сырье хрупкое и является основой для создания ковкого типа чугуна.
- Серый – в сплав добавляется больше графита, придающего цвет изделиям. В составе также магний, фосфор и сера.
- Ковкий – белый чугун долгое время термически обрабатывается до образования графита, который дает изделию высокое механическое сопротивление.
- Высокопрочный – в результате кристаллизации создается шаровидный графит.
- Предельный – финальное состояние чугуна, из которого после производят другие изделия. Как самостоятельное элемент не используется.
Чугун активно используется в средах с повышенными климатическими условиями благодаря высокой устойчивости к температурным перепадам. Также изделия из чугуна применяются в быту: раковины, радиаторы, мойки, ванны.
- есть марки равные стали по прочности;
- тепло равномерно распределяется по поверхности;
- экологически чистый материал;
- повышенная устойчивость к кислотно-щелочным средам;
- повышенная гигиеничность;
- продолжительная эксплуатация.
- стоимость выше, чем у стали;
- белый чугун более хрупкий, чем сталь, а серый менее пластичный.
Характеристики стали
Сталь – это сплав, который состоит из железной руды и углеродной примеси. Классический рецепт – это менее 2% углерода. Однако есть и высоколегированные марки, где углерода 20-40%.
Россия входит в Топ-5 стран по выплавке стали в мире. Популярность материала объясняется. Существует масса видов и типов стали, которые отличаются по прочности, стойкости к коррозии и температурным перепадам.
- Обязательное наличие в сплаве в унифицированных пропорциях углерода и железной руды. Первый дает вязкость, а второй повышенную прочность.
- Сплав всегда содержит мелкие вкрапления: 1.2% кремния и 0.5% марганца.
- Чтобы изменить свойства материала, в него добавляют в унифицированных пропорциях другие металлы.
Существует масса вариантов классификации стали. Рассмотрим несколько параметров.
Химия
Углеродистые – классификатор намекает на ввод в состав сплава углерода. В одних марках не более 0.3% примеси, а максимальные значения не превышают 0.7%.
Легированные – в продукт добавляют примеси металлов и веществ, чтобы получить новые свойства. В «низких» марках процент примесей не более 2.5%, а предельные значения – до 10%.
Структурный состав
Перлитная сталь – это чистый продукт с малыми вкраплениями примесей. Мартенситная отличается обилием добавочных веществ в составе, как и аустенитная. Разница между последними двумя в пропорциях и количестве примесей.
Раскислитель
Спокойная – это полностью чистый материал без закиси железа. Ее применяют из-за повышенной себестоимости и добавочной цены исключительно в стратегически важных узлах сооружений.
Полуспокойная – материал твердеет без кипения, однако на поверхности материала все же остаются небольшие вкрапления пузырьков газа. Кипящая – это продукт низкого качества с большим количество газовых вкраплений, которые при дальнейшем использовании вызывают дефекты, например, при сварке.
Сталь производится мартеновским методом, а также конвертерно-кислородной. Еще есть прямой способ и электроплавильный.
Как отличить чугун от стали
Отличить чугун от стали можно за счет пары-тройки экспериментов:
- По излому – метод подойдет, если изделие больше не будет использоваться. На изломе чугун темно-серый, а вот сталь светлая с глянцевым блеском. На изломе у чугунных изделий трещины больше видны из-за повышенной хрупкости материала.
- Сверление – стальная стружка при сверлении отверстия вьется по мере движения сверла. Стружка чугуна тут же крошится и легко превращается в пыль.
- Шлифование – здесь используется шлифовальная машинка. Критерий оценки – это искры. Если их мало и с красноватым оттенком, это чугун. Стальные искры более желтые или белые, и их много.
Единственная схожесть у чугуна и стали – это наличие в составе углерода. В остальном перед нами разные материалы, использующиеся под разные нужды в народном хозяйстве и промышленности.
11 базовых характеристик, чем отличается чугун от стали
Чем отличается сталь от чугуна: преимущества/недостатки чугуна и стали в промышленности и быту + 3 особенности стальных сплавов + 5 критериев классификации металла + разбор 11 базовых характеристик сплавов + 3 метода определения материала.
Сталь и чугун – два наиболее популяризированных материала в промышленности. Помимо глобального значения для металлургии, сплавы часто используются в бытовых условиях.
В сегодняшней статье мы опишем особенности данных материалов + расскажем, чем отличается чугун от стали + каким образом можно определить находящийся перед глазами металл вообще.
Что такое сталь?
В мире почти не имеется инструментария/оборудования, в содержании которого не присутствовала бы сталь. Материал настолько плотно вписался в жизнь человечества, что представить свое существование без данного сплава очень проблематично.
Первые образцы сплава были обнаружены еще в Турции. Возраст вещей насчитывал более 3 700 лет, а это значит, что стальные предметы пользовались популярность еще до нашей эры. Войны прошлого не обходились без использования стального оружия – дешево и прочно. Технология промышленного литья была разработана в начале 19 века Гентсманом.
1) Структура и достоинства сплава
Большинство сплавов стали – это углерод + железо в разных пропорциях. Классический вариант материала имеет не более 2% углерода. Если речь о высоколегированных марках стали, то доля других металлов в составе может колебаться от 20% до 40%.
| Преимущества стали | Недостатки материала |
|---|---|
| Материал имеет хороший запас прочности с твёрдостью. | Слабое сопротивление коррозии чистых марок стали без специальных легирующих добавок. |
| Обилие свойств, обусловленное вариативностью наполнения чистого железа легирующими примесями + методы обработки. | |
| Упругость с вязкостью в оптимальном соотношении. Идеально для удержания статики, динамики и ударных нагрузок. | Увеличенная электромеханическая коррозия из-за свойства по накоплению электрической энергии. |
| Просто нарезать, варить и сгибать. | |
| Длительный срок эксплуатации за счет высокого запаса прочности. | Существенный вес стальных конструкций + высокий риск брака из-за многоэтапного процесса изготовления. |
| Простота и дешевизна литья. |
Лидерами в изготовлении стали считается Китай, и Япония с Индией. Россия стабильно входит в топ-5 стран по объемам производства, в том числе. Взяв во внимание географию ведущих производителей, легко догадаться, что Азия – это лидер стали в мире.
Важно: сталь не относится к чистым химическим элементам — это соединение на основе нескольких.
Широкий ассортимент стальных сплавов с различным уровнем прочности, стойкости к коррозии и прочим уникальными характеристиками возможен благодаря «гибкости» материала в отношении соединений с другими компонентами.
Особенности стальных сплавов:
- обязательное наличие 2 компонентов – углерода и железа. Первый отвечает за вязкость, а второй – прочность;
- при всем обилии методов добычи стали, полностью чистых вариаций добычи не существует. Любой сплав будет иметь до 1.2% кремния и до 0.5% марганца. При незначительных вкраплениях, такие примеси не сильно влияют на свойства получаемого сплава;
- для изменения свойств материала, в сплавы искусственным путем вводятся другие металлы в технологически оговоренных пропорциях.
Важно заметить, что для смены характеристик сплава иногда достаточно ввода всего 5% легирующего компонента. Такой разнобой позволяет масштабировать производство металла по усмотрению владельца, основываясь на спросе или уровне конкуренции внутри локального/глобального рынка.
2) Классификация стали
В 2020 году трудно определить весь перечень марок стали, которые доступны в рамках производства по всему миру. Каждые пару недель добавляются новые вариации материалов, а если брать во внимание и авторские разработки, число разновидностей стальных сплавов может быть в разы больше от известного сейчас официально.
Детальнее о распределении стальных сплавов расскажет таблица ниже.
| Классификатор | Составляющие | Описание |
|---|---|---|
| Химия | Углеродистые | Распределение происходит в зависимости от доли содержания углерода. Для малоуглеродистых типов стали – это не более 0.3%, а пиковое значение не более 0.7%. |
| Легированные | Стали с добавками из марганца, хрома, никеля, молибдена и прочих элементов. Низколегированная сталь содержит не более 2.5% примесей, а высоколегированные – выше 10%. | |
| Структурный состав | Перлитная | Чистые марки стали с небольшим содержанием углерода и легированных примесей. |
| Мартенситная | Разновидности материала с большим числом и объемами добавок. | |
| Аутенитная | Высокое содержание примесей – высоколегированные марки стали. | |
| Раскислитель | Спокойная | Сталь без примесей закиси железа. Из-за дороговизны производства используется только в стратегических узлах металлоконструкций. |
| Полуспокойная | Отвердевает без кипения, однако, имеются мелкие вкрапления газовых пузырьков. Часть из них удаляется во время прокатки металла. | |
| Кипящая | Сталь содержит газы, которые отображаются в характеристиках материала – трещины при сварке и прочие дефекты. | |
| Назначение | Строительные | Марки сталей, от которых требуют качественного сопротивления статическим/динамическим нагрузкам. Материал обязан хорошо поддаваться сварке. |
| Инструментальные | Стали с высоким содержанием легирующих компонентов и углерода. Существуют штамповочные и режущие подтипы инструментальных сталей. Материалу присуща высокая теплостойкость, твердость + износостойкость. | |
| Конструкционные | В составе малое содержание марганца. Используются для решения большинства рутинных задач при строительстве. | |
| Примеси | Рядовые | Вкрапление серы до 0.06%, а фосфора до 0.08%. |
| Качественные | Вкрапление серы до 0.04%, а фосфора до 0.033% | |
| Высокого качества | Вкрапление серы до 0.026%, а фосфора до 0.023% | |
| Особо высокого качества | Вкрапление серы до 0.014%, а фосфора до 0.023% |
Благодаря корректировкам легирующих вкраплений + определенному методу изготовления, в каждой из групп можно выделить еще от 20 до 100 марок материала.
3) Производство стали + ценообразование
Суть изготовления стали – это выведение из чугуна лишних примесей . Для получения стального сплава, содержание серы и фосфора обязано опуститься ниже отметки в 0.1% — эти два химических элемента делают материал хрупким с низким порогом ломкости.
О методах изготовления стали расскажет таблица ниже.
| Метод | Суть | Распространенность (из 5 ★) |
|---|---|---|
| Мартеновский | Основан на переплавке чугуна с рудой в особой печи при температурном режиме более 1 900 градусов по Цельсию – это позволяет выжечь лишний углерод. Легирующие компоненты добавляются в конце процесса. Далее, материал идет на прокат. | ★★★★★ |
| Конвертерно-кислородный | Метод с повышенной КПД. Из чугуна в печи «выдувают» примеси смесью кислорода с воздухом. Отжиг происходит быстрее + качество выше. | ★★★★ |
| Электроплавильный | Переплавка материала производится при температурном режиме более 2 100 градусов. Процесс протекает в печи закрытого типа – это исключает доступ газов. Из-за дороговизны используется редко, и только для высоколегированных марок. | ★★ |
| Прямой | Продувка чугуна производится на месте добычи. В роли топлива выступает природный газ – смесь кислорода, аммиака и прочих элементов. Температурный режим -1 000+ градусов. | ★★★ |
После применения одного из методов, процесс изготовления стали не завершается. Результатом работы должен быть материал с высоким запасом прочности, а достигнуть таковых результатов без дополнительных методов обработки не получится.
| Направление | Метод | Описание |
|---|---|---|
| Термическое | Отжиг | Сталь резко поддается температурному нагреву, после чего, охлаждается на разной скорости. |
| Закалка | Перегрев + быстрое остывание. | |
| Отпуск | Дополнение закалки для уменьшения напряжения сплава. | |
| Нормализация | Аналог отжига, но на воздухе. | |
| Термомеханическое | Высокотемпературный | Механическое воздействие происходит при сохранении материалом нагрева. |
| Низкотемпературный | Холоднокатаная сталь. Сначала идет нагрев, потом частичное охлаждение до предела в 400-500 градусов, и дальнейшая закалка. | |
| Термохимическое | Цементация | Верхняя часть поверхности стали насыщается углеродом, что делает корку более износостойкой. |
| Азотирование | Вкрапление в материал азота для получения верхнего защитного слоя. | |
| Цианирование | Совокупное насыщение азотом и углеродом. |
Цена на сталь столь же разнообразна, как и ее количество марок. На биржах для удобства используют термин «условная сталь» — от 230$ за 1 тонну материала. Если речь идет о нержавеющих марках, стоимость может повышаться до 2 000$ за 1000 кг и более.
