Чугун и сталь отличия

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%.

Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов.

Сталью называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода до 2,1%.

Как и чугун, сталь имеет примеси кремния, марганца, серы и фосфора.

Основное отличие стали от чугуна — это то, что сталь содержит меньшее количество углерода и примесей.

2. Какие печи используются для выплавки стали?

Чугун переделывается в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах, электрических печах.

Марте́новская печь (марте́н) — плавильная печь для переработки передельного чугуна и лома в сталь нужного химического состава и качества.

Мартеновская печь (рис. 3) по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

3. Что такое сталь? Что такое чугун?

Чугун — дешевый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали.

Сталь- (от нем. Stahl)[1] — сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением.

4. Назовите основные механические свойства металлов.

Механические свойства могут изменяться во времени. Для многих материалов (монокристаллич., ориентированных и армированных пластиков, волокон) характерна резкая анизотропия механических свойств. Хотя механические свойства зависят от сил взаимодействия между частицами (ионами, атомами. молекулами), составляющими вещество, прямое их сопоставление со структурными характеристиками затруднено из-за дефектов кристаллич. структуры и неоднородностей, присущих реальным веществам. Так, теоретические значения предела прочности на растяжение, составляющие

0,1 модуля Юнга вещества, в 2-3 раза превышают достигнутые значения для предельно ориентированных волокон и монокристаллов и в сотни раз-для реальных конструкционных материалов.

По механическим свойствам различают следующие основные типы материалов:

1) жесткие и хрупкие (чугуны, высокоориентированные волокна, камни и др.), для них характерны модули Юнга > 10 ГПа и низкие разрывные удлинения (до неск. %);

2) твердые и пластичные (мн. пластмассы. мягкие стали, некоторые цветные металлы), для них характерен модуль Юнга > 2 ГПа и большие разрывные удлинения;

3) эластомеры (резины) — низкомодульные вещества (равновесный модуль высокоэластичности порядка 0,1-2 МПа), способные к огромным обратимым деформациям (сотни %);

4) вязкопластичные среды, способные к неограниченным деформациям и сохраняющие приданную им форму после снятия нагрузки (глины, пластичные смазки, бетонные смеси);

Читать также:  Как сделать крыльчатку для вентилятора своими руками

5) жидкости, расплавы солей. металлов, полимеров и т.п., способные к необратимым деформациям (течению) и принимающие заданную форму. Возможны также разнообразные промежуточные случаи проявления механических свойств.

Два важных отличия чугунов от сталей с высоким содержанием углерода:
1) при нагреве чугун не превращается в 100 %-ный аустенит;
2) избыточная фаза в аустените чугуна – это графит, а в стали — цементит.

Кристаллизация стали при содержании углерода менее 2,1 %

Чтобы понять первое отличие чугуна от стали, рассмотрим еще раз затвердевание железоуглеродистого сплава с содержанием углерода 1,8 % (рисунок 1). При затвердевании этой стали жидкость в междендритной области кристаллизуется последней и при снижении температуры до 1148 ºС содержание углерода в ней возрастает до 4,3 % . При этом из жидкости образуется эвтектическая смесь аустенита и цементита Fe3C. Однако при охлаждении до 1100 ºС этот цементит может растворяться в дендридах аустенита. Поэтому при медленном охлаждении до этой температуры 1100 ºС в стали может образовываться стопроцентно однофазный аустенит (см. кружок на рисунке 1).

Чугун и сталь отличияРисунок 1 – Железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 1,8 %
на фазовой диаграмме железо-углерод.

Кристаллизация стали при содержании углерода более 2,1 %

Если же, однако, содержание углерода в исходном сплаве поднять выше, чем 2,1 % — например, 2,5 % — то уже нет возможности получить полностью однофазный аустенит без частиц цементита. Сплав с содержанием углерода 2,5 % при охлаждении до 1100 ºС находится в двухфазной области фазовой диаграммы на рисунке 2 и состоит из смеси аустенита и цементита Fe3C (см. кружок на рисунке 2). Как и чугун этот сплав нельзя превратить нагревом до точки плавления 1148 ºС в 100 %-ный аустенит.

Графит в чугунах

Графит является кристаллической формой чистого углерода, который очень мягок и легко разрушается. Его присутствие в железе обычно ведет к резкому снижению вязкости в серых чугунах, но не в чугунах с шаровидным графитом.

Диаграмма на рисунке 1 не является, строго говоря, равновесной диаграммой и более того, ее правильно называть диаграммой железо-цементит, так она предсказывает, что при большом содержании углерода в аустените образуется именно цементит. Существует еще одна фазовая диаграмма – диаграмма железо-графит, которая по-настоящему является равновесной.

Фазовая диаграмма железо-графит-цементит

Рисунок 2 показывает наложение двух этих диаграмм. Пунктирными линиями представлена диаграмма железо-графит. Заметим, что если эвтектика железо-цементит происходит при температуре 1148 ºС, то эвтектика железо-графит – при 1154 ºС, то есть на 6 градусов выше. Это означает, что: 1) в интервале температур от 1149 до 1154 ºС из жидкого раствора углерода в железо возможно образование графита и 2) графит является более устойчивой фазой. Поэтому в железоуглеродистых сплавах цементит Fe3C является метастабильной фазой.

Читать также:  Камни для станка заточки ножей

Чугун и сталь отличияРисунок 2 – Комбинированная фазовая диаграмма
железо-графит и железо-цементит

При охлаждении чистого высокоуглеродистого аустенита графитная фаза может образовываться при более высокой температуре (линия Аgr), чем цементитная фаза (линия Аcm). В сталях образование графита бывает редко – первом всегда формируется метастабильный цементит, особенно при наличии в стали карбидообразущих элементов, таких как хром. Движение атомов для образования графита – из жидкости или из аустенита более сложно, чем для образования метастабильного цементита. Поэтому метастабильный цементит образуется первым и является устойчивым для большинства промышленных изделий.

Графитизация стали и графит в чугуне

Графит имеет возможность образовываться и в сталях – в этом случае сталь называют графитизированной. Графитизация в стали иногда случается, если ее держат при высоких температурах месяцы и годы. Так, например, происходит на стальных паропроводах. В целом образование графита в сталях не имеет практического значения, но является очень важным для термической обработки чугунов.

Источник: John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for Non-Metallurgists, 2007

Развитие промышленности и создание синтетических материалов не способно умалить достоинства и преимущества традиционных материалов. К таким можно отнести чугун и сталь. Это одни из самых старых знакомых сплавов для человеческой цивилизации.

Технология ремонтных и конструкторских работ зачастую включает в себя различные виды обработки. Это может быть:

  • механическая
  • химическая
  • термическая
  • электролитическая
  • плазменная и другие виды обработки.

Чугун и сталь отличияНесмотря на тот факт, что чугун и сталь отличаются друг от друга мизерной разницей содержания углерода, способы и методы воздействия факторов на эти сплавы разнятся и требуют разных способов одного и того же метода влияния на форму и структуру металла.

Факторы, влияющие на обработку стали и чугуна

Для того что бы не потратить деньги и ресурсы на ветер, очень важно знать как определить чугун или сталь.

  • Выбор сварочного электрода
  • угол заточки сверла
  • режим сверления и фрезерования

Это не все факторы, которые способны усложнить жизнь и труд человека, неправильно определившего тип металла. Снижение механических, прочностных и нарушение гарантированных межремонтных интервалов куда большее зло, способное нанести ущерб производству и бюджету в случае ошибки.

Визуальное определение

Как же можно отличить чугун от стали визуально, не прибегая к разрушающим методам контроля. Если стоит вопрос о сварке треснутого участка детали или даже отвалившегося куска, то есть возможность исследовать слом или структуру трещины. Металл на сломе чугунной детали наверняка будет темно-серого цвета с матовой поверхностью. При тех же условиях излом стали будет иметь светло-серый, практически белый цвет, с глянцевым блеском.Чугун и сталь отличия

Характер трещин на поверхности высокоуглеродистых сплавов похожи на раскол на глиняной посуде, низкоуглеродистые сплавы склонны к пластическим деформациям и по этой причине трещина имеет форму разрыва пластичного материала.

Читать также:  Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

По поверхностным дефектам можно выделить только чугун, который заливался в форму при низкой температуре, не обрабатывался позже и не наносился декоративный лакокрасочный слой. На таком изделии заметны полусферические мелкие зерна, образованные вследствие не пролива из-за низкой температуры.

Не забывайте о правильном визуальном методе определения материала. Советские, современные и зарубежные ГОСТы предполагают наличие маркировки материалов на всех литых изделиях. На отечественном литье значки СЧ, ВЧ, КЧ – перед вами чугунное литье. Л45, 45ХЛ, 110Г2С – говорит об использовании стального литья для данного элемента.

Механическое определение с помощью сверления

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом по качеству и визуально очень напоминает стальные изделия. Осуществить проверку изделия разорвав его на разрывной машине, не совсем оправдано и разумно. Для этого можно выбрать не работающий, незаметный участок на изделии и просверлить его не на всю глубину сверлом минимального диаметра. Структура чугуна такова, что стружка не способна сформироваться в витой вьюн. Вкрапления графита, даже если они не видны, крошат стружку на этапе ее формирования. Такая стружка в руках растирается в пыль, оставляет на руках черный след, как от грифеля простого карандаша.Чугун и сталь отличия

Стальная стружка способна образовывать вьюн больше длины самого сверла, не рассыпается в руках. При быстрых оборотах она имеет цвет побежалости на поверхности.Чугун и сталь отличия

Механическое определение с помощью шлифования

Можно подойти к вопросу определения материала используя болгарку (угловую шлифовальную машинку). Как и предыдущем способе выбираем участок который не является плоскостью трения, контактной площадкой или другим важным конструкторским элементом. Включенной машинкой соприкасаемся с исследуемой поверхностью и следим за формой и цветом искр.

В чугунных изделиях это будет короткая искра с красноватым оттенком на звездочке в конце трека.Чугун и сталь отличия

В металлических изделиях сноп искр будет сравнительно больший, треки длиннее, а искры ослепительно белого или желтого цвета.Чугун и сталь отличия

Если существует неопределенность и неуверенность в методе и вашей оценке, то можно взять заведомо известный материал, например, чугунный казан в углу гаража и проверить какие искры летят при обработке шлифовальной машинкой. При этом не стоит забывать, что ряд сталей специального назначения, особенно жаропрочные, дают искру минимального размера, с коротким треком и вишнево красного цвета.

В данном материале не рассматриваются экзотические для домашнего пользования методы:

  • спектрального анализа
  • микроскопического анализа
  • взвешивания и определения объема.

Но для домашних нужд вышеуказанных способов более чем достаточно. Независимо от метода и способа определения материала старайтесь использовать схемы, чертежи и прочую информацию к вашему агрегату или изделию. Количество информации во всемирной паутине зашкаливает и способно добраться в самый отдаленный уголок цеха или гаража.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *