Что легче сталь или чугун?

Как отличить чугун от стали и других металлов

Чугун – это тяжелый сплав железа со значительными углеродными добавками (их доля может доходить до 6.67 процента). Из него производят станки, различное оборудование, металлоконструкции. При сдаче в металлолом, оцениваются недорого, так как это черный металл. Поэтому нужно понимать, как быстро отличить чугун от алюминия, стали, железа.

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.

Основные характеристики

Изначально ознакомимся с характеристиками этого сплава:

• В его составе могут присутствовать самые разнообразные смеси. Производитель может добавить, серу, фосфор, марганец, кремний, другие элементы периодической таблицы Менделеева.
• Любой такой сплав характеризуется высоким уровнем прочности. В среднем значения этого параметра будут достигать 7200 кг/куб. м.
• Из-за наличия в составе кремния высокоуглеродистый сплав железа плохо поддается сварке.
• Температура плавления – от 1150 до 1200 градусов по Цельсию.

В зависимости от состава меняются некоторые характеристики. Часто про особенности изделия можно узнать при визуальном осмотре – по цвету его излома:

• Светло-серый оттенок. Такой металл будет плохо поддаваться обработке, так как характеризуется повышенной твердостью.
• Серый оттенок. Цвет получается из-за высокого содержания графита. Обрабатывается достаточно просто, поддается литью. Этот тип применяется для создания станков и сопутствующих компонентов.

Некоторые составы имеют специальные названия:

• Ковкий. Получается за счет термообработки сплава со светло-серым оттенком излома. Применяется в автомобильной, сельскохозяйственной промышленности.
• Половинчатый. Используется для изготовления фрикционных деталей с повышенной износостойкостью.
• Высокопрочный. В составе присутствует шаровидный графит. Применяется в машинной промышленности и в производстве труб.

Как отличить чугун от железа

Железо в чистом виде практически невозможно встретить в природе. Его можно получить только в лабораторных условиях.

Понять, что перед нами, можно по следующим признакам:

• Железо легко подвергается коррозии, в отличие от высокоуглеродистого железного сплава.
• У железных предметов будет характерный светло-серебристый свет. Материал более пластичный и мягкий.

Отличия стали и чугуна

Чтобы отличить сталь от чугуна, нужно знать несколько важных нюансов:

• Стальные изделия весят меньше в сравнении с чугунными аналогами.
• Стальной прокат светлый, чугунный – практически черный.
• Чугун можно разбить сильным ударом молота, тогда как сталь – нет.
• Сталь подходит для штамповки, а высокоуглеродистый сплав железа обычно используют только для литья.

Также можно провести сравнение нагревом, чтобы отличить чугун от стали: первый материал будет дольше нагреваться, но остывать медленнее.

Как отличить чугун от стали

Из стали производят множество вещей. Часто они могут дублировать, копировать чугунные альтернативы.

Считается, что можно отличить чугун магнитом. Но это утверждение не всегда верно. В зависимости от состава, у чугунного изделия могут быть выражены или отсутствовать магнитные свойства. Поэтому лучше подходить к проверке комплексно – применяя также методики, описанные выше.

Как отличить алюминий от чугуна

Применив магнит, можно найти отличия и от алюминия. Этот металл магнитится настолько слабо, что на бытовом уровне это не заметно. Поэтому, если материал показывает хотя бы минимальное наличие магнитных свойств, то это явно не алюминий.

Есть и другие варианты, как понять разницу:

• Внешний вид. Изделия из алюминия гладкие, светлые, с блестящей поверхностью. Напротив, чугун черный, шершавый, характеризуется наличием пористости.
• Одинаковые по размеру предметы будут весить по-разному. Вес кубометра алюминия – 2700 килограмм. Аналогичный объем чугунного лома – 7000 килограмм. Разница более чем 2.5 раза.
• Физическое воздействие. Алюминиевый лист легко согнуть. На поверхности такого материала остаются вмятины после удара. Чугун же согнуть не получится, а при сильном ударе он не деформируется, а расколется.
• Если оставить изделие из алюминия на открытом воздухе, оно быстро покроется тонкой оксидной пленкой, которая не пропускает через себя газы.

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?

Сталь и ее основные характеристики

Сталь представляет собой деформированный сплав железа с углеродом, которого всегда максимум до 2%, а также другие элементы. Углерод является важным компонентом, поскольку придает прочности сплавам железа, а также твердость, за счет этого снижается мягкость и пластичность. В сплав часто добавляются легирующие элементы, что в итоге дает легированную и высоколегированную сталь, когда в составе не менее 45% железа и не более 2% углерода, остальные 53% составляют добавки.

Сталь является важнейшим материалом во многих отраслях, ее применяют в строительстве и по мере роста технико-экономического уровня страны, растут и масштабы производства стали. В давние времена мастера для получения литой стали применяли тигельную плавку и такой процесс был малопроизводительным и трудоемким, но сталь отличалась высокими качествами.

Со временем процессы получения стали менялись, на смену тигельному пришли бессемеровский и мартеновский метод получения стали, что дало возможность наладить массовое производство литой стали. Затем стали выплавлять сталь в электрических печах, после чего был внедрен кислородно-конверторный процесс, он позволил получать особо чистый металл. От количества и видов связующих компонентов сталь может быть:

• Низколегированной
• Среднелегированной
• Высоколегированной

В зависимости от содержания углерода она бывает:

• Низкоуглеродистой
• Среднеуглеродистой
• Высокоуглеродистой.

В состав металла часто входят неметаллические соединения — оксиды, фосфиды, сульфиды, их содержание отличается на качестве стали, существует определенная классификация качества.

Плотность стали составляет 7700-7900 кг/м 3 , а общие характеристики стали складываются из таких показателей, как — прочность, твердость, износостойкость и пригодность для обработки различного вида. По сравнению с чугуном сталь обладает большей пластичностью, прочностью и твердостью. Благодаря пластичности она легко поддается обработке, сталь отличается более высокой теплопроводностью, а ее качество повышается за счет закаливания.

Такие элементы, как никель, хром и молибден являются легирующими компонентами, каждый из них придает стали свои характеристики. Благодаря хрому сталь становится более прочной и твердой, повышается ее износостойкость. Никель также придает прочности, а также вязкости и твердости, повышает ее антикоррозийные свойства и прокаливаемость. Кремний снижает вязкость, а марганец улучшает качества свариваемости и прокаливания.

Все существующие виды стали имеют температуру плавления от 1450 до 1520 о С и представляют собой прочные износостойкие и стойкие к деформации сплавы металла.

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:

• Белый — где лидирует в большинстве цементит, этот материал на изломе имеет белый цвет. Данный компонент отличается хрупкостью и одновременно твердостью. Он легок в обработке, что придает ковкость чугуну.
• Серый — в этой разновидности большую долю составляет графит, за счет чего чугун получается пластичным. Готовый чугун имеет небольшую температуру плавления, отличается мягкостью, его легче резать.
• Ковкий — достигается методом обжига белого чугуна, его томят в специальных нагревательных печах при температуре в 950-1000 о С. Присущая белому чугуну твердость и хрупкость снижаются, он не куется, а только становится более пластичным.
• Высокопрочный сплав чугуна — в нем содержится шаровидный графит, который образуется в ходе кристаллизации.

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.

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.

Делаем вывод

Исходя их многочисленных характеристик, можно сказать следующее о чугуне и стали, в чем их отличие:

• Сталь является более прочной и твердой, чем чугун.
• Сталь имеет более высокую температуру плавления, она тяжелей.
• Более низкий процент содержания углерода в стали делает ее легкой в обработке, ее проще резать, ковать и варить.
• По этой причине изделия из чугуна можно отлить, а стальные сварить или сделать кованными.
• Стальные изделия менее пористые, чем чугунные, поэтому они обладают большей теплопроводностью.
• По цвету они также отличаются, сталь светлая и блестит, а чугун более темный с матовой поверхностью.
• Стоимость на сталь всегда выше чугунных материалов.

Можно сделать вывод, что сталь и чугун объединяет содержание в них углерода и железа, но их характеристики отличаются и каждый из сплавов имеет свои особенности.

Чем отличается чугун от стали

Содержание

Оба материала относятся к группе черных металлов. Внешне их сложно различить, а некоторые свойства перекликаются между собой. Это объясняется тем, что и сталь, и чугун представляют собой углеродистые сплавы железа. Именно содержание Fe и C определяет их главное различие.

Характеристики стали

Сталь ‒ это сплав железа и углерода, соотношение которых составляет от 45% и до 2% соответственно. В зависимости от марки в состав могут входить никель, хром, кремний, марганец и прочие добавки. Вариативность легирующих компонентов обеспечивает материалу обилие свойств.

Углерод отвечает за твердость и прочностные характеристики сплава. Благодаря ему металл обладает высокой прочностью, пластичностью, легко поддается обработке.

• по наличию легирующих компонентов:

• низколегированную;
• среднелегированную;
• высоколегированную;

• по содержанию углерода:

• низкоуглеродистую;
• среднеуглеродистую;
• высокоуглеродистую.

Температура плавления всех марок находится в диапазоне от 1450 до 1520 °С. Плотность составляет 7700-7900 кг/м3.

Применяют сталь повсеместно: в промышленности при производстве различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и прочих изделий, в быту мы пользуемся стальными столовыми приборами, кухонной утварью, предметами интерьера, мебелью и т.д.

Характеристики чугуна

Железо и углерод также являются основой чугуна. Количество последнего составляет от 2%. Сырье также легируют различными добавками: фосфором, марганцем, кремнием и другими.

В зависимости от сформированной кристаллической решетки (цементит / графит) выделяют следующие типы чугуна:

• белый ‒ наличие цементита определяет цвет излома, благодаря которому материал получил название «белый», одновременно с твердостью обладает хрупкостью, путем отжига из него изготавливают ковкие чугуны;
• серый ‒ содержание графита в большом количестве определяет цвет сырья и его пластичность, легок в обработке, в состав входят кремний, магний, фосфор, сера;
• ковкий ‒ длительный отжиг белого чугуна образует графит, который придает металлу высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость;
• высокопрочный ‒ образование шаровидного графита в процессе кристаллизации обеспечивает материалу повышенную прочность;
• предельный ‒ подвергается дальнейшей обработке, не применяется, как самостоятельная единица.

Температура плавления чугуна составляет от 1160 до 1250 °С, зависит от содержания в нем углерода. Чем больше элемента в составе, тем меньше его температура и выше текучесть при нагревании. Такая зависимость определяет хрупкость материала.

Производство чугуна и стали

Чугун изготавливают в доменных печах из железной руды (агломерата), кокса, известняка и горячего воздуха. Сначала закладывают кокс, а затем послойно агломерат и кокс. В нижнюю часть печи через специальные отверстия подается горячий воздух, обогащенный кислородом.

Кокс, сгорая в домне, образует углекислый газ, который проходя через слои сырья, высвобождает оксид углерода. Таким образом руда постепенно претерпевает превращения. К ней добавляют известняк. Появляется силикат кальция, который отделяется в виде шлака. Окись углерода является главным восстановителем железа. Образование чугуна происходит за счет опускания Fe в более горячую часть домны и растворения в нем C.

Сталь производят из чугуна путем снижения количества углерода, серы, фосфора, марганца. Сплав получают в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах.

Как отличить чугун от стали

Определить, какое изделие перед вами находится, стальное или чугунное, можно тремя способами:

1. По излому (визуально) ‒ этот метод применим для деталей, которые идут в лом или в качестве заготовок. На чугунном сломе виден матовый темно-серый оттенок, образовавшиеся трещины имеют выраженную структуру. Стальное изделие ‒ более светлое, поверхность глянцевая.
2. Сверлением ‒ стальная стружка имеет витую форму, по длине она больше сверла, хорошо гнется. Чугунная стружка крошится при малейшем воздействии.
3. Шлифовкой ‒ при прохождении шлифовальной машиной стальной поверхности образуется множество продолговатых искр желтого и белого цвета. У чугуна искр меньше, они короче, красноватого оттенка.

Разница между сталью и чугуном

Часто применяемыми в быту продуктами металлургической промышленности являются чугун и сталь. Оба материала представляют собой уникальный сплав железа и углерода. Но использование одинаковых компонентов при производстве не наделяет материалы схожими свойствами. Чугун и сталь – два различных материала. В чем же их отличия?

• Сталь
• Чугун
• Отличия
• Выводы TheDifference.ru

Сталь

Чтобы получить сталь, необходимо сплавить железо, углерод и примеси. При этом содержание углерода в смеси не должно превышать 2%, а железа быть не менее 45%. Остальной процент в смеси могут составлять легирующие элементы (связывающие смесь вещества, например, молибден, никель, хром и другие). Благодаря углероду железо приобретает прочность и предельную твердость. Без его участия получалось бы вязкое и пластичное вещество.

Чугун

При производстве чугуна также сплавляют железо и углерод. Только содержание последнего в смеси составляет более 2%. Помимо перечисленных компонентов в смеси содержатся постоянные примеси: кремний, марганец, фосфор, сера и легирующие добавки.

Отличия

В металлургии различают довольно большое количество разновидностей стали. Их классификация зависит от количества того или иного компонента в смеси. Например, большое содержание связывающих элементов дает высоколегированную (более 11%) сталь. Кроме этого существуют:

• низколегированные – до 4% связывающих компонентов;
• среднелегированные – до 11% связывающих элементов.

Содержание углерода в сплаве также дает свою классификацию металлу:

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

И, наконец, в зависимости от содержания неметаллических включений, которые образуются в результате реакций (например, оксиды, фосфиды, сульфиды), осуществляется классификация по физическим свойствам:

• особо высококачественная;
• высококачественная;
• качественная;
• обычная сталь.

Это далеко не полная классификация стали. Еще различают виды по структуре материала, методу производства и так далее. Но каким бы способом ни сплавляли основные компоненты, в итоге получают твердый, прочный, износостойкий и устойчивый к деформациям материал с удельным весом 7,75 (до 7,9) Г/см 3 . Температура плавления стали – от 1450 до 1520°C.

В отличие от стали чугун более хрупок, его отличает способность разрушаться без заметных остаточных деформаций. При этом сам углерод в сплаве представлен в виде графита и/или цементита, их форма и соответственно количество определяют разновидности чугуна:

• белый – весь необходимый углерод содержится в виде цементита. Материал белый на изломе. Очень тверд, но хрупок. Он поддается обработке и в основном используется для получения ковкой разновидности;
• серый – углерод в виде графита (пластичная форма). Мягок, отлично поддается обработке (можно резать) и имеет низкую температуру плавления;
• ковкий – получается после продолжительного отжига белого вида, в результате чего образуется графит. Нагрев (свыше 900°C) и скорость охлаждения графита негативно влияют на свойства материала. Это затрудняет сварку и обработку;
• высокопрочный – содержит шаровидный графит, образующийся в результате кристаллизации.

Содержание углерода в составе определяет его температуру плавления (чем его больше, тем ниже температура) и выше текучесть при нагреве. Поэтому чугун – это жидкотекучий, непластичный, хрупкий и трудно поддающийся обработке материал с удельным весом 6,9 (7,3) Г/см 3 . Температура плавления – от 1150 до 1250°C.

Различия между чугуном и литой сталью

Одним из самых популярных способов изготовления долговечных и качественных материалов является литьё. Отливка обеспечивает высокий уровень детализации конструкции и не требует изготовления или сборки дополнительных элементов. Благодаря литью, можно изготовить множество различных материалов, однако, наиболее популярными являются сталь и чугун из-за их превосходных механических свойств и широкого спектра применения.

Чугун и сталь по внешнему виду могут практически не отличаться, однако, у каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Понимание этих преимуществ и недостатков помогут сделать правильный выбор и обеспечат вашей конструкции прочность, долговечность и устойчивость к повреждениям или деформации.

Основное отличие – содержание углерода

По химическому составу чугун и сталь практически не отличаются. Основное отличие заключается в содержании углерода. В чугунном литье содержание углерода более 2%, в стальном литье – менее 2%.

Характеристики

В данной таблице представлен общий обзор качеств каждого материала. Несмотря на то, что существует множество различных типов железа и стали, в этой таблице основное внимание уделяется серому чугуну и углеродистой стали – двум наиболее распространённым формам каждого металла.

Таб.1. Основные качества материалов

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.

Простота обработки

Обрабатываемость – это мера того, насколько легко данный материал разрезать или шлифовать; некоторые материалы труднее обрабатывать, чем другие. Как правило, металлы с высоким содержанием добавок для улучшения механических характеристик имеют более низкую обрабатываемость.

Чугун обычно намного легче обрабатывать, чем сталь. Графитовая структура в чугуне разрушается легко и равномерно. Но существуют и твердые виды, такие как белый чугун, которые из-за их хрупкости обрабатывать гораздо сложнее.

Сталь режется не так легко как чугун, и это вызывает больший износ инструмента, что приводит к увеличению производственных затрат. Закалённые стали или стали с более высоким содержанием углерода также увеличивают износ инструмента. Однако мягкие виды стали по обрабатываемости не лучше: низкоуглеродистые стали, несмотря на то, что они мягче, могут стать смолистыми, с ними будет очень трудно работать.

Гашение вибрации

При выборе литейного материала следует учитывать демпфирующие свойства, так как отсутствие демпфирующей способности может привести к избыточной вибрации и шуму. В зависимости от того, где используется материал, эффективное демпфирование будет способствовать более надежной и долговечной работе.

Графитовые структуры в чугуне, особенно чешуйчатые образования в сером чугуне, очень хороши для поглощения вибрации. Это делает чугун идеальным выбором для блоков двигателя, корпусов цилиндров и станины, а также для других областей применения, где важны прочность и долговечность. Снижение вибрации помогает минимизировать напряжение и предотвратить износ движущихся частей.

Прочность на сжатие

Прочность на сжатие – это способность материала противостоять силам, которые уменьшают размер объекта. Она противоположна силам, направленным на разрыв материала. Прочность на сжатие важна в механических конструкциях, где давление и защитная оболочка являются значимыми факторами. Как правило, чугун имеет лучшую прочность на сжатие, чем сталь.

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.

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.

Износостойкость

Чугун, как правило, обладает большей устойчивостью к механическому износу, чем сталь, особенно в условиях износа при трении. Более высокое содержание графита в чугуне создает графитную сухую смазку, которая позволяет твердым поверхностям скользить друг против друга без ухудшения качества поверхности.

Сталь изнашивается легче, чем чугун, но все же может быть устойчивой к определенным типам истирания. Некоторые добавки из сплава также могут улучшить абразивные свойства стали.

Стоимость

Чугун часто дешевле, чем литая сталь, из-за более низких материальных затрат, энергии и труда, необходимых для производства конечного продукта. Необработанная сталь стоит дороже и требует больше времени и внимания для отливки. Однако при проектировании литых изделий стоит учитывать затраты на длительное использование и замену. Поэтому детали, которые являются более дорогими в производстве, могут в конечном итоге выйти дешевле.

В зависимости от сферы применения конечного продукта изготовление стальных изделий может быть экономически обоснованным вариантом.

Заключение

Мы сравнили качества только основных форм чугуна (серого чугуна) и литой стали (мягкой или углеродистой стали), но конкретный состав и фазовая структура чугуна и стали могут сильно влиять на механические свойства.

Сплавы могут быть добавлены как к чугуну, так и к стали для придания желаемых свойств. Например, марганец повышает ударную вязкость, а хром улучшает коррозионную стойкость. Различное содержание углерода — это то, что отличает низкоуглеродистые и высокоуглеродистые стали — более высокие количества приводят к образованию более твердых материалов.

В конечном счёте, выбор между чугуном и литой сталью будет зависеть от типа и сферы применения конечной конструкции.