Что такое чугун?
Чугун является сплавом ферума с углеродом, но долевое содержание второго обязано быть выше 2%. В обратном случае – это будет уже сталь. Впервые литьем материала начали заниматься в Китае – Х век. Далее, чугун равномерно распределился по всем развитым уголкам планеты, и стал одним из самых распространенных металлических сплавов на земле.
В топ-5 стран по объемам производства чугуна входят Китай, Япония, Россия, Индия и Корея. Высокий спрос материала следует не только из-за его бытового применения. Чугун часто используют как основу для изготовления стальных сплавов , а это значит, что по объемам материала требуется крайне много.
| Преимущества чугуна | Недостатки сплава |
|---|---|
| Некоторые марки чугуна имеют уровень прочности сродни стали. | При длительном воздействии воды, на поверхности чугуна начнутся процессы коррозии. |
| Равномерное распределение тепла + длительное его хранение. | |
| Эко-материал, а потому безопасен при производстве посуды. | Стоимость чугуна выше классической стали. |
| Имеет стойкость к кислотно-щелочным средам. | |
| Высокий уровень гигиеничности. | Серый чугун не пластичен, а белый слишком хрупкий. |
| Долговечность за счет высокого сопротивления коррозии. |
Выделяют 2 основных типа чугуна – белый и серый. Первый является материалом для изготовления ковкого чугуна, а второй имеет более широкие области применения как в промышленности, так и быту.
С особенностями добычи сплавов можете ознакомиться на рисунке выше. В процессе создания сплава, важную роль отыгрывает легирующая добавка (как и в случае со сталью). Число примесей насчитывает сотни, но к наиболее популярным относят 4 элемента.
Популярные примеси при изготовлении чугуна:
- сера. Понижает уровень тугоплавкости вещества + снижает его текучесть в жидком состоянии;
- фосфор. Снижает прочность, но взамен дает возможность разработать изделие более сложной формы;
- кремний. Понижает литейную температуру. Доля примеси меняет тип чугуна;
- марганец. Увеличивает прочность чугуна, но негативно сказывается на литейных и технологических свойствах сплава.
Помимо перечисленного списка, часто добавляется титан, никель, медь и алюминий. Примеси влияют как на химические свойства чугуна, так и его физику со структурой. В последнем случае имеется специальная классификация – перлитный, ферритный и перлитно-ферритный разновидности чугуна.
Отличие кроется в микроструктуре графита – шаровидный, пластичный, хлопьевидный или вермикулярный. Последняя форма создана специально для повышения качественных характеристик серого чугуна.
Области применения чугуна:
- основа для коленвалов и двигательных блоков. Хорошо зарекомендовал себя также при производстве тормозных колодок;
- одно из положительных свойств чугуна – устойчивость к температурам, что позволяет материал использовать при изготовлении оборудования, которое нацелено на жесткий климат с низкими температурами;
- изделия в металлургии ценятся за адекватную прочность с высокими показателями износостойкости;
- бытовое применение чугуна известно всем – раковины, батареи, мойки и так далее. Дороже обычной стали, но по качеству куда выше.
Материал даже нашел свое место среди любителей прекрасного. Чугун – это классический материал для произведений искусства, связанных каким-либо образом с металлами вообще. А кованые ворота – это признак состоятельности по сей день.
Чем похожи, и чем отличается сталь от чугуна?
Из-за широкого распространения материала, мы соприкасаемся с ним практически каждый день. Необходимость в знаниях, чем отличается чугун от стали возникает у небольшой части людей. Обычно – это либо работники металлургии/промышленности, или приемщики (сдающие) по металлу.
Полезно знать, в чем кроется различие материалов и для хозяек, ведь чугунные изделия куда дороже стальных аналогов. Будет обидно переплатить в 3-5 раз, и в итоге, попасться на обман настырного торгаша с рынка.
1) Схожесть/различие базовых характеристик
Общее между чугуном и сталью – категория материала. И первый, и второй имеют в своем составе углерод с железом. На этом общие черты сплавов заканчиваются. Даже при добавлении одинакового количества легирующих элементов, получаемый результат в эквиваленте характеристик не будет схож на 100% и даже 80%.
Теперь по различиям. Для упрощения восприятия, данные предоставим в виде таблицы.
| Характеристика | Сталь | Чугун |
|---|---|---|
| Доля углерода в сплаве | Более 2% | Менее 2% |
| Содержание неметаллических примесей – серы, фосфора, магния и так далее. | Минимум | Большое количество |
| Хрупкость | Средне | Сильная |
| Уровень твердости | Высокий | Средний |
| Прочность | Выше чугуна | - |
| Уровень ковкости | Выше чугуна | - |
| Простота литья | - | Выше стали |
| Теплопроводимость | - | Выше стали |
| Закалка | Нужна | Не обязательно |
| Методов обработки | Больше чугуна | - |
| Масса | - | Больше стали |
Уже на основании представленной выше информации можно сделать определенные выводы, даже просто взяв два образца материалов в руки. Важнейшим же отличительным признаком на уровне состава является доля углерода. Если в сплаве содержится 2.5% данного элемента – сплав считается уже чугунным, а не стальным.
Методы определения стали и чугуна в домашних условиях:
2) Чем отличается чугун от стали: методы определения материала
Существует 2 направления по выявлению типа материала – лабораторный и практический. Естественно, для более точных данных, таких как тип сплава, его легирующие добавки, содержание углерода до сотой доли процента и так далее, придется использовать методы спектрального и микроскопического анализа.
Для бытовых нужд, когда необходимо знание исключительно названия сплава, сгодятся и способы механического воздействия на элемент исследования.
| Метод | Описание |
|---|---|
| По излому | Приемлемо для элементов, которые пойдут далее на лом, ибо в процессе придется исследовать сплав в разрезе. Как его получить – это уже дело техники по усмотрению испытателя. Чугун на сломе темно-сероватого матового оттенка, а сталь имеет светлую глянцевую текстуру. В местах излома трещины у чугуна более выражены, ибо по характеристикам металл считается более хрупким. |
| Сверление | Выбираем сверло мелкого диаметра и проделываем неглубокое отверстие в исследуемом элементе. Стружка металла имеет витую форму, а длина кусков достигает длины самой насадки сверла. Чугунная стружка крошится сразу, и ее легко стереть в порошок. |
| Шлифование | Основным инструментом выступает шлифовальная машинка. Критерием оценки материала будет служить искра. У чугунных изделий она короткая и с красноватым оттенком + их мало. Стальные искры продолговатой формы с яркими цветами выраженного желтого и белого оттенков. |
Последний способ определения может дать и 3-й результат – багровая искра с маленькими звездочками. Такое поведение при шлифовании материала говорит о повышенном содержании углерода в высоколегированных марках стали.
Надеемся предоставленная информация помогла вам разобраться, чем отличается сталь от чугуна. Большинство чугунных изделий априори выделяются на фоне стальных, потому, зная разницу весе и структуре, выявить, где какой сплав будет проще простого.
Чем чугун отличается от стали?
Многие люди довольно часто путают чугун и сталь. Эти металлы действительно очень схожи друг с другом, однако между ними есть и ряд определённых различий. О том, в чём же заключается разница между чугуном и сталью, расскажем в этой статье.
Как отличить визуально?
В первую очередь чугун от стали можно отличить на глаз. Так, если предмет сделан из чугуна, то на его сломе можно будет разглядеть сероватый матовый оттенок, в то время как железо в этом же месте будет более светлым и обладать глянцевой текстурой. Общий цвет изделия тоже поможет точно определить, из чего оно сделано: из железа или чугуна. Так, стальные изделия будут светлее по оттенку, нежели чугунные. Чаще всего к этому добавляется и глянец. Чугунные же изделия будут более тёмными, а их поверхность – матовой.
Стоит обратить внимание и на трещины, если таковые присутствуют на изделии. Так, предметы из стали, как правило, являются высокоуглеродистыми, а потому трещинки на них будут создавать эффект раскола. В это же время трещины на чугунных изделиях, которые являются низкоуглеродистыми, будут выглядеть как разрывы пластичного типа.
Отличить чугун от стали можно и по физико-техническим характеристикам. Так, самое главное, что нужно знать, – это то, что в чугуне содержится больше 2,14% углерода. У стали же значение обычно ниже. Из этого вытекает ряд признаков, присущих чугуну: он лёгкий, твёрдый, чёрный и обладает низкой температурой для плавления. Сталь же за счёт низкого содержания в своём составе углерода тяжелее и обладает высокой прочностью и твёрдостью. Кроме того, этот металл легко поддаётся обработке, именно по этой причине его так часто используют для сварки, резания, проката и ковки – этим обуславливается и высокая теплопроводность таких изделий. Конструкции же из чугуна можно сделать только с помощью литья, из-за чего они обладают повышенной пористостью, что не очень хорошо отражается на их теплопроводности.
Стоит отметить и тот факт, что для чугуна, как правило, закалка не требуется, тогда как стали она очень нужна. При этом при производстве, если коснуться основных фаз, чугун является первичным продуктом, а сталь, в свою очередь, конечным – данный фактор значительным образом влияет на ценообразование и легко объясняет высокий ценник на последний металл. Кроме того, стоит обратить внимание и на ряд других физико-химических характеристик этих металлов.
Так, чугун отличается своей шероховатостью и тёмным цветом, а плавится он при температуре от 1000 до 1600 градусов, остывая при этом примерно за 10 минут. В составе, помимо углерода, он имеет фосфор, кремний, молибден, серу и марганец, а также ряд других добавок. Плотность этого металла может варьироваться от 7200 до 7600 кг/м3, а его удельная теплоёмкость составляет 540 Джоулей. При этом стоит обратить внимание на пониженную пластичность чугуна. Кроме того, он легко магнитится за счёт высокого содержания углерода в составе, а также крошится, если на него воздействует давления, отличается склонностью к образованию трещин и обладает повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью.
Данный металл часто используют для создания корпусных деталей, блоков, а также для выплавки сталей, где он является главной шихтовой составляющей. Кроме того, его часто задействуют для изготовления посуды, больших труб, корпусов тех или иных станков, а также двигателей. Сталь же, в свою очередь, отличается характерным отблеском и является сплавом железа и углерода, плавится она при температуре от 1300 до 1500 градусов. Этот металл отличается своей гладкостью, его плотность варьируется в пределах от 7700 до 7900 кг/м3, а теплоёмкость составляет около 462 Джоулей. Кроме того, сталь пластична и легко легируется с разными химическими элементами, что необходимо для смены характеристик и назначения. А вот магнитится данный материал не всегда, это во многом зависит от особенностей его состава.
Стоит отметить и то, что эта разновидность легко поддаётся обработке давлением, однако обладает пониженной коррозионной стойкостью. Металл активно используют в машиностроении и приборостроении. Он также подходит для изготовления деталей разной сложности, столовых приборов, кузнечных и слесарных инструментов, а также хирургических принадлежностей.
Чем отличается чугун от стали
Чугунные сковороды и казаны, легендарные чугунные радиаторы и ванны, стальные ножи и кастрюли – это предметы, изготавливаемые из сплава железа и углерода (C). Казалось бы, материал одинаковый, но разница видна невооруженным глазом. Действительно, несмотря на одинаковый состав, эти материалы имеют разные характеристики. Так чем отличается чугун от стали, и можно ли их идентифицировать в домашних условиях?
Чтобы определить отличия чугуна и стали, следует рассмотреть каждый из этих металлов более подробно. Для получения определенных физических свойств в каждый из этих сплавов добавляется углерод. Он снижает пластичность и вязкость сплавов железа, делая их тверже и прочнее.
В стали содержание C не превышает 2,14%. Кроме него, туда добавляются легирующие компоненты в виде никеля, хрома, молибдена и пр. Их количество не должно превышать 53%.
Это соединение пластично, благодаря чему легко поддается обработке. Качество повышается в процессе закаливания. Кроме этого оно обладает высокой теплопроводностью. Температура плавления варьируется в пределах 1450°-1520°С.
Прежде чем рассматривать, чем отличается чугун от стали и их различия, следует изучить их характеристики. В зависимости от сферы применения, стальные соединения делятся на следующие типы:
Конструкционный тип соединений обладает определенными механическими, физическими и химическими свойствами. В зависимости от количества вредных примесей, выделяют следующие подтипы:
- обыкновенный (содержание фтора и серы не превышает 0,05%);
- качественный (менее 0,035%);
- высококачественный (менее 0,025%);
- особовысококачественный (менее 0,015%).
Конструкционные соединения применяются в строительстве и машиностроении. Из них изготавливают различные детали, механизмы, конструкции массового назначения.
Инструментальная сталь содержит более 0,7% углерода, с помощью которого удается придать ей высокую твердость и прочность. Эта разновидность идеально подходит для изготовления ножей, клинков и другого инструмента и делится еще на два подвида:
- качественную, где содержание серы и фосфора не превышает 0,03%;
- высококачественную, где эти показатели не превышают 0,02%.
Выпускается в листовом прокате, полосах, мотках проволоки и прутках различного сечения.
По содержанию С это соединение делится на следующие типы:
- малоуглеродистое (содержание C не превышает 0,25%);
- среднеуглеродистое (не более 0,55%);
- высокоуглеродистое (не более 0,85%).
По содержанию легирующих компонентов материал делится на низколегированный, среднелегированный и высоколегированный.
Основные характеристики чугунных изделийТеперь следует рассмотреть, чем отличается чугун от стали по составу и свойствам. Беря в руки чугунную сковороду, наверняка каждая хозяйка задавалась вопросом: «Чугун – это металл или нет?». Это металл, причем состоящий все из того же Fe и C. Только доля углерода в нем превышает 2,14%.
То есть чугун – это сплав железа с углеродом, который в нем содержится в виде цементита (карбида железа) или графита (минерала, являющегося одной из модификаций C). Именно эти вещества и определяют цвет готового изделия.
Температура плавления варьируется в пределах 1160°С-1250°С и находится в прямой зависимости от содержания C – чем больше этого вещества, тем ниже температура. Сравнительно низкая температура плавления повышает текучесть, ухудшая пластичность, повышая хрупкость и делая невозможной дальнейшую обработку.
Разница стали и чугуна заключается в том, что последний не поддается обработке путем сварки и ковки. Все изделия изготавливаются только путем литья.
В зависимости от формы и количества этих веществ, данное соединение подразделяется на несколько подвидов.
Белый. В состав этого материала входит цементит, который на изломе белый. Поэтому такой сплав имеет светлый цвет. Углерод в нем находится в связанном виде. А в зависимости от его количества данный материал делят на эвтектический (C не превышает 4,3%) и заэвтектический (C не превышаете 6,67%)
Из белых подтипов в основном изготавливают ковкие чугунные сплавы, получаемые путем отжига.
Серый. Здесь практически весь углеродистый компонент содержится в виде пластинчатого графита, придающего ему серый оттенок. В состав входит кремний и постоянные примеси в виде магния, фосфора и серы.
Ковкий. Получают в результате длительного отжига белого вида материала. В процессе данных манипуляций образуется графит. А свое название материал получил благодаря повышенной пластичности и вязкости. Ковкая разновидность очень прочная с высоким ударным сопротивлением. Из такого материала изготавливают детали для автотехники.
Высокопрочный. В структуре данного вида присутствует шаровидный графит, образующийся в процессе кристаллизации. В отличие от пластинчатого, шаровидный графит не сильно ослабляет металлическую основу, что улучшает прочность металла.
Предельный. Этот вид подвергается дальнейшей переработке и не используется в качестве самостоятельного металла.
Подведение итоговРассмотрев свойства чугуна и стали, можно приступать к подведению итогов. Различие заключается в содержании углерода в стали и чугуне (в первом сплаве его меньше, во втором – больше).
Стальные изделия обладают следующими характеристиками:
- повышенной твердостью и прочностью;
- высокой температурой плавления;
- более высоким удельным весом;
- легкостью обработки;
- высокой теплопроводностью.
Теперь следует рассмотреть, какой металл чугун, и каковы его характеристики. К их числу относятся:
- хрупкость;
- более низкая температура плавления и удельный вес;
- низкая теплопроводность;
- невозможность обработки.
За счет высокого содержания углерода, все чугунные изделия изготавливаются методом литья. Этот металл не поддается сварке и ковке. В отличие от стальных предметов, они имеют серый цвет, а их поверхность матовая.
Стальные изделия светлые и блестящие. Стальные конструкции быстро нагреваются и остывают. Чугунные нагреваются очень медленно и долго сохраняют тепло.
Хотя в состав стали и чугуна входят аналогичные компоненты, их отличия очевидны. Это два разных металла, имеющие различные свойства и характеристики.
Оба материала относятся к группе черных металлов. Внешне их сложно различить, а некоторые свойства перекликаются между собой. Это объясняется тем, что и сталь, и чугун представляют собой углеродистые сплавы железа. Именно содержание Fe и C определяет их главное различие.
Сталь ‒ это сплав железа и углерода, соотношение которых составляет от 45% и до 2% соответственно. В зависимости от марки в состав могут входить никель, хром, кремний, марганец и прочие добавки. Вариативность легирующих компонентов обеспечивает материалу обилие свойств.
Углерод отвечает за твердость и прочностные характеристики сплава. Благодаря ему металл обладает высокой прочностью, пластичностью, легко поддается обработке.
- по наличию легирующих компонентов:
- низколегированную;
- среднелегированную;
- высоколегированную;
- по содержанию углерода:
- низкоуглеродистую;
- среднеуглеродистую;
- высокоуглеродистую.
Температура плавления всех марок находится в диапазоне от 1450 до 1520 °С. Плотность составляет 7700-7900 кг/м3.
Применяют сталь повсеместно: в промышленности при производстве различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и прочих изделий, в быту мы пользуемся стальными столовыми приборами, кухонной утварью, предметами интерьера, мебелью и т.д.
Железо и углерод также являются основой чугуна. Количество последнего составляет от 2%. Сырье также легируют различными добавками: фосфором, марганцем, кремнием и другими.
В зависимости от сформированной кристаллической решетки (цементит / графит) выделяют следующие типы чугуна:
- белый ‒ наличие цементита определяет цвет излома, благодаря которому материал получил название «белый», одновременно с твердостью обладает хрупкостью, путем отжига из него изготавливают ковкие чугуны;
- серый ‒ содержание графита в большом количестве определяет цвет сырья и его пластичность, легок в обработке, в состав входят кремний, магний, фосфор, сера;
- ковкий ‒ длительный отжиг белого чугуна образует графит, который придает металлу высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость;
- высокопрочный ‒ образование шаровидного графита в процессе кристаллизации обеспечивает материалу повышенную прочность;
- предельный ‒ подвергается дальнейшей обработке, не применяется, как самостоятельная единица.
Температура плавления чугуна составляет от 1160 до 1250 °С, зависит от содержания в нем углерода. Чем больше элемента в составе, тем меньше его температура и выше текучесть при нагревании. Такая зависимость определяет хрупкость материала.
Производство чугуна и стали
Чугун изготавливают в доменных печах из железной руды (агломерата), кокса, известняка и горячего воздуха. Сначала закладывают кокс, а затем послойно агломерат и кокс. В нижнюю часть печи через специальные отверстия подается горячий воздух, обогащенный кислородом.
Кокс, сгорая в домне, образует углекислый газ, который проходя через слои сырья, высвобождает оксид углерода. Таким образом руда постепенно претерпевает превращения. К ней добавляют известняк. Появляется силикат кальция, который отделяется в виде шлака. Окись углерода является главным восстановителем железа. Образование чугуна происходит за счет опускания Fe в более горячую часть домны и растворения в нем C.
Сталь производят из чугуна путем снижения количества углерода, серы, фосфора, марганца. Сплав получают в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах.
Определить, какое изделие перед вами находится, стальное или чугунное, можно тремя способами:
Читайте также: