В чем отличия между чугуном и сталью, состав сплавов, что прочнее и крепче

Различия меж чугуном и литой сталью

Одним из самых фаворитных методов производства долговременных и высококачественных материалов является литьё. Отливка обеспечивает высочайший уровень детализации конструкции и не просит производства либо сборки доп частей. Благодаря литью, можно сделать огромное количество разных материалов, но, более пользующимися популярностью являются сталь и чугун из-за их потрясающих механических параметров и широкого диапазона внедрения.

Чугун и сталь по наружному виду могут фактически не различаться, но, у всякого из их есть свои достоинства и недочеты. Осознание этих преимуществ и недочетов посодействуют создать верный выбор и обеспечат вашей конструкции крепкость, долговечность и устойчивость к повреждениям либо деформации.

11.8. Коррозия стали и меры предохранения от нее

Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под влиянием внешней среды.

Факторы, влияющие на коррозию металлов: воздействие температуры, влажности, загрязнение диоксидом серы, наличие блуждающих токов, неблагоприятный состав атмосферы.

Коррозия металлов сводится к их окислению и проявляется в виде рыхлого порошка светло-коричневого цвета, который называется ржавчиной.

Разрушение металла начинается с поверхности. Металл теряет блеск, его поверхность становится неровной. В результате уменьшается поперечное сечение металлов, снижаются механические свойства и происходит разрушение.

По характеру взаимодействия со средой коррозия бывает химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия протекает в средах, не проводящих электрический ток (в сухих газах, нефти, бензине спирте), в результате чего на поверхности металла образуется оксидная пленка (Рис. 11.9).

Рис. 11.9. Коррозия металла

Электрохимическая коррозия происходит во влажном воздухе и в различных водных растворах, проводящих электрический ток. В щелочной среде она значительно уменьшается. Это свойств используют при изготовлении железобетона. В процессе
твердения цемента возникает щелочная среда, способствующая образованию на поверхности стальной арматуры защитной пленки из нерастворимых соединений железа (пассивирование железа). Пленка защищает металл от коррозии.

К современным способам защиты металла от коррозии относятся:

• легирование металла;
• электрохимическая защита;
• шлифование металла;
• нанесение защитных покрытий (лаки, краски, эмали, масла);
• металлические покрытия (цинк, олово, хром, медь, никель);
• снижение агрессивности производственной среды, в которой эксплуатируется металлическое изделие.

Чугун

Чугун – первичный продукт металлургии. В его составе содержится углерода более 2% и значительное количество примесей, влияющих на свойства металла: марганец, фосфор, кремний, сера, легирующие добавки.

Чугун относят к хрупким металлам, его можно легко разбить на осколки при ударе, поэтому он менее практичен в обработке и применении. Вид углерода, содержащегося в чугуне, влияет на его свойства, поэтому различают несколько видов чугуна:

— серый, мягкий металл с низкой температурой плавления;

— белый, с повышенной твердостью, но хрупкий;

— ковкий, вторичный продукт белого чугуна;

Плотность чугуна составляет 7000 кг/м3.

Main Differences Between Steel and Cast Iron

Steel:

1. Composition:

   Primarily composed of iron and carbon, with other alloying elements like manganese, chromium, nickel, and more.

2. Carbon Content:

   Generally has a lower carbon content compared to cast iron, between 0.2% to 2.1%.

3. Strength:

   Tends to be stronger and more durable than cast iron.

4. Ductility:

   More ductile and malleable, allowing for a wider range of applications and shaping.

5. Weight:

   Typically lighter than cast iron, making it more suitable for applications where weight is a concern.

6. Heat Treatment:

   Can be heat-treated for increased hardness and strength.

7. Corrosion Resistance:

   Generally more resistant to corrosion than cast iron, especially when alloyed with elements like chromium.

8. Machinability:

   Easier to machine due to its softer nature.

9. Uses:

   Widely used in construction, automotive, aerospace, and various other industries.

Cast Iron:

1. Composition:

   Mainly composed of iron, carbon, and silicon, with a higher carbon content compared to steel.

2. Carbon Content:

   Higher carbon content, between 2.1% to 4%.

3. Strength:

   Brittle compared to steel, but can still be strong in compression.

4. Ductility:

   Less ductile and more brittle, limiting its applications.

5. Weight:

   Generally heavier than steel, making it suitable for applications where weight is not a primary concern.

6. Heat Treatment:

   Limited heat-treatability; tends to be more challenging to heat-treat compared to steel.

7. Corrosion Resistance:

   Prone to corrosion, especially when not coated or treated.

8. Machinability:

   Harder to machine due to its hardness and brittleness.

9. Uses:

   Commonly used for cookware, pipes, engine blocks, and components where its hardness and heat retention are beneficial.

References

1. https://books.google.com/books?hl=en&lr=lang_en&id=6ZgvRtOvMvUC&oi=fnd&pg=PA3&dq=steel+and+cast+iron&ots=10OOb9aYW-&sig=nl2qY9aodRyolCcQs4OSahpYxLs
2. https://meridian.allenpress.com/corrosion/article-abstract/14/6/43/157351

Home – Science – Steel vs Cast Iron: Difference and Comparison

Last Updated : 02 March, 2024

One request?

I’ve put so much effort writing this blog post to provide value to you. It’ll be very helpful for me, if you consider sharing it on social media or with your friends/family. SHARING IS ️

Чугун и сталь: основные различия

Основное отличие между чугуном и сталью заключается в количестве углерода. Чугун содержит большее количество углерода (примерно от 2,1% до 6,67%), в то время как у стали содержание углерода ниже (обычно менее 2%). Из-за этого различия в количестве углерода чугун более хрупкий и ломкий, а сталь более пластична и ударопрочна.

Еще одно отличие между чугуном и сталью визуально проявляется при оценке их поверхности. Излом чугуна имеет хрупкую и слоистую структуру, в то время как сталь после обработки имеет однородный и более гладкий вид.

Выбирая между чугуном и сталью, следует учитывать их различия в свойствах и применении. Чугун обладает большей износостойкостью и ударопрочностью, что делает его подходящим для изготовления литейных и литьевых изделий, таких как печи и котлы. Сталь, с другой стороны, обладает большей пластичностью и является более прочным материалом, что делает его идеальным для производства различных деталей и конструкций.

Выводы:

1. Основные отличия между чугуном и сталью заключаются в содержании углерода и их свойствах.

2. Чугун содержит больше углерода и поэтому является более хрупким и ломким материалом, чем сталь.

3. Сталь более пластична и ударопрочна благодаря меньшему содержанию углерода.

4. Чугун обладает большей износостойкостью и ударопрочностью, а сталь — большей прочностью и пластичностью.

5. Чугун используется в основном для изготовления литейных и литьевых изделий, а сталь — для производства различных деталей и конструкций.

Примечания:

— Существуют различные марки чугуна и стали, каждая из которых имеет свои индивидуальные свойства и применения.

— Чугун и сталь различаются также по своей устойчивости к коррозии.

Какие металлы часто путают

Чугунные изделия путают с аналогами других металлов, которые визуально могут выглядеть схоже. Например, когда человек сдает остатки станкового оборудования, старые радиаторные системы, арматуру, фитинги, сантехнические компоненты.

Чаще всего путаница происходит в сравнении со сталью, железом или алюминием. К счастью, найти различия можно даже в домашних условиях. Достаточно понимать, чем они отличаются. Это может быть цвет, звук при контакте, характеристики прочности, наличие или отсутствие магнитных свойств. В нашей статье мы разберем наиболее доступные методы проверки подробно.

Теплоотдача и теплопроводность

Теплоотдача — это способность материалов передавать тепло через свою поверхность. На этом свойстве основан множество применений чугуна и стали. Например, при готовке на плите из чугуна или использовании стального котла для отопления. Чугун хорошо сохраняет и отдаёт тепло, благодаря чему пища на плите остаётся горячей дольше.

Теплопроводность — это способность материалов передавать тепло внутри своей структуры. У стали теплопроводность выше, чем у чугуна. Это объясняется различием в структуре. У стали структура регулярная, а у чугуна — хрупкая и пористая. Благодаря этому, сталь быстрее и эффективнее передаёт тепло.

Однако, и чугун, и сталь использовались в различных областях промышленности, в зависимости от требований. Например, чугун применяется в литейном производстве, а сталь широко используется в машиностроении, авиации и других отраслях.

11.3. Производство чугуна

Чугун получают из шихты, состоящей из железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Эту смесь подвергают термической обработке до температуры 1900° С в доменных печах.

Интересно знать: Доменная печь. Получение чугуна

Железная руда состоит из рудного минерала (оксиды Fe2O3 и Fe2O4), пустой породы, не содержащей железа (известняк, кварцит, песчаник) и примесей. К вредным примесям относятся сера, фосфор, которые ухудшают качество чугуна.

Флюсы – это материалы минерального происхождения, которые вводят в шихту для образования шлака и регулирования его состава. Они способствуют переходу вредных примесей для металла в шлак. По химическому составу различают основные флюсы (известняк),
кислые (кремнезем) и нейтральные (глинозем).

Производство чугуна заключается в следующем: руду измельчают на дробильной установке, промывают, после чего обжигают для удаления вредных примесей. Затем шихта загружается в верхнюю часть печи, а снизу подается горячий воздух (Рис 11.7). Кокс
начинает интенсивно сгорать, образую углекислый газ СО2. В результате горения температура в этой зоне поднимается до 1900℃. По мере продвижения шихты вниз ее температура повышается. Углекислый газ при контакте с раскаленным коксом переходит
в оксид углерода СО. Газовая среда в печи приобретает восстановительные свойства, т.е. способность отнимать от оксидов кислород.

Таким образом, углерод кокса при высоких температурах восстанавливает железную руду до чистого железа. Железо плавится и насыщается углеродом, превращаясь в чугун.

Из шихты восстанавливаются марганец, фосфор и кремний, которые тоже переходят в расплав металла. Расплавленный чугун стекает в нижнюю часть печи, а расплавленный шлак находится сверху чугуна, т.к. более легкий, и предохраняет его от окисления.

Рис. 11.7. Схема доменной печи

Интересно знать: Технология получения чугуна

Более 80% чугуна используют для получения стали, а остальное (около 20%) – для литых чугунных изделий. При доменном производстве на каждую тонну чугуна получают около 0,6 т огненно-жидкого шлака. Шлак – ценное сырье для промышленности строительных
материалов. Из него получают шлакопортландцемент, шлаковую пемзу, шлаковую вату и другие материалы.

Определяем происхождение по типу детали

Рассмотрев подробные характеристики этих сплавов, можно уверенно пользоваться знаниями о том, чугун от стали чем отличается. Имея перед собой металлический предмет, сомневаясь в его происхождении, рационально сразу вспомнить главные отличительные технологические свойства. Итак, чугун – это литейный материал. Из него производят простую посуду, массивные трубы, корпусы станков, двигателей, крупные объекты несложной конфигурации. Из стали изготавливают детали всех размеров и сложности, так как для этого применяются ковка, штамповка, волочение, прокатывание и другие способы обработки металла давлением. Таким образом, если стоит вопрос о происхождении арматуры, сомнений быть не может – это сталь. Если интересует происхождение массивного казана – это чугун. Если же необходимо узнать, из чего изготовлен корпус двигателя или коленчатого вала – следует прибегнуть к иным вариантам распознавания, так как возможны оба варианта.

Устойчивость к коррозии

Чугун изначально является более устойчивым к коррозии материалом, поскольку он содержит высокий уровень углерода и силикона. Эти элементы создают защитную пленку на поверхности чугуна, которая препятствует проникновению влаги и кислорода, вызывающих коррозию.

С другой стороны, сталь подвержена коррозии в большей степени, особенно если она не обработана специальными защитными покрытиями или смазками. Комбинирование стали с другими металлическими элементами, такими как никель или хром, может увеличить ее устойчивость к коррозии.

Для защиты стали от коррозии обычно используются методы, такие как гальваническая оцинковка или нанесение защитной покрытия. Правильное обслуживание и регулярная проверка состояния поверхности помогут сохранить сталь в хорошем состоянии и продлить ее срок службы.

В целом, хотя чугун более устойчив к коррозии, такой материал, как сталь, может быть успешно защищен от коррозии с помощью правильного обслуживания и применения защитных методов.

Характеристики чугуна

Железо и углерод содержится и в чугуне. Если говорить об углероде, то в составе чугуна его не менее 2%. Кроме того, лигируют сталь при помощи различных дополнительных компонентов, среди которых марганец, кремний и так далее.

Чугун в зависимости от кристаллической решетки, можно поделить на несколько вариантов:

1. Белый – цвет определяется за счет содержания в составе цементита, из него изготавливается исключительно ковкий чугун;
2. Серый – в данном случае имеется в составе достаточно существенный процент графита;
3. Ковкий – высокопрочный тип чугуна, который получается повышенный уровень ударной сопротивляемости;
4. Высокопрочный и предельный.

Температура плавления данного материала составляет в среднем 1160 – 1250 градусов. Плавление зависит от содержания в составе чугуна углерода. Чем больше углерода, тем меньше температура плавления.

Классификация чугунов

Металлургическая промышленность выпускает разные виды чугуна. Сорт зависит от участвующих в сплаве форм графита или цементита и остальных компонентов.

Серый чугун (СЧ)

Обозначают буквами СЧ. На разрезе – серовато-черный, что обусловлено присутствием графита, этого природного цвета. В составе также присутствуют различные примеси, в том числе и кремний. Этот вид чугуна, свободно поддающийся резке и часто употребляющийся в машиностроительной отрасли для «неосновных» деталей, при добавлении фосфора становится жидкотекучим. Применим для всех видов литья, в том числе художественного.

Белый чугун

На разрезе светлый, благодаря присутствию карбида железа. Подвергается дальнейшей переработке на ковкий чугун и сталь. Поэтому сорт называют передельным. Свойства – хрупкость и твердость, слабо обрабатываемый, не годится для самостоятельного использования. Твердый, слабо подвержен обработке, хрупкий – такие свойства делают его непригодным для самостоятельного использования.

Ковкий чугун

Обозначение — КЧ. При длительном отжиге белый чугун преобразуется в ковкий.

Свойства – не поддаётся обработке давлением, но при этом обладает повышенной сопротивляемостью ударам и прочностью при растяжении. Ковкий чугун подходит для изготовления деталей усложненной конфигурации.

Высокопрочный 

Маркируют буквами ВЧ. Получают при введении в серый жидкий чугун спецдобавок, для придания графиту сфероидальной формы. Высокопрочный вид чугуна применяют для изготовления ответственных деталей – шестерён, коленвалов, поршней, которые должны иметь высокую износоустойчивость.

Форма выпуска передельного и литейного видов – специальные формы – чушки. Современные технологии позволяют получить полуфабрикаты, квадратные, листовые, пластинчатые, брусковые заготовки разновидностей чугуна.

В зависимости от назначения и химсостава выделяют следующие разновидности чугуна:

1. ферросплавы 
2. легированные.

Они имеют названия, соответствующие металлам-добавкам:

• циркониевые;
• хромистые;
• ванадиевые; 
• медные;
• титановые.

Легированные виды более всего востребованы в производстве агрегатов, механизмов, узлов и деталей, работающих в особо неблагоприятных средах и условиях.

Чугун, отличающийся увеличенным процентным включением ферромарганца или ферросилиция, относят к специальным – ферросплавам. Добавляются в сталеплавильном производстве для выделения кислорода – раскисления.

К легированным чугунам относят:

1. Антифрикционные;
2. Жаростойкие;
3. Жаропрочные;
4. Коррозионностойкие.

Антифрикционные виды маркируются первыми буквами АЧ. Например, АЧС — это антифрикционный серый чугун. Ещё можно увидеть маркировку АЧВ — антифрикционный высокопрочный чугун и АЧК — антифрикционный ковкий.

Жаростойкий вид маркируют буквами ЖЧ. Далее указывается буква обозначающая легирующий элемент. Например, ЖЧХ-2,5. Это жаростойкий чугун с добавлением хрома 2,5%.

К жаростойким относят марки: ЧН19ХЗШ.

К коррозионностойким: маркировка ЧНХТ, ЧН1МХД

Еще их называют специальными чугунами.

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?

Чугун: особенности, отличия от стали и области

Достоинства и недостатки

Свойства определяют как положительные, так и отрицательные стороны чугуна. К бесспорным плюсам относят следующие его качества:

• Металл отличается широким спектром применения благодаря тому, что процесс производства чугунных изделий отличается относительной простотой и экономичностью.
• Ассортимент чугунных изделий обширный, они получаются долговечными, стойкими к износу и вибрации, материал легко обрабатывается, обладает способностью накапливать тепло.
• Возможно получение разных сортов сплава с различными исходными свойствами. Характеристики варьируются количеством углерода и других присадок.
• В быту хорошо известно, что чугун – это экологичный сплав с превосходными гигиеническими качествами. Чугунная сковорода хорошо моется и не взаимодействует с кислотами и щелочами, чугунная ванна долго сохраняет накопленное тепло.

Чугунная посуда, практичная и удобная в готовкеИсточник marthastewart.com

Минусы чугуна, как материала, выглядят следующим образом:

• Его необходимо защищать от контакта с водой; даже кратковременное их взаимодействие запускает процесс коррозии (поэтому чугунные ванны обязательно покрывают эмалью).
• Основной недостаток – хрупкость, из-за которой чугунные изделия нуждаются в особых условиях во время перевозки, установки и обслуживания.
• Чугунные детали отличаются большим весом.

Градация стали и чугуна

Сталь

Схема производства стали.

Для получения стали железо сплавляется с углеродом и разнообразными примесями. Обязательным условием является содержание углерода не более 2% (он увеличивает прочность), а железа – не меньше 45%. Оставшуюся часть составляют легирующие связывающие компоненты (хром, молибден, никель и т.д). Хром увеличивает прочность стали, ее твердость и сопротивляемость износу. Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость , повышает ее антикоррозийные качества и прокаливаемость. Кремний добавляет прочности, твердости и упругости стали, снижает ее вязкость. Марганец улучшает свариваемость и прокаливаемость.Металлурги выделяют разные виды стали. Классифицируют их в зависимости от объема оставляющих элементов. Например, содержание более 11% легирующих металлов дает высоколегированную сталь. Существует также:

1. Низколегированная сталь – до 4%.
2. Среднелегированная сталь – до 11%.

Механические свойства стали.

По количеству углерода сталь классифицируется на :

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

Состав неметаллических элементов (фосфидов, сульфидов) классифицирует металл на:

• обычную;
• качественную;
• высококачественную;
• особо высококачественную сталь.

В итоге все виды стали представляют собой прочный, износостойкий и устойчивый к деформации сплав с температурой плавления от 1450 до 1520 °C.

Чугун

В производстве чугуна тоже сплавляется железо и углерод. Основным же отличием чугуна от стали является содержание последнего в смеси. Оно должно составлять больше 2%. Помимо этого, смесь содержит примеси: кремний, марганец, фосфор, серу и легирующие металлы. Чугун более хрупок, чем сталь, и разрушается без видимого деформирования. Углерод в металле представлен графитом или цементитом, при этом объем и форма элемента дают определение разновидностям сплава:

Производство чугуна.

1. Белый чугун, в котором весь объем углерода представлен цементитом. На изломе этот материал имеет белый цвет, очень твердый, но при этом хрупкий. Легок в обработке и применяется для производства ковкой разновидности.
2. Серый – углерод представлен графитом, придающим материалу пластичность. Мягок, подвержен резанию, с низкой температурой плавления.
3. Ковкий, который получается из белого чугуна специальным отжигом (томлением) его в особых нагревательных печах при температуре 950-1000 °С. При этом чрезмерная хрупкость и твердость, характерные для белого чугуна, намного снижаются. Ковкий чугун не куется, а название указывает лишь на его пластичность.
4. Высокопрочный чугун, содержащий шаровидный графит, образованный в процессе кристаллизации.

Количеством углерода в сплаве определяется температура его плавления (чем больше содержание элемента, тем ниже температура и выше текучесть при нагреве). Поэтому чугун является жидкотекучим, непластичным, хрупким и трудно поддающимся обработке материалом с температурой плавления от 1150 до 1250 °C.

Чугун и сталь: основные отличия и применение

Основное отличие между чугуном и сталью заключается в их составе и свойствах. Чугун содержит около 2-4% углерода, что делает его более хрупким и менее прочным по сравнению со сталью. Сталь, в свою очередь, содержит менее 2% углерода и обладает высокой прочностью и устойчивостью.

Свойство	Чугун	Сталь
Прочность	Низкая	Высокая
Твердость	Высокая	Средняя
Пластичность	Низкая	Высокая
Эластичность	Низкая	Высокая
Коррозионная стойкость	Низкая	Высокая

Из-за своей хрупкости и высокой твердости, чугун обычно используется в производстве литейных изделий, таких как чугунные сковороды, чугунные радиаторы и другие предметы, где важна высокая теплопроводность и равномерное распределение тепла. Сталь же широко применяется в машиностроении, строительстве, автомобильной промышленности и других отраслях благодаря своей прочности и устойчивости к нагрузкам и коррозии.

Таким образом, хотя чугун и сталь могут иметь похожий внешний вид, их свойства и применение существенно отличаются. Выбор между чугуном и сталью зависит от требований проекта и особенностей конкретной сферы применения.

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.

Ударопрочность

Пока что для вас может показаться, что внедрение чугуна имеет больше преимуществ, чем внедрение стали, но у стали есть одно существенное преимущество: ударопрочность. Сталь непревзойденно выдерживает неожиданные удары без извива, деформации либо разрушения. Это соединено с её прочностью: её способностью выдерживать высочайшие перегрузки.

Крепкость без пластичности приводит к тому, что хрупкий материал весьма восприимчив к разрушению, а чугун является прототипом для определения термина «крепкость без пластичности». Из-за собственной хрупкости чугун имеет ограниченную область внедрения.

Ударопрочность и несущая природа стали делают ее хорошей для почти всех механических и конструкционных применений, потому сталь является более обширно применяемым сплавом в мире.