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

Что такое углеродистая сталь?

В зависимости от содержания углерода углеродистые стали можно разделить на различные формы. Но в целом их можно разделить на две категории, а именно на мягкую углеродистую сталь и сталь с высокой прочностью на растяжение.

Прочность стали на растяжение обратно пропорциональна количеству содержащегося в ней углерода. Таким образом, легко понять, что высокопрочные стали будут иметь меньшее количество углерода.

Изменение содержания углерода может привести к различиям в таких свойствах, как пластичность, пластичность, свариваемость и т. д.

Мягкоуглеродистая сталь имеет очень низкое содержание углерода в диапазоне от 0.5% до 0.25%. По данным AISI (Американского института чугуна и стали), содержание углерода в разных углеродистых сталях различается, и для каждого типа определен определенный диапазон.

Например, высокоуглеродистая сталь может иметь содержание углерода от 0.6% до 1%.

Это сверхвысокоуглеродистая сталь с максимальным содержанием углерода. Содержание углерода достигает 2 процентов. 

Содержание углерода является определяющим фактором, определяющим предел текучести любой углеродистой стали. Химические свойства таких сталей можно изменить термической обработкой.

Углеродистые стали, которые могут подвергаться высокой термической обработке, имеют содержание углерода от 0.3 до 1.7%. Другие материалы, присутствующие в стали, также определяют прочность стали.

Их свойства пластичности, ковкости, свариваемости и т. д. во многом зависят от всего технологического процесса, а не только от содержания углерода.

Основные различия между чугуном и углеродистой сталью

1. Чугун и углеродистая сталь отличаются друг от друга содержанием углерода. Чугун имеет более высокое содержание углерода, чем углеродистая сталь.
2. Чугун используется для хранения или продажи металла, тогда как углеродистая сталь используется для изготовления проволоки и других предметов.
3.  Углеродистая сталь более ковкая, чем чугун, из-за меньшего содержания углерода в ней.
4. Чугун нельзя сваривать, тогда как углеродистые стали обладают свойством свариваемости. 
5. Чугун и углеродистая сталь также различаются по своей пластичности, чугун менее пластичен по сравнению с углеродистой сталью.

Рекомендации

1. https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/47/1/47_1_53/_article/-char/ja/
2. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s12649-013-9223-1.pdf
3. https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=rsdbs92yGs4C&oi=fnd&pg=PP7&dq=Difference+Between+Pig+Iron+and+carbon+steels&ots=-PIF83b5cs&sig=YHu2ta04UzGOQkDT_Xovq7HXdqs
4. https://www.researchgate.net/profile/Tariq-Islam-6/publication/332772564_Classification_and_Application_of_Plain_Carbon_Steels/links/605afd73a6fdccbfea00ada5/Classification-and-Application-of-Plain-Carbon-Steels.pdf

Производство металлов

Как добывают и производят металлы? В чистом виде в природе их не существует, а люди в них нуждаются в самых разных областях.

Для организации технологии изготовления чего-либо в первую очередь необходимо получить нужные материалы. Как вы знаете, материалы бывают твёрдыми, жидкими и газообразными.

Многие материалы, используемые для производства каких-либо изделий, добываются людьми в природе. К таким натуральным материалам относятся камень, глина, песок, древесина, стебли растений, кожа животных и др.

Металлов и их сплавов в природе нет. Исключение составляют лишь в небольшом объёме самородное золото, серебро, платина, медь, ртуть, свинец, олово и метеоритное железо, попадающее на Землю из космоса.

Количество самородного металла в недрах Земли невелико. Поэтому металлы и их сплавы для промышленного производства нужно получать из руды. Руда является минеральным веществом, представляющим собой соединения того или иного металла с другими веществами или химическими элементами. Технология получения металлов из руды называется технологией выплавки металлов.

Чугун получают из железной руды в доменных печах (рис. 5.1, а). Затем в мартеновских печах (рис. 5.1, б) из чугуна производят сталь. Сталь получают из чугуна и в конверторах Бессемера. Конвертор — это большой ковш, в который заливают расплавленный чугун. Сверху в расплав опускается трубка, по которой в него вдувается кислород. В кислороде сгорает лишний углерод, сера и другие примеси, которые были в чугуне. При сгорании они выделяют много тепла, не давая расплаву металла застыть.

Рис. 5.1. Чугун получают в доменной печи (а); сталь — в мартеновской (б); алюминий — в электродуговой (в)

Алюминий выплавляют из руды, называемой бокситами. Его производят в электродуговых печах (рис. 5.1, в). Медь из её руды производят в два этапа. Сначала в печах получают промежуточный продукт, называемый штейном. Потом из штейна в специальных конверторах получают техническую медь.

Для получения небольших объёмов расплавленного металла на современном производстве используются индукционные тигельные и муфельные печи (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Индукционная тигельная печь (а); муфельная печь (б)

Индукционные печи расплавляют металл с помощью токов высокой частоты. Работа этих печей сходна с работой бытовой СВЧ-печи.

В муфельных печах металл плавится под действием внешних электрических нагревательных элементов. В этих печах можно расплавлять металлы, температура плавления которых не превышает 1000 °C.

Выплавленный металл разливают из печей в ковши, а затем из ковшей в формы.

Профессии и производство

Отрасль промышленности, которая производит современную технику из металлических материалов, называется металлургией. Металлург — это человек, работающий в отрасли производства металла из горных пород и металлолома. Металлург должен иметь техническую специальность. Его профессия требует большой физической силы, быстрой реакции и решительности. Наиболее популярными «огненными» профессиями являются: горновой доменной печи, сталевар, разливщик стали, плавильщик, техник-технолог доменного производства, нагревальщик металла, инженер-металлург. О характеристиках и особенностях этих профессий вы сможете прочитать в книгах и в Интернете.

Словарь

руда; технология выплавки металлов.

Проверьте себя:

1. Какие устройства используют для плавки чугуна и стали?

2. Почему в конверторе Бессемера сталь под действием вдуваемого в нее кислорода не остывает?

3*. Можно ли серебро расплавить в муфельной печи?

Подумайте, почему в Древней Греции оружие, посуду, орудия труда делали из бронзы, а не из стали.

Чугун и сталь: основные различия и преимущества

Основные различия между чугуном и сталью

Одно из основных различий между чугуном и сталью заключается в их составе и структуре. Чугун является сплавом железа с высоким содержанием углерода, обычно от 2 до 4%. В то время как сталь также является сплавом железа с углеродом, ее содержание углерода обычно намного ниже — около 0,1-2%.

Это различие в содержании углерода делает чугун более хрупким и менее прочным по сравнению со сталью. Однако, благодаря высокому содержанию углерода, чугун обладает высокой степенью термической стабильности и может быть легко литым в различные формы. Это делает его идеальным материалом для производства отливок и изделий, которые должны быть прочными и в то же время иметь сложную форму.

Преимущества чугуна и стали

Одним из главных преимуществ чугуна является его способность поглощать и сохранять тепло. Благодаря этому, чугунные изделия часто используются для приготовления пищи и кофеварок, так как они равномерно распределяют и сохраняют тепло. Кроме того, чугун обладает высокой прочностью при сжатии и может быть использован для создания крупных и тяжелых конструкций, таких как стеновые панели и мосты.

С другой стороны, сталь обладает высокой прочностью при растяжении и изгибе. Это делает ее идеальным материалом для создания каркасных и конструктивных элементов, таких как балки и столбы. Более того, сталь имеет высокую устойчивость к коррозии и может быть легко сварена, что делает ее универсальным материалом для широкого спектра применений.

Таким образом, выбор между чугуном и сталью зависит от конкретных требований проекта или процесса. Оба эти материала имеют свои уникальные свойства и преимущества, которые необходимо учитывать при выборе материала для конкретной задачи.

Литейные качества

Большинство людей не видели чугун или сталь в расплавленном состоянии, что понятно, поскольку чугун плавится при температуре около 2300 °F, а сталь – при температуре 2600 °F, и оба они заливаются в формы при еще более высоких температурах. Люди, которые работают с жидким чугуном и сталью, часто отмечают, что они сильно различаются по степени текучести и усадки.

Чугун относительно легко лить, он легко разливается и не дает усадки так сильно, как сталь. Это означает, что он легко заполняет сложные пустоты в форме, и для этого требуется меньше расплавленного материала. Эта текучесть делает чугун идеальным материалом для архитектурных или декоративных металлоконструкций, например, таких, как ограждения и уличная мебель.

Заливка стали намного сложнее. Она менее жидкая, чем расплавленный чугун, и более реактивная к материалам форм. Сталь даёт большую усадку, когда охлаждается, а это означает что нужно налить больше расплавленного материала – обычно в запасной резервуар, называемый стояком, из которого вытягивается отливка при охлаждении.

Однако отливки обычно охлаждаются неравномерно. Внешние области и более тонкие части будут охлаждаться и сжиматься намного быстрее, чем внутренние области и более объемные части, часто создавая внутреннее натяжение или напряжение, которое можно ослабить только посредством термообработки. Сталь гораздо более восприимчива, чем чугун, к усадочным напряжениям, и в некоторых ситуациях эти напряжения могут привести к значительным внутренним и /или внешним пустотам и возможным переломам.

По этим причинам литейная сталь требует большего внимания и контроля в течение всего процесса литья, что делает производство более ресурсоёмким.

Чем лучше чугун, чем сталь

Первое отличие между чугуном и сталью — это их состав. Чугун представляет собой сплав железа с высоким содержанием углерода (обычно от 2% до 6%). Благодаря этому, чугун обладает высокой прочностью и жесткостью. Однако, он также является хрупким материалом и плохо переносит удары.

В свою очередь, сталь содержит меньшее количество углерода (обычно менее 2%). Это делает сталь более гибким и ударопрочным материалом по сравнению с чугуном. Также сталь обладает высокими прочностными характеристиками и может быть легко обработана.

Еще одним различием между чугуном и сталью является их применение. Чугун чаще всего используется для изготовления чугунных литейных изделий, таких как сковороды и посуда, а также детали машин и механизмов. Сталь же применяется в самых разных областях: строительство, автомобильная промышленность, производство оружия и многое другое.

В заключение, несмотря на то, что чугун и сталь имеют свои преимущества и области применения, выбор между ними зависит в первую очередь от конкретной задачи и требований, которые нужно выполнить. Надежность и прочность чугуна оправдывают его использование в производстве литейных изделий, в то время как гибкость и ударопрочность стали делают ее востребованной в различных отраслях промышленности.

Чугун против углеродистой стали

Чугун – это промежуточный продукт металлургической промышленности. Его производят путем плавки железной руды с коксом и известняком в доменной печи. Это также хрупкий и высокоуглеродистый материал. Углеродистая сталь представляет собой сплав железа и углерода с содержанием углерода от 0.2% до 2.1%.

Чугун является одной из первых стадий производства стали. В нем содержится большое количество углерода, что связано с отсутствием очистки, которая может быть достигнута только другими методами.

Чугун в чистом виде называется сталью (чистота по содержанию углерода). Исторически из него делали кованое железо, которое при последующей очистке можно было превратить в сталь.

Углеродистая сталь имеет около 2 процентов содержания углерода при измерении по весу. Он также может содержать другие металлы, такие как никель, вольфрам или любой другой металл, который добавляется к нему для эффекта легирования.

Термин углеродистая сталь может также означать стали, которые не подпадают под категорию чистой стали. Он используется для изготовления различных вещей, таких как машины, инструменты для резки и т. д.

Градация стали и чугуна

Сталь

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%.

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:

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 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:

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
.

Чугун — это сплав железа с углеродом. По процентному содержанию железа содержится более 90%. Количество углерода колеблется в пределах 2,14- 6,67%. Благодаря этому элементу материал имеет высокую твердость, но появляется хрупкость. Это влечет ухудшение ковкости и пластичности. В некоторые виды для улучшения характеристики добавляются легирующие элементы: алюминий, хром, ванадий, никель.

Центры цветной металлургии в России

Центрами алюминиевой промышленности являются Братск, Красноярск, Саянск и Новокузнецк. Расположенные в этих городах крупные алюминиевые заводы развиваются на основе собственного сырья из Урала, Северо-Западного региона и Сибири, а также привозного. Данное производство достаточно энергоемкое, поэтому предприятия размещены недалеко от ГЭС и ТЭС.

Главным центром медной промышленности нашей страны является Урал. Предприятия используют местное сырье из Гайского, Красноуральского, Ревдинского и Сибайского месторождений.

Свинцово-цинковая промышленность страны зависит от добычи полиметаллических руд, поэтому и расположена рядом с местами их добычи – Приморье, Северный Кавказ, Кузбасс и Забайкалье.

Рис. 3 Добыча золота на Чукотке

Механическое определение с помощью шлифования

Можно подойти к вопросу определения материала используя болгарку (угловую шлифовальную машинку). Как и предыдущем способе выбираем участок который не является плоскостью трения, контактной площадкой или другим важным конструкторским элементом. Включенной машинкой соприкасаемся с исследуемой поверхностью и следим за формой и цветом искр.

В чугунных изделиях это будет короткая искра с красноватым оттенком на звездочке в конце трека.

В металлических изделиях сноп искр будет сравнительно больший, треки длиннее, а искры ослепительно белого или желтого цвета.

Если существует неопределенность и неуверенность в методе и вашей оценке, то можно взять заведомо известный материал, например, чугунный казан в углу гаража и проверить какие искры летят при обработке шлифовальной машинкой. При этом не стоит забывать, что ряд сталей специального назначения, особенно жаропрочные, дают искру минимального размера, с коротким треком и вишнево красного цвета.

В данном материале не рассматриваются экзотические для домашнего пользования методы:

• спектрального анализа
• микроскопического анализа
• взвешивания и определения объема.

Но для домашних нужд вышеуказанных способов более чем достаточно. Независимо от метода и способа определения материала старайтесь использовать схемы, чертежи и прочую информацию к вашему агрегату или изделию. Количество информации во всемирной паутине зашкаливает и способно добраться в самый отдаленный уголок цеха или гаража.

Плюсы и минусы материала

Как и любой материал, чугун имеет положительные и отрицательнее стороны. К положительным качествам относятся:

• большая разновидность состояний.
• некоторые виды обладают высокой прочностью;
• возможность длительное время сохранять температуру;
• экологическая чистота, что позволяет изготавливать из него посуду;
• стойкость к кислотно-щелочной среде;
• высокая гигиеничность;
• длительный срок эксплуатации и долговечность;
• безвредность материала.

https://youtube.com/watch?v=F6ApHPhpnok

Однако и минусы тоже присутствуют. К ним относятся:

• при длительном нахождении в воде поверхность покрывается ржавчиной;
• высокая стоимость материала;
• низкая пластичность серого вида чугуна;
• хрупкость.

Производство чугуна

Зачатки черной металлургии человек освоили уже во II-ом тысячелетии до н. э. Для получения стали. Но доменные печи появились в Европе только в XIV — XV веках. Чугун был получен как побочный ненужный продукт.

Оценили, когда обратили внимание на выдающиеся литейные качества. Удобен для изготовления пушек-ядер, да и сталь из него получать удобнее

До России технология осмысленно дошла в XVII веке. Случилось это при Петре I, когда искали материал для оружия.

В качестве сырья обычно используются железняки. Наибольший выход получается из магнитного и красного, обильно содержащие Fe.

Для поддержания температуры используется кокс. Воздух для горения подается принудительно. Флюс (известняк) предназначен для снабжения углекислым газом. Основная реакция:

Восстановленное Fe опускается в горн, где насыщается углеродом. Цикл работы печи – непрерывный.

Основные металлургические базы

Все вышеперечисленные факторы привели к неравномерному размещению металлургических предприятий. На отдельных территориях сформировались целые металлургические базы. В России выделяют три:

• Центральная база – это достаточно молодой центр, фундаментом которого служат железные руды района Курской магнитной аномалии, Кольского полуострова и Карелии. Главными центрами производства являются города Липецк, Старый Оскол и Череповец;
• Уральская база – это один из самых крупных центров металлургии в России, основными центрами которого являются Магнитогорск, Новотроицк, Челябинск, Нижний Тагил и Красноуральск;
• Сибирская база – это центр, который находится ещё в стадии развития. Основной источник – кузнецкий уголь и железная руда Приангарья и Горной Шории. Главный центр – город Новокузнецк.

Сравнительную характеристику и схему работы металлургических баз России можно представить в следующей таблице:

ТОП-4 статьи

которые читают вместе с этой

	Центральная	Сибирская	Уральская
Железные руды	Курская магнитная аномалия, Кольский полуостров, Карелия	Приангарье, Горная Шория	Уральские горы
Коксующийся уголь	Привозной (Донецкий и Кузнецкий каменноугольный бассейн)	Местный (Кузнецкий каменноугольный бассейн)	Привозной (Казахстан)
Предприятия	Предприятия полного цикла (производят чугун, сталь, прокат)	Предприятия полного цикла и предельной металлургии (производят только сталь и прокат)	Предприятия полного цикла (производят чугун, сталь, прокат)

Резать и сверлить

Как отличить чугун от стали в домашних условиях? Необходимо получить из него мелкую пыль или стружку. Так как сталь обладает высокой пластичностью, то и стружка ее имеет извивистый характер. Чугун же крошится, при сверлении образуется мелкая стружка надлома вместе с пылью.

Для получения пыли можно воспользоваться напильником или рашпилем и немного подточить край интересующей детали. Полученную мелкодисперсную стружку рассмотреть на руке или белом листе бумаги. Чугун содержит углерод в большом количестве в виде графитовых включений. Поэтому при растирании его пыли остается черный графитовый «след». В сталях же углерод находится в связанном состоянии, поэтому механическое влияние на пыль не дает никаких видимых результатов.

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:

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 1250оС
.

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.

Выводы

В целом, коленчатые валы из стали являются предпочтительным вариантом для большинства современных двигателей, благодаря своей высокой прочности, устойчивости к износу и возможности точной обработки. В то же время, коленчатые валы из чугуна сохраняют свое значение в определенных областях, где важна стоимость или где нагрузки являются низкими.

Окончательный выбор материала для коленчатого вала должен основываться на требованиях конкретного двигателя и его рабочих условиях, а также на бюджете и предпочтениях производителя.

• Коленчатый вал: сталь vs чугун
• Сколько времени вы занимаетесь сексом?
• Хеппи Нью Иир! Как отмечают НГ те, у кого нет семьи? И друзья вокруг уже семейные
• Народ, помогите! Я ИЩУ КНИГИ Бернарда Глэмзера (ОН НАПИСАЛ ЕЩЕ «Небесные девушки!»)
• Сколько будет стоить сделать морские документы матроса вахтенного/классифицированного?
• Какой код необходим для вампиризма в Скайриме?

• Может поговорим об устройстве Вселенной?
• Что надо сделать перед тем, как до кого-то дотяпаться?