Содержание:
- Применение и характеристики стали
- Применение и характеристики чугуна
- Как производят металлы
- Способы идентификации
- Краткие итоги
Черные металлы, к которым относятся оба материала, востребованы в разных секторах промышленности, строительстве и народном хозяйстве. Похожие внешне, они являют собой сплав железа и углерода. В их соотношении заключено главное различие материалов.
Применение и характеристики стали
Популярное сырье, активно используемое в промышленности и быту. Детали, конструкции, металлопрокат, мебель, элементы интерьера и многое другое производится из этого замечательного материала.
Сталь – сплав железа и углерода в следующих пропорциях: С до 2%, Fe от 45%.
Помимо этих элементов, для усиления некоторых свойств, в него могут добавлять:
- никель. Прочность, твердость и вязкость;
- хром. Прочность, твердость и износостойкость;
- кремний. Прочность, твердость и упругость;
- марганец. Усиливает свариваемость материала.
По области использования стали делят на:
- Конструкционные. Применяют при строительстве и в машиностроении. Нужны для производства различных конструкций, а также деталей и механизмов.
- Инструментальные. Благодаря своей прочности служат при производстве инструментов.
- Специальные. Имеющие в своем составе особые элементы, они наделены свойствами, имеющими узкую сферу использования.
По наличию легированных элементов стали делят на такие группы:
- низколегированные;
- среднелегированные;
- высоколегированные.
По проценту содержания углерода, все марки подразделяют на:
- низкоуглеродистые до 0,26%;
- среднеуглеродистые до 0, 6%;
- высокоуглеродистые до 1,35%.
Свойства и характеристики стали могут быть усилены при прохождении процесса закалки. К ее положительным сторонам относят теплопроводность. Температура плавления до 1500 градусов, плотность до 8000 кг/м3.
Применение и характеристики чугуна
Чугун – это сплав тех же компонентов, но с большим количеством углерода, выше 2%.
Цвет сплава зависит от вида, содержащегося в нем углерода, карбида железа или графита.
Виды чугуна:
- Белый. Излом, соответствующего цвета, получен благодаря цементиту. К его свойствам относят одновременную прочность и ломкость, тепловую стойкость и высокое удельное сопротивление. Он плохо поддается обработке и не стоек к ударным нагрузкам. Сплав служит для изготовления плит с гладкой или ребристой поверхностью, а также для производства стали, серого чугуна или ковкого чугуна, посредством отжига.
- Серый. Это литьевой чугун, с серым изломом и вкраплениями пластинчатого графита. Процент углерода в пределах 2,4-4,2%. Чугун очень востребован в черной металлургии. Материал прочный на сжатие, но не на изгиб. Имеет отличные литейные свойства и малую усадку при остывании. Высокая текучесть позволяет производить детали большой сложности, а хорошая износостойкость дает возможность применять его в условиях трения.
- Ковкий. Единственный способ получения – долговременная термическая обработка белого чугуна. Отжиг изменяет структуру в процессе графитизации (преобразование цементита в графит). Одним из главных достоинств считается однородность свойств по сечению. Имеет высокую демпфирующую способность и плотность, поддается сварке. Износостойкий и устойчивый к коррозии, он используется для производства чугунных труб, которые служат в водопроводах и газопроводах.
- Высокопрочный. В составе есть графит в шаровидной или сферической форме, которая гораздо меньше ослабляет металл. Не уступает углеродистой стали, но при этом отлично льется, режется, имеет высокую износостойкость и хорошо гасит вибрации. Возможность сопротивления огромным нагрузкам, пластичность и хорошая обрабатываемость сделали материал крайне востребованным в машиностроении: прокатное оборудование, кузнечные прессы и подъемные конструкции. Из него также производят коленвалы, поршни, корпуса, тормозные колодки и многое другое.
- Передельный. Не используется как самостоятельный материал. Чаще производят из руды в доменной печи, а затем изменяют состав для получения стали. По сравнению с литейным или зеркальным чугуном имеет меньшее содержание кремния и марганца. Прочность и теплоизоляция являются положительными свойствами, к отрицательным относят ломкость, слабую коррозийную устойчивость и плохую свариваемость.
Как производят металлы
Чугун делают в доменных печах. В порядке очереди засыпая сырье: кокс, агломерат и опять кокс. Нужную температуру обеспечивают, подавая кислород или горячий воздух. При сгорании кокса образуется углекислый газ, который затем превращается в оксид углерода, восстановитель для руды. Железо затвердевает и опускается в горячую часть печи, растворяя в себе углерод и образуя чугун.
Сталь делают из передельного чугуна, снижая в нем содержание углерода, фосфора и марганца. Для этого служат мартеновские печи, электропечи. Универсальным считается кислородно-конвертерный метод.
Способы идентификации
К основным методам определения относят следующие:
- Внешний осмотр. Метод подходит для заготовок и лома. Излом у чугуна сероватого оттенка, трещины ярко выражены. Сталь с более светлой и глянцевой поверхностью.
- Сверление. Для анализа высверливается небольшое отверстие. Тонкая, цвета побежалости, гибкая стружка – характерна для стали. У чугуна она очень хрупкая и практически не образует вьюна.
- Шлифование. Углошлифовальная машинка, контактируя с поверхностью, образует искру. У чугуна она короткая с красноватым тоном, а у стали - больше с желтым или белым оттенком. Высокоуглеродистые стали дают искру, похожую на чугунную, и являются исключением.
Краткие итоги
Детально изучив свойства и характеристики материалов можно сформировать следующие тезисы.
Углерод - главный элемент, по количеству которого различаются материалы. В чугуне его на порядок больше.
Сталь имеет высокие показатели прочности, твердости и по температуре плавления. Также ей присущи легкость обработки и большой удельный вес.
Чугун, напротив – ломкий, тяжело обрабатывается, имеет низкие показатели по теплопроводимости, малый удельный вес и температуру плавления.
Поверхности материалов тоже разные: матовая, сероватая у чугуна и светлая, глянцевая у стали.
Изделия из стали нагреваются и остывают очень быстро, чугун прогревается значительно медленнее и так же долго отдает тепло.
Ковкостью и свариваемостью обладает только сталь.
Как мы видим, оба материала объединяют их основные компоненты. Но, несмотря на идентичные элементы в составе, чугун и сталь – это разные металлы с уникальными свойствами.