Чугун и сталь материалы

Обновлено: 01.05.2024

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%.
Химия	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.
Термомеханическое	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.	Стоимость чугуна выше классической стали.
Высокий уровень гигиеничности.	Серый чугун не пластичен, а белый слишком хрупкий.
Долговечность за счет высокого сопротивления коррозии.	Серый чугун не пластичен, а белый слишком хрупкий.

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?

Основные характеристики сталей

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.

Разновидности

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 изделий

Теперь 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 итогов

Рассмотрев 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: