Сколько углерода в чугуне и стали

Сколько углерода в чугуне и стали  

Основой для изготовления чугуна или стали служит железо. В природе это – металл с серебристым отливом, не имеющий достаточной твердости. Такой металл практически не используется в промышленности, а широкое применение получили различные сплавы железа.

И чугун, и сталь относятся к группе черных металлов. Именно содержание железа и углерода является их главным отличием.

Сталь

Применяется сталь повсеместно. В промышленности при производстве различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и прочих изделий. В быту сталь представлена стальными столовыми приборами, кухонной утварью, предметами интерьера, мебелью и т.д.

Сталь ‒ это сплав железа и углерода. Содержание углерода в стали — не более 2% (он увеличивает прочность), а железа не меньше 45%. Также в состав стали могут входить никель, хром, кремний, марганец и прочие добавки.

  • Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость.
  • Хром увеличивает прочность стали, ее твердость и сопротивляемость износу.
  • Кремний добавляет прочности, твердости и упругости стали, снижает ее вязкость.
  • Марганец улучшает свариваемость и прокаливаемость.

Сколько углерода в чугуне и стали

В зависимости от сферы применения, марки стали делятся на следующие типы:

  • конструкционные;
  • инструментальные.

Конструкционная сталь используется в строительстве и машиностроении. Из неё изготавливают различные детали, механизмы, конструкции массового назначения.

Инструментальная сталь имеет высокую твердость и прочность. Этот тип стали идеально подходит для изготовления ножей, клинков и другого инструмента.

Сколько углерода в чугуне и стали

По наличию легирующих компонентов марки стали бывают:

  • низколегированные;
  • среднелегированные;
  • высоколегированные.

По содержанию углерода марки стали бывают:

  • низкоуглеродистые — содержание углерода не превышает 0,25%;
  • среднеуглеродистые- не более 0,55%;
  • высокоуглеродистые- не более 0,85%.

Сколько углерода в чугуне и стали

По содержанию неметаллических элементов с таль бывает:

  • обычная- содержание фтора и серы не превышает 0,05%;
  • качественная- менее 0,035%;
  • высококачественная- менее 0,025%;
  • особо высококачественная сталь- менее 0,015%.

Качество стали повышается в процессе закаливания. Также этот сплав обладает высокой теплопроводностью. Температура плавления всех марок стали находится в диапазоне от 1450 до 1520 °С.

Чугун

Чугун — это тоже металл, сплав железа с углеродом. Только доля углерода в нём превышает 2,14%.

Углерод в чугуне содержится в виде цементита (карбида железа) или графита (минерала, являющегося одной из модификаций углерода). Именно эти вещества и определяют цвет готового чугуна.

Сколько углерода в чугуне и стали

В зависимости от состояния и содержания углерода чугун различают на:

  • белый;
  • серый;
  • ковкий;
  • высокопрочный;
  • предельный чугун.

Белый чугун

В состав этого сплава входит цементит, который на изломе белый. Из-за этого цвета он и получил такое название. Углерод в нем находится в связанном виде. Белый чугун одновременно с твердостью обладает хрупкостью. Из такого чугуна в основном изготавливают ковкие чугунные сплавы, получаемые путем отжига.

Сколько углерода в чугуне и стали

Серый чугун

Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода. Также в состав входят и постоянные примеси в виде магния, фосфора и серы. В составе такого сплава практически весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Из-за наличия графита излом этого чугуна имеет серый цвет.

Сколько углерода в чугуне и стали

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают в результате длительного отжига белого чугуна.

В результате данного процесса образуется графит хлопьевидной формы, который придает сплаву высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость.

Свое название чугун получил благодаря повышенной пластичности и вязкости. Ковкий чугун довольно прочный с высоким ударным сопротивлением. Из такого металла изготавливают детали для автотехники.

Сколько углерода в чугуне и стали

Высокопрочный чугун

Такой сплав имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. В отличие от пластинчатого, шаровидный графит не сильно ослабляет металлическую основу, что улучшает прочность чугуна. Поэтому и название у него – высокопрочный.

Сколько углерода в чугуне и стали

Предельный чугун.

Данный вид чугуна подвергается дальнейшей переработке и не используется в качестве самостоятельного металла.

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

Разница стали и чугуна заключается в том, что последний не поддается обработке путем сварки и ковки. Все изделия изготавливаются только путем литья.

Способы изготовления 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. Образование чугуна происходит за счет опускания железа в более горячую часть домны и растворения в нем углерода.

Сколько углерода в чугуне и стали

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

Три способа, как отличить чугун от стали.

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

  • По излому (визуально). Его применяют 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.
  • Сверление. При сверлении стальная стружка имеет витую форму, по длине она больше сверла и хорошо гнется. Чугунная стружка крошится при малейшем воздействии.
  • Шлифовка. После прохождения шлифовальной машиной на стальной поверхности образуется множество продолговатых искр желтого и белого цвета. У чугунных изделий искр меньше, они короче, красноватого оттенка.

Различия чугуна и стали. Выводы.

Рассмотрев в этой статье свойства чугуна и стали, можно сделать следующие выводы:

Основное различие заключается в содержании углерода в стали и чугуне. В стали углерода меньше, в чугуне больше.

Сталь обладает:

  • повышенной твердостью и прочностью;
  • высокой температурой плавления;
  • более высоким удельным весом;
  • легкостью обработки;
  • высокой теплопроводностью.

У чугуна следующие характеристики:

  • хрупкость;
  • более низкая температура плавления и удельный вес;
  • низкая теплопроводность;
  • невозможность обработки.

Чугун не поддается сварке и ковке. Из-за высокого содержания углерода, все чугунные изделия изготавливаются методом литья. Изделия из чугуна имеют матовую поверхность и серый цвет.

Стальные же изделия светлые и блестящие. Элементы из стали быстро нагреваются и остывают. Чугунные нагреваются очень медленно и долго сохраняют тепло.

Сталь и чугун – это сплавы из железа и углерода, в их состав входят аналогичные компоненты. Но, не смотря на данный факт, отличия чугуна и стали очевидны. Это два разных металла, имеющие различные свойства и характеристики.

Сколько содержится углерода в чугуне?

Сколько углерода в чугуне и стали

Чугун – это сплав железа и углерода, важнейший конструкционный материал. От другой разновидности сплавов на основе железа – сталей – различные чугуны отличаются повышенным содержанием углерода.

В этом материале рассмотрим различия видов чугуна и влияние на их свойства других компонентов сплава, больше ли его в стали, а также какой максимальный процент углерода содержится в чугуне.

Сколько углерода в чугуне и стали Сколько углерода в чугуне и стали

Сталь и чугун – продукция предприятий черной металлургии. Производят эти сплавы из железной руды.

Общим в технологии производства является то, что и чугун, и сталь варят, то есть готовят по специальным рецептам, выдерживая определенное время при определенных температурах, добавляя на определенном этапе в расплав различные составляющие. Именно поэтому рабочих, занятых в черной металлургии, называют сталеварами.

Наиболее обобщенное представление о сплавах связано с содержанием в них углерода. В стали оно менее 2,14%, в чугуне, соответственно выше этого значения. В отдельных его видах этого элемента в различном состоянии может быть более 6%.

Однако это не единственное отличие чугунов и сталей. Изготавливаемые по разным «рецептам», они содержат углерод в различном виде, а кроме этого, могут содержать иные составляющие сплава.

Сколько углерода в чугуне и стали Сколько углерода в чугуне и стали

Наличие углерода влияет на свойства сплава. Хрупкие чугуны могут иметь повышенную по сравнению со сталью твердость. Их в отличие от стали трудно сваривать или ковать, а к некоторым разновидностям эти технологические процессы, вообще, не применимы.

Железо, входящее в железоуглеродистый сплав, определяет главные его свойства. Прежде всего температуру плавления выше 1530°С. А также этот элемент придает сплаву магнитные свойства. В чистом виде металл довольно прочен и пластичен.

Но его химическая активность в отношении кислорода препятствует использованию в технике (металл быстро ржавеет, вступая в реакцию окисления).

Включение в сплавы углерода и иных примесей значительно повышает долговечность изделий. Часть углерода вступает в химическую реакцию с железом еще на стадии плавления, образуя стойкое соединение – цементит (Fe3C). Включения цементита снижают пластичность, одновременно повышая прочность и твердость образующегося сплава.

Сколько углерода в чугуне и стали Сколько углерода в чугуне и стали Сколько углерода в чугуне и стали

Особенно велика прочность стали с содержанием углерода около 1%. Когда соединения в сплаве становится больше, эта характеристика постепенно снижается, однако одновременно снижается ударная вязкость и так называемая хладоломкость (реакция на перепады температуры).

Углерод может содержаться и в химически свободном состоянии (графит). Наличие включений графита повышает ломкость, но при этом создает зернистость, препятствующую механическому разрушению поверхности.

Графит может играть роль смазки, снижая сопротивление при трении. Включения графита также снижают воздействие вибраций.

Углерод в чистом виде и в виде соединений может снизить температуру плавления (в некоторых чугунах почти на 400°С).

Таким образом, сплавы железа и углерода (стали и чугуны) благодаря различным соотношениям элементов и их химической формы могут существенно различаться в своих свойствах.

Сколько углерода в чугуне и стали Сколько углерода в чугуне и стали

По тому, сколько в сплаве содержится углерода, чугуны разделяют на три вида. Начнем с того, что в любом подобном сплаве процент углерода не может быть ниже 2,14%.

Так как если количество элемента меньше этого процентного значения, надо говорить уже о стали. В большинстве видов чугуна содержание углерода составляет от 2,14 до 3%. Отдельные разновидности могут содержать свыше 3% углерода.

Читайте также:  Степень раскисления стали это

Максимально чугун может включать 6,67% углерода, такой сплав называют высокоуглеродистый.

При этом сплавы различного состава по-разному проходят этапы кристаллизации при охлаждении, это существенно отражается на свойствах получаемого чугуна.

В результате в сплаве образуется перлит – эквивалентная смесь феррита (раствора легирующих элементов и углерода в расплаве железа) и цементита (карбида железа), ледебурит (эквивалентная смесь все того же цементита и иных компонентов сплава).

В металлургии принято по этому признаку разделять чугуны на три вида в соответствии с эвтектикой сплава.

В них содержание углерода от 2,14 до 4,3% в составе цементита, перлита и ледебурита. Такой сплав нередко используется в качестве конструкционного материала, а также на передел – получение иных видов чугуна, так как при его охлаждении образуется так называемая усадочная пористость, серьезно влияющая на прочность изделий. Изделия получили распространение в машиностроении.

В них содержится около 4,3% углерода, преимущественно в виде ледебурита. При охлаждении может давать усадочные раковины, что часто приводит к формированию отличий от заданной при отливке формы, поэтому изготовление точных изделий из такого материала не всегда оправданно. Применяется как конструкционный материал для изготовления изделий разнообразного назначения.

Могут содержать до 6,67% углерода в составе цементита и ледебурита и свободного графита. В основном используются для производства других видов чугуна и стали при передельной металлургии.

Поскольку состояние углерода в расплаве при различных условиях охлаждения и в присутствии иных веществ в составе сплава меняется, свойства чугуна также могут значительно отличаться.

Это видно невооруженным глазом по цвету свежего, не покрытого ржавчиной излома.

Как правило, более темные (серые чугуны) содержат наибольшее количество свободного углерода в виде различной формы включений графита.

Содержание химически связанного углерода отражается на цвете сплава, он заметно светлее, такой чугун называют белым. В перлитном чугуне может быть равное количество связанного и свободного углерода, это также отражается на цвете изделий. Уже на протяжении нескольких столетий существует упрощенная классификация чугунов по цвету, разделяющая чугуны на три типа: белый, серый и половинчатый.

Белый чугун имеет наиболее светлый излом. Наибольшее количество углерода в нем связано с железом и иными металлами. Образуется такой сплав при быстром охлаждении. Использование этого типа сплава ограничено, ввиду невысокой прочности.

Как правило, белый чугун поступает в передел для изготовления других типов чугуна и стали.

При более медленном охлаждении в расплаве проходит значительно больше процессов. Углерод частично связывается с металлами, но значительная его часть кристаллизуется в чистом виде, образуя включения графита.

Размер и форма этих включений зависят от скорости остывания расплава, а также от наличия в нем различных примесей. Так получают чугуны, изделия из которых востребованы в различных отраслях хозяйства и в быту.

Среди разновидностей этого типа различают ковкий и высокопрочный чугун.

При особых условиях охлаждения получают сплавы, в которых связанного и свободного углерода примерно поровну. Из него изготавливают детали машин, основным требованием к которым является износоустойчивость при трении: коленчатые валы, колесные пары и многое другое. Графит в этом случае играет роль смазки.

Различия между чугуном и литой сталью — подробное описание

Одним из самых популярных способов изготовления долговечных и качественных компонентов является литье.

Отливка обеспечивает высокий уровень детализации, что не требует дополнительного изготовления или сборки.

В то время как многие различные материалы могут быть отлиты, сталь и железо являются двумя наиболее популярными из-за их превосходных механических свойств для широкого спектра применений.

Литейный чугун обычно относится к серому железу, ковкому чугуну и ковкому железу. Это чугунное литье с содержанием углерода более 2%.

Литая сталь обычно относится к обычной углеродистой стали и легированной стали. Которая представляет собой стальное литье с содержанием углерода ниже 2%.

Таким образом, нет большой разницы от химического состава и сырья для чугуна и литой стали.

Сколько углерода в чугуне и стали

Устойчивость к коррозии

Когда дело доходит до коррозии, железо имеет лучшую коррозионную стойкость, чем сталь. Это не значит, что либо непроницаем для коррозии. Если оставить их незащищенными, оба металла будут окисляться в присутствии влаги. В конце концов, они будут полностью разлагаться. Чтобы предотвратить это, покрытие рекомендуется как для стальных, так и для чугунных отливок.

Стоимость

Чугун часто дешевле, чем литая сталь, из-за более низких материальных затрат, энергии и труда, необходимых для производства конечного продукта. Хотя необработанная сталь является более дорогой, существуют, однако, сборные формы стали. К ним относятся листы, стержни, прутки, трубы и балки.

Литейные свойства

Чугун относительно легко лить, так как он легко разливается и не дает усадки так же сильно, как сталь. Эта текучесть делает чугун идеальным металлом для архитектурных или декоративных металлоконструкций, таких как ограждения и уличная мебель.

Сколько углерода в чугуне и стали

Преимущества и недостатки чугуна

Хорошие литейные свойства серого чугуна: хорошее гашение вибрации, хорошая износостойкость, хорошая обрабатываемость и низкая чувствительность к надрезам. Однако его прочность на растяжение и относительное удлинение очень низкие.

Таким образом, он может производить только некоторые металлические детали с низкими физическими требованиями.

Требования, такие как защитная крышка, крышка, поддон картера, штурвалы, рама, пол, молоток, небольшая ручка, основание, коробка, нож, кровать, опора подшипника, стол, колеса, насос, клапан, труба, маховик, моторные блоки и т. д.

Что касается более высоких марок, серый чугун может выдерживать большую нагрузку и определенную степень герметичности или коррозионной стойкости. Это позволяет использовать некоторые наиболее важные отливки, такие как цилиндр, шестерня, основание, маховики, станина, блок цилиндров, гильза цилиндра, поршень, коробка передач, тормозное колесо, соединительная пластина, клапан среднего давления и т. д.

Ковкий чугун имеет высокую прочность, пластичность, жаропрочность и ударную вязкость. Поэтому более широкое применение в некоторых случаях может заменить углеродистую сталь. Однако технология его производства высока. Производственный процесс является более сложным.

Это делает стоимость производства выше, чем обычный серый чугун и литая сталь. Следовательно, существует больше дефектов литья для ковкого чугуна.

Есть много областей, в которых используется ковкий чугун, таких как напорные трубы и фитинги, автомобильные приложения, сельское хозяйство, дорожные и строительные приложения и общие инженерные приложения.

Сколько углерода в чугуне и стали

Преимущества и недостатки литой стали

Основным преимуществом литой стали является гибкость конструкции. Конструктор литья имеет наибольшую свободу выбора дизайна. Это учитывает сложные формы и полые части поперечного сечения.

Литая сталь обладает гибкостью металлургического производства и наибольшей вариативностью. Можно выбрать другой химический состав и контроль, который адаптирован к различным требованиям различных проектов. Это предлагает различные варианты термообработки в более широком контексте механических свойств и производительности. Также предлагает хорошую сварочную способность и обрабатываемость.

Литая сталь является своего рода изотропным материалом и может быть внесена в общую конструкционную прочность стальных отливок. Это повышает надежность проекта. В сочетании с дизайном и весом преимущества короткого срока поставки, цены и экономичности дают литейной стали конкурентное преимущество.

Диапазон веса стальных отливок больше. Небольшой вес может составлять всего несколько десятков граммов прецизионных отливок. Вес больших стальных отливок достигает нескольких тонн, десятков тонн или сотен тонн.

Стальные отливки могут быть использованы для различных рабочих условий. Его механические свойства превосходят любые другие литейные сплавы, а также различные высоколегированные стали специального назначения.

Чтобы выдерживать высокое растягивающее напряжение или динамическую нагрузку на компоненты, важно учитывать отливки из сосудов под давлением.

При низкой или высокой температуре крупные и важные детали ключа нагрузки должны отдавать приоритет стальным отливкам.

Тем не менее, литая сталь имеет сравнительно плохое сопротивление всасыванию, износостойкость и подвижность. Производительность литья по сравнению с чугуном плохая. Также затраты выше, чем у обычного чугуна.

Поэтому для чугуна и литой стали у них есть свои преимущества и недостатки. Любой из них должен быть выбран в соответствии с применением и их физическими свойствами.

Сколько углерода в чугуне и стали

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?

  • Содержание статьи

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.
Читайте также:  Железная руда что делают из нее

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/см3. Температура плавления стали – от 1450 до 1520°C.

Сколько углерода в чугуне и стали

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/см3. Температура плавления – от 1150 до 1250°C.

Выводы TheDifference.ru

  1. Сталь более прочна и тверда, нежели чугун.
  2. Чугун легче, чем сталь, и имеет более низкую температуру плавления.
  3. Благодаря более низкому содержанию углерода сталь лучше поддается обработке (сварке, резке, прокатке, ковке), нежели чугун.
  4. По этой же причине изделия из чугуна изготавливают лишь методом литья.
  5. Изделия из чугуна более пористые (по причине литья), чем из стали, а потому их теплопроводность значительно ниже.
  6. Обычно художественные изделия из чугуна черные и матовые, а из стали – светлые и блестящие.
  7. Чугун обладает низкой теплопроводностью, а сталь – более высокой.
  8. Чугун является первичным продуктом черной металлургии, а сталь – конечным.
  9. Чугун не закаливают, а некоторые виды стали обязательно подвергают процедуре закалки.
  10. Изделия из чугуна бывают только литыми, а из стали – коваными и сварными.

Железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун

  • Наиболее широкое применение в современном машиностроении имеют
    железоуглеродистые сплавысталь
    и чугун.
  • Сталь — это сплав железа с углеродом; содержание углерода в стали
    не превышает 2%.
  • К сталям относятся:
  • техническое железо,
  • конструкционная и
  • инструментальная сталь.

Чугун — сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%. Среднее содержание углерода в чугуне 2,5—3,5%.

Кроме железа и углерода, в сталях и чугунах присутствуют примеси:

  • кремний и марганец в десятых долях процента (0,15— 0,60%)
  • сера и фосфор в сотых долях процента (0,05—0,03%) каждого элемента.

Сталь

Сталь с содержанием углерода
до 0,7% применяется для изготовления:

  • листов,
  • ленты,
  • проволоки,
  • рельсов,
  • таврового и уголкового железа,
  • различного фасонного профиля,
  • а также для многочисленных деталей в машиностроении: шестерни, оси, валы, шатуны, болты, молотки, кувалды и т.п.

Сталь с содержанием углерода
свыше 0,7% применяется для изготовления различного режущего инструмента:

  • резцы,
  • сверла,
  • метчики,
  • бородки,
  • зубила и др.

Свойства стали зависят от содержания углерода. Чем больше углерода, тем сталь прочнее и тверже.

Чугун

Машиностроительный чугунприменяют для производства отливок всевозможных деталей машин.

По составу и строению чугуны делятся на:

Ковкий чугун

Ковкий чугун получается в результате специальной обработки белого чугуна. В белом чугуне весь углерод находится в химически связанном состоянии с железом (Fe3C
— цементит), что придает этому чугуну большую твердость и хрупкость и плохую обрабатываемость.

Белый чугун

В машиностроении белый чугун
применяют для изготовления отливок, отжигаемых на так называемый ковкий чугун.

При отжиге цементит разлагается па железо и свободный углерод, и отливки приобретают невысокую твердость и хорошую обрабатываемость.

Серый чугун

Наиболее широкое применение в технике имеет серый чугун, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии, в виде графита. Этому способствует высокое содержание
кремния.

Такой чугун обладает хорошими литейными качествами и применяется для производства чугунных отливок. Детали из этого чугуна получаются путем отливки в земляные или металлические формы (станины, шестерни, цилиндры, блоки и т.п.).

Благодаря наличию свободного углерода (графита) серый чугун имеет небольшую твердость и хорошо обрабатывается резанием.

§

Чем чугун отличается от стали: основные свойства и отличительные характеристики

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/м3, 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 1520оС 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 950-1000оС. 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 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.

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.
Читайте также:  Макеты для лазерной гравировки по дереву

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.

  • Николай Иванович Матвеев
  • Распечатать

2.3. Черные металлы. Чугуны и стали

Раздел: БИБЛИОТЕКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Короткий путь http://bibt.ru

  • Адрес этой страницы' ?>
  • Оглавление книги Предыдущая Следующая
  • К черным металлам относятся чугуны и стали, представляющие собой сплавы железа с углеродом, в состав которых входят еще и кремний, марганец, сера и другие элементы.

Чугун — железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода превышает 2%. В состав его также входят кремний, марганец, фосфор и сера. Чугун выплавляется в доменных печах из железных руд. Исходными материалами для его получения кроме руды служат топливо и флюсы.

Железная руда представляет собой горную породу, в которой содержатся соединения железа и примеси других элементов. Чугун получают из красного, бурого и магнитного железняков.

В качестве топлива используют главным образом каменно-угольный кокс. Флюсы применяют для отделения от железной руды пустой породы (оксиды кремнезема, кальция, марганца), которая, способствуя образованию шлаков, оказывает вредное влияние на процесс выплавки чугуна.

В чугуне углерод содержится в свободном состоянии в виде графита или в связанном состоянии в виде карбида железа или цементита.

Чугуны, в которых углерод находится в виде графита, имеют в изломе серый цвет и крупнозернистое строение. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, имеют высокие литейные качества, относительно невысокую температуру плавления (1100—1200°С), небольшую усадку (1%) и применяются для изготовления многих деталей машин и механизмов. Эти чугуны называются серыми или литейными.

Чугуны, в которых углерод содержится только в виде химического соединения с железом, имеют в изломе белый цвет. Они плохо обрабатываются режущим инструментом и обычно используются для получения стали. Эти чугуны называются белыми или передельными.

Кроме белого и серого чугунов для отливки деталей в тракторной, автомобильной и других отраслях промышленности употребляется еще и так называемый ковкий чугун, который получается из белого чугуна специальным отжигом (томлением) его в особых нагревательных печах при температуре 950—1000°С. При этом чрезмерная хрупкость в твердость, характерные для белого чугуна, намного снижаются. Ковкий чугун, как и серый, не куется, а название «ковкий» указывает лишь на значительную его пластичность.

Для повышения прочности чугуны легируют, т. е. вводят в их состав никель, хром, молибден, медь и другие элементы (легированный чугун), а также модифицируют, т.е. добавляют магний, алюминий, кальций, кремний (модифицированный чугун).

Наибольшее применение получили чугуны следующих марок: отливки из серого чугуна: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-18, СЧ-20 и др. (ГОСТ 1412—79); отливки из ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12 и др. (ГОСТ 1215—79).

Буквы и цифры марок чугуна обозначают: СЧ — серый чугун, КЧ — ковкий чугун. Цифры после букв у серого чугуна указывают на предел прочности при растяжении.

Сталь — сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2%. По сравнению с чугуном сталь обладает значительно более высокими физико-механическими свойствами.

Она отличается высокой прочностью, хорошо обрабатывается резанием, ее можно ковать, прокатывать, закаливать. Кроме того, сталь в расплавленном состоянии жидкотекуча, из нее изготовляют различные отливки.

Поэтому она широко применяется во всех областях народного хозяйства, особенно в машиностроении.

  1. Сталь получают из передельного чугуна его переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах.
  2. Наиболее распространенным способом получения обычных сортов стали является мартеновский, а для выплавки высококачественных сталей применяют электроплавку.
  3. Сталь, выплавленная из чугуна на металлургических заводах, в виде слитков поступает в прокатные, кузнечные или прессовые цехи, где перерабатывается на фасонный и листовой прокат, а также в поковки различной формы и размеров.
  4. Все применяемые в настоящее время стали классифицируются по следующим признакам:
  5. по химическому составу — углеродистая, легированная;
  6. по качеству — сталь обыкновенного качества, качественная, высококачественная;
  7. по назначению — конструкционная, инструментальная.

Углеродистая сталь широко используется в промышленности. Основной составляющей частью, определяющей ее механические и другие свойства, является углерод. Увеличение содержания углерода в стали повышает прочность и твердость, но уменьшает вязкость и делает ее более хрупкой.

В зависимости от назначения углеродистая сталь делится на конструкционную и инструментальную.

Углеродистые конструкционные стали делятся на стали обыкновенного качества (ГОСТ 380—78) и качественные (ГОСТ 1050—74). В зависимости от условий и степени раскисления различают спокойные стали (сп), полуспокойные(пс) и кипящие (кп).

Стали обыкновенного качества маркируют буквами Ст (сталь) и цифрами 1, 2, 3…..6 (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). Чем больше это число, тем больше в ней содержится углерода.

  • В зависимости от назначения эти стали делятся на три группы:
  • группа А — стали, поставляемые по механическим свойствам без уточнения их химического состава (Ст0, Ст1кп, Ст2пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2сп, Ст3кп и др.);
  • группа Б — стали с гарантийным химическим составом (БСт0, БСт1кп, БСт1сп, БСт2кп и др.);
  • группа В — стали повышенного качества с гарантированным химическим составом и механическими свойствами (ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5).
  • Цифры, обозначающие марку стали, показывают среднее содержание в стали углерода в сотых долях процента (например, сталь марки 45 содержит в среднем 0,45% углерода).
  • Низкоуглеродистые стали марок 05, 08, 10, 20, 25 применяются для малонагруженных деталей, изготовление которых связано со сваркой и штамповкой.
  • Из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50, 55 изготовляют оси, валы, зубчатые колеса и другие детали.
  • Высокоуглеродистые стали идут на изготовление спиральных пружин, тросов и других ответственных деталей.

Инструментальная качественная сталь обозначается буквой У, после которой ставится цифра, указывающая содержание углерода в десятых долях процента, например У7, У8, У10 и т. д.

Инструментальная высококачественная сталь содержит меньше, чем качественная, вредных примесей (серы, фосфора). Маркируют ее так же, как и качественную, но с добавлением буквы А, например У7А, У8А и т. д.

Применяется инструментальная углеродистая сталь для изготовления различных инструментов (ударных, режущих, измерительных и др.).

В состав легированной стали кроме углерода вводят элементы, улучшающие ее свойства. К таким элементам относятся: хром, никель, кремний, вольфрам, марганец, ванадий, кобальт и др.

В зависимости от вводимых лигирующих элементов стали делятся на хромистые, никелевые, кремнистые, хромоникелевые, хромованадиевые и др.

Легирующие элементы придают стали в зависимости от ее назначения необходимые свойства. Рассмотрим, какое влияние оказывают они на свойства стали.

Хром способствует увеличению прочности стали, ее твердости и сопротивляемости износу. Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость стали, повышает ее коррозионную стойкость и прокаливаемость.

Кремний при содержании его более 0,8% увеличивает прочность, твердость и упругость стали, снижая при этом ее вязкость.

Марганец повышает твердость и прочность стали, улучшает ее свариваемость и прокаливаемость.

  1. Легированная сталь по количеству введенных в нее легирующих элементов классифицируется на низколегированную (до 5% легирующих элементов), среднелегированную (от 5 до 10%) и высоколегированную (свыше 10%).
  2. По назначению легированная сталь, как и углеродистая, подразделяется на конструкционную и инструментальную.
  3. Легирующие элементы, введенные в состав стали согласно стандарту имеют следующие обозначения:
  • X — хром,
  • В — вольфрам,
  • М — молибден,
  • Ф — ванадий,
  • К — кобальт,
  • Г — марганец,
  • Т — титан,
  • С — кремний,
  • Н — никель,
  • Д — медь,
  • Ю — алюминий,
  • Р — бор,
  • А — азот.
  • Высококачественную сталь обозначают с добавлением в конце маркировки буквы А.
  • Легированная сталь маркируется сочетанием цифр и букв.
  • Первые две цифры обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы — легирующие элементы, последующие за буквами цифры — содержание в процентах этих элементов в стали.
  • Так, марка 40Х обозначает хромистую сталь с содержанием 0,4% углерода и 1% хрома;

12ХНЗА — хромо-никелевую сталь, содержащую около 0,12%-углерода, 1% хрома и 3% никеля и т. д.

Из конструкционной легированной стали изготовляют ответственные детали машин и различные металлические конструкции. Для улучшения механических свойств детали из этой стали подвергаются термической обработке.

К конструкционным легированным сталям относятся:

  • хромистая (15Х, 20Х, 30Х и др.),
  • хромованадиевая (15ХФ, 20ХФ, 40ХФ),
  • хромокремнистая (33ХС, 38ХС, 40ХС),
  • хромоникелевая (12ХН2, 12ХНЗА и др.).
  1. Инструментальная легированная сталь по сравнению с углеродистой обладает износоустойчивостью, она глубже прокаливается, обеспечивает повышенную вязкость в закаленном состоянии и менее склонна к деформациям и трещинам при закалке.
  2. Режущие свойства легированных сталей примерно такие же, как и углеродистых, потому что у них низкая теплостойкость, равная 200—250°С.
  3. Назначение некоторых марок легированных инструментальных сталей следующее:
  4. сталь 9ХС применяется для изготовления плашек, сверл, разверток, фрез, гребенок и метчиков;
  5. стали 11Х и 13Х —для напильников, бритвенных ножей, хирургического и гравировального инструмента;
  6. сталь ХВГ—для длинных метчиков, разверток и других инструментов.
  7. Для изготовления режущего инструмента применяется быстрорежущая сталь, которую так назвали за высокие режущие свойства.

Благодаря наличию в ее составе вольфрама и ванадия эта сталь обладает высокой теплостойкостью, красностойкостью, т. е. способностью сохранять высокие твердость и износостойкость при повышенных температурах.

Инструмент, изготовленный из быстрорежущей стали, нагреваясь в процессе резания до 550—600°С, не теряет своих режущих свойств.

Перейти вверх к навигации

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector