Чем отличается сталь от чугуна

Сталь

Процентное содержание углерода в сплаве не должно превышать отметку 2%, а железо составлять не менее 45%. Оставшиеся 53% могут содержать различные легирующие добавки и примеси, которые позволяют изменять его свойства.

Существует большое количество разновидностей и классификаций. В зависимости от количества связующих элементов различают:

Также различают по количеству углерода:

На качество металла влияет наличие неметаллических включений (оксиды, сульфиды, фосфиды) и существует классификация по качеству.

Общая характеристика это – металл, обладающий хорошей прочностью, износостойкостью, твердостью, пригоден для различных видов обработки. Плотность стали 7700 – 7900 кг/м3.

Не смотря, на большое количество разновидностей чугуна и стали, можно выделить основные параметры различия этих металлов:

— сталь обладает большей прочностью, пластичностью и твердостью;

— более пластична, поэтому хорошо поддается обработке (штамповке, ковке, прокатке, сварке), изделия из чугуна выполняют методом литья;

— чугун имеет меньшую стоимость;

— сталь имеет высокую теплопроводность, качество повышают методом закаливания, а чугун из-за пористости металла способен удерживать тепло;

— сплавы имеют различный удельный вес.

Металлургия поставляет на рынок сотни разновидностей того и другого сплава, которые имеют свои особенности и характеристики, но обязательными компонентами этих металлов являются железо и углерод. Поэтому сталь и чугун можно объединить в группу железоуглеродистых сплавов.

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

Особенности материала

Между сталью и чугуном имеется большая разница. Чтобы выявить ее, нужно ознакомиться с определениями и характеристиками металлов.

Чугун

Чугун состоит из железа и углерода. При этом количество второго компонента должно составлять больше 2 %. Сырье легируют при помощи различных добавок. К ним относят кремний, фосфор, марганец и прочие вещества.

https://youtube.com/watch?v=SRn5t0ePulo

В зависимости от сформированной кристаллической решетки существуют такие разновидности чугуна:

Белый – название обусловлено оттенком излома материала. Он связан с наличием в составе цементита. Помимо твердости, материал обладает хрупкостью. При помощи отжига его используют для производства ковких чугунов.
Серый – оттенок сырья обусловлен высоким содержанием графита. Материал отличается пластичностью и простотой обработки. В составе присутствуют сера, фосфор, магний и кремний.
Ковкий – продолжительный отжиг белого чугуна приводит к образованию графита. Это вещество делает металл очень пластичным, вязким и твердым. К тому же оно придает ему хорошую ударную сопротивляемость.
Высокопрочный – формирование шаровидного графита во время кристаллизации обеспечивает веществу высокую степень прочности.
Предельный – подвергается последующей обработке. Его нельзя применять в качестве самостоятельной единицы.

Сталь

Этот материал включает 45 % железа и 2 % углерода. В зависимости от марки сталь может содержать дополнительные вещества. К ним относят хром, никель, марганец, кремний и другие. В зависимости от легирующих компонентов меняются и свойства материала.

Углерод обеспечивает материалу твердость и прочностные свойства. Благодаря наличию этого вещества материал получается прочным и пластичным. Его достаточно легко обрабатывать.

В зависимости от содержания легирующих веществ сталь может иметь такие разновидности:

низколегированная;
среднелегированная;
высоколегированная.

В зависимости от содержания углерода существуют такие виды стали:

низкоуглеродистая;
среднеуглеродистая;
высокоуглеродистая.

Температура плавления все марок составляет 1450-1520 градусов. Параметры плотности находятся на уровне 7700-7900 килограммов на 1 кубический метр.

Сталь отличается широкой сферой применения. Ее используют в промышленности при изготовлении разных видов металлоконструкций, элементов машин, трубопроводов и иных изделий. В бытовых условиях люди используют предметы интерьера, посуду, мебель из стали.

Железо

Чистое железо можно встретить разве что в лабораторных условиях. К тому же его нельзя применять для серийного изготовления запчастей, сантехники или бытовых предметов. В отличие от чугуна, железо обладает светло-серебристым оттенком, мягкостью и пластичностью. К тому же оно сильно подвержено коррозии.

Мнение эксперта
Карнаух Екатерина Владимировна
Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность “Экономика предприятия”

Важно не путать железо со сталью, которая представляет собой его производную. Эти понятия нельзя считать взаимозаменяемыми

Сталь представляет собой сплав железа с небольшим количеством добавок. В качестве дополнительных компонентов используют серу, фосфор, кремний, марганец, углерод. Полученный железоуглеродистый сплав отличается эластичностью. Он является ковким и деформируемым.

Почему выгодно сдать б/у изделия из стали и чугуна?

Если на складе предприятия или в гараже накопилась много стальных или чугунных конструкций, желательно вывезти их приемный пункт. Принимаем б/у металлические изделия у предприятий, частных лиц. С крупными поставщиками заключаем договор на постоянное сотрудничество. Сдача лома выгодна по ряду причин:

Это позволяет освободить пространство, избавившись от ненужных предметов.
От сдачи металлолома можно заработать дополнительные средства. В зависимости от их веса, состояния, цена за кг и тонну может отличаться. Качество и марка также важны. У материалов с хорошими характеристиками выше стоимость. Чистый, неповрежденный чугун ценнее, чем поврежденная или загрязненная сталь.
Повторная переработка металла позволяет минимизировать загрязнение окружающей среды, эффективно использовать имеющиеся ресурсы.

Способы определения чугуна

Вы можете определить чугун по плотности изделия. Взвесьте предмет, а затем определите, какой объем воды он вытесняет. Таким образом вы рассчитаете его плотность и сделаете вывод о материале. Дело в том, что плотность основных марок стали лежит в пределах 7,7 – 7,9 граммов/см^3, плотность же наиболее распространенного серого чугуна не превышает 7,2 граммов/см^3. Но это способ ненадежен, так как есть ещё белый чугун, плотность которого колеблется между 7,6 и 7,8 граммами/см^3. Поэтому, его можно применять только будучи твёрдо уверенным: изделие сделано либо из стали, либо из серого чугуна.

Можете воспользоваться магнитом. К чугуну он прилипает хуже, чем к стали. Но и этот способ точным назвать нельзя, поскольку некоторые виды легированных сталей с высоким содержанием никеля почти не притягивают магнит.

Поэтому надёжнее пользоваться одним из следующих методов: определять чугун с помощью вида образующихся опилок или стружки, а также с помощью шлифовальной машинки. Возьмите напильник с мелкой насечкой, несколько раз проведите по поверхности изделия. Постарайтесь собрать образующиеся мельчайшие опилки на лист бумаги. Сложите бумагу вдвое и энергично потрите. Если это чугун, то бумага будет заметно испачкана, если это сталь, следов практически не останется.

Можете также немного посверлить изделие тонким сверлом (разумеется, не с лицевой стороны, а в месте, которое не бросается в глаза). При этом образуется небольшое количество стружки. По её внешнему виду и свойствам можно безошибочно определить, из какого материала изготовлена деталь. Если это чугун – стружка буквально рассыплется у вас в пальцах, превращаясь в пыль. Если это сталь – стружка будет выглядеть как витая пружинка и может даже оцарапать ваши пальцы, если вы попробуете её сломать.

Наконец, можно судить о материале по величине, форме и цвету искр, образующихся, когда по краю изделия проводят шлифовальной машинкой. Чем больше содержание углерода, тем ярче и сильнее будет сноп светло-желтых искр. А содержание углерода в чугуне гораздо выше, чем в стали.

Если есть сомнения – лучше использовать в качестве эталонов куски чугуна и стали и сравнивать форму и свойства опилок (стружек), а также вид образующихся искр с тем, что получается при обработке этих образцов.

Чем качественно отличается сталь от чугуна?

Градация стали и чугуна
- Сталь
- Чугун
Устойчивость к коррозии

Чугунные и стальные изделия металлургической промышленности находят применение как в быту, так и на производстве. Оба материала представляют собой уникальные сплавы железа и углерода. Всем известно, что железо добывается из глубин земли в огромных количествах. Но в чистом виде эксплуатировать его невозможно, этот элемент слишком мягок, а поэтому непригоден для изготовления высокопрочных изделий. Поэтому в промышленных, строительных и бытовых целях употребляется не железо в чистом виде, а его производные -чугуны и стали. Чем отличается сталь от чугуна?

Чугун и сталь представляют собой сплавы железа и углерода.

Их отличие проявляется во многих качествах, и общность элементов при производстве не дает материалу идентичные характеристики.

Как отличить чугун от стали?

Чтобы отличать эти металлы друг от друга, можно использовать следующие способы:

Сверление. Для этого понадобится взять насадку с маленьким диаметром и, выбрав на заготовке ровный участок, высверлить небольшое отверстие. Если при обработке материала образуется тонкая стружка, которая формируется в витую полоску длиной больше используемого сверла, имеет цвета побежалости по всей длине и достаточно хорошо гнется, заготовка сделана из стали. Чугунный сплав менее пластичен, он практически не образует вьюна, а стружка крошится от малейшего механического воздействия: ее легко растереть до состояния порошка, поскольку материал более хрупкий;
Шлифование. Для этого используется углошлифовальная машинка, для обработки выбирают участок, на который не воздействуют силы трения, контакт с другими металлическими поверхностями или деталями, в противном случае после шлифовки изделие может быть непригодным к дальнейшему использованию. В процессе обработки требуется следить за цветом искры и ее формой. Если сплав чугунный, искра будет короткой, звездочка будет иметь красноватый тон, а если деталь сделана из стали, искр вылетает больше, они имеют увеличенный размер и продолговатую форму. Сами искры имеют желтый или белый цвет. Исключением являются стальные сплавы с повышенным содержанием углерода, которые дают короткую багровую искру с укороченным треком и малой звездочкой.

Методы механического воздействия могут применяться в бытовых условиях, когда нужно определить, чугун или сталь перед вами, без применения специального оборудования. В лаборатории может использоваться современная техника, с помощью которой проводится спектральный или микроскопический анализ свойств металлов. Эти методы обеспечивают результат высокой точности, но используются преимущественно в промышленных целях, на производстве и в научно-технической отрасли ввиду сложности и дороговизны оборудования.

Индивидуальные свойства металла

Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:

Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.
Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.

К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:

Сера уменьшает текучесть металла.
Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
Марганец дает прочность, но понижает текучесть.

Виды чугуна и как они применяются

Если сравнивать содержание и состояние углерода в сплаве, то по этим признакам чугун делится на три вида:

Белый. Весь углерод сосредоточен в цементите (в связанном состоянии); место излома отливает белым (отсюда и название). Материал известен высокой твердостью и хрупкостью, из-за чего практически не поддается обработке. В составе есть легирующие добавки (никель, марганец, молибден). Использование: основа для ковких чугунов, литые износостойкие детали.

Серый чугун подходит для изготовления сложных отливокИсточник 105.su

Серый. Графит в сплаве находится в свободном виде, поэтому излом приобретает серый цвет. Структура металла формируется при медленном охлаждении, поэтому он получает хорошую жидкотекучесть (качественно заполняет литейную форму и воспроизводит ее), не формирует усадочных дефектов. Поэтому из него изготавливают отливки сложной формы (в том числе и крупные).
Половинчатый (отбеленный). Поверхностный слой отливок обладает структурой белого чугуна (слой толщиной 12-30 мм), внутренний – сплава с графитом. Сплав имеет высокую твердость на поверхности. Применение довольно широкое, но ограниченное там, где нужна высокая износостойкость: тормозные колодки, лемехи плугов, а также валки листовых прокатных станов.

Если брать во внимание цель использования, то чугун можно разделить на две группы:

Передельный (нужен для передела в сталь). Процесс двухэтапный. Сначала из железосодержащей руды получают чугун (так как его температура плавления ниже). Затем из него удаляют лишний углерод путем продувания кислородом или сжатым воздухом, и получают сталь. В процессе важен контроль содержания кремния, серы, марганца и фосфора.

Передельный чугун в порошкеИсточник ochv.ru

Форма графитовых включений в сплаве может быть разной, возможны, следующие варианты:

С шаровидным графитом. В расплав добавляется чистый магний или другие модификаторы; в результате получается высокопрочный модифицированный чугун. Он нужен для производства износостойких деталей, способных работать при высоких температурах, больших нагрузках и в агрессивных средах.
С хлопьевидным графитом. Его получают путем отжига белого чугуна; сплав получается не только прочным, но и пластичным. Существует две разновидности: черно- и белосердачный сплав; они идут на изготовление деталей ответственного назначения, способных работать в условиях ударных и вибрационных нагрузок.

Структура высокопрочного сплава с шаровидным графитомИсточник markmet.ru

С вермикулярным (уплотненным) графитом. Сплав отличается высокими физико-механическими свойствами (они выше, чем у серого чугуна). Его используют, когда нужна большая прочность при нагрузках, например, при изготовлении корпусов турбин, блоков дизельных двигателей, тормозных дисков для высокоскоростных поездов.

О том, как отличить чугун от стали, в следующем видео:

Специальные сплавы и присадки к ним

Для особых применений нужен чугун с определенными механическими свойствами: стойкий к износу, коррозии или высокой температуре, сплав с особыми электромагнитными свойствами, для художественного чугунного литья. Нужные характеристики достигаются разными способами, например, применяются специальные технологии отжига и охлаждения.

Также широко применяется легирование, то есть изменение структуры металла добавлением специальных присадок. Легирующими элементами служат следующие вещества:

Кремний. Вместе с углеродом он является основной легирующей добавкой. Кремний улучшает литейные свойства сплава, способствуя выделению графита.

Марки серого чугуна для отливокИсточник 90zavod.ru

Хром. Он делает сплав жаро- и износостойким, увеличивает стойкость к коррозии.
Алюминий. Сплав приобретает жаростойкие и износостойкие свойства, в том числе, и при высоких температурах.
Марганец. Металл становится износостойким и маломагнитным.
Никель. Низколегированные сплавы (содержание примесей не превышает 2,5 %) становятся коррозийно-стойкими в газовых средах двигателей внутреннего сгорания, получают повышенную прочность и износостойкость. Высоколегированные – становятся жаропрочными, износо- и хладостойкими, маломагнитными.

Чугунные изделия в бытуИсточник stroy-podskazka.ru

О чугуне в популярной форме в следующем видео:

Сравнение чугуна и литой стали

Чугун — это группа железоуглеродистых сплавов, содержащих более 2% углерода, обычно от 2,1 до 4%. Чугун имеет относительно низкую температуру плавления, отличную литейность и хорошую обрабатываемость. Он обычно используется в тех случаях, когда требуется высокая износостойкость и низкая прочность на разрыв, например, в блоках двигателей, трубах и компонентах машин. С другой стороны, литая сталь представляет собой сплав железа и углерода, содержащий менее 2% углерода. Он более прочный и жесткий, чем чугун, сохраняя при этом хорошую обрабатываемость. Литая сталь часто используется для изделий с более высокой прочностью на разрыв, таких как шестерни, оси и конструктивные элементы.

Прочность и долговечность

Прочность и долговечность являются важными факторами при сравнении чугуна и литой стали. Литая сталь имеет более высокую прочность на разрыв, чем чугун, что делает ее идеальным материалом для применений, требующих высокой устойчивости к нагрузкам и деформации, таких как сосуды под давлением, турбины и компоненты аэрокосмической промышленности. Напротив, чугун относительно хрупок и склонен к растрескиванию при экстремальных нагрузках, что ограничивает его использование в ситуациях высокого напряжения. Тем не менее, чугун обладает превосходной износостойкостью и может противостоять ударам и истиранию, что делает его пригодным для применений, требующих высокой долговечности, таких как тормозные барабаны и корпуса станков.

Термостойкость

Свойства жаростойкости чугуна и литой стали имеют решающее значение в высокотемпературных применениях, таких как литейное производство, печи и компоненты двигателей. Чугун имеет относительно низкую термостойкость из-за низкой температуры плавления и теплопроводности. Он может деформироваться или треснуть под воздействием высоких температур, что ограничивает его применение в условиях высоких температур. Напротив, литая сталь обладает превосходной термостойкостью и может выдерживать высокие температуры, не сгибаясь и не теряя прочности и твердости. Литая сталь обычно используется в изделиях, требующих устойчивости к высоким температурам, таких как лопатки турбин, компоненты выхлопных газов и теплообменники.

Устойчивость к коррозии

Еще одним важным аспектом, который следует учитывать при сравнении чугуна и литой стали, является их коррозионная стойкость. Чугун более подвержен коррозии, чем литая сталь, особенно во влажной среде. Он может легко ржаветь, ослабляя его структуру и сокращая срок его службы. С другой стороны, литая сталь обладает лучшей коррозионной стойкостью, что делает ее подходящей для применений, подверженных воздействию агрессивных элементов, таких как вода, соль, кислота и щелочь. Нержавеющая сталь – это тип из литой стали с высокой степенью коррозионной стойкости, широко используемой в пищевой, химической и морской промышленности.

Чем они различаются

Углеродные компоненты придают молекулярному строению прочность и твердость. При этом повышается хрупкость изделий при нагревании, ударах и вибрационных нагрузках. Пластичный материал легко выдерживает подобные виды воздействий.

Главным отличием чугуна от стали считается содержание углерода. Сплавы допустимо легировать одними и теми же металлами. Однако результаты при этом получаются разными. Это связано с отличиями в решетках карбидов.

Состав и микроструктура

При изготовлении стали соединяют железо, углерод и примеси. Причем количество углерода в составе должно быть не больше 2 %, а содержание железа – не меньше 45 %. Остальной процент приходится на легирующие вещества – они используются для связывания смеси. К таким компонентам относят хром, никель, молибден.

За счет наличия углерода железо становится более прочным и приобретает нужную твердость. Без него масса получилась бы вязкой и пластичной.

Чугун тоже делают из железа и углерода. Однако количество второго компонента в смеси превышает 2 %. Помимо этого, в состав чугуна тоже вводят постоянные примеси. К ним относят фосфор, серу, кремний, марганец, а также легирующие вещества.

Производство

В производственных условиях определить вид металла можно такими способами:

По излому – этот визуальный метод применяют для деталей, которые идут в лом или используются как заготовки. На чугунном сломе заметен матовый темно-серый цвет. При этом трещины, которые образуются, обладают выраженным строением. Стальные изделия являются более светлыми и обладают глянцевой поверхностью.
Сверление – стальная стружка обладает витой формой. По длине она превышает сверло и легко сгибается. Чугунная стружка крошится даже при незначительном воздействии.
Шлифовка – в результате прохождения шлифовальной машинкой стальная поверхность покрывается большим количеством желтых и белых искр. У чугуна меньше искр. К тому же они короче и имеют красноватый оттенок.

Характеристики

Выявить отличия между заготовками, которые можно обрабатывать, удается по визуальным признакам. На сломе чугунных изделий виден темно-серый оттенок с матовой поверхностью. При этом сталь обладает более светлым окрасом и глянцевой текстурой.

На внешний вид металла влияет количество углеродистых компонентов. Их удается отличить по типу трещин. Для высокоуглеродистых стальных поверхностей характерны дефекты в форме раскола. Если изделие изготовлено из низкоуглеродистого сплава, трещины напоминают пластичный разрыв.

Отличия между металлами заключаются и в технических характеристиках. Сталь отличается такими свойствами:

плотность – 7700-7900 килограммов на 1 кубический метр;
температура плавления – 1450-1520 градусов;
прочность, износостойкость, твердость;
стойкость к деформации;
высокая пластичность – это помогает обрабатывать металл разными способами;
возможность повышения качества материала с помощью закаливания;
возможность улучшения свойств сплава при помощи введения легирующих добавок.

Чугун – это тоже сплав железа с углеродом. Однако содержание второго компонента в нем выше. Это же касается и дополнительных компонентов. Потому чугун считается более хрупким материалом – он легко разрушается.

Прочность

Сталь прочнее по сравнению с чугуном. Она крепче за счет своей структуры. Повышенное содержание углерода в чугуне делает его более хрупким и менее пластичным.

Содержание углерода

Сталь отличается от чугуна по содержанию углерода. Количество этого компонента в металле не превышает 2 %. В чугуне объем углерода обычно составляет больше 2,14 %, но меньше 4,5 %.

Сфера применения

Чугун считается литейным материалом. Его используют для изготовления простой посуды, корпусов станков, массивных труб. Также из металла делают большие объекты простой конфигурации. Из стали изготавливают детали разных размеров и сложности, поскольку для этого используют ковку, волочение, штамповку, прокатывание. Также для этого металла допустимо применять и другие методы обработки.

Если возникает вопрос, из чего сделана арматура, не стоит сомневаться – это сталь. Если интересует состав большого казана, можно с уверенностью сказать, что он сделан из чугуна. При этом корпус двигателя или коленчатого вала может быть сделан их любого металла. Потому в данном случае нужно прибегнуть к методам распознавания.

Какие печи используются для выплавки стали?

Чугун
переделывается в сталь в различных по
принципу действия металлургических
агрегатах: мартеновских печах, кислородных
конвертерах, электрических печах.

Марте́новская
печь (марте́н) –
плавильная
печь для переработки передельного
чугуна и лома в сталь нужного химического
состава и качества.

Мартеновская
печь (рис. 3) по устройству и принципу
работы является пламенной отражательной
регенеративной печью. В плавильном
пространстве сжигается газообразное
топливо или мазут. Высокая температура
для получения стали в расплавленном
состоянии обеспечивается регенерацией
тепла печных газов.

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.

Устойчивость к коррозии

Оба сплава подвержены коррозии, и неправильная эксплуатация способствуют ускорению этого процесса.

Получение чугуна из руды.

Чугун в процессе использования покрывается сверху сухой ржавчиной. Это так называемая химическая коррозия. Влажная (электрохимическая) коррозия воздействует на чугун медленнее, чем на сталь. Первоначально напрашивается вывод, что антикоррозионные характеристики чугуна гораздо выше. На самом деле оба эти сплава подвержены коррозии в равной степени, просто в отношении чугунных изделий из-за толстых стен процесс занимает больше времени. Этим, например, можно объяснить разницу в сроке службы котлов: стальные – от 5 до 15 лет, чугунные – от 30 лет.

В 1913 году Гарри Бреарли совершил открытие в области металлургии. Он обнаружил, что сталь с высоким содержанием хрома имеет хорошее сопротивление к кислотной коррозии. Так появилась нержавеющая сталь. Она тоже имеет свою градацию:

Коррозионно-стойкая сталь имеет стойкость к коррозии в элементарных промышленных и бытовых условиях (нефтегазовая, легкая, машиностроительная промышленность, хирургические инструменты, бытовая нержавеющая посуда).
Жаростойкая сталь устойчива к высоким температурам и агрессивным средам (химическая промышленность).
Жаропрочная сталь отличается повышенной механической прочностью в условиях высоких температур.