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.

Характеристика видов углеродистого металла

Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.

Состав сплава чугуна имеет разновидности:

• 
  Белый. Присутствующий здесь углерод находится в химически связанном состоянии. Металл прочный, но хрупкий, поэтому плохо поддается механической обработке. В промышленности используется в виде отливок. Свойство материала позволяют вести его обработку абразивным кругом. Сложность вызывает процесс сварки, поскольку есть вероятность появления трещин из-за неоднородности структуры. Применение нашел в областях, связанных с сухим трением. Обладает повышенной жаростойкостью и износостойкостью.

• Половинчатый. Обладает повышенной хрупкостью, поэтому не нашел широкого применения.
• Серый. ГОСТ 1412–85 указывает, какой процент примесей содержит в своем составе этот металл: 3,5% углерода, 0,8% марганца, 0,3% фосфора, 0,12% серы и до 2,5% кремния. Присутствующий в пластинчатой форме углерод создает низкую ударную вязкость. Характеристика вида указывает, что на сжатие материал работает лучше, чем на растяжение. При достаточном нагреве обладает неплохой свариваемостью.
• Ковкий. Ферритовая основа такого вида обеспечивает ему высокую пластичность. В изломе имеет черный, бархатистый цвет. Получается из белого, который томится длительное время при температуре 800−950 градусов.
• Высокопрочный. Отличие от других видов заключается в присутствии графита шаровидной формы. Получается из серого после добавления в него магния.

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.

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.

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.

Основное отличие — чугун против углеродистой стали

Железо является важным металлическим элементом. Это используется в производстве многих различных полезных металлических сплавов, таких как сталь. Существуют различные типы железных сплавов, включая сталь, кованое железо, чугун, антрацит и т. Д. Чугун состоит из большого количества углерода и имеет тенденцию быть хрупким. Углеродистая сталь — это форма стали, которая состоит из железа и углерода, а также следовых количеств некоторых элементов. Основное отличие чугуна от углеродистой стали состоит в том, что Чугун содержит 2-4% углерода, тогда как углеродистая сталь содержит до 1% углерода.

Ключевые области покрыты

1. Что такое чугун — Определение, свойства и различные формы 2. Что такое углеродистая сталь — Определение, свойства и различные формы 3. В чем разница между чугуном и углеродистой сталью — Сравнение основных различий

Ключевые термины: сплав, углеродистая сталь, чугун, высокоуглеродистая сталь, железо, низкоуглеродистая сталь, мягкая сталь, сталь

Краткая сравнительная таблица

Основные отличия металлов коротко представлены в таблице:

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.

Конструкционная «черная» сталь — бюджетный материал для банной печи

Такие печи для бани действительно самые бюджетные. Ценник печей из “черной” стали начинается от 12 тыс. рублей. Поэтому если вы потратились на строительство бани и финансы ограничены, а печь нужна как воздух, то это идеальный вариант. Но помимо стоимости, у печей из конструкционной “черной” стали есть и другие особенности, о которых стоит знать для принятия взвешенного решения.

Рис 2. В печах для бани Ермак топка сделана из конструкционной стали

Первая особенность — это низкая термостойкость. Под термостойкостью понимаем свойство материала выдерживать высокие температуры и при этом не разрушаться. Так вот, термостойкость конструкционной черной стали составляет 400 градусов по Цельсию. А если учесть, что температура внутри банной печи колеблется в пределах 500-600 градусов по Цельсию, то возникает вторая особенность таких печей — это небольшой срок службы по причине разрушения материала. Для компенсации низкой термостойкости данного материала, производители изготавливают топки с увеличенной толщиной (до 8 мм).

Срок службы печей из черной стали составляет 5-8 лет. Температура прогорания — 400 градусов по Цельсию.

К плюсам таких печей, помимо бюджетности, можно отнести быструю скорость нагрева. К минусам — такую же скорость остывания. Еще один плюс — отсутствие проблем с хрупкостью, как у их чугунных собратьев.

Ну и, конечно, модели печей из черной стали могут быть выполнены в интересных конструктивных решениях. Можете посмотреть их у нас в разделе «Печи для бани», выбрав пункт фильтра «Материал топки печи — из толстостенной конструкционной стали».

Печи из котловой стали 09г2с — улучшенная версия печей из «черной» стали по той же цене

Сталь 09г2с — это та же конструкционная сталь, но с добавлением легирующих элементов. Котловая сталь 09г2с по свойствам занимает среднюю позицию между черной сталью и нержавейкой.

Артеменко Вячеслав Заведующий магазином на ул. Коллонтай, 18

Легирующие элементы — специальные присадки, которые увеличивают термостойкость стали.

Термостойкость такого материала находится в пределах 500 градусов по Цельсию. Соответственно, ее также необходимо компенсировать толщиной, но уже меньшей. Из котловой стали выпускаются топки толщиной не более 3-6 мм, но при этом срок эксплуатации таких печей выше, чем аналогичные топки из черной стали.

Температура прогорания топки из стали 09г2с составляет 500 градусов по Цельсию. Толщина: 3-6 мм. Срок службы составляет от 7 до 10 лет.

Отметим еще один приятный момент для банщиков — несмотря на лучшие потребительские свойства материала (повышенная долговечность), печи из стали 09Г2С по цене пока такие же, как и печи из черной стали. Ключевое слово “пока” — что будет в ближайшем будущем, загадывать не будем.

Рис 3. Печи для бани Grill’D и Везувий Скиф делаются из стали 09г2с

Что касается скорости нагрева парной и времени остывания, котловая сталь 09г2с имеет такие же показатели, как и “черная” сталь. Кстати, если вас интересует вопрос сохранения тепла в парной, то обратите внимание на статью “Выбор камня для банной печи ”.

Сталь 09г2с является не хрупким материалом, поэтому основное преимущество перед черной сталью — это все-таки долговечность.

Немного истории… Котловую сталь 09г2с производители впервые начали использовать только в 2022 году, а массовый тренд на нее подхватили только в 2022 году. Благодаря преимуществам материала, на рынке появляется все больше брендов, которые отдают предпочтение именно стали 09г2с. Один из таких брендов — компания Grill’D, которая все свои модели печей выпускает из этого материала (искл. модели PRO, выполненные из нержавейки). Еще одним популярным производителем, который выпускает модели печей из этого материала, является компания Везувий.