Содержание углерода в чугуне и стали

Чем чугун отличается от стали?

Продукция черной металлургии широко используется во многих отраслях народного хозяйства, а черный металл всегда востребован в строительстве и машиностроении. Металлургия уже давно успешно развивается, благодаря своему высокому техническому потенциалу. Наиболее часто применяются в производстве и в быту чугунные и стальные изделия.

Чугун и сталь оба относятся к группе черных металлов, эти материалы представляют собой уникальные по своим свойствам сплавы железа с углеродом. В чем отличия стали и чугуна, их главные свойства и характеристики?

Сталь и ее основные характеристики

Сталь представляет собой деформированный сплав железа с углеродом, которого всегда максимум до 2%, а также другие элементы. Углерод является важным компонентом, поскольку придает прочности сплавам железа, а также твердость, за счет этого снижается мягкость и пластичность. В сплав часто добавляются легирующие элементы, что в итоге дает легированную и высоколегированную сталь, когда в составе не менее 45% железа и не более 2% углерода, остальные 53% составляют добавки.

Сталь является важнейшим материалом во многих отраслях, ее применяют в строительстве и по мере роста технико-экономического уровня страны, растут и масштабы производства стали. В давние времена мастера для получения литой стали применяли тигельную плавку и такой процесс был малопроизводительным и трудоемким, но сталь отличалась высокими качествами.

Со временем процессы получения стали менялись, на смену тигельному пришли бессемеровский и мартеновский метод получения стали, что дало возможность наладить массовое производство литой стали. Затем стали выплавлять сталь в электрических печах, после чего был внедрен кислородно-конверторный процесс, он позволил получать особо чистый металл. От количества и видов связующих компонентов сталь может быть:

  • Низколегированной
  • Среднелегированной
  • Высоколегированной

В зависимости от содержания углерода она бывает:

  • Низкоуглеродистой
  • Среднеуглеродистой
  • Высокоуглеродистой.

В состав металла часто входят неметаллические соединения — оксиды, фосфиды, сульфиды, их содержание отличается на качестве стали, существует определенная классификация качества.

Плотность стали составляет 7700-7900 кг/м 3 , а общие характеристики стали складываются из таких показателей, как — прочность, твердость, износостойкость и пригодность для обработки различного вида. По сравнению с чугуном сталь обладает большей пластичностью, прочностью и твердостью. Благодаря пластичности она легко поддается обработке, сталь отличается более высокой теплопроводностью, а ее качество повышается за счет закаливания.

Такие элементы, как никель, хром и молибден являются легирующими компонентами, каждый из них придает стали свои характеристики. Благодаря хрому сталь становится более прочной и твердой, повышается ее износостойкость. Никель также придает прочности, а также вязкости и твердости, повышает ее антикоррозийные свойства и прокаливаемость. Кремний снижает вязкость, а марганец улучшает качества свариваемости и прокаливания.

Все существующие виды стали имеют температуру плавления от 1450 до 1520 о С и представляют собой прочные износостойкие и стойкие к деформации сплавы металла.

Чугун и его основные характеристики

Основу производства чугуна также составляет железо и углерод, но в отличие от стали углерода в нем больше, а также других примесей в виде легирующих металлов. Он отличается хрупкостью и разрушается без видимой деформации. Углерод здесь выступает графитом или цементитом и за счет содержания других элементов чугун делится на следующие разновидности:

  • Белый — где лидирует в большинстве цементит, этот материал на изломе имеет белый цвет. Данный компонент отличается хрупкостью и одновременно твердостью. Он легок в обработке, что придает ковкость чугуну.
  • Серый — в этой разновидности большую долю составляет графит, за счет чего чугун получается пластичным. Готовый чугун имеет небольшую температуру плавления, отличается мягкостью, его легче резать.
  • Ковкий — достигается методом обжига белого чугуна, его томят в специальных нагревательных печах при температуре в 950-1000 о С. Присущая белому чугуну твердость и хрупкость снижаются, он не куется, а только становится более пластичным.
  • Высокопрочный сплав чугуна — в нем содержится шаровидный графит, который образуется в ходе кристаллизации.

Температура плавления чугуна зависит от содержания в нем углерода, чем его больше в составе сплава, тем меньше температура, а также повышается его текучесть при нагреве. Это делает металл непластичными жидкотекучим, а также хрупким и трудно поддающимся обработке. Его температура плавления составляет от 1160 до 1250 о С.

Антикоррозийные свойства у чугуна выше, поскольку он подвергается сухой ржавчине в процессе использования, это называется химическая коррозия. Влажная коррозия также воздействует на чугун медленней, чем на сталь. Эти качества привели к тому, что было совершено открытие в металлургии — начали выплавлять сталь с высоким содержанием хрома. Отсюда и появилась нержавеющая сталь.

Делаем вывод

Исходя их многочисленных характеристик, можно сказать следующее о чугуне и стали, в чем их отличие:

  • Сталь является более прочной и твердой, чем чугун.
  • Сталь имеет более высокую температуру плавления, она тяжелей.
  • Более низкий процент содержания углерода в стали делает ее легкой в обработке, ее проще резать, ковать и варить.
  • По этой причине изделия из чугуна можно отлить, а стальные сварить или сделать кованными.
  • Стальные изделия менее пористые, чем чугунные, поэтому они обладают большей теплопроводностью.
  • По цвету они также отличаются, сталь светлая и блестит, а чугун более темный с матовой поверхностью.
  • Стоимость на сталь всегда выше чугунных материалов.

Можно сделать вывод, что сталь и чугун объединяет содержание в них углерода и железа, но их характеристики отличаются и каждый из сплавов имеет свои особенности.

Читать еще:  Как делают дамасскую сталь

Сталь и чугун — чем отличаются металлы?

Среди металлов, производимых в одном технологическом процессе выделяются одни из самых распространенных — сталь и чугун. При том, что один делается в результате переделки другого, эти металлы существенно отличаются друг от друга, как по своему составу, так и по использованию в экономике.

Как варят сталь

Сталью называют железо-углеродистый сплав, в котором содержание углерода не превышает 3,4 процентов. Обычный показатель — в пределах 0,1-2,14 %. Он снижает пластические характеристики стали, при этом делая ее тверже и прочнее. В легированной и высоколегированной содержится более 45% железа. Упругость стали определяет ее востребованность при создании машиностроительной продукции, в первую очередь силовых пружин и рессор, амортизаторов, подвесок, растяжек и других упругих частей.

Независимо от форм и условий эксплуатации упругих частей машин, механизмов и приборов, у них есть общее замечательное качество. Оно заключается в том, что, несмотря на большие ударные, периодические и статические нагрузки у них нет остаточной деформации.

Стали классифицируют в соответствии с их назначением, химическим составом, структурой и качеством. Категорий назначений стали множество, в том числе такие как:

  • Инструментальные.
  • Конструкционные.
  • Нержавеющие.
  • Жаропрочные.
  • Устойчивые к сверхнизким температурам.

Стали могут различаться по содержанию в них углерода, от низкоуглеродистых, в которых его до 0,25%, до высокоуглеродистых с 0,6-2%. В легированных может быть от 4 до 11 и выше процентов соответствующих добавок. В зависимости от содержания различных примесей они классифицируются на стали с обыкновенными качествами, высококачественные и обладающие особо высокими качествами.

При ее производстве главное — добиться снижения до необходимого уровня содержания серы и фосфора, делающих металл ломким и хрупким. При этом применяются разные способы, окисления углерода, которые могут быть мартеновским, конверторным и электротермическим. При мартеновском способе необходимо много тепловой энергии, которая выделяется при сжигании газа или мазута. С помощью электричества нагреваются дуговые или индукционные печи. Для конвертерного варианта внешнего источника тепла не нужно. Здесь обычно расплавленный чугун отделяется от примесей путем продувания через него кислорода.

Сырьем для производства стали служит металлом, передельный чугун, добавки, образующие шлаки и обеспечивающие легирование стали. Сам процесс плавки может проводиться в разных вариантах. Случается, что он начинается в мартеновской печи, а заканчивается в электрической. Или для того, чтобы получилась сталь, устойчивая против коррозии, она после плавления в электропечи сливается в конвертер. В нем она продувается кислородом и аргоном для минимизации содержания углерода. Плавится сталь при температуре 1450—1520 °C.

Как получают чугун

Сплав железа с углеродом также может именоваться чугуном. Однако в отличие от стали, в нем должно быть не менее 2,14 % углерода, придающему этому очень твердому материалу высокую хрупкость, При этом он становится менее пластичным и вязким. В зависимости от содержания в нем цементита и графита чугун может именоваться белым, серым, ковким и высокопрочным.

Первый содержит 4,3-6,67 % углерода. Он светло-серый на изломе. Используют его преимущественно для получения ковких чугунов с применением технологии отжига. Серым называется чугун по серому цвету его излома из-за наличия графита в пластинчатом виде и наличия кремния. В результате продолжительного отжига белого чугуна выходит чугун ковкий. У него повышенная пластичность и вязкость, удароустойчивость и большая прочность. Из него изготавливают сложные детали для машин и механизмов. Его маркируют буквами «К» и «Ч», после которых ставятся цифры, указывающие на предел прочности и относительное удлинение.

Высокопрочный чугун отличается наличием в нем шаровидного графита, не допускающего концентрации напряжений и ослабления металлической основы. Для его упрочнения используют лазер, что позволяет получать ответственные детали машин повышенной прочности. Для промышленных потребностей существуют различные классификации чугуна передельного, антифрикционного, легированного и графитсодержащего. Его температура плавления в пределах 1 150 до 1 200 °C.

Чугун зарекомендовал себя универсальным, недорогим и прочным материалом. Из него изготавливают сложные и массивные детали машин и механизмов, уникальные художественные изделия. Чугунные украшения и памятники украшают многие города мира. Столетиями служат людям искусно выполненные из него ограды старинных зданий, ступеньки в них, водопроводные и канализационные трубы. Чугунные люки закрывают коммуникационные колодцы на улицах многих населенных пунктов. Ванны, мойки и раковины, отопительные радиаторы из этого материала отличаются надежностью и долговечностью. Из чугуна отливают коленчатые валы и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, тормозные диски и другие детали автомобилей. Обычно чугунные детали после отливки подвергаются дополнительной механической обработке.

Что их отличает

Сталь и чугун являются материалами, широко используемыми в промышленности, на транспорте и в строительстве. Внешне они бывают очень схожими.

Однако существуют такие основные различия между ними:

  1. Сталь является конечным продуктов сталеплавильного производства, а чугун — сырьем для него.
  2. У стали прочность и твердость выше, чем у хрупкого чугуна.
  3. В ней содержание углерода намного меньше, чем у чугуна.
  4. Сталь тяжелее чугуна, у нее выше температура плавления.
  5. Сталь можно обрабатывать путем резки, прокатки, ковки и пр., изделия из чугуна преимущественно отливаются.
  6. Чугунные изделия пористые и имеют теплопроводность значительно ниже, чем стальные
  7. Новые стальные детали имеют серебристый блеск, чугунные матовые и черные.
  8. Для придания стали особых свойств, ее могут закаливать, с чугуном это не делают.
Читать еще:  Классификация стали по содержанию углерода

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?

Сталь

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.

Содержание 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/см 3 . 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.

Содержание 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/см 3 . Температура плавления – от 1150 до 1250°C.

Как отличить чугун от стали, железа и алюминия в домашних условиях

Чугун – это сплав железа с достаточным содержанием углерода (от 2,14 до 6,67 %). Концентрация добавленного вещества влияет на ковкость, пластичность и твердость металла, поэтому из сплава железа и менее 2,14 % углерода получают сталь. Чугунный сплав очень тверд и хрупок, плохо поддается отливке и обработке режущими инструментами. Поэтому отличить чугун от стали достаточно просто по свойствам, внешнему виду и характеристикам.

Высокое содержание углерода придает высокоуглеродистому железному сплаву темный, практически черный цвет. Визуально отличить чугун от стали можно по отсутствию блеска. Также на его поверхности образуется спель – крупные включения пластинчатого графита, которые на изломе видны невооруженным глазом. Появляются они в результате кристаллизации высокоуглеродистых сплавов.

Основные характеристики

Помимо углерода, в состав сплава добавляют марганец, серу, фосфор, кремний, молибден и др. Углерод в нем находится в виде графита или цементита (карбида железа), а их количество определяет разновидность металла. Для всех видов сплава характерна высокая плотность – около 7200 кг/куб. м.

Отличить чугун от другого металла можно по плохой свариваемости. В процессе нагрева происходит окисление кремния в составе железного сплава. Из-за более высокой температуры плавления оксид кремния затрудняет процесс сварки, поэтому неразъемные соединения образуются с трудом. При этом у чугунных сплавов относительно низкая температура плавления (от 1150 до 1200 °C, что ниже по сравнению со сталью и чистым железом).

Виды сплавов

  • белый – металл с изломом светло-серого оттенка, который плохо поддается обработке, но обладает высокой твердостью;
  • серый – материал с высоким содержанием углерода в виде графита, который обладает хорошими литейными свойствами, легко обрабатываем и подходит для производства элементов станков, станин, крышек, шкивов и прессов;
  • ковкий – металла, полученный в результате термической обработки белого сплава с образованием хлопьевидного гранита (востребован в автомобильном производстве, при изготовлении сельскохозяйственной техники и запчастей для нее);
  • половинчатый – материал для производства износостойких фрикционных деталей;
  • высокопрочный – сплав с шаровидным графитом в составе для производства труб и элементов машин.

Чтобы понять, как отличить чугун, важно изучить характерные особенности и сферы применения его разновидностей.

Читать еще:  Прочность титана и стали

Металлы, которые часто путают

Высокоуглеродистый сплав железа часто путают с другими металлами, используемыми для производства сантехники, фитингов, запорной арматуры, запчастей станков, радиаторов. Над тем, как определить чугун, задумываются при попытке сдать металлолом в пункт приема. Лом этого металла – один из самых дешевых, поскольку он плохо поддается переработке, хрупок, из него с трудом удаляются вредные примеси (фосфор и сера).

Поэтому перед поездкой в пункт приема важно определить, чугун или сталь перед вами. Также нередко путают его с чистым железом, алюминием и силумином – сплавом алюминия и кремния, применяемым для производства сковород, кастрюль, смесителей, кранов и др. Отличить чугун от железа и других металлов можно в домашних условиях: по цвету, магнитным свойствам, прочности и даже звуку!

Отличия от железа

Чистое железо – материал, который можно увидеть только в лаборатории. В природе оно практически не встречается, а также не применимо для серийного производства запчастей, сантехнических изделий и предметов быта. Определить, чугун или железо перед вами, можно по внешнему виду: железо имеет светло-серебристый цвет, очень мягко и пластично, а также сильно подвержено коррозии.

При этом важно не путать железо и его производную – сталь. Эти понятия не взаимозаменяемы. Сталь – сплав железа, незначительного количества углерода, марганца, кремния, серы и фосфора. Этот железоуглеродистый сплав является эластичным, деформируемым, ковким. Отличить сталь от чугуна на глаз также бывает непросто: похожий состав придает им схожие оттенки, но совершенно разные свойства и характеристики. Сталь проще в обработке, прочнее, не боится ударов и механических воздействий.

Как отличить чугун от стали?

Сталь – высокопрочный материал с температурой плавления примерно 1300–1500 °C. Из нее производят:

  • слесарные инструменты (молотки, зубила, отвертки, косы, пилы, ножницы и т.д.);
  • детали машин (толкатели, зубчатые колеса);
  • пружины и рессоры;
  • кузнечные инструменты;
  • изделия для обработки камня и древесины;
  • трубы и радиаторы;
  • хирургическое оборудование;
  • стройматериалы;
  • посуду, столовые приборы и предметы быта.

Распространено мнение, что отличить чугун от стали можно магнитом. Утверждение верно отчасти, поскольку магнитные свойства металла зависят от состава. Не магнитят аусетнитные и аустенитно-ферритные сплавы с высоким содержанием хрома (до 20 %) и никеля (до 15 %). Включение в состав титана, молибдена, ниобия также снижает магнитные свойства металла.

Отличия стали и чугуна

Высокоуглеродистый сплав магнитится всегда, а сталь – в зависимости от состава. Также чугун определяют по цвету и состоянию поверхности: изделия из него имеют темный, почти черный матовый цвет, а на изломе металл – темно-серый. Также чугунные предметы более массивны и больше весят по сравнению со стальными аналогами, хотя плотность стали значительно выше – до 7900 кг/куб. м.

Сталь лучше поддается обработке, поэтому предметы из нее производят методом штамповки. Непрочный, непластичный чугун пригоден для изготовления литых изделий. Он не выдерживает сильные удары и может расколоться, поэтому отличить его поможет сильный удар молотком. При этом он пористый и дольше удерживает тепло, а потому еще один вариант проверки – сильный нагрев. Чугунные изделия прогреваются медленно, но равномерно, а остывают в течение минимум 10 минут.

Отличия от алюминия

Магнитом отличить чугун можно не только от стали, но и от алюминия – серебристо-белого легкого металла. Это вещество является парамагнетиком, поэтому обладает внешней магнитной восприимчивостью (при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов отличны от нуля). Относительная магнитная проницаемость металла незначительно больше единицы, а магнитное поле в нем возрастает несущественно. Соответственно, алюминий магнитится, но очень слабо. Визуально это не различимо, поэтому принято считать, что он не магнитит. Помимо магнитных свойств, у металлов есть и другие различия: цвет, масса, плотность, твердость и гибкость. Поэтому отличить их друг от друга можно и другими способами.

Как отличить алюминий от чугуна?

1 кубический метр алюминия весит 2 700 кг, а чугуна – более 7 000 кг. Первый менее плотный, а потому изделия из него должны быть значительно легче по сравнению с чугунными. Но следует учесть, что алюминий менее прочен, поэтому предметы из него делают толстостенными, что сказывается на весе.

Алюминиевые изделия светлее, имеют слегка блестящую поверхность. В атмосферных условиях металл сразу покрывается прозрачной газопроницаемой оксидной пленкой. Алюминий – гладкий и ровный, а чугун – темный, пористый и шершавый. Существенное отличие металлов – твердость: алюминий легко согнуть, а от ударов на его поверхности образуются вмятины. Чугун невозможно согнуть: под действием больших нагрузок он расколется, но не деформируется.

Особенности сдачи чугунного лома

Этот вид черного металлолома наиболее востребован, а относят его к металлическому мусору. Его утилизируют, переплавляют на металлургических предприятиях и даже перерабатывают, превращая в сталь путем снижения концентрации углерода. Большая часть чугунного лома – промышленного происхождения.

На металлолом сдают устаревшие станки, оборудование, демонтированные металлоконструкции. Стоимость такого лома относительно невысока, но ввиду большой массы за эти предметы можно выручить хорошие деньги.

Отличить чугун от алюминия, стали, железа можно по цвету, массе и даже звучанию (чугунные изделия – самые звонкие, поэтому при ударах издают громкие, резкие звуки). Но наиболее надежный способ – отдать образец металла в нашу лабораторию, оборудованную спектрометром. Мы точно определим состав сплава и предложим лучшую стоимость металлолома!

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector