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

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.

В зависимости от сформированной кристаллической решетки существуют такие разновидности чугуна:

1. 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.
2. Серый – оттенок сырья обусловлен высоким содержанием графита. Материал отличается пластичностью и простотой обработки. В составе присутствуют сера, фосфор, магний и кремний.
3. 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.
4. Высокопрочный – формирование шаровидного графита во время кристаллизации обеспечивает веществу высокую степень прочности.
5. Предельный – подвергается последующей обработке. Его нельзя применять в качестве самостоятельной единицы.

Температура плавления этого металла находится на уровне 1160-1250 градусов. Конкретное значение определяется содержанием углерода. Чем больше вещества в составе, тем ниже его температура и тем больше текучесть при нагревании. С такой зависимостью связана хрупкость вещества.

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.

Способы получения

Выделяют следующие низкоуглеродистые стали в зависимости от способа выплавки:

• Конверторные печи. Металл плавиться за счет химической теплоты экзотермических реакций. Удаление излишнего углерода происходят при продувке кислорода сквозь зеркало металла. Плюсом такого способа является высокая производительность. Минусом – повышенная концентрация азота на выходе.
• Мартеновские печи. В рабочей камере сжигается жидкое топливо. Необходимая температура плавки достигается за счет теплоты отходящих газов. При таком способе сплав получается более раскисленным и с меньшим содержанием неметаллических примесей.
• Электропечи. Обладают более совершенным способом выплавки. Все качественные марки низкоуглеродистой стали выплавляются только таким методом.Достоинством здесь выступает простота регулировки теплового режима и возможность использования шлаков и флюсов. Минус – значительные затраты электроэнергии.

Низкоуглеродистая сталь в большей степени востребована машиностроением и, особенно, строительством. Именно эти отрасли обеспечивают ее постоянным спросом вот уже на протяжении нескольких десятков лет. И ссудя по обширно обустраивающимся городам и развивающейся промышленности потребность в углеродистой стали будет только увеличиваться.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

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:

1. 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.
2. Сверление – стальная стружка обладает витой формой. По длине она превышает сверло и легко сгибается. Чугунная стружка крошится даже при незначительном воздействии.
3. 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.

От содержания углерода зависит температура плавления чугуна. По мере повышения объема этого компонента температура снижается. К тому же возникает увеличение текучести при нагревании. Это не лучшим образом сказывается на эксплуатационных свойствах – хрупкости, пластичности, простоте обработки. Температура плавления чугуна составляет 1160-1250 градусов.

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.

Мнение эксперта

Карнаух Екатерина Владимировна

Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия»

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.

Печи для бани из чугуна как самые популярные, но есть нюансы

В простонародье бытует мнение, что печи из чугуна — это идеальный вариант. Данный вывод имеет свои основания. Во-первых, чугун является материалом, который практически не прогорает. При правильной эксплуатации чугунная печь прослужит десять, а то и двадцать с лишним лет! Однако здесь присутствует одна оговорка — такой срок действительно может иметь место, если производитель использует хороший сплав и соблюдает технологию литья. Литье должно быть ровное и гладкое.

Рис 1. Чугунная топка печи для бани Везувий Легенда

На первый взгляд, если выдерживается это условие, то все идеально, но у чугуна есть своя ахиллесова пята — это хрупкость. Другими словами, при резких перепадах температуры такая печь может просто-напросто лопнуть — и, согласитесь, это не самая приятная ситуация для банных процедур.

Моисеев Родион Старший продавец в магазине на Выборгском ш. 212

Кстати, если вы еще не определились с моделью печи, то рекомендуем прочесть нашу статью “Какая печь лучше подойдет для русской бани”.

Второй нюанс материала — чугун долго нагревается, хотя и дольше остывает.

Время нагрева парной чугунной печью составляет 1,5-2 часа. Время остывания такое же. Температура прогорания чугунной печи составляет 1200 градусов по Цельсию.

Еще один нюанс чугунных печей — это их толщина. На толщину материала стоит обратить особое внимание, если литье не самого лучшего качества (например, оно в рытвинах или дырках). В таком случае для длительного срока эксплуатации печи толщина должна быть не менее 15-20 мм. Если же литье хорошего качества, то толщина может быть и меньше — 8-12 мм.

Что касается стоимости чугунных печей для бани, то расценки на такие печи начинаются от 25 тыс. рублей. Это на 20-25% дороже печей из черной или котловой стали, но, например, профессиональные модели чугунных печей по цене будут сопоставимы с ценой стальных печей.

Моисеев Родион Старший продавец в магазине на Выборгском ш. 212

Если вы хотите сравнить стоимость печей из разных материалов, воспользуйтесь фильтром подбора печей на нашем сайте.

Плюсы и минусы каждого метала

Сплавы имеют определенные преимущества и недостатки. К плюсам стали относят следующее:

• высокий запас прочности и твердости;
• большое количество свойств – это связано с разными вариантами легирующих примесей;
• оптимальное соотношение упругости и вязкости – материал прекрасно удерживает статику, динамику и ударные нагрузки;
• простота обработки;
• высокий запас прочности – благодаря этому материал отличается длительным периодом эксплуатации;
• простота и доступная стоимость литья.

При этом материал обладает и рядом недостатков:

• слабое сопротивление коррозии – это касается чистых видов стали, которые не содержат легирующих компонентов;
• высокая электромеханическая коррозия – это обусловлено свойством накопления электрической энергии;
• большой вес стальных конструкций;
• высокий риск брака – это обусловлено многоэтапностью изготовления.

Для чугуна характерны такие плюсы:

• высокий уровень прочности – некоторые марки сопоставимы по этому параметру со сталью;
• равномерное распределение тепла и возможность его длительного сохранения;
• безопасный состав – это позволяет использовать чугун для изготовления посуды;
• устойчивость к кислотам и щелочам;
• высокая степень гигиеничности;
• долговечность.

При этом металл обладает и некоторыми минусами:

• риск процессов коррозии при длительном воздействии воды;
• отсутствие пластичности серого чугуна;
• повышенная хрупкость белого материала.

Ударопрочность

Пока что вам может показаться, что использование чугуна имеет больше преимуществ, чем использование стали, но у стали есть одно существенное преимущество: ударопрочность. Сталь отлично выдерживает внезапные удары без изгиба, деформации или разрушения. Это связано с её прочностью: её способностью выдерживать высокие нагрузки.

Прочность без пластичности приводит к тому, что хрупкий материал очень восприимчив к разрушению, а чугун является образцом для определения термина «прочность без пластичности». Из-за своей хрупкости чугун имеет ограниченную область применения.

Ударопрочность и несущая природа стали делают ее оптимальной для многих механических и конструкционных применений, поэтому сталь является наиболее широко используемым металлом в мире.

Краткая сравнительная таблица

Основные отличия металлов коротко представлены в таблице:

Печи из нержавейки — лучшие показатели

На сегодня топки из нержавейки по праву считаются одними из лучших на рынке. Судите сами: термостойкость таких банных печей составляет аж 800 градусов! Это на 200-300 градусов выше, чем максимальная температура внутри банной печи. Из этого следует, что у подобных печей не будет образовываться окалина.

Температура прогорания печей из нержавейки 800 градусов Цельсия. Толщина — 2-6 мм.

Высокая температура термостойкости определяет и то, что печь будет служить верой и правдой очень долгое время — более 20 лет! Долговечность — это не единственный плюс таких печей: они не хрупкие, быстро нагревают парную, выпускаются в различных конструктивных решениях.

Рис 4. Печи для бани Grill’D серии PRO делаются из нержавейки толщиной 4 мм.

Единственный минус печей из нержавейки — это цена. Она в 2-3 раза выше цены печей из конструкционной стали или 09г2с. Для того, чтобы нивелировать разницу, выпускаются печи из нержи толщиной 2 мм. Цена становится сопоставимой с печами из черной стали (от 15 тыс рублей), но все равно в продаже остаются модели в 4-6 мм. толщиной (от 40 тыс рублей).

Кстати, мы не оговорили в самом начале, что в статье пойдет речь именно о печах для бани, а не для сауны. Если вы пока не вникали в данный вопрос, то рекомендуем ознакомиться с нашей статьей: “Чем отличаются печи для бани от печей для сауны”.

Устойчивость к коррозии

Чугун имеет лучшую коррозионную стойкость, чем сталь. Однако оба металла окисляются при взаимодействии с влагой.

Для предотвращения коррозии рекомендуется использовать краску или порошковое покрытие. Они хорошо защищают как чугунные, так и стальные поверхности.

Любой скол или трещина, которой подвергся основной металл, может привести к коррозии, поэтому регулярное техническое обслуживание важно для металлов с покрытием. Если коррозионная стойкость является важным фактором, то, вероятно, лучшим выбором будет легированная сталь, в частности нержавеющая сталь, в которую добавлены хром и другие сплавы для предотвращения окисления.

Объёмы производства

Чугун, отлитый в виде чушек Воспроизвести медиафайл

Выпуск чугуна из доменной печи

В 1892 году Германия производила 4,9 миллиона тонн чугуна, против 6,8 в Англии, а в 1912 году уже 17,6 против 9,0[29]

Мировое производство чугуна в 2009 году составило 898,261 млн тонн, что на 3,2 % ниже, чем в 2008 году (927,123 млн т)[30]. Первая десятка стран-производителей чугуна выглядела следующим образом:

За четыре месяца 2010 года мировой выпуск чугуна составил 346,15 млн тонн. Этот результат на 28,51 % больше по сравнению с аналогичным периодом 2009 года.[31]

Маркировка

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

• передельный чугун — П1, П2;
• передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2;
• передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3;
• передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
• чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм).

• антифрикционный серый — АЧС;
• антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
• антифрикционный ковкий — АЧК;
• чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
• чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

Ковкий чугун маркируется двумя буквами и двумя числами, например КЧ 37-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число — предел прочности на разрыв (в десятках мегапаскалей), второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Примечания

1. ↑ 12
   Вегман и др., 2004, с. 41.
2. Начало чугунолитейного производства
3. Карабасов и др., 2012, с. 54.
4. Вегман и др., 2004, с. 39.
5. Numismatic Legacy of Wang Mang, AD9-23 by Henz Hratzer, A.M.Fishman, 2022. 中国古钱大集 华光普 着 甲册 2008年版. 五銖圖考 杜维善 着 下册 2009年版
6. Китайские монеты
7. Археологи нашли на Куликовом поле золотоордынский котел 14 века
8. Терехова Н. Н. Технология чугунолитейного производства у древних монголов
9. Из чего отливают колокола
10. ↑ 12345678
    Чугун / Мильман Б. С., Ковалевич Е. В., Соленков В. Т. // Чаган — Экс-ле-Бен. — М. : Советская энциклопедия, 1978. — С. 248—249. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 29).
11. ↑ 12
    Коротич, 2000, с. 178.
12. История огнестрельного оружия с древнейших времён до 20 века
13. Артиллерийское орудие (история изобретения)
14. Про царскую артиллерию и литьё пушек
15. Вегман и др., 2004, с. 40.
16. История паровоза
17. Чугунок для русской печи
18. Вегман и др., 2004, с. 51—52.
19. Вегман и др., 2004, с. 53.
20. Карабасов и др., 2011, с. 138—140, 144—153.
21. Л. Г. Бескровный.
    Армия и флот в XVIII веке.. — М.: Военное издательство Министерства обороны Союза ССР, 1958. — С. 361. — 662 с.
22. Доменная революция
23. Викторианский и георгианский стиль и каминное оформление (неопр.)
    (недоступная ссылка). Дата обращения: 15 октября 2022. Архивировано 15 октября 2022 года.
24. А. Н. Граблёв.
    Машины и технология литейного производства. — М.: МГИУ, 2010. — С. 14. — 228 с. — ISBN 978-5-2760-1857-7.
25. Подземный Лондон: Водопровод и канализация
26. Циммерман, Гюнтер, 1982, с. 245, 253.
27. Циммерман, Гюнтер, 1982, с. 246.
28. Циммерман, Гюнтер, 1982, с. 245.
29. Ленин. Империализм, как высшая стадия капитализма, гл. 7.
30. Мировое производство чугуна за 2009 год снизилось на 3,2 % (недоступная ссылка)
31. В мире растет производство чугуна.