Что прочнее сталь или чугун
Обновлено: 01.05.2024
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.
Характеристики стали
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.
Характеристики чугуна
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.
Как отличить чугун от стали
Определить, какое изделие перед вами находится, стальное или чугунное, можно тремя способами:
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 отличается чугун от стали
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.
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.
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.
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.
27.08.2021
Продукция черной металлургии широко применяется во многих отраслях народного хозяйства, а черный металл всегда востребован в строительстве и машиностроении. Чугунные и стальные изделия металлургической промышленности используются как в быту, так и на производстве. Оба материала представляют собой особенные сплавы железа и углерода.
Основой для изготовления чугуна или стали служит железо. В природе это – металл с серебристым отливом, не имеющий достаточной твердости. Такой металл практически не используется в промышленности, а широкое применение получили различные сплавы железа.
И чугун, и сталь относятся к группе черных металлов. Именно содержание железа и углерода является их главным отличием.
Сталь
Применяется сталь повсеместно. В промышленности при производстве различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и прочих изделий. В быту сталь представлена стальными столовыми приборами, кухонной утварью, предметами интерьера, мебелью и т.д.
Сталь ‒ это сплав железа и углерода. Содержание углерода в стали - не более 2% (он увеличивает прочность), а железа не меньше 45%. Также в состав стали могут входить никель, хром, кремний, марганец и прочие добавки.
Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость.
Хром увеличивает прочность стали, ее твердость и сопротивляемость износу.
Кремний добавляет прочности, твердости и упругости стали, снижает ее вязкость.
Марганец улучшает свариваемость и прокаливаемость.
В зависимости от сферы применения, марки стали делятся на следующие типы:
Конструкционная сталь используется в строительстве и машиностроении. Из неё изготавливают различные детали, механизмы, конструкции массового назначения.
Инструментальная сталь имеет высокую твердость и прочность. Этот тип стали идеально подходит для изготовления ножей, клинков и другого инструмента.
По наличию легирующих компонентов марки стали бывают:
По содержанию углерода марки стали бывают:
низкоуглеродистые - содержание углерода не превышает 0,25%;
среднеуглеродистые- не более 0,55%;
высокоуглеродистые- не более 0,85%.
По содержанию неметаллических элементов с таль бывает:
обычная- содержание фтора и серы не превышает 0,05%;
качественная- менее 0,035%;
высококачественная- менее 0,025%;
особо высококачественная сталь- менее 0,015%.
Качество стали повышается в процессе закаливания. Также этот сплав обладает высокой теплопроводностью. Температура плавления всех марок стали находится в диапазоне от 1450 до 1520 °С.
Чугун
Чугун - это тоже металл, сплав железа с углеродом. Только доля углерода в нём превышает 2,14%.
Углерод в чугуне содержится в виде цементита (карбида железа) или графита (минерала, являющегося одной из модификаций углерода). Именно эти вещества и определяют цвет готового чугуна.
В зависимости от состояния и содержания углерода чугун различают на:
Белый чугун
В состав этого сплава входит цементит, который на изломе белый. Из-за этого цвета он и получил такое название. Углерод в нем находится в связанном виде. Белый чугун одновременно с твердостью обладает хрупкостью. Из такого чугуна в основном изготавливают ковкие чугунные сплавы, получаемые путем отжига.
Серый чугун
Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода. Также в состав входят и постоянные примеси в виде магния, фосфора и серы. В составе такого сплава практически весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Из-за наличия графита излом этого чугуна имеет серый цвет.
Ковкий чугун
Ковкий чугун получают в результате длительного отжига белого чугуна. В результате данного процесса образуется графит хлопьевидной формы, который придает сплаву высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость. Свое название чугун получил благодаря повышенной пластичности и вязкости. Ковкий чугун довольно прочный с высоким ударным сопротивлением. Из такого металла изготавливают детали для автотехники.
Высокопрочный чугун
Такой сплав имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. В отличие от пластинчатого, шаровидный графит не сильно ослабляет металлическую основу, что улучшает прочность чугуна. Поэтому и название у него – высокопрочный.
Предельный чугун.
Данный вид чугуна подвергается дальнейшей переработке и не используется в качестве самостоятельного металла.
Температура плавления чугуна составляет от 1160 до 1250 °С, зависит от содержания в нем углерода. Чем больше элемента в сплаве, тем меньше его температура и выше текучесть при нагревании. Такая зависимость определяет хрупкость материала.
Разница стали и чугуна заключается в том, что последний не поддается обработке путем сварки и ковки. Все изделия изготавливаются только путем литья.
Способы изготовления 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. Образование чугуна происходит за счет опускания железа в более горячую часть домны и растворения в нем углерода.
Сталь изготавливают из чугуна путем снижения количества углерода, серы, фосфора, марганца. Сплав получают в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах.
Три способа, как отличить чугун от стали.
Определить, какое изделие перед вами находится, стальное или чугунное, можно тремя следующими способами:
По излому (визуально). Его применяют для деталей, которые идут в лом или в качестве заготовок. На чугунном сломе виден матовый темно-серый оттенок, образовавшиеся трещины имеют выраженную структуру. Стальное изделие ‒ более светлое, поверхность глянцевая.
Сверление. При сверлении стальная стружка имеет витую форму, по длине она больше сверла и хорошо гнется. Чугунная стружка крошится при малейшем воздействии.
Шлифовка. После прохождения шлифовальной машиной на стальной поверхности образуется множество продолговатых искр желтого и белого цвета. У чугунных изделий искр меньше, они короче, красноватого оттенка.
Различия чугуна и стали. Выводы.
Рассмотрев в этой статье свойства чугуна и стали, можно сделать следующие выводы:
Основное различие заключается в содержании углерода в стали и чугуне. В стали углерода меньше, в чугуне больше.
повышенной твердостью и прочностью;
высокой температурой плавления;
более высоким удельным весом;
У чугуна следующие характеристики:
более низкая температура плавления и удельный вес;
Чугун не поддается сварке и ковке. Из-за высокого содержания углерода, все чугунные изделия изготавливаются методом литья. Изделия из чугуна имеют матовую поверхность и серый цвет.
Стальные же изделия светлые и блестящие. Элементы из стали быстро нагреваются и остывают. Чугунные нагреваются очень медленно и долго сохраняют тепло.
Сталь и чугун – это сплавы из железа и углерода, в их состав входят аналогичные компоненты. Но, не смотря на данный факт, отличия чугуна и стали очевидны. Это два разных металла, имеющие различные свойства и характеристики.
Изображения изделий на сайте приведены для общего представления модельного ряда и могут отличаться от реально-поставляемого товара!
Что тверже чугун или сталь
Чугун — это сплав железа с углеродом. По процентному содержанию железа содержится более 90%. Количество углерода колеблется в пределах 2,14- 6,67%. Благодаря этому элементу материал имеет высокую твердость, но появляется хрупкость. Это влечет ухудшение ковкости и пластичности. В некоторые виды для улучшения характеристики добавляются легирующие элементы: алюминий, хром, ванадий, никель.
Характеристика видов углеродистого металла
Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.
Состав сплава чугуна имеет разновидности:
- Половинчатый. Обладает повышенной хрупкостью, поэтому не нашел широкого применения.
- Ковкий. Ферритовая основа такого вида обеспечивает ему высокую пластичность. В изломе имеет черный, бархатистый цвет. Получается из белого, который томится длительное время при температуре 800−950 градусов.
- Высокопрочный. Отличие от других видов заключается в присутствии графита шаровидной формы. Получается из серого после добавления в него магния.
Индивидуальные свойства металла
Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:
В зависимости от наличия примесей появляется разница в свойствах материала.
К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:
- Сера уменьшает текучесть металла.
- Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
- Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
- Марганец дает прочность, но понижает текучесть.
Различия между чугуном и сталью
Содержание железа в стали составляет 45%, а процентное содержание углерода до 2. Для определения различий на глаз нужно обратить внимание на цвет. Сталь имеет светлый оттенок, а чугун темный.
Определить же процентное содержание примесей может только химический анализ. Если сравнивать температуру плавления чугуна и стали, то у чугуна она ниже и составляет 1150−1250 градусов. У стали — в районе 1500.
Чтобы отличить материал, нужно провести следующие действия:
- Изделие опускается в воду и определяется объем вытесненной воды. У чугуна плотность меньше. Она составляет 7,2г/см3. У стали — 7,7−7,9 г / см3 .
- К поверхности прикладывается магнит, который к стали притягивается лучше.
- При помощи шлифовальной машинки или напильника натирается стружка. Затем она собирается в бумагу и вытирается об нее. Сталь не оставит следов.
Плюсы и минусы материала
Как и любой материал, чугун имеет положительные и отрицательнее стороны. К положительным качествам относятся:
Однако и минусы тоже присутствуют. К ним относятся:
- при длительном нахождении в воде поверхность покрывается ржавчиной;
- высокая стоимость материала;
- низкая пластичность серого вида чугуна;
- хрупкость.
Чугун — это металл, который характеризуется высоким содержанием углерода. Благодаря этому у него присутствуют качества, которые бывают необходимы для промышленных и бытовых целей.
Чугун и сталь – это сплавы железа с углеродом, но от содержания этих элементов и примесей будет зависеть качество металла.
Чугун – первичный продукт металлургии. В его составе содержится углерода более 2% и значительное количество примесей, влияющих на свойства металла: марганец, фосфор, кремний, сера, легирующие добавки.
Чугун относят к хрупким металлам, его можно легко разбить на осколки при ударе, поэтому он менее практичен в обработке и применении. Вид углерода, содержащегося в чугуне, влияет на его свойства, поэтому различают несколько видов чугуна:
– серый, мягкий металл с низкой температурой плавления;
– белый, с повышенной твердостью, но хрупкий;
– ковкий, вторичный продукт белого чугуна;
Плотность чугуна составляет 7000 кг/м3.
Процентное содержание углерода в сплаве не должно превышать отметку 2%, а железо составлять не менее 45%. Оставшиеся 53% могут содержать различные легирующие добавки и примеси, которые позволяют изменять его свойства.
Существует большое количество разновидностей и классификаций. В зависимости от количества связующих элементов различают:
Также различают по количеству углерода:
На качество металла влияет наличие неметаллических включений (оксиды, сульфиды, фосфиды) и существует классификация по качеству.
Общая характеристика это – металл, обладающий хорошей прочностью, износостойкостью, твердостью, пригоден для различных видов обработки. Плотность стали 7700 – 7900 кг/м3.
Не смотря, на большое количество разновидностей чугуна и стали, можно выделить основные параметры различия этих металлов:
– сталь обладает большей прочностью, пластичностью и твердостью;
– более пластична, поэтому хорошо поддается обработке (штамповке, ковке, прокатке, сварке), изделия из чугуна выполняют методом литья;
– чугун имеет меньшую стоимость;
– сталь имеет высокую теплопроводность, качество повышают методом закаливания, а чугун из-за пористости металла способен удерживать тепло;
– сплавы имеют различный удельный вес.
Металлургия поставляет на рынок сотни разновидностей того и другого сплава, которые имеют свои особенности и характеристики, но обязательными компонентами этих металлов являются железо и углерод. Поэтому сталь и чугун можно объединить в группу железоуглеродистых сплавов.
Среди металлов, производимых в одном технологическом процессе выделяются одни из самых распространенных — сталь и чугун. При том, что один делается в результате переделки другого, эти металлы существенно отличаются друг от друга, как по своему составу, так и по использованию в экономике.
Как варят сталь
Сталью называют железо-углеродистый сплав, в котором содержание углерода не превышает 3,4 процентов. Обычный показатель — в пределах 0,1-2,14 %. Он снижает пластические характеристики стали, при этом делая ее тверже и прочнее. В легированной и высоколегированной содержится более 45% железа. Упругость стали определяет ее востребованность при создании машиностроительной продукции, в первую очередь силовых пружин и рессор, амортизаторов, подвесок, растяжек и других упругих частей.
Независимо от форм и условий эксплуатации упругих частей машин, механизмов и приборов, у них есть общее замечательное качество. Оно заключается в том, что, несмотря на большие ударные, периодические и статические нагрузки у них нет остаточной деформации.
Стали классифицируют в соответствии с их назначением, химическим составом, структурой и качеством. Категорий назначений стали множество, в том числе такие как:
- Инструментальные.
- Конструкционные.
- Нержавеющие.
- Жаропрочные.
- Устойчивые к сверхнизким температурам.
Стали могут различаться по содержанию в них углерода, от низкоуглеродистых, в которых его до 0,25%, до высокоуглеродистых с 0,6-2%. В легированных может быть от 4 до 11 и выше процентов соответствующих добавок. В зависимости от содержания различных примесей они классифицируются на стали с обыкновенными качествами, высококачественные и обладающие особо высокими качествами.
При ее производстве главное — добиться снижения до необходимого уровня содержания серы и фосфора, делающих металл ломким и хрупким. При этом применяются разные способы, окисления углерода, которые могут быть мартеновским, конверторным и электротермическим. При мартеновском способе необходимо много тепловой энергии, которая выделяется при сжигании газа или мазута. С помощью электричества нагреваются дуговые или индукционные печи. Для конвертерного варианта внешнего источника тепла не нужно. Здесь обычно расплавленный чугун отделяется от примесей путем продувания через него кислорода.
Сырьем для производства стали служит металлом, передельный чугун, добавки, образующие шлаки и обеспечивающие легирование стали. Сам процесс плавки может проводиться в разных вариантах. Случается, что он начинается в мартеновской печи, а заканчивается в электрической. Или для того, чтобы получилась сталь, устойчивая против коррозии, она после плавления в электропечи сливается в конвертер. В нем она продувается кислородом и аргоном для минимизации содержания углерода. Плавится сталь при температуре 1450—1520 °C.
Как получают чугун
Сплав железа с углеродом также может именоваться чугуном. Однако в отличие от стали, в нем должно быть не менее 2,14 % углерода, придающему этому очень твердому материалу высокую хрупкость, При этом он становится менее пластичным и вязким. В зависимости от содержания в нем цементита и графита чугун может именоваться белым, серым, ковким и высокопрочным.
Первый содержит 4,3-6,67 % углерода. Он светло-серый на изломе. Используют его преимущественно для получения ковких чугунов с применением технологии отжига. Серым называется чугун по серому цвету его излома из-за наличия графита в пластинчатом виде и наличия кремния. В результате продолжительного отжига белого чугуна выходит чугун ковкий. У него повышенная пластичность и вязкость, удароустойчивость и большая прочность. Из него изготавливают сложные детали для машин и механизмов. Его маркируют буквами «К» и «Ч», после которых ставятся цифры, указывающие на предел прочности и относительное удлинение.
Высокопрочный чугун отличается наличием в нем шаровидного графита, не допускающего концентрации напряжений и ослабления металлической основы. Для его упрочнения используют лазер, что позволяет получать ответственные детали машин повышенной прочности. Для промышленных потребностей существуют различные классификации чугуна передельного, антифрикционного, легированного и графитсодержащего. Его температура плавления в пределах 1 150 до 1 200 °C.
Чугун зарекомендовал себя универсальным, недорогим и прочным материалом. Из него изготавливают сложные и массивные детали машин и механизмов, уникальные художественные изделия. Чугунные украшения и памятники украшают многие города мира. Столетиями служат людям искусно выполненные из него ограды старинных зданий, ступеньки в них, водопроводные и канализационные трубы. Чугунные люки закрывают коммуникационные колодцы на улицах многих населенных пунктов. Ванны, мойки и раковины, отопительные радиаторы из этого материала отличаются надежностью и долговечностью. Из чугуна отливают коленчатые валы и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, тормозные диски и другие детали автомобилей. Обычно чугунные детали после отливки подвергаются дополнительной механической обработке.
Что их отличает
Сталь и чугун являются материалами, широко используемыми в промышленности, на транспорте и в строительстве. Внешне они бывают очень схожими.
Читайте также: