Чугун и сталь материалы изотропные
Обновлено: 03.05.2024
В методических указаниях к выполнению лабораторной работы № 2 "Испытание на сжатие образцов из различных материалов" указывается цель работы, приводятся характеристики испытуемых образцов и дается методика проведения испытаний. Для лучшего усвоения материала по теме "Растяжение-сжатие" приводятся основные теоретические положения, позволяющие квалифицированно провести испытания и проанализировать полученные результаты.
Изучить свойства и характер поведения пластичных и хрупких, изотропных и анизотропных материалов при испытаниях на сжатие.
3. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ
Испытательная машина – УММ-5. Штангенциркуль.
4. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ
Исходя из поставленной цели нужно испытать на сжатие образцы из следующих материалов:
1) малоуглеродистая сталь, медь, алюминий и др. – пластичные изотропные материалы;
чугун, кирпич, бетон и др. -хрупкие изотропные материалы;
Образцы из анизотропного материала следует испытывать в двух или трех направлениях ( в зависимости от характера анизотропии ). Образцы для испытания на сжатие изготавливаются:
а) в виде круглых цилиндриков ( рис. 1а) – из металлов и их сплавов;
б) в виде кубиков ( рис. 16 ) – из древесины, кирпича, бетона и других аналогичных материалов.
5. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Пластичные материалы на растяжение и на сжатие работают примерно одинаково и основным видом испытания для них является испытание на растяжение, а испытание на сжатие носит вспомогательный характер.
Хрупкие материалы (чугун, кирпич, раствор, бетон и др.) на сжатче работают значительно лучше, чем на растяжение (к примеру у бетона предел прочности на сжатие раз в 10 больше предела прочности на растяжение). В силу чего хрупкие материалы применяются в основном в сжатых элементах конструкций, поэтому основным видом испытаний хрупких материалов является испытание на сжатие.
Результаты испытаний на сжатие зависят от условий проведения эксперимента. Практически очень трудно добиться приложения сжимающей силы точно по оси образца. Поэтому образец будет не только сжиматься, но и изгибаться. Чем длиннее образец, тем больше влияние изгиба (попробуйте сжать длинный и тонкий прутик). Для уменьшения влияния изгиба рекомендуется применять образцы, длина которых не более чем в два раза превышает их поперечные размеры. Применение слишком коротких образцов тоже нежелательно. При сжатии образца продольные размеры уменьшаются, а поперечные увеличиваются (по закону Пуассона). Вследствие трения между торцами образца и опорными плитами машины увеличение поперечных размеров на середине и по краям образца неодинаковы ( по краям меньше ) и образец принимает бочкообразную форму, что у образцов из пластичных материалов видно невооруженным глазом. Появление сил трения изменяет вид напряженного состояния и увеличивает сопротивление образца. Чем короче образец, тем сильнее влияние сил трения. Поэтому рекомендуется применять образцы, длина которых не меньше поперечных размеров. Уменьшить трение можно обработкой торцов парафином или графитовой смазкой. При центральном сжатии образца в его поперечных сечениях возникают нормальные напряжения, которые определяются также, как и при растяжении: а = Р / ро, где: ро – первоначальная площадь поперечного сечения образца.
При испытаниях на сжатие получают диаграмму сжатия в координатах Р – ДС и определяют ‘обычно две механические характеристики материала:
Ι) предел пропорциональности (апц= Рпц / F0) – для пластичных материалов; 2) предел прочности (σΒ= Рв / FO) – для хрупких материалов,
5.1. Испытание образцов из пластичных материалов ( малоуглеродистая сталь )
Типичная диаграмма сжатия образцов из малоуглеродистой стали показана на рис.2.
На диаграмме имеется прямолинейный участок ОА, который заканчивается нагрузкой, соответствующей пределу пропорциональности Рпц (точка А). После этого на диаграмме отмечается небольшой участок, где наблюдается замедление роста нагрузки (при постоянном росте деформаций). Однако площадка текучести, как при растяжении, не наблюдается прежде всего из-за значительного уменьшения длины испытуемого образца ( при растяжении -ΙΟ-d, а при сжатии – 2-d ). За этим участком диаграмма идет по кривой круто вверх. Связано это с увеличением площади поперечного сечения образца и ростом его способности выдерживать все большую нагрузку при небольшом увеличении нормальных напряжений.
Так как разрушить образец из пластичного материала невозможно, испытание прекращают при достижении нагрузки, близкой предельной для машины. Таким образом, величина предела прочности при сжатии образцов из пластичного материала не может быть определена.
5.2. Испытание образцов из хрупких материалов ( чугун )
Типичная диаграмма сжатия чугунных образцов показана на рис.3.
Рис.3. Типичная диаграмма сжатия чугунного образца
От начала координат диаграмма не имеет отчетливо выраженного прямолинейного участка. С ростом нагрузки кривизна диаграммы сначала постепенно, а затем более интенсивно увеличивается и при достижении нагрузки Рв начинается разрушение образца с последующим падением нагрузки.
Чугунный образец, укорачиваясь под действиям сжимающих сил, принимает слегка бочкообразную форму, что свидетельствует о наличии небольших пластических деформаций. Разрушение образца происходит по плоскости, наклоненной примерно под углом 45 градусов к оси стержня. Объясняется это тем, что на этих площадках действуют максимальные касательные напряжения, являющиеся причиной разрушения образцов из хрупких материалов при испытании их на сжатие.
5.3. Испытание образцов из древесины
Древесина является анизотропным материалом. В древесине выделяют три направления анизотропии: продольное (вдоль волокон), радиальное (по радиусу ствола) и тангенциальное (по касательной к годовым слоям).
В двух последних направлениях (в отличие от первого) упругие и механические характеристики древесины незначительно различаются между собой. Поэтому на практике эти два направления нивелируют и обобщающее направление называют поперечным (поперек волокон).
Форма образцов и направление их нагружения сжимающей нагрузкой показаны на рис.4.
, Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины показаны на рис.5, (вдоль волокон – кривая а, поперек волокон – кривая б).
Рис.5. Типичные диаграммы сжатия образцов из древесины: а – вдоль волокон, б – поперек волокон
При сжатии древесины вдоль волокон на диаграмме (рис.5, кривая а) с начала имеется слегка искривленный участок с боль шим углом наклона к оси ΔΙ, что соответствует сравнительно большему значению модуля упругости.
После достижения нагрузкой наибольшего значения (Рв) начинается разрушение образца с последующим падением нагрузки. Обычно разрушение образца происходит с образованием поперечных складок и обмятием торцов. Нередко вместе с этим наблюдается и образование продольных трещин. По данным опыта определяется максимальная нагрузка (Рв), соответствующая пределу прочности. Нагрузку, соответствующую пределу пропорциональности установить на диаграмме обычно не удается.
При сжатии поперек волокон диаграмма имеет другой характер (рис.5, кривая б). Сначала диаграмма идет по наклонной прямой до нагрузки Рпц, соответствующей пределу пропорциональности. При этом угол наклона этой прямой значительно меньше, чем при сжатии вдоль волокон, что соответствует значительно меньшей величине модуля упругости. После предела пропорциональности перо самописца прочерчивает слабо изогнутую кривую (иногда волнистую) почти параллельную оси Δ£. Кубик быстро деформируется почти без увеличения нагрузки, однако разрушение кубика обычно не наблюдается: он лишь спрессовывается. Испытание заканчивают, когда величина деформации Δ£ достигает 1/3 первоначальной высоты образца. Нагрузка в этот момент условно считается разрушающей, хотя при дальнейшем нагружении за счет – спрессовывания древесины нагрузка будет расти несколько быстрее и станет выше условного значения Рв.
6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
1. Перед испытанием студентам необходимо ознакомиться с устройством машины УММ-5 ( первое занятие и лабораторная работа N 1) и правилами поведения в лаборатории при проведении испытаний (вводный инструктаж).
2. Измеряют штангенциркулем характерные линейные размеры испытуемых образцов.
- Следят за установкой одного образца, включением машины,
процессом испытания, вычерчиваемой диаграммой и коммен
тариями преподавателя. - По прекращению испытания образца записывают величину
усилия, получают от лаборанта или преподавателя образец по
сле испытания. - Проводят испытание следующего образца ( пункты 3 и 4 ) и
т.д.. - По окончанию испытания последнего образца получают от ла
боранта оригиналы диаграмм испытаний каждого из образцов,
снимают копии в свой отчет и по указанию преподавателя при
ступают к обработке результатов испытаний.
7. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ
Определяют первоначальные площади поперечных сечений образцов по формулам: FO = π · d / 4 – для цилиндрических образцов JH Fg = а ι ·_ а 2 – для кубиков.
При испытании были зафиксированы по сйлЬйзмерйтелк^^разру-шающие нагрузки Рв или нагрузки, при которых испытания были остановлены (образцы из пластичных материалов и из древесины при сжатии поперек волокон). По одной из этих нагрузок определяют масштаб сил, а через него определяют для образца из пластичного материала и для образца из древесины при сжатии поперек волокон нагрузку соответствующую пределу пропорциональности Рпц. Затем для образцов из пластичных материалов и древесины при сжатии поперек волокон определяют предел пропорциональности (σΠΙΙ= Рпц / FQ), а для образцов из хрупких материалов и древесины при сжатии вдоль волокон – предел прочности (σΒ= Рв / FO).
На основании полученных результатов испытаний нужно дать сравнительную оценку поведения при сжатии образцов из различных материалов (хрупких и пластичных, древесины вдоль и поперек волокон), а также сравнить прочность различных материалов (древесины вдоль и поперек волокон) при работе их на сжатие. Следует обратить внимание на невозможность определения предела прочности при сжатии образцов из мягкой стали и древесины при сжатии поперек волокон.
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
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!
Читайте также: