Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 0

Чем отличается чугун от стали

Что такое железо

Железо — это металлический элемент с символом «Fe». Атомный номер равен 26, а молярная масса составляет около 56 г / моль. Этот химический элемент принадлежит блоку d периодической таблицы. Он считается переходным элементом, поскольку он имеет частично заполненные d-орбитали в соответствии с его электронной конфигурацией ( 3d6 4s2).

Рисунок 1: Атомная структура железа

Железо является твердым при комнатной температуре. Температура плавления составляет 1538 ° С, а температура кипения составляет около 2862 ° С

Это очень важно, как металл, а также используется в производстве различных металлических сплавов. При воздействии воздуха и влаги железо может подвергаться порче

Это называется образованием ржавчины. Это химическая реакция, которая включает окисление поверхности железа. Железные сплавы изготавливаются с пониженной или нулевой коррозией путем добавления достаточного количества хрома с железом; нержавеющая сталь — лучший пример для этого.

Существуют различные типы железных сплавов, в том числе сталь, кованое железо, чугун, антрацит и т. Д. Сталь является одним из наиболее используемых металлических сплавов в мире из-за его различных желательных свойств, таких как прочность, пластичность и т. д. Кованое железо является металлическим сплавом с низким содержанием углерода. Это жестко и податливо. Чугун состоит из большого количества углерода. Это имеет тенденцию к ломкости.

Железо можно извлечь из железных руд с помощью доменной печи. Как правило, железная руда состоит из железа в двух формах в виде оксидов железа и железа. Эти формы могут быть восстановлены до железа в доменной печи путем нагрева сырья с помощью кокса. Расплавленный чугун может быть получен из нижней части печи. Этот расплавленный чугун может быть использован для изготовления чугуна, стали и других форм сплавов.

Визуальное определение

Как же можно отличить чугун от стали визуально, не прибегая к разрушающим методам контроля. Если стоит вопрос о сварке треснутого участка детали или даже отвалившегося куска, то есть возможность исследовать слом или структуру трещины. Металл на сломе чугунной детали наверняка будет темно-серого цвета с матовой поверхностью. При тех же условиях излом стали будет иметь светло-серый, практически белый цвет, с глянцевым блеском.

Характер трещин на поверхности высокоуглеродистых сплавов похожи на раскол на глиняной посуде, низкоуглеродистые сплавы склонны к пластическим деформациям и по этой причине трещина имеет форму разрыва пластичного материала.

По поверхностным дефектам можно выделить только чугун, который заливался в форму при низкой температуре, не обрабатывался позже и не наносился декоративный лакокрасочный слой. На таком изделии заметны полусферические мелкие зерна, образованные вследствие не пролива из-за низкой температуры.

Не забывайте о правильном визуальном методе определения материала. Советские, современные и зарубежные ГОСТы предполагают наличие маркировки материалов на всех литых изделиях. На отечественном литье значки СЧ, ВЧ, КЧ – перед вами чугунное литье. Л45, 45ХЛ, 110Г2С – говорит об использовании стального литья для данного элемента.

Виды чугуна

Белый чугун

В белых чугунах весь углерод находится в связанном виде (Fe3C). В зависимости от количества углерода делятся на:

  • эвтектические (4,3 % углерода);
  • заэвтектические (4,3—6,67 % углерода).

Цементит в изломе — светлый, поэтому такие чугуны назвали светлыми.

Белые чугуны применяются в основном для изготовления ковких чугунов, которые получают путём отжига.

Серый чугун

Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2—3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна — феррит и реже перлит. Ковкий чугун получил своё название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число — предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

Передельный чугун

Передельный чугун не используется как самостоятельный материал, а применяется для дальнейшей переработки в сталь.

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.

Разновидности

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.

Разница между сталью и чугуном

Часто применяемыми в быту продуктами металлургической промышленности являются чугун и сталь. Оба материала представляют собой уникальный сплав железа и углерода. Но использование одинаковых компонентов при производстве не наделяет материалы схожими свойствами. Чугун и сталь – два различных материала. В чем же их отличия?

статьи

Чтобы получить сталь, необходимо сплавить железо, углерод и примеси. При этом содержание углерода в смеси не должно превышать 2%, а железа  быть не менее 45%.

Остальной процент в смеси могут составлять легирующие элементы (связывающие смесь вещества, например, молибден, никель, хром и другие). Благодаря углероду железо приобретает прочность и предельную твердость.

Без его участия получалось бы вязкое и пластичное вещество.

Чугун

При производстве чугуна также сплавляют железо и углерод. Только содержание последнего в смеси составляет более 2%. Помимо перечисленных компонентов в смеси содержатся постоянные примеси: кремний, марганец, фосфор, сера и легирующие добавки.

Отличия

В металлургии различают довольно большое количество разновидностей стали. Их классификация зависит от количества того или иного компонента в смеси. Например, большое содержание связывающих элементов дает высоколегированную (более 11%) сталь. Кроме этого существуют:

  • низколегированные – до 4% связывающих компонентов;
  • среднелегированные – до 11% связывающих элементов.

углерода в сплаве также дает свою классификацию металлу:

  • низкоуглеродистый металл – до 0,25%С;
  • среднеуглеродистый металл – до 0,55%С;
  • высокоуглеродистый – до 2%С.

И, наконец, в зависимости от содержания неметаллических включений, которые образуются в результате реакций (например, оксиды, фосфиды, сульфиды), осуществляется классификация по физическим свойствам:

  • особо высококачественная;
  • высококачественная;
  • качественная;
  • обычная сталь.

Это далеко не полная классификация стали. Еще различают виды по структуре материала, методу производства и так далее. Но каким бы способом ни сплавляли основные компоненты, в итоге получают твердый, прочный, износостойкий и устойчивый к деформациям материал с удельным весом 7,75 (до 7,9) Г/см3. Температура плавления стали – от 1450 до 1520°C.

В отличие от стали чугун более хрупок, его отличает способность разрушаться без заметных остаточных деформаций. При этом сам углерод в сплаве представлен в виде графита и/или цементита, их форма и соответственно количество определяют разновидности чугуна:

  • белый – весь необходимый углерод содержится в виде цементита. Материал белый на изломе. Очень тверд, но хрупок. Он поддается обработке и в основном используется для получения ковкой разновидности;
  • серый – углерод в виде графита (пластичная форма). Мягок, отлично поддается обработке (можно резать) и имеет низкую температуру плавления;
  • ковкий – получается после продолжительного отжига белого вида, в результате чего образуется графит. Нагрев (свыше 900°C) и скорость охлаждения графита негативно влияют на свойства материала. Это затрудняет сварку и обработку;
  • высокопрочный – содержит шаровидный графит, образующийся в результате кристаллизации.

углерода в составе определяет его температуру плавления (чем его больше, тем ниже температура) и выше текучесть при нагреве. Поэтому чугун – это жидкотекучий, непластичный, хрупкий и трудно поддающийся обработке материал с удельным весом 6,9 (7,3) Г/см3. Температура плавления – от 1150 до 1250°C.

Выводы TheDifference.ru

  1. Сталь более прочна и тверда, нежели чугун.
  2. Чугун легче, чем сталь, и имеет более низкую температуру плавления.
  3. Благодаря более низкому содержанию углерода сталь лучше поддается обработке (сварке, резке, прокатке, ковке), нежели чугун.
  4. По этой же причине изделия из чугуна изготавливают лишь методом литья.
  5. Изделия из чугуна более пористые (по причине литья), чем из стали, а потому их теплопроводность значительно ниже.
  6. Обычно художественные изделия из чугуна черные и матовые, а из стали – светлые и блестящие.
  7. Чугун обладает низкой теплопроводностью, а сталь – более высокой.
  8. Чугун является первичным продуктом черной металлургии, а сталь – конечным.
  9. Чугун не закаливают, а некоторые виды стали обязательно подвергают процедуре закалки.
  10. Изделия из чугуна бывают только литыми, а из стали – коваными и сварными.

Сталь

Железоуглеродистый сплав, содержащий карбон в количестве не больше 2,14 % и железо — не менее 45 %, называется сталью. Ее основные характеристики:

  1. Гладкая, имеет серебристый цвет с характерным отблеском.
  2. Плавление в пределах 1450˚С.
  3. Плотность составляет от 7700 до 7900 кг/м 3 .
  4. Теплоемкость при комнатной температуре: 462 Дж/(кг˚С).
  5. Невысокая твердость, в среднем 120-250 НВ.
  6. Отличная пластичность: коэффициент относительного удлинения δ для различных марок колеблется в рамках 5-35 %, для большинства — δ≥20-40 %.
  7. Средние значения предела прочности для конструкционных материалов — 300-450 МПа; для особо прочных легированных — 600-800 МПа.
  8. Хорошо поддается коррекции свойств с помощью термической и химикотермической обработки.
  9. Активно легируется различными химическими элементами с целью изменения свойств и назначения.
  10. Качественно высокие показатели свариваемости, обрабатываемости давлением и резанием.
  11. Характеризуется низкими показателями коррозионной стойкости.

Сталь — это основной конструкционный сплав в современной металлургии, машиностроении, приборостроении и технике.

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.

Выбор чугунной сковородки с учетом типа плиты

Выбирая, не забывайте учитывать тип конфорки, на которой будете готовить. Чугунная сковорода для индукционных плит может подойти для газовых, а вот специальные модели для газа на электрических конфорках могут не справиться с задачей.

Универсальные и специальные модели для газа

У нас есть подробная инструкция о выборе посуды для газовых плит. Если кратко, то здесь можно использовать любую сковороду из чугуна, если на внешней стороне нет покрытия, не устойчивого к пламени. Но продаются и специальные модели.

На дне специализированных газовых сковородок есть бороздки в виде лучиков, расходящихся от центра к краю круга

Эти углубления способствуют более равномерному распределению тепла, что особенно важно для сковород с большим диаметром дна, выходящим за границы конфорки

Обратите внимание на форму дна, если это вок, казан или котелок. Округлые модели ориентированы на приготовление на костре с использованием подставок или в подвешенном состоянии

Если нет адаптирующей конфорки или подставки, отдавайте предпочтение ровному дну.

Какое дно требуется для электроплит

Дно чугунной сковороды должно максимально плотно прилегать к электроплите, особенно если это стеклокерамическая панель. Любые просветы ведут к бесполезному расходу энергоресурсов и увеличению времени готовки.

Нижний диаметр и форма дна также должны соответствовать конфорке. Если посуда окажется шире, приготовление значительно удлинится. А если меньше – электроэнергия будет расходоваться впустую. По этой же причине нужно выбирать квадратные сковороды с дополнительной круглой пластиной на дне.

Что требуется для индукционной плиты

Чугун состоит из железа, поэтому даже старая сковорода часто без каких-либо адаптеров взаимодействует с индукционной варочной поверхность. Однако некоторые сплавы могут не подойти, даже если ко дну сковороды липнет магнит. Другая проблема – пища будет готовиться дольше, а электроэнергии уйдет больше, чем ожидалось.

Лучше не экономить и покупать чугунные индукционные сковороды, на которых есть значок совместимости. В этом случае можно ожидать и стабильной работы, и экономии электроэнергии. В идеале дно должно быть многослойным и включать пластины из металлов, обладающих высокими ферромагнитными свойствами (чаще это стальные пластины).

Какие сковороды подходят для открытого огня

Для приготовления пищи на костре, мангале или других приспособлениях, позволяющих готовить на природе, нужны толстостенные чугунные сковороды. Они могут быть абсолютно плоскими, с закругленным дном, с высокими бортами или совсем без них. Выбор зависит от источника нагрева и специфики приготовления блюда.

Самое главное – снаружи корпуса не допускаются какие-либо декоративные покрытия, которые могут обгореть на огне. Покрытия внутри возможны, но лучше и тут обойтись естественным масляным, если собираетесь жарить, а не тушить и варить.

Ручки – литые или съемные. Не допускается присутствие пластика и даже силикона, который выдерживает духовку. Стеклянные крышки из жаростойкого стекла можно использовать на мангале, но придется осторожничать. Лучше пусть будут чугунными.

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
.

Разновидности чугуна

Существует довольно большое количество разновидностей рассматриваемого материала. Классификация чугунов во многом зависит от структуры и химического состава. Выделяют следующие виды чугуна:

  1. Серый. Эта разновидность материала характеризуется низкой пластичностью и высокой вязкостью, а также хорошей обрабатываемостью резанием. В составе углерод содержится в виде графита. Область применения – машиностроение; производство деталей, работающих на износ. Как показывает практика, концентрация фосфора может варьироваться в достаточно большом диапазоне: от 0,3 до 1,2%. За счет особого химического состава материал обладает высокой текучестью и часто применяется в художественном литье. Антифрикционный чугун обходится в относительно невысокую стоимость, что также определяет его широкое распространение.
  2. Белый. За счет того, что в этом составе углерод представлен в качестве цементита, структура характеризуется чрезвычайной хрупкостью и повышенной твердостью, а также низкими литейными свойствами и плохой обрабатываемостью резанием. Стоит учитывать, что белый чугун применяется для переделки в сталь или изготовлении ковкого. Очень часто его называют предельным.
  3. Половинчатый характеризуется повышенной устойчивостью к износу, что связано с распределением углерода на цементитную и свободную основу. Часто эта разновидность материала применяется в машиностроении и станкостроении.
  4. Легированный. Для того чтобы придать особые свойства чугуну также проводится его легирование. Легированный чугун обладает повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью за счет включения в состав никеля и хрома, а также меди. Подобные варианты исполнения чугуна получают свое название в зависимости от того, как легирующий элемент использовался при их изготовлении.
  5. Высокопрочный чугун производится путем введения в состав жидкого серого чугуна различных элементов, к примеру, магния и кальция. В результате легирования меняется форма графита – он напоминает шар и при этом не меняет кристаллическую решетку. Стоит учитывать, что по своим свойствам этот металл напоминает углеродистую сталь, применяется, в основном, при изготовлении различных износостойких деталей.
  6. Ковкий. Получают его при переплавке белого чугуна, который следует нагреть до высокой температуры и выдерживать в подобном состоянии. В некоторых случаях для придания составу особых качеств проводится добавление легирующих элементов. Основными свойствами можно назвать высокую вязкость и повышенную степень пластичности. Получил широкое распространение в машиностроительной промышленности.
  7. Специальный. Представляет собой сплав, в который входит большое количество марганца и кремния. Зачастую применяется для удаления кислорода из стали при его производстве или переплавке, за счет чего понижается температура плавления.

Литье чугуна

Каждая разновидность чугуна обладает своей особой структурой и химическим составом, которые и определяют область применения.

Область применения

Этот сплав используют в следующих отраслях: машиностроение, станкостроение, судостроение. Из него производят некоторые элементы бытовых изделий. В машиностроении из него изготавливают: детали грузовых и легковых автомобилей, тракторов, комбайнов и другой сельскохозяйственной техники. Применение легирующих добавок позволяет получать специально заданные свойства. Например, используют при изготовлении плит с различной формой поверхности.

Отливка из белого чугуна

Отбелённый чугун имеет достаточно ограниченную область применения. Из него производят детали несложной конфигурации. Например: шары для мельниц, колеса различного назначения, детали для прокатных станов.

Широкое применение он получил при производстве деталей таких крупных агрегатов, как гидравлические и формовочные машины, другие промышленные механизмы этого направления. Специфическая особенность их работы заключается в том, что они постоянно подвергаются воздействию абразивного материала.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации