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.

chem-otlichaetsja-stal-ot-chuguna

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.

obrazec-stali

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.

11 таблиц характеризующих диаметр стальных труб

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 сталиНедостатки 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.

Справочные значения веса стального круга

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.

klassifikacija-stali

Детальнее о распределении стальных сплавов расскажет таблица ниже.

КлассификаторСоставляющиеОписание
ХимияУглеродистыеРаспределение происходит в зависимости от доли содержания углерода. Для малоуглеродистых типов стали – это не более 0.3%, а пиковое значение не более 0.7%.
ЛегированныеСтали с добавками из марганца, хрома, никеля, молибдена и прочих элементов. Низколегированная сталь содержит не более 2.5% примесей, а высоколегированные – выше 10%.
Структурный составПерлитнаяЧистые марки стали с небольшим содержанием углерода и легированных примесей.
МартенситнаяРазновидности материала с большим числом и объемами добавок.
АутенитнаяВысокое содержание примесей – высоколегированные марки стали.
РаскислительСпокойнаяСталь без примесей закиси железа. Из-за дороговизны производства используется только в стратегических узлах металлоконструкций.
ПолуспокойнаяОтвердевает без кипения, однако, имеются мелкие вкрапления газовых пузырьков. Часть из них удаляется во время прокатки металла.
КипящаяСталь содержит газы, которые отображаются в характеристиках материала – трещины при сварке и прочие дефекты.
НазначениеСтроительныеМарки сталей, от которых требуют качественного сопротивления статическим/динамическим нагрузкам. Материал обязан хорошо поддаваться сварке.
ИнструментальныеСтали с высоким содержанием легирующих компонентов и углерода. Существуют штамповочные и режущие подтипы инструментальных сталей. Материалу присуща высокая теплостойкость, твердость + износостойкость.
КонструкционныеВ составе малое содержание марганца. Используются для решения большинства рутинных задач при строительстве.
ПримесиРядовыеВкрапление серы до 0.06%, а фосфора до 0.08%.
КачественныеВкрапление серы до 0.04%, а фосфора до 0.033%
Высокого качестваВкрапление серы до 0.026%, а фосфора до 0.023%
Особо высокого качестваВкрапление 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.

Калькулятор веса стального квадрата

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.

МетодСутьРаспространенность (из 5 ★)
МартеновскийОснован 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-кислородныйМетод с повышенной КПД. Из чугуна в печи «выдувают» примеси смесью кислорода с воздухом. Отжиг происходит быстрее + качество выше.★★★★
ЭлектроплавильныйПереплавка 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.★★
ПрямойПродувка 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.


НаправлениеМетодОписание
ТермическоеОтжигСталь резко поддается температурному нагреву, после чего, охлаждается на разной скорости.
ЗакалкаПерегрев + быстрое остывание.
ОтпускДополнение закалки для уменьшения напряжения сплава.
НормализацияАналог отжига, но на воздухе.
ТермомеханическоеВысокотемпературныйМеханическое воздействие происходит при сохранении материалом нагрева.
НизкотемпературныйХолоднокатаная сталь. Сначала идет нагрев, потом частичное охлаждение до предела в 400-500 градусов, и дальнейшая закалка.
ТермохимическоеЦементацияВерхняя часть поверхности стали насыщается углеродом, что делает корку более износостойкой.
АзотированиеВкрапление в материал азота для получения верхнего защитного слоя.
ЦианированиеСовокупное 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.

Сварка чугуна в домашних условиях

obrazec-chuguna

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 чугунаНедостатки сплава
Некоторые марки чугуна имеют уровень прочности сродни стали.При длительном воздействии воды, на поверхности чугуна начнутся процессы коррозии.
Равномерное распределение тепла + длительное его хранение.
Эко-материал, а потому безопасен при производстве посуды.Стоимость чугуна выше классической стали.
Имеет стойкость к кислотно-щелочным средам.
Высокий уровень гигиеничности.Серый чугун не пластичен, а белый слишком хрупкий.
Долговечность за счет высокого сопротивления коррозии.

Выделяют 2 основных типа чугуна – белый и серый. Первый является материалом для изготовления ковкого чугуна, а второй имеет более широкие области применения как в промышленности, так и быту.


razbor-chuguna

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.


mikrostruktura-grafita

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.

otlichie-stali-ot-chuguna

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%.

razlichie-bazovyh-harakteristik

Теперь по различиям. Для упрощения восприятия, данные предоставим в виде таблицы.


ХарактеристикаСтальЧугун
Доля углерода в сплавеБолее 2%Менее 2%
Содержание неметаллических примесей – серы, фосфора, магния и так далее.МинимумБольшое количество
ХрупкостьСреднеСильная
Уровень твердостиВысокийСредний
ПрочностьВыше чугуна-
Уровень ковкостиВыше чугуна-
Простота литья-Выше стали
Теплопроводимость-Выше стали
ЗакалкаНужнаНе обязательно
Методов обработкиБольше 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.

МетодОписание
По изломуПриемлемо 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.
СверлениеВыбираем 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.
ШлифованиеОсновным 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.

Рейтинг автора
Автор статьи
Олег Селизнев
Инженер-технолог в области металлургии и металлообработки
Написано статей
31
Поиск записей с помощью фильтра:
Вид обработки
Вид проката
Вид материала
Adblock
detector