Состав стали и чугуна: Чугуны и стали

Отличия чугуна 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.

Чугун и сталь – это сплавы железа с углеродом, но от содержания этих элементов и примесей будет зависеть качество металла.

Чугун

Чугун – первичный продукт металлургии. В его составе содержится углерода более 2% и значительное количество примесей, влияющих на свойства металла: марганец, фосфор, кремний, сера, легирующие добавки.

Чугун относят к хрупким металлам, его можно легко разбить на осколки при ударе, поэтому он менее практичен в обработке и применении. Вид углерода, содержащегося в чугуне,  влияет на его свойства, поэтому различают несколько видов чугуна:

— серый,  мягкий металл с низкой температурой плавления;

— белый, с повышенной твердостью, но хрупкий;

— ковкий, вторичный продукт белого чугуна;

— высокопрочный.

Плотность чугуна составляет 7000 кг/м3.

Сталь

Процентное содержание углерода в сплаве не должно превышать отметку 2%, а железо составлять не менее 45%. Оставшиеся 53% могут содержать различные легирующие добавки и примеси, которые позволяют изменять его свойства.

Существует большое количество разновидностей и классификаций. В зависимости от количества связующих элементов различают:

— низколегированные;

— среднелегированные.

Также различают по количеству углерода:

— низкоуглеродистые;

— среднеуглеродистые;

— высокоуглеродистые.

На качество металла влияет наличие неметаллических включений (оксиды, сульфиды, фосфиды) и существует классификация по качеству.

Общая характеристика это – металл, обладающий хорошей прочностью, износостойкостью, твердостью, пригоден для различных видов обработки. Плотность стали 7700 – 7900 кг/м3.

Не смотря, на большое количество разновидностей чугуна и стали, можно выделить основные параметры различия этих металлов:

— сталь обладает большей прочностью, пластичностью и твердостью;

—  более пластична, поэтому хорошо поддается обработке (штамповке, ковке, прокатке, сварке), изделия из чугуна выполняют методом литья;

— чугун имеет меньшую стоимость;

— сталь имеет высокую теплопроводность, качество повышают методом закаливания, а чугун из-за пористости металла способен удерживать тепло;

— сплавы имеют различный удельный вес.

Металлургия поставляет на рынок сотни разновидностей того и другого сплава, которые имеют свои особенности и характеристики, но обязательными компонентами этих металлов являются железо и углерод. Поэтому сталь и чугун можно объединить в группу железоуглеродистых сплавов.

Характеристики стали и чугуна, как основных железоуглеродистых сплавов

Из всего разнообразия металлов, применяемых в производстве кованых изделий, наибольшее распространение получили железоуглеродистые сплавы. К ним, в первую очередь, относятся сталь и чугун. Эти материалы служат для изготовления таких конструкций, как кованые заборы, ограждения, ворота. Также стальные и чугунные элементы являются частью конструкций фонарных столбов, кованых урн и других изделий.

Сталь – это железоуглеродистый сплав, содержание углерода в котором колеблется в пределах до 2%. Чугун же, являясь более хрупким металлом, имеет в своем составе углерод в количестве более 2%. При этом, как можно понять, чем выше процент содержания углерода в сплаве, тем ниже его показатели прочности. Кроме углерода в состав сплавов входят и другие компоненты (марганец, фосфор, сера, кремний), но преимущественную часть все-таки занимает железо.

Железо – это металл, который характеризуется важной особенностью, которая определяет его широкую сферу применения. Это аллотропичность, способность к превращениям в твердом состоянии. Такой показатель можно проследить при изменении температур. При температуре до 910 °С структура железа имеет кристаллическую решетку центрированого куба (так называемое «альфа-железо»). При повышении температуры решетка преобразуется в куб с центрироваными гранями, и такое железо имеет название «гамма-железо». При показателях температуры превышающих 1400 °С кристаллическая решетка принимает свою первоначальную конфигурацию и носит название «дельта-железо». При обычной температуре альфа-железо сохраняет магнитные свойства, которые теряются при достижении 768 °С. Немагнитное железо, существующее в период нагрева от 768 °С до 910 °С, называется «бета-железо». Таким образом, основными формами являются альфа- и гамма-железо, которые отличаются способностью к растворению углерода. Гамма-железо имеет свойство растворять большее количество углерода, что является важным показателем при термообработке стали.

Основными составляющими любого железоуглеродистого сплава являются феррит и цементит. Это собственно и есть железо, содержание которого в сплаве колеблется от 93 до 99%, но с незначительным добавлением углерода. Содержание углерода в феррите совсем мало, а цементит имеет в своем составе 6% углерода. Существует также и такое понятие как перлит. Это смесь феррита с цементитом, которая образуется при температуре 723 °С.

Структура железа, которая появляется при достижении температуры 910 °С, т.е. когда мы говорим о дельта-железе, называется аустенитом. Это та структура, в которой может быть растворено наибольшее количество углерода.

Если мы говорим о белом чугуне, то целесообразно вспомнить и такую составляющую как ледебурит. Это смесь цементита и аустенита, которая содержит 4,3% углерода.

Таким образом, можно говорить о характеристиках стали и чугуна в зависимости от их структурных составляющих. Например, если сталь содержит цементит, она является в разы более хрупкой, чем та, которая имеет в своей структуре феррит. Сплавы, имеющие аустенит отличаются еще менее высокой прочностью.

Кроме этого на физические свойства железоуглеродистых сплавов влияет наличие в них постоянных примесей. Как уже говорилось выше, сталь и чугун неизбежно имеют в своем составе серу, фосфор, марганец и кремний. Обычная сталь содержит до 0,05% серы, до 0,05% фосфора, до 0,8% марганца и до 0,4% кремния. Примеси фосфора и кремния в структуре стали не образуют отдельных зерен, а растворяются в феррите. Сера же в железе не растворяется, но при этом в структуре стали образует сульфиды железа и марганца. Эти химические соединения, а также оксиды металла называют неметаллическими включениями.

Разобравшись, какие же примеси существуют в составе железоуглеродистых сплавов, рассмотрим их непосредственное влияние на свойства металла.

Углерод, как самый важный компонент, оказывает наиболее серьезное влияние. Чем больше процент содержания углерода, тем выше хрупкость, но ниже показатели удлинения и сужения. Предел прочности и упругости стали определяется содержанием углерода до 0,9%. Дальнейшее увеличение углерода в составе провоцирует появление цементита в его структуре, а значит и повышение хрупкости.

Наличие марганца и кремния в составе сплавов обычной стали практически не оказывает никакого воздействия. Но вот сера и фосфор определенным образом могут навредить. Повышенный процент содержания серы реализуется в появлении так называемой красноломкости стали. Это значит,  что при достижении 900-1200 °С в металле начинают образовываться трещины. Большое содержание фосфора вызывает обратный процесс, называемый хладноломкостью. Сталь становится хрупкой, особенно на морозе. Но иногда сера и фосфор оказывают и положительное влияние на свойства стали. Например, в некоторой степени облегчают обрабатываемость на станках.

В зависимости от содержания углерода и других примесей различают углеродистые и легированые стали. Легироваными называются те, в которых содержатся искусственно добавленные металлы (хром, никель и др.). Углеродистые же стали в своем составе, кроме постоянных примесей, о которых говорилось выше, ничего не содержат.

Черные металлы – железо и его сплавы

Черные металлы – железо и его сплавы, которые отличаются от остальных металлов, называемых цветными. 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.

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. Сталь получают из передельного чугуна его переплавкой и удалением избытка углерода, кремния, марганца и других примесей и выплавляют в мартенах, электропечах и конверторах.

Железо и его сплавы важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом, называемых сталями, изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Легковые, грузовые автомобили, станки, железные дороги, корпуса и силовые установки судов – все это делается в основном из стали. Масштаб производства стали является одной из основных характеристик общего технико-экономического уровня развития государства. На долю стали приходится около 95% всей металлической продукции.

Черные металлы являются неотъемлемой частью большинства габаритных рекламных носителей. Они находят свое применение при закладке фундамента, на основе которого монтируются рекламные щиты или другие средства наружной рекламы. В этом случае обязательно используется арматура различных сечений. Используются в качестве каркаса рекламных носителей, тут может применяться металлический уголок разных профилей, балки, швеллера, трубы небольших диаметров. Так же может использоваться в виде основного (или даже единственного) материала из которого изготавливается наружная реклама.

Металл, выступая в качестве строительного материала, обладает большим количеством достоинств. Среди основных можно выделить его надежность, долговечность и легкость. Конструкции, выполненные из этого материала, имеют сравнительно небольшой вес, но при этом соединения характеризуются повышенной прочностью.

Главный недостаток металла – это его подверженность коррозии, при взаимодействии с влагой или агрессивными газами. Длительное нахождение в неблагоприятных условиях может привести к разрушению конструкции.

Вместо черных металлов так же могут использоваться более легкие и менее подверженные коррозии материалы: нержавеющая сталь, алюминий, алюминиевые композитные панели.

Состав стали и чугуна | Справочник конструктора-машиностроителя

Структура железоуглеродистых сплавов состоит из разных составляющих.
Характеристиками этих структурных составляющих и определяются свойства стали и чугуна.
Феррит.
В состав стали и чугуна входит от 93 до 99% железа.
Поэтому, прежде всего, следует понять, какую структуру оно образует.
Из прошлого известно, что железо при комнатной температуре находится в облике, а — железа, которое способно растворить в своей кристаллической решетке маленькое количество углерода.
Крепкий раствор в, а — железе малого количества углерода и прочих примесей называется ферритом.
Феррит представляет собой почти чистое железо, но различается от него тем, что в его кристаллической решетке, кроме атомов железа, существует малое число атомов углерода и прочих примесей.

Мартеновское производство менее производительное, чем конверторное, но лучше регулируется процесс, используются чугунные чушки и металлолом.
Мартен это регенеративная пламенная печь.
Газ сгорает над плавильным пространством, где создается температура 1750… 1800 o С.
Газ и дух предварительно подогреваются (до 1200…1250 o С) в регенераторах.
За счет тепла сгоревших газов, происходящих в трубу.
Два регенератора: один делает, а другой накапливает тепловую энергию.
Для интенсификации процесса ванну продувают кислородом.

Раскисление ванны проводят ферросилицием и феромарганцем в ванной, а окончательное – алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше.

В экспресс — лаборатории кислородно — конвертерного цеха № 1 и доменного цеха главной заводской лаборатории Западно — Сибирского металлургического комбината (ОАО «ЗСМК», предприятие «Евраз Груп») установлен в эксплуатацию новейший прибор — спектрометр QSG 750 немецкой фирмочки — производителя «OBLF Spektrometrie».
Он позволяет живо, с высокой точностью проводить анализ химического состава стали и чугуна в ходе технологического процесса.
Аналитическая программа данного прибора может в то же самое время определять содержание в стали и чугуне около 30 химических элементов, включая азот.
Сей компонент снижает износоустойчивость металла и ухудшает его пластические свойства.
Об этом сообщили ИА « INFOLine »

Пробы из кислородно — конвертерного цеха № 1 и доменного цеха отправляют по пневмопочте в экспресс — лабораторию.
В отделе пробоподготовки они режут и рассматриваемая поверхность обрабатывается на плоскошлифовальном станке.
Потом образец поступает на спектрометр, где производится его химический анализ.
После выполнения анализа технологи кислородно — конвертерного цеха № 1 и доменного цеха корректируют химический состав чугуна и стали для приобретения необходимых марок, соответствующих требованиям потребителей.
Данные о процентной концентрации химических элементов в пробе автоматически передаются в автоматизированную систему аналитического контроля, где специалисты комбината могут посмотреть химический состав стали и чугуна в порядке действительного времени.
Особенность нового прибора в том, что в нем искровой установлен цифровой генератор нового поколения, который позволяет повысить надежность работы и точность анализа.
Благодаря современному программному обеспечению спектрометра у мастеров — аналитиков есть возможность выбирать оптимальные условия анализа для любого определяемого элемента.

Процесс проводится в аппаратике, который называется по фами­лии изобретателя конвертером Бессемера.
Он пред­ставляет собой грушевидный стальной, который нельзя отменить внутри огнеупорным материалом.
В дне конвертера имеются отверстия, через которые подаётся в аппарат дух.
Аппарат ра­ботает периодически.
Свернув аппарат в горизонтальное положе­ние, заливают чугун и дают дух.
Потом поворачивают аппа­рат в вертикальное положение.
В основании процесса окисляются же­лезо, кремний и марганец, затем углерод.
Образующаяся окись углерода сгорает над конвертером ослепительно ярким пламенем длиной до 8 л.
Пламя понемногу сменяется бурым ды­мом.
Начинается горение железа.
Это указывает, что период интен­сивного окисления углерода заканчивается.
Тогда подачу воздуха прекращают, переводят конвер­тер в горизонтальное положе­ние и вносят раскислители.

a) пробоотборники типа, изображенного на узоре В .1 а, заключаются из кварцевой трубочки внутренним диаметром 7 — 9 мм, помещенной в защитную картонную трубочку.
Верхний край трубки открыт, а нижний снабжен колпачком с алюминиевой фольгой для предотвращения попадания загрязнения.
Картонная трубочка длиной 250 или 400 мм, в зависимости от применения, имеет огнеупорное покрытие в качестве защиты от брызг или вспышек.
Сей тип пробоотборника применяют для отбора проб слабой стали при температуре, близкой? точке ее ликвидуса;

Местечко и метод отбора промежуточного образца или образца для разбора от первого образца следует согласовать между поставщиком и заказчиком.
Сии методы описаны в 10.2 и 10.3.
Промежуточный образец или образец для разбора может быть отнят от первого примера в местечке, указанном в стандарте по отбору материала для механических испытаний, или как установлено в ИСО 377, а также в.
Особого внимания требует отбор и подготовка образцов стальных изделий, содержащих свинец (), и образцов для определения содержания кислорода и водорода (и ).

Разовые пробоотборники для отбора проб слабой стали с целью определения содержания водорода обычно заключаются из прессованной стальной фигуры или кварцевой трубочки, установленной в толстостенной защитной картонной трубке.
Эти приспособления для отбора проб слабой стали из ковшиков, изложниц, фигур и при постоянной разливке предназначены для получения образцов в виде штырька или стержня диаметром 7 — 12 мм и длиной от 75 до 150 мм.
Несколько типов пробоотборников выпускают серийно, характеристика их главных характеристик приведена в В.2 и В.3 с образцами, показанными на рисунке В.1.
В прямом приложении даны только рекомендуемые размеры.

Включая небольшое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать сей материал для подробностей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам.
В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, ведущие;
в автостроении — блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления.
Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.

Химический состав износостойкого чугуна ЧХ3Т: C углерод 2, 6 — 3, 60% ;
Si кремний 0, 7 — 1, 50% ;
Mn марганец 1, 00% ;
S сера не более 0, 12% ;
P фосфор не более 0, 30% ;
Cr хром 2, 01 — 3, 00% ;
Cu медь 0, 5 — 0, 80% ;
Ti титан 0, 7 — 1, 00% ;
Механически свойства износостойкого чугуна ЧХ3Т: лимит крепости (временное сопротивление)? в ЧХ3Т — 200 Мпа,

Спектрометр « OBLF Spektrometrie » поступил в экспресс — лабораторию кислородно — конвертерного цеха № 1 и доменного цеха главной заводской лаборатории в рамках программы технического перевооружения, которая обращена на совершенствование технологических процессов, повышение эффективности производства и качества продукции ОАО « ЗСМК ».

Химический состав чугуна и стали

Чугун начали применять много десятилетий назад. Этот материал обладает особыми эксплуатационными характеристиками, которые отличаются от свойственных стали. Производство чугуна, несмотря на появление большого количества различных сплавов, налажено во многих странах. Для того чтобы определить свойства чугуна, следует рассмотреть особенности его химического состава, от чего зависят те или иные физические качества.

Химический состав чугуна является важным фактором, который во многом определяет механические свойства получаемых отливок. Кроме этого, на многие свойства оказывает влияние механизмы первичной и вторичной кристаллизации.

Содержание углерода в чугуне может варьироваться в пределах от 2,14 до 6,67 процентов. Современные технологии производства позволяют с высокой точностью контролировать концентрацию всех элементов в составе, за счет чего снижается показатель хрупкости и увеличиваются другие эксплуатационные характеристики.

Рассматривая химический состав чугуна следует отметить, что в него, кроме железа и углерода, обязательно входят следующие элементы:

1. Кремний (концентрация не более 4,3%). Данный элемент оказывает благоприятное воздействие на чугун, делая его более мягким и улучшая его литейные свойства. Однако слишком высокая концентрация может сделать материал более восприимчивым к пластичной деформации.
2. Марганец (не более 2%). За счет добавления этого элемента в состав существенно увеличивается прочность материала. Однако слишком большая концентрация может стать причиной хрупкости структуры.
3. Сера относится к вредным примесям, который могут существенно ухудшать эксплуатационные качества материала. Как правило, концентрация серы в составе чугуна не превышает показателя 0,07%. Сера становится причиной появления трещин при нагреве состава.
4. Фосфор содержится в составе в концентрации менее 1,2%. Повышение концентрации фосфора в составе становится причиной появления трещин при охлаждении состава. Кроме этого, данный элемент становится причиной ухудшения других механических качеств.

Как и во многих других составах, наиболее важным из химических элементов чугуна является углерод. От его концентрации и вида зависит разновидность материала. Структура чугуна может существенно различаться в зависимости от применяемой технологии производства.

Физический свойства

Чугун получил широкое распространение благодаря привлекательным физическим качествам:

1. Стоимость материала существенно ниже стоимости других сплавов. Именно поэтому его применяют для создания самых различных изделий.
2. Рассматривая плотность чугуна, отметим, что данный показатель существенно ниже, чем у стали, за счет чего материал становится намного легче.
3. Температура плавления чугуна может несколько различаться в зависимости от его структуры, в большинстве случаев составляет 1 200 градусов Цельсия. За счет включения в состав различных добавок температура плавления чугуна может существенно повышаться или уменьшаться.
4. При выборе материала многие уделяют внимание тому, что цвет чугуна может несколько отличаться в зависимости от структуры и химического состава.

Температура кипения чугуна также во многом зависит от химического состава. Для того, чтобы рассмотреть физические свойства материала, следует уделить внимание каждой его разновидности. Иная структура и химический состав становятся причиной придания иных физико-механических качеств.

Технология производства

Выплавка чугуна проводится на протяжении нескольких десятилетий, что связано с его уникальными эксплуатационными качествами. Большое количество разновидностей сплавов определяет применение особых правил маркировки. Маркировка чугунов проводится следующим образом:

1. Литейные обозначаются буквой Л.
2. Серый получил широкое распространение, для его обозначения применяется сочетание букв «СЧ».
3. Ковкий обозначают КЧ.
4. Предельный или белый обозначают буквой П.
5. Антифрикционный или серый обозначают АЧС.
6. Легированные чугуны могут обладать самым различным химическим составом и обозначаются буквой «Ч».

Технология производства чугуна предусматривает проведение нескольких этапов, которые позволяют получить требуемую структуру. Рассматривая процесс получения чугуна, отметим следующие моменты:

1. Производство проводится в специальных доменных печах.
2. Легированный и жаростойкий чугун могут получаться при использовании в качестве сырья железной руды.
3. Технология представлена в восстановлении оксидов железа руды. В результате перестроения кристаллической решетки и изменения структуры на выходе получается материал, который называют чугуном.
4. Рассматривая способы производства, отметим, что особенности технологии также заключаются в применяемых материалах – коксах. Под коксом подразумевают природный газ или термоантрацит, выступающие в качестве топлива.
5. Изготовление чугуна предусматривает отпуск железа в твердой форме при применении специальной печи. На данном этапе получается жидкий чугун.

Оборудование для производства чугуна может существенно отличаться. Кроме этого, применяемая технология производства во многом определяет то, какой будет получен материал. Примером можно назвать производство ВЧШГ, которое связано с приданием структуре необычную форму.

Разновидности чугуна

Существует довольно большое количество разновидностей рассматриваемого материала. Классификация чугунов во многом зависит от структуры и химического состава. Выделяют следующие виды чугуна:

1. Серый. Эта разновидность материала характеризуется низкой пластичностью и высокой вязкостью, а также хорошей обрабатываемостью резанием. В составе углерод содержится в виде графита. Область применения – машиностроение; производство деталей, работающих на износ. Как показывает практика, концентрация фосфора может варьироваться в достаточно большом диапазоне: от 0,3 до 1,2%. За счет особого химического состава материал обладает высокой текучестью и часто применяется в художественном литье. Антифрикционный чугун обходится в относительно невысокую стоимость, что также определяет его широкое распространение.
2. Белый. За счет того, что в этом составе углерод представлен в качестве цементита, структура характеризуется чрезвычайной хрупкостью и повышенной твердостью, а также низкими литейными свойствами и плохой обрабатываемостью резанием. Стоит учитывать, что белый чугун применяется для переделки в сталь или изготовлении ковкого. Очень часто его называют предельным.
3. Половинчатый характеризуется повышенной устойчивостью к износу, что связано с распределением углерода на цементитную и свободную основу. Часто эта разновидность материала применяется в машиностроении и станкостроении.
4. Легированный. Для того чтобы придать особые свойства чугуну также проводится его легирование. Легированный чугун обладает повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью за счет включения в состав никеля и хрома, а также меди. Подобные варианты исполнения чугуна получают свое название в зависимости от того, как легирующий элемент использовался при их изготовлении.
5. Высокопрочный чугун производится путем введения в состав жидкого серого чугуна различных элементов, к примеру, магния и кальция. В результате легирования меняется форма графита – он напоминает шар и при этом не меняет кристаллическую решетку. Стоит учитывать, что по своим свойствам этот металл напоминает углеродистую сталь, применяется, в основном, при изготовлении различных износостойких деталей.
6. Ковкий. Получают его при переплавке белого чугуна, который следует нагреть до высокой температуры и выдерживать в подобном состоянии. В некоторых случаях для придания составу особых качеств проводится добавление легирующих элементов. Основными свойствами можно назвать высокую вязкость и повышенную степень пластичности. Получил широкое распространение в машиностроительной промышленности.
7. Специальный. Представляет собой сплав, в который входит большое количество марганца и кремния. Зачастую применяется для удаления кислорода из стали при его производстве или переплавке, за счет чего понижается температура плавления.

Каждая разновидность чугуна обладает своей особой структурой и химическим составом, которые и определяют область применения.

Применение

Из-за особых физико-механических качеств применение чугуна стало возможно в самых различных сферах:

1. Для производства различных деталей в машиностроительной отрасли. На протяжении многих лет именно этот сплав применяется при изготовлении самых различных деталей для двигателя внутреннего сгорания. При этом автопроизводители проводят изменение основных свойств материала путем его легирования, что необходимо для достижения уникальных качеств. Кроме этого, большое распространение получили тормозные колодки из данного сплава.
2. Изделия из чугуна могут выдерживать воздействие низкой температуры. Поэтому материал применяется при производстве техники и инструментов, которые эксплуатируются в жестких климатических условиях.
3. Ценится чугун в металлургической области. Это связано с невысокой стоимостью, которая во многом зависит от концентрации углерода и особенностей получаемой структуры. Высокие литейные качества также делают материал более привлекательным. Получаемые изделия характеризуются высокой прочностью и износостойкостью.
4. На протяжении нескольких последних десятилетий рассматриваемый сплав широко применяется при изготовлении сантехнического оборудования. Это связано с высокими антикоррозионными способностями, а также возможностью получения изделий самой различной формы. Примером можно назвать чугунные ванны и радиаторы, различные трубы, батареи и мойки. Несмотря на появление материалов, которые могли бы заменить чугун, подобные изделия пользуются большой популярностью. Это связано с тем, что они сохраняют первозданный вид на протяжении длительного периода эксплуатации.
5. Применяется сплав и для изготовления различных декоративных элементов, что связано с высокими литейными качествами. Примером можно назвать решетку для перил, различные статуэтки и многое другое.

Кроме этого, область применения зависит от нижеприведенных свойств рассматриваемого материала:

1. Некоторые марки обладают высокой прочностью, которая характерна для стали. Именно поэтому материал применяется даже после появления современных сплавов.
2. Чугунные изделия могут на протяжении длительного периода сохранять тепло. При этом тепловая энергия может равномерно распространяться по материалу. Эти качества стали использоваться при изготовлении отопительных радиаторов или других подобных изделий.
3. Принято считать, что чугун – экологически чистый материал. Именно поэтому его часто применяют при изготовлении различной посуды, к примеру, казана.
4. Высокая стойкость к воздействию кислотно-щелочной среды.
5. Высокая гигиеничность, так как все загрязняющие вещества могут легко удаляться с поверхности.
6. Рассматриваемый материал характеризуется достаточно длительным сроком службы при условии соблюдения рекомендаций по эксплуатации.
7. Входящие в состав химические вещества не могут нанести вреда здоровью.

В заключение отметим, что давно открытая технология производства рассматриваемого материала на протяжении многих лет оставалась практически неизменной. Это связано с тем, что при относительно невысоких затратах можно было получить большой объем расплавленного сплава. На сегодняшний день часто проводится производство материала из лома, что позволяет еще в большой степени снизить себестоимость получаемого продукта.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Чугун — это сплав железа с углеродом. По процентному содержанию железа содержится более 90%. Количество углерода колеблется в пределах 2,14- 6,67%. Благодаря этому элементу материал имеет высокую твердость, но появляется хрупкость. Это влечет ухудшение ковкости и пластичности. В некоторые виды для улучшения характеристики добавляются легирующие элементы: алюминий, хром, ванадий, никель.

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.

Индивидуальные свойства металла

Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:

• Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.
• Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
• Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.

В зависимости от наличия примесей появляется разница в свойствах материала.

К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:

• Сера уменьшает текучесть металла.
• Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
• Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
• Марганец дает прочность, но понижает текучесть.

Различия между чугуном и сталью

Чтобы понять, чем отличается сталь от чугуна, нужно рассмотреть их характеристики. Отличительной особенностью чугуна является количество углерода. Минимальное содержание его составляет 2,14%. Это основной показатель, по которому можно отличить этот материал от стали.

Содержание железа в стали составляет 45%, а процентное содержание углерода до 2. Для определения различий на глаз нужно обратить внимание на цвет. Сталь имеет светлый оттенок, а чугун темный.

Определить же процентное содержание примесей может только химический анализ. Если сравнивать температуру плавления чугуна и стали, то у чугуна она ниже и составляет 1150−1250 градусов. У стали — в районе 1500.

Чтобы отличить материал, нужно провести следующие действия:

• Изделие опускается в воду и определяется объем вытесненной воды. У чугуна плотность меньше. Она составляет 7,2г/см3. У стали — 7,7−7,9 г / см3 .
• К поверхности прикладывается магнит, который к стали притягивается лучше.
• При помощи шлифовальной машинки или напильника натирается стружка. Затем она собирается в бумагу и вытирается об нее. Сталь не оставит следов.

Плюсы и минусы материала

Как и любой материал, чугун имеет положительные и отрицательнее стороны. К положительным качествам относятся:

• большая разновидность состояний.
• некоторые виды обладают высокой прочностью;
• возможность длительное время сохранять температуру;
• экологическая чистота, что позволяет изготавливать из него посуду;
• стойкость к кислотно-щелочной среде;
• высокая гигиеничность;
• длительный срок эксплуатации и долговечность;
• безвредность материала.

Однако и минусы тоже присутствуют. К ним относятся:

• при длительном нахождении в воде поверхность покрывается ржавчиной;
• высокая стоимость материала;
• низкая пластичность серого вида чугуна;
• хрупкость.

Чугун — это металл, который характеризуется высоким содержанием углерода. Благодаря этому у него присутствуют качества, которые бывают необходимы для промышленных и бытовых целей.

Феррит (твёрдый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой)
Аустенит (твёрдый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой)
Цементит (карбид железа; Fe₃C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
Графит стабильная высокоуглеродистая фаза

Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
Мартенсит (сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной тетрагональной решеткой)
Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
Сорбит (дисперсный перлит)
Троостит (высокодисперсный перлит)
Бейнит (устар: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
Серый чугун (графит в форме пластин)
Ковкий чугун (графит в хлопьях)
Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода не менее 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний), а сплавы с содержанием углерода менее 2,14 % называются сталью. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и другие). Как правило, чугун хрупок.

Выплавляется чугун, как правило, в доменных печах. Температура плавления чугуна — от 1150 до 1200 °C, то есть примерно на 300 °C ниже, чем у чистого железа.

Содержание

Этимология [ править | править код ]

В русском языке слово чугун имеет тюркское происхождение, в тюркских же языках термин, вероятно, от кит. трад. 鑄 , пиньинь: zhù, палл.: чжу, буквально: «лить; отливать (металл)» и кит. трад. 工 , пиньинь: gōng, палл.: гун, буквально: «дело» [1] . Это связано с тем, что чугун представлял собой железный сплав низкой плавки. В финском языке чугун обозначается словом Valurauta, которое имеет два корня и переводится как литое железо (rauta).

История [ править | править код ]

Технологию литья чугуна освоили в Китае, откуда этот термин (через татаро-монгольское посредничество) попал в Россию [1] . В X веке в Китае появляются чугунные монеты, однако в широком применении вплоть до XIX века оставались бронзовые монеты [2] . В XI веке был возведен чугунный шпиль пагоды Линсяо. XIV веком датируют находки чугунных котлов Золотой Орды (Тульская область) [3] , однако на территории Монголии (Каракорум) монголы умели изготовлять чугунные котлы ещё в XIII веке [4] .

В 1339 году (в годы Столетней войны) при обороне французского города Камбре уже использовались чугунные пушки наряду с бронзовыми. В 1403 году в Китае (Пекин) был отлит чугунный колокол [5] . C 1411 года англичане начинают вооружать чугунными пушками свои корабли [6] . В том же XV веке во Фландрии начинают лить чугунные ядра, которые вытесняют каменные [7] . В XVI веке в России (при Иване Грозном) из чугуна начали изготавливаться пушки [8] . Ввиду отсутствия у чугуна такого свойства как ковкость, его широкое производство стало возможным благодаря внедрению технологии доменной печи. Чугунные пушки появились у маньчжуров лишь в 1631 году [9] , а в Китае они были известны со времени династии Мин [10] , которая потеряла власть в 1644 г.

В 1701 году Каменский чугунолитейный завод на Урале (Россия) производит первую партию чугуна (262 кг). На Урале чугунное литье превратилось в народный промысел (Каслинское литьё). В XVIII веке в Англии появился первый чугунный мост (в России чугунный мост появился лишь в начале XIX века). Это стало возможным благодаря технологии Вилкинсона. В том же веке из чугуна начали изготавливать рельсы [11] (Чугунный колесопровод). Помимо промышленного использования чугун продолжал использоваться и в быту. В XVIII веке появились чугунки, которые широко стали использоваться в русской печи [12] .

К концу XVIII века Россия занимала первое место по производству чугуна и выдавала 9 908 тыс. пудов чугуна, в то время как Англия — 9516 тыс. пудов, дальше шли Франция, Швеция, США. [13]

В 1806 году Великобритания выплавляла 250 тыс. тонн чугуна, занимая 1-е место в мире по его производству, а к середине XIX века в Великобритании была сосредоточена половина мирового чугунного производства. Однако в 1890 году 1-е место по производству чугуна заняли США [14] . Технология бессмеровского процесса (1856) и мартеновской печи (1864) впервые позволила получать сталь из чугуна. В XIX веке чугун широко используется для изготовления викторианских каминов [15] , а также декоративных элементов (например, чугунная решетка памятника Александра II, 1890). Благодаря изготовлению малой скульптуры и ажурных изделий из чугуна широкую известность получили Кусинский и Каслинский заводы. Развитие способов формовки для литья сложных художественных отливок на заводе в посёлке Касли привело к созданию способа изготовления стержневых форм, который применяют и в настоящее время, особенно в станкостроении. [16] Также в XIX веке из чугуна изготавливались водопроводные и канализационные 12-дюймовые трубы Лондона [17] . Однако с появлением нарезного оружия (Пушка Армстронга, 1854) сталь вновь начинает вытеснять чугун.

Чугун
Фазы железоуглеродистых сплавов
Структуры железоуглеродистых сплавов

Чугун и сталь как главный продукт черной металлургии

Чугун и сталь как главный продукт черной металлургии

Черные металлы, к которым относятся чугун и сталь, являются самыми востребованными материалами в мировом производстве. Без них невозможно развитие ни одной из промышленных отраслей, особенно это касается машиностроения, транспортной и строительной сферы. Черная металлургия занимает 94% от всей добычи, а чугун и сталь являются основным продуктом производства. 
Добыча железной руды – сложный и трудоемкий процесс. Чугун изготавливается в огромных доменных печах из железоуглеродистых сплавов. В его состав входит марганец, кремний, фосфор и сера. Углерод в сплаве содержится в свободном (графит) или связанном (карбид или циментит) состоянии и превышает 2,14%. Несмотря на невысокую прочность, чугун хорошо поддается обработке и незаменим при литейных работах.

В зависимости от состояния углерода различают:

• Графитный – хорошо обрабатывается и применяется в литье различных деталей;
• Белый – обладает более высокой твердостью, но плохо обрабатывается. В основном используется при производстве стали;
• Ковкий – изготавливается из белого путем нагрева и выдержки, обладает хорошей пластичностью и используется в машиностроении и с/х промышленности;
• Высокопрочный чугун с добавлением легирующих элементов и модификаторов, применяется в производстве труб и различных деталей для автомобилестроения.

Сталь – незаменимый в производстве материал, содержание углерода в котором не превышает 2%. Хорошо поддается ковке, прокатке, резке и сварке, обладает высокой прочностью и эластичностью. Широко применяется в машиностроении, сельскохозяйственной и строительной сферах. Сталь производят из белого чугуна путем выплавки в мартенах или электропечах. С помощью термической, химической и механической обработок получают различные сорта стали с требуемыми характеристиками.

Черные металлы, их свойства, особенности и то что стоит знать

Черные металлы, их свойства, особенности и то что стоит знать

Трансинжиниринг / Новости / Черные металлы, их свойства, особенности и то что стоит знать

Все виды металлов на черные и цветные. Черные металлы, это сплав железа с различным количеством химических элементов — углерод, фосфор, сера, марганец, кремний и другие. Помимо этого, сорта черных металлов отличаются структуры структура кристаллической решетки и видом легированных добавок.

Характерные особенности

К чёрным металлам относятся многие сорта сталей и чугуна. В мировой промышленности пальма первенства отдана черным металлам — их применения составляет 90% от общего количества используемых сталей и металлов. Получение чугуна или стали полностью зависит от процентного показателя количества углерода. На характеристику конечного продукта влияет количество химических примесей и легирующих добавок, входящих в рецептурный состав того или иного металла.

Распространённые легируемые добавки:

• хром и никель;
• медь и кремний.

Виды, классификация, сферы применения металлов и сталей

Как правило, чёрные металлы классифицируют по химическому составу и качеству, а также процентному наличию углерода. Содержание углерода в составе железного сплава определяет качество чугуна или стали: в состав чугуна ходят большее количество углерода, чем в состав стали.

Стали разделяются на классы:

• углеродистые;
• легированные;
• нелегированные.

Каждый из сортов имеет собственную нишу, где им находится применение. Некоторые сорта, после горячей обработки приобретают свойства, отличные от исходных. Большая часть отлично поддается процессам литья, прессования и прокатки. Некоторые из них имеют достаточную пластичность для ручной обработки.

К высокоуглеродистым сталям относят сплавы, где основной компонент, это углерод. Легированными называют сорта, в чьей рецептуре имеются легирующие добавки, их наличие определяет качество стали. Основное применение легированных видов — производство деталей, способных выдерживать большие нагрузки, сверхнизкие и сверхвысокие температурные колебания и т. д. Область применения — тяжёлая промышленность, тракторо- и машиностроение.

Нержавеющая сталь, благодаря определенным легирующим добавкам, имеет отличные антикоррозийные показатели, а также повышенную прочность. Нержавеющая сталь востребована в медицинской, пищевой промышленности, бытовой сфере, используют ее в производстве турбин. Чугун, благодаря повышенной литейной способности, востребован в производстве литых изделий.

Виды чугуна

• Литейный, предельный, антифрикционный.
• С шаровидным и вермикулярным графитом.
• Высоколегированные, низколегированные сорта.

Ковкий чугун обладает высокой пластичностью, структура с добавлением графита позволяет применять чугун на производстве высококачественных деталей.

Подробности по телефону: 8 (8332) 211-208 или 8 800 551-77-47 Звонок по России бесплатный

Чугун против литой стали

В чем разница между чугунным и стальным литьем?

На первый взгляд отливки из чугуна и литой стали выглядят очень похожими.

Casting предлагает исключительную способность к детализации конструкции, часто устраняя необходимость в дополнительном изготовлении и сборке. Можно отливать многие материалы, в том числе несколько типов металлов и синтетических материалов, но, в частности, железо и сталь обладают превосходными механическими свойствами для широкого спектра применений.

Хотя чугун и сталь могут казаться похожими на поверхности, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки от производства к применению.Понимание этих преимуществ и недостатков и правильный выбор могут означать разницу между неумолимой прочностью и долговечностью и сломанными или деформированными частями, которые быстро потеряют свой блеск.

Основное отличие — содержание углерода

И железо, и сталь — это черные металлы, состоящие в основном из атомов железа. Однако в производстве все не так просто — существует множество различных сплавов и марок. Чтобы понять их, важно различать железо, используемое в повседневных продуктах, и железо, содержащееся в научных исследованиях (Fe).Элементарное железо — это вещество, которое встречается в природе, обычно в окисленной форме, для извлечения которой требуется интенсивная обработка, называемая плавкой.

Чистое элементарное железо слишком мягкое, чтобы его можно было использовать в большинстве случаев. Когда он легирован или смешан с углеродом, он становится более твердым и, следовательно, более полезным. Фактически, углеродный состав является основным отличием чугуна от стали. Чугун обычно содержит более 2 процентов углерода, а стальное литье — 0,1–0.5 процентов углерода.

Характеристики

В следующей таблице представлен общий обзор качеств каждого материала. Хотя существует множество различных типов железа и стали, которые следует учитывать, в этой таблице основное внимание уделяется серому чугуну и углеродистой стали — двум наиболее распространенным формам каждого металла.

Качество	Чугун	Стальное литье
Отливка	✔
Простота обработки	✔
Гашение вибрации	✔
Прочность на сжатие	✔
Ударопрочность		✔
Коррозионная стойкость	✔	✔ (нержавеющие сплавы)
Износостойкость	✔ (в зависимости от применения)	✔ (в зависимости от применения)
Стоимость	✔

Отливка

Большинство людей не сталкивались с железом или сталью в расплавленном состоянии, что понятно, поскольку железо плавится при температуре около 2300 ° F, а сталь плавится при температуре 2600 ° F, и то и другое разливают в формы при еще более высоких температурах.Люди, которые действительно работают с жидким чугуном и сталью, быстро обнаруживают, что они сильно различаются по текучести и степени усадки.

Чугун относительно легко лить, так как он легко разливается и не дает такой усадки, как сталь. Это означает, что он легко заполнит сложные пустоты в форме, и для этого требуется меньше расплавленного материала. Эта текучесть делает чугун идеальным металлом для архитектурных или декоративных металлических конструкций, таких как заборы и скамейки.

Архитектурные конструкции из железа, такие как это ограждение, возможны благодаря текучести чугуна.

Заливать сталь намного сложнее.Он менее текуч, чем расплавленный чугун, и более реагирует с материалами формы. Кроме того, при охлаждении он больше сжимается, а это означает, что необходимо заливать больше расплавленного материала — обычно в избыточный резервуар, называемый стояком, из которого отливка вытягивается при охлаждении.

Однако отливки

обычно не охлаждают равномерно по всей своей внутренней структуре. Внешние области и более тонкие части будут охлаждаться и сжиматься с другой скоростью, чем внутренние области и более объемные части, часто создавая внутреннее напряжение или напряжение, которое можно уменьшить только с помощью термической обработки.Сталь гораздо более восприимчива к усадочным напряжениям, чем железо, и в некоторых ситуациях эти напряжения могут привести к значительным внутренним и / или внешним пустотам и возможным возможным трещинам.

По этим причинам стальное литье требует большего внимания и контроля на протяжении всего процесса литья, что делает производство более ресурсоемким.

Обрабатываемость

В зависимости от конечного применения может потребоваться механическая обработка литых деталей для достижения определенных допусков или получения желаемой отделки.Как минимум, такие объекты, как ворота и полозья, необходимо срезать и притереть.

Прочность без пластичности означает, что материал будет очень хрупким и подверженным разрушению

Обрабатываемость — это мера того, насколько легко данный материал резать или шлифовать; некоторые материалы обрабатывать сложнее, чем другие. Как показывает практика, металлы с высоколегированными добавками для улучшения механических характеристик имеют более низкую обрабатываемость.

Чугун обычно намного легче обрабатывать, чем сталь.Графитовая структура в чугуне отламывается более легко и более равномерно. Более твердые утюги, такие как белый чугун, гораздо труднее обрабатывать из-за их хрупкости.

Сталь

не так просто резать с такой же плотностью, и это вызывает больший износ инструмента, что приводит к более высоким производственным затратам. Закаленные стали или стали с более высоким содержанием углерода также увеличивают износ инструмента. Однако более мягкая сталь не обязательно лучше — низкоуглеродистая сталь, несмотря на то, что она мягче, может стать липкой и с ней трудно работать.

Гашение вибрации

При выборе литейного материала следует учитывать демпфирующие свойства, поскольку отсутствие демпфирующей способности может привести к чрезмерной вибрации и шуму, например, к звену или визгу. В зависимости от того, где используется материал, эффективное демпфирование может привести к более прочной и надежной работе.

Свойства гашения вибрации делают чугун идеальным для блоков цилиндров.

Графитовые структуры в чугуне, особенно чешуйчатые образования в сером чугуне, особенно хороши для поглощения вибрации.Это делает чугун идеальным для блоков цилиндров, корпусов цилиндров и станины машин, а также для других применений, где важны прочность и точность. Снижение вибрации может минимизировать напряжение и предотвратить износ движущихся частей.

Прочность на сжатие

Прочность на сжатие — это способность материала противостоять силам, которые уменьшают размер объекта. Это противоположно силам, направленным на разрыв материала. Прочность на сжатие выгодна в механических приложениях, где факторами являются давление и герметичность.Обычно чугун имеет лучшую прочность на сжатие, чем сталь.

Ударопрочность

Пока может показаться, что использование чугуна дает больше преимуществ, чем сталь, но сталь имеет одно существенное преимущество: ударопрочность. Сталь отлично выдерживает внезапные удары, не изгибаясь, не деформируясь и не ломаясь. Это связано с его прочностью: его способностью выдерживать высокие нагрузки и деформации.

Прочность без пластичности приводит к получению хрупкого материала, который очень подвержен разрушению, а чугун является примером прочности без пластичности.Из-за своей хрупкости чугун имеет ограниченную область применения.

В то же время высокая пластичность или способность деформироваться без разрушения бесполезна без прочности, выдерживающей значительные удары. Резиновая лента, например, может претерпеть значительную деформацию без разрушения, но сила, которую она может выдержать, очень ограничена.

Наковальни обычно изготавливают из литой стали из-за ее ударопрочных свойств.

Хотя с железом может быть легче работать в большинстве случаев литья, сталь обладает оптимальным сочетанием прочности и пластичности, что делает ее чрезвычайно прочной.Ударопрочные качества и всесторонняя несущая способность стали делают ее востребованной для многих механических и конструкционных применений, поэтому сталь является наиболее широко используемым металлом в мире.

Коррозионная стойкость

Железо имеет лучшую коррозионную стойкость, чем сталь. Оба металла окисляются в присутствии влаги, но на железе образуется патина, предотвращающая глубокую коррозию целостности металла.

Другой способ предотвратить коррозию — это покрасить или нанести порошковое покрытие.Любой скол или трещина, обнажающая металл, может привести к коррозии, поэтому для металлов с покрытием важно регулярное техническое обслуживание.

Если коррозионная стойкость при сохранении серебристого вида необработанного металла является важным фактором, легированные стали, вероятно, являются лучшим вариантом, особенно нержавеющие стали, в которые добавлен хром и другие сплавы для предотвращения окисления.

Износостойкость

Чугун обычно имеет лучшую устойчивость к механическому износу, чем сталь, особенно в условиях износа от трения.Более высокое содержание графита в чугуне создает графитовую сухую смазку, которая позволяет твердым поверхностям скользить друг относительно друга без ухудшения качества поверхности.

Сталь изнашивается быстрее, чем железо, но все же может быть устойчива к определенным типам истирания. Некоторые легирующие добавки также могут улучшить абразивные свойства стали.

Стоимость

Чугун часто дешевле стального литья из-за более низких материальных затрат, энергии и рабочей силы, необходимых для производства конечного продукта.Сырая сталь обходится дороже, а ее литье требует больше времени и внимания. Однако при проектировании литых изделий следует учитывать долгосрочное использование и стоимость замены. Детали, которые являются более дорогими в производстве, могут в конечном итоге обойтись дешевле.

Сталь

также доступна во многих готовых формах — таких как листы, стержни, стержни, трубы и балки — и часто может быть обработана или собрана для соответствия конкретному применению. В зависимости от продукта и требуемого количества изготовление существующих стальных изделий может быть экономически эффективным вариантом.

Различные виды чугуна и литой стали

Мы сравнили качества 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. Например, углерод в стандартном сером чугуне принимает форму острых чешуек графита, а высокопрочный чугун имеет более сфероидальную структуру графита. Чешуйчатый графит — это то, что делает серый чугун хрупким, а круглые частицы графита в высокопрочном чугуне улучшают ударную вязкость, что делает его более подходящим для ударопрочных применений.

Сплавы

можно добавлять как в чугун, так и в сталь для достижения желаемых свойств. Например, марганец увеличивает ударную вязкость, а хром улучшает коррозионную стойкость. Различное содержание углерода — это также то, что отличает низкоуглеродистые, стандартные и высокоуглеродистые стали — более высокие количества делают материалы более твердыми.

В конечном итоге выбор между чугуном и стальным литьем будет зависеть от типа и области применения окончательной установки.

Для получения дополнительной информации о чугуне или стали или для запроса предложения по индивидуальному проекту, свяжитесь с нами.

Источники

Углеродистая сталь

и чугунные сковороды: в чем разница?

Большинство домашних поваров знакомы с чугунной посудой и, вероятно, владеют хотя бы одной посудой. Он доступен по цене, универсален, практически неразрушим и отлично подходит для всего, от поджаривания стейков до выпечки кукурузного хлеба.

Сковороды из углеродистой стали менее популярны, несмотря на то, что они предлагают большую часть (если не все) преимуществ чугуна — не обязательно за меньшие деньги, но, возможно, с меньшими хлопотами.

Давайте посмотрим на них, разберем различия и то, для чего они хороши и для чего не очень хороши.

Что такое чугун?

Вы могли подумать, что чугун сделан из чистого железа, но это не так. Чугун на самом деле представляет собой сплав железа и углерода, как и сталь, с основным отличием в том, что в чугуне больше углерода. В то время как сталь требует содержания углерода не более 2 процентов, чугун обычно содержит от 2 до 3,5 процентов углерода.

Именно содержание углерода придает чугуну грубый, слегка неровный вид. Его более высокое содержание углерода делает чугун более хрупким, чем сталь (вот почему он должен быть таким тяжелым и толстым — если бы он был тоньше, он бы сломался). А поскольку это плохой проводник, он сохраняет тепло в течение длительного времени (а также требует больше времени для нагрева и охлаждения).

Что такое углеродистая сталь?

Сталь также является сплавом железа и углерода, но, чтобы считаться сталью, она должна содержать менее 2 процентов углерода.Нержавеющая сталь содержит 1,2 процента углерода (вместе с хромом, предотвращающим коррозию), тогда как углеродистая сталь содержит 2 процента.

Углеродистая сталь имеет матовую поверхность по сравнению с блестящей нержавеющей сталью. Углеродистая сталь намного тверже нержавеющей стали (что делает ее идеальной для изготовления ножей, которые остаются острыми, но также труднее затачивать), но она может подвергаться коррозии и ржаветь, в то время как нержавеющая сталь — нет. Углеродистая сталь также дороже (иногда значительно), чем чугун.

Готовка на чугунных сковородах

Чугунные сковороды прекрасно подходят для использования на кухне из-за их долговечности, универсальности, сохранения тепла и доступности. Поскольку они такие горячие, они могут поджарить стейк за считанные минуты, а поскольку они одинаково безопасны как на плите, так и в духовке, вы можете поджаривать, запекать, тушить и жарить с ними — вы даже можете использовать их на гриле или под жаровню.

И когда они правильно приправлены, они действительно приобретают антипригарную поверхность. Тем не менее, они никогда не будут лучшим выбором для приготовления яиц, и, как правило, они слишком тяжелые для обжаривания.Кроме того, если вы попытаетесь кипятить кислую жидкость в чугуне, например, томатный соус, кислота разрушит антипригарную приправу и придаст пище металлический привкус.

Уход за чугунными кастрюлями

Большинство чугунных сковородок в наши дни имеют уже прошедшие сезонные испытания. «Приправа» — это нежирный слой масла, который приклеивается к поверхности сковороды и защищает ее от ржавчины, а также придает антипригарные свойства. И хотя сама сковорода очень прочная, эту приправу можно соскоблить, если поцарапать ее металлическим шпателем.

Таким образом, уход за чугуном в основном сводится к сохранению приправы, то есть к сушке его сразу после стирки (для предотвращения ржавчины) и нанесению слоя масла после каждого ополаскивания водой с мылом. Не допускайте попадания посуды в посудомоечную машину и вымойте ее вручную водой с мылом. Вопреки распространенному мнению, мыло не может удалить приправу (хотя чрезмерное очищение может).

Сковороды из эмалированного чугуна

Некоторые чугунные сковороды имеют эмалевое покрытие, что упрощает уход за ними, поскольку эмаль защищает поверхность от ржавчины и коррозии.Обратной стороной является то, что эмалевое покрытие может треснуть при температурах до 400 F, что в некоторой степени противоречит предназначению чугуна. Он также может расколоться, если его ударить достаточно сильно, и, хотя его легче чистить, чем обычный чугун, он никогда не будет антипригарным, потому что на эмали нет возможности накапливать приправу.

Готовка на противнях из углеродистой стали

Одним из больших преимуществ углеродистой стали перед чугуном является то, что сковороды из углеродистой стали нагреваются намного быстрее. А поскольку он более проводящий, чем чугун, он нагревается более равномерно, с меньшим количеством горячих точек.Но даже при этом он по-прежнему способен нагреваться до температуры, достаточной для тщательного прожаривания стейка, и его также можно использовать на плите и в духовке.

Углеродистая сталь, как и чугун, также требует выдержки. Разница в том, что вам, скорее всего, придется приправлять его самостоятельно. Это просто вопрос следования инструкциям производителя, и это не сложно, но это дополнительный шаг.

Но, в отличие от чугуна, сковороды из углеродистой стали идеально подходят для приготовления яиц, омлетов и блинов, а также рыбы, которая, как известно, прилипает.Более гладкая поверхность и добавка приправ делают углеродистую сталь такой скользкой.

А поскольку он легче, вы можете легко использовать его для тушения. На самом деле, если бы не тот факт, что кислая пища лишит приправы, как и в случае с чугуном (а также придет неприятный привкус), у вас может возникнуть соблазн заменить все сковороды из нержавеющей стали углеродистой сталью.

Уход за поддонами из углеродистой стали

Однако уход за углеродистой сталью, которая склонна к ржавчине, сложнее, чем уход за нержавеющей сталью, хотя и не намного сложнее, чем уход за чугуном.

Опять же, очистка заключается в том, чтобы аккуратно вымыть, тщательно высушить и нанести тонкий слой масла после этого.

Как отличить чугун от литой стали

И чугун, и стальное литье в основном сделаны из железа, поэтому их внешний вид практически неотличим. Однако они отличаются своими физическими свойствами, например, чугун более уязвим к коррозии.

Производственный процесс

Процесс производства чугуна начинается с плавления железной руды или переработанного железа в печи при температуре от 2600 до 2800 градусов по Фаренгейту.После расплавления чугун разливают в специально разработанные формы. Процесс литья стали включает удаление углерода из выплавленного чугуна. Углерод заменяется такими элементами, как кремний и марганец, что приводит к сплаву с содержанием углерода менее 1 процента. В результате получается сплав с высокой прочностью на растяжение и сжатие.

Физические свойства

Когда чугун впервые производится, он обычно имеет защитную пленку или накипь, защищающую его от коррозии. Он также часто содержит дефекты, такие как загрязнения, воздушные отверстия или небольшие трещины.Эти недостатки могут привести к разрушению конструкции; поэтому чугун считается относительно хрупким. Литую сталь можно изготавливать с помощью различных процессов и составов, каждый из которых имеет различные свойства твердости, прочности, пластичности и сопротивления усталости. Например, твердость стали в основном определяется содержанием углерода и термообработкой.

Использует

Поскольку чугун дешев, долговечен и может быть легко отформован в бесчисленные формы, его используют для изготовления лестниц, заборов, инструментов, посуды, печей, трубопроводов и многого другого.Литую сталь можно использовать для изготовления многих из одних и тех же продуктов, но ее часто выбирают, когда требуется более прочный или долговечный вариант, так как его состав может быть соответствующим образом скорректирован. Кроме того, из стали можно получить еще более прочный материал. Кованая сталь использовалась для изготовления мечей.

Проблемы

Когда чугун должным образом защищен от открытого воздействия и порчи, он может оказаться очень полезным и прочным материалом. Однако воздействие влаги и воздуха вызовет ржавчину.В присутствии кислотных дождей или морской воды чугун может пройти процесс, называемый графитизацией, при котором железо удаляется из чугуна, но углерод остается на месте. В результате получается более слабая фигура. По сравнению с чугуном сталь имеет меньшую износостойкость и подвижность. К тому же это дороже в изготовлении.

В чем разница между углеродистой сталью и литой сталью?

Одним из основных преимуществ литья по выплавляемым моделям является то, что он позволяет использовать более широкий спектр материалов в процессе литья.В процессе проектирования можно использовать бесконечный выбор сплавов, которые подходят для всех конфигураций.

Двумя наиболее распространенными сплавами, используемыми любой сталелитейной компанией, являются углеродистая сталь и литая сталь. Хотя термины похожи по своей природе, есть ключевые различия в их значениях и в том, как они связаны с их использованием в процессе литья по выплавляемым моделям.

Для всех типов стали существуют различные марки стального литья, которые определяют конкретные свойства стали, которые могут помочь определить их преимущества или недостатки в определенных процессах.Углеродистая сталь — это одна из основных групп стальных отливок с содержанием углерода до 2,1% по весу. Когда содержание углерода в сплаве превышает 2,1%, он считается чугуном.

Литая сталь

Таким образом, литая сталь

представляет собой разновидность углеродистой стали, часто с содержанием углерода от 0,1 до 0,5%. Это особый сплав, который часто используется и известен своими характеристиками ударопрочности. Углеродистые и литые стали особенно известны тем, что выдерживают частые или внезапные удары, но не деформируются, ломаются или изгибаются.

Литая сталь известна своей способностью противостоять этим видам высоких напряжений и сил деформации. Фактически, такая ударопрочность является одним из основных преимуществ использования литой стали по сравнению с чугунным. Сочетание прочности и пластичности стали делает ее основным продуктом в механических и конструкционных приложениях, поскольку она способна выдерживать большие нагрузки. Это одна из основных причин, почему сталь является наиболее часто используемым металлом в мире.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь

также известна своей устойчивостью к коррозии, особенно когда используются защитные меры в ходе регулярного технического обслуживания.Он также устойчив к износу, что способствует увеличению срока хранения и обеспечивает прочный слепок. Как правило, количество углерода в любой углеродистой стали или литой стали будет определять твердость материала, причем марки стали варьируются от низкоуглеродистых до высокоуглеродистых.

В Intercast у нас есть максимальная гибкость в выборе правильного сплава для вашего литья на нашем сталелитейном заводе. Обладая более чем 125-летним опытом работы в нашей руководящей команде, мы понимаем преимущества различных сплавов и содержания углерода и можем помочь найти правильную смесь в зависимости от ваших потребностей.Имея статус maquiladora, мы предлагаем решения в режиме реального времени, чтобы соответствовать ценам мирового класса и отличному обслуживанию клиентов.

Мы относимся к нашим клиентам как к партнерам, и мы работаем надолго, независимо от ваших потребностей или отрасли, в которой работает ваш бизнес. Если вам интересно начать процесс, просто свяжитесь с нами, чтобы запросить ценовое предложение для вашего проекта , и позвольте нам рассказать вам о преимуществах, которые мы можем предоставить нашим клиентам.

Справочник по сварке чугуна

Справочник по сварке чугуна Сварка Цветной Металлы Лечение Сварка Чугун Сварка Железо Металлы 2

Продолжение на следующей странице…

серое железо одинаково прочно или одинаково жесткий. Как и у стали, прочность на разрыв и твердость тесно связаны. В сером утюги, предел прочности на разрыв от от примерно 14 МПа (20 000 фунтов на квадратный дюйм) до более чем 35 МПа (50 000 фунтов на квадратный дюйм). Твердость самые сильные оценки вдвое больше, чем самых слабых марок. Все серые чугуны обладают высокой прочностью на сжатие — три до четырех раз их прочность на разрыв. Пока все серые чугуны содержат свободный углерод (графит) в виде чешуек, а также комбинированный углерод (карбид железа) почти в каждом случае.Этот комбинированный углерод часто присутствует в зернах перлита, например, содержится в большинстве углеродных стали. Он также может быть найден в виде цементита или мартенсита. Состав чугун, скорость, с которой он охлаждение после литья и термообработка после литья имеют отношение к состав. Небольшие количества легирования элементы используются в прочнейших серых чугунах; они стремятся предотвратить образование перлита. Пока твердость и прочность стали почти всегда увеличивается с увеличением содержания углерода, в случае из серого чугуна прочнейшего, самые твердые сорта имеют меньше углерода, чем некоторые из менее прочных и менее дорогих оценки.Серый чугун обычно отливают в песчаных формах и дают нормально остыть в форме. Высокая температура лечение после гипсовой повязки нет всегда необходимо, но часто используется для увеличения или уменьшения твердость. Практически все бензиновые и Блоки дизельных двигателей отлиты из серого чугуна. Всякий раз, когда промышленность желает сложного форма, которая может быть обработана Серый чугун с жесткими допусками и должен выдерживать абразивный износ. Только когда это необходимо что готовый элемент имеет некоторую пластичность и хорошую ударопрочность — это другое материал — например, узелковый чугун или стальное литье, и то и другое дороже — скорее всего, заменят.Упомянутое выше белое железо — это примерно тот же, что и серый чугун по составу, но был быстро охлажден, так что графит не успевает образоваться, и весь углерод превращается в комбинированную форму, в виде перлита, цементита или мартенсит. Многие отливки из белого чугуна впоследствии превращаются в ковкое железо, о чем мы поговорим дальше. Однако некоторые отливки из серого чугуна изготовлены с изнашиваемыми поверхностями из белого железа, так как белое железо намного тверже, чем серый чугун, хотя и чрезвычайно хрупкий.Это достигается путем вставки металлических или графитовых охлаждающих блоков в подходящие места в форме. Расплавленный металл который затвердевает на этих холодных блоках, остывает так быстро, что белое железо поверхности созданы. Лемехи железнодорожные автомобильные колеса и различные типы штампов часто изготавливаются из таких охлажденных белые железные поверхности.

Элементы стали | Американский опыт | Официальный сайт

Streamliners: потерянные поезда Америки | Статья

Элементы стали

Железо является основным ингредиентом различных форм железа и стали, но различные типы металлов содержат также и другие элементы.Иногда эти элементы нежелательны; в других случаях они добавляются намеренно.

Элементы, используемые в стали

Углерод (C): Углерод, неметаллический элемент, образует ряд органических и неорганических соединений и может быть обнаружен в угле, нефти и известняке. Это основной упрочняющий элемент в углеродистых и низколегированных сталях. Атомный номер 6, атомный вес 12.01115.

Марганец (Mn): Марганец — хрупкий металлический элемент, который присутствует в руде пиролюзита.При производстве стали он вступает в реакцию с серой и способствует повышению термостойкости металла. Атомный номер 25, атомный вес 54,9380.

Фосфор (P): Фосфор — ядовитый неметаллический элемент, который помогает защитить металлические поверхности от коррозии. Атомный номер 15, атомный вес 30,9738.

Сера (S): Сера — неметаллический элемент, обнаруживаемый в основном в вулканических и осадочных отложениях. Сера в форме сульфида железа может сделать сталь слишком пористой и склонной к растрескиванию.Атомный номер 16, атомный вес 32,064.

Кремний (Si): Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре, его можно найти в горных породах, песке и глине. Он действует как раскислитель при производстве стали. Атомный номер 14, атомный вес 28,086.

Никель (Ni): Никель — твердый металлический элемент, который содержится в вулканических породах. Без никеля нержавеющая сталь была бы менее устойчива к нагреванию и коррозии. Атомный номер 28, атомный вес 58,71.

Хром (Cr): Хром, металлический элемент, находится в земной коре.Он используется в производстве нержавеющей стали, чтобы сделать сталь стойкой к окислению и коррозии. Атомный номер 24, атомный вес 51,996.

Элементы из стали (массовые проценты)

Чугун
Углерод 3,5%
Марганец 0,5%
Фосфор 0,13%
Сера 0,13%
Кремний 1,2%
Чугун содержит большое количество углерода, что делает его твердым и хрупким металлом. Чугун обычно использовался по всей Европе для изготовления церковных колоколов, а в колониальной Америке — для изготовления кастрюль и сковородок.

Кованое железо
Углерод 0,035%
Марганец 0,075%
Фосфор 0,075%
Сера 0,1%
Кремний — 0,1%
Кованое железо — прочный, долговечный металл с низким содержанием углерода. Такие предметы, как замки, болты, инструменты и заборы, изготавливаются из этого металла. Прутки из кованого железа также продавались и продавались для последующего преобразования в сталь или чугун.

Обычная сталь
Углерод 1,35%
Марганец 1,65%
Фосфор 0,04%
Сера.05%
Кремний .06%
В начале 20 века новые процессы в производстве стали позволили стали превзойти железо как наиболее широко используемый конструкционный металл. Его большая прочность и доступность позволили мастерам возводить более прочные мосты и более высокие здания.

Высокопрочная сталь
Углерод 0,25%
Марганец 1,65%
Фосфор 0,04%
Сера 0,05%
Кремний 0,12%
Никель 2,5%
Хром 0,8%
Добавление сплавов в сталь дает более высокую прочность и больший износ -устойчивые металлы.Джеймс Идс использовал легированную сталь при строительстве моста через реку Миссисипи — первого стального моста, построенного в Америке.

Нержавеющая сталь
Углерод 0,08%
Марганец 2%
Фосфор 0,04%
Сера 0,03%
Кремний 0,75%
Никель 8%
Хром 18%
От ложек до смесителей, от вагонов до поездов, нержавеющая сталь, своей гладкой блестящей поверхностью может украсить даже самые простые гаджеты. Помимо эстетической привлекательности, легкий вес и прочность нержавеющей стали делают ее идеальной для транспортировки.

Углеродистая сталь

и чугун — Сравнение — Плюсы и минусы

Источник: wikipedia.org Läpple, Volker — Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Лицензия: CC BY-SA 4.0

Как видно из рисунка, процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства. Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: железо, углеродистая сталь или чугун.

Углеродистая сталь

Углеродистые стали — это железоуглеродистые сплавы, которые могут содержать значительные концентрации других легирующих элементов. Простые углеродистые стали — это сплавы железа с углеродом, свойства которых в первую очередь обусловлены присутствием углерода. Некоторые случайные элементы, такие как марганец, кремний, сера и фосфор, присутствуют в небольших количествах из-за метода производства стали, а не для изменения механических свойств. Добавление небольшого количества неметаллического углерода в железо обменивает его с высокой пластичностью на с большей прочностью . Благодаря своей очень высокой прочности, но все же значительной ударной вязкости и способности значительно изменяться при термообработке , сталь является одним из наиболее полезных и распространенных сплавов на основе черных металлов в современном использовании.Существуют тысячи сплавов, которые имеют различный состав и / или термообработку. Механические свойства чувствительны к содержанию углерода, которое обычно составляет менее 1,0 мас.%. Согласно классификации AISI углеродистая сталь делится на четыре класса в зависимости от содержания углерода:

• Низкоуглеродистые стали . Низкоуглеродистая сталь, также известная как низкоуглеродистая сталь, в настоящее время является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения.Низкоуглеродистая сталь содержит примерно 0,05–0,25% углерода, что делает ее ковкой и пластичной. Низкоуглеродистая сталь имеет относительно низкую прочность на разрыв, но она дешевая и ее легко формовать; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания.
• Среднеуглеродистые стали . Среднеуглеродистая сталь содержит примерно 0,3–0,6% углерода. Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью. Этот сорт стали в основном используется в производстве деталей машин, валов, осей, шестерен, коленчатых валов, муфт и поковок, а также может использоваться в рельсах и железнодорожных колесах.
• Высокоуглеродистые стали . Высокоуглеродистая сталь содержит от 0,60 до 1,00% углерода. Твердость выше, чем у других марок, но пластичность снижается. Высокоуглеродистые стали могут использоваться для изготовления пружин, канатной проволоки, молотков, отверток и гаечных ключей.
• Сталь сверхвысокоуглеродистая . Ультра-высокоуглеродистая сталь содержит примерно 1,25–2,0% углерода. Стали, которые можно улучшать до высокой твердости. Этот сорт стали может использоваться для изделий из твердой стали, таких как пружины грузовых автомобилей, металлорежущие инструменты и другие специальные цели, такие как (непромышленные) ножи, оси или пуансоны.Большинство сталей с содержанием углерода более 2,5% производится методом порошковой металлургии.

Чугун

Серый чугун также обладает отличной демпфирующей способностью, которую дает графит, поскольку он поглощает энергию и преобразует ее в тепло. Большая демпфирующая способность желательна для материалов, используемых в конструкциях, в которых во время работы возникают нежелательные вибрации, таких как основания станков или коленчатые валы.

В материаловедении чугуны — это класс черных сплавов с содержанием углерода выше 2.14 мас.% . Как правило, чугуны содержат от 2,14 мас.% До 4,0 мас.% Углерода и от 0,5 до 3 мас.% Кремния . Сплавы железа с более низким содержанием углерода известны как сталь. Разница в том, что чугуны могут воспользоваться преимуществом эвтектического затвердевания в бинарной системе железо-углерод. Термин эвтектика по-гречески означает « легко или хорошо плавящийся », а точка эвтектики представляет собой состав на фазовой диаграмме, при котором достигается самая низкая температура плавления .Для системы железо-углерод эвтектическая точка возникает при составе 4,26 мас.% C и температуре 1148 ° C .

Чугун , следовательно, имеет более низкую температуру плавления (примерно от 1150 ° C до 1300 ° C), чем традиционная сталь, что облегчает разливку, чем стандартные стали. Благодаря своей высокой текучести в расплавленном состоянии жидкий чугун легко заполняет сложные формы и может образовывать сложные формы. Для большинства применений требуется очень небольшая отделка, поэтому чугуны используются как для самых разных мелких, так и для крупных деталей.Это идеальный материал для литья в песчаные формы сложных форм, таких как выпускные коллекторы, без необходимости в дополнительной обработке. Кроме того, некоторые чугуны очень хрупкие, и отливка является наиболее удобной технологией изготовления. Чугун стал конструкционным материалом с широким спектром применения и используется в трубах, машинах и деталях автомобильной промышленности, таких как головки цилиндров, блоки цилиндров и картеры коробок передач. Устойчив к окислению.

Типы чугунов

Чугун также включает большое семейство различных типов чугуна, в зависимости от того, как образуется богатая углеродом фаза во время затвердевания . Микроструктуру чугунов можно контролировать для получения продуктов с превосходной пластичностью, хорошей обрабатываемостью, отличным гашением вибрации, превосходной износостойкостью и хорошей теплопроводностью. При правильном легировании коррозионная стойкость чугунов может быть равна коррозионной стойкости нержавеющих сталей и сплавов на никелевой основе во многих сферах применения.Для большинства чугунов углерод существует в виде графита, и как микроструктура, так и механические свойства зависят от состава и термообработки. Наиболее распространенные типы чугуна:

• Серый чугун . Серый чугун — самый старый и самый распространенный вид чугуна. Серый чугун характеризуется своей графитовой микроструктурой, из-за которой изломы материала приобретают серый цвет. Это связано с наличием в его составе графита. В сером чугуне графит образует чешуйки, приобретая трехмерную геометрию.
• Белый чугун . Белый чугун твердый, хрупкий и не поддается обработке, тогда как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке. Поверхность излома этого сплава имеет белый цвет, поэтому его называют белым чугуном.
• Ковкий чугун . Ковкий чугун — это белый чугун, прошедший отжиг. Благодаря термообработке с отжигом хрупкая структура при первом отливке преобразуется в пластичную форму. Таким образом, его состав очень похож на белый чугун с немного большим содержанием углерода и кремния.
• Ковкий чугун . Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом, очень похож на серый чугун по составу, но во время затвердевания графит образует зародыши в виде сферических частиц (конкреций) в высокопрочном чугуне, а не в виде хлопьев. Ковкий чугун прочнее и устойчивее к ударам, чем серый чугун. Фактически, высокопрочный чугун по своим механическим характеристикам приближается к характеристикам стали, при этом он сохраняет высокую текучесть в расплавленном состоянии и более низкую температуру плавления.

Свойства углеродистой стали и чугуна

Свойства материала — это интенсивные свойства , это означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент.В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только специалист по материалам узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Плотность углеродистой стали и чугуна

Плотность типичной стали составляет 8.05 г / см ³ .

Плотность типичного чугуна составляет 7,03 г / см ³ .

Плотность определяется как масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, разделенная на объем:

ρ = м / В

Проще говоря, плотность (ρ) вещества — это общая масса (m) этого вещества, деленная на общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ составляет килограммов на кубический метр ( кг / м ³ ).Стандартная английская единица — фунтов массы на кубический фут ( фунтов / фут ³ ).

Поскольку плотность (ρ) вещества — это общая масса (m) этого вещества, деленная на общий объем (V), занимаемый этим веществом, очевидно, что плотность вещества сильно зависит от его атомной массы, а также на плотность атомов (N; атом / см ³ ),

• Атомный вес . Атомная масса переносится атомным ядром, которое занимает только около 10 ^-12 от общего объема атома или меньше, но оно содержит весь положительный заряд и не менее 99.95% от общей массы атома. Следовательно, оно определяется массовым числом (числом протонов и нейтронов).
• Плотность атомного номера . Плотность атомного числа (N; атомов / см ³ ), которая связана с атомными радиусами, представляет собой количество атомов данного типа в единице объема (В; см ³ ) материала. Плотность атомного числа (N; атомы / см ³ ) чистого материала, имеющего атомную или молекулярную массу (М; граммы / моль) и плотность материала (; грамм / см ³ ) легко определяется вычисляется из следующего уравнения с использованием числа Авогадро ( N ​​ _A = 6.022 × 10 ²³ атомов или молекул на моль):
• Кристаллическая структура. Плотность кристаллического вещества существенно зависит от его кристаллической структуры. ГЦК-структура, наряду со своим гексагональным родственником (ГПУ), имеет наиболее эффективный фактор упаковки (74%). Металлы, содержащие структуры FCC, включают аустенит, алюминий, медь, свинец, серебро, золото, никель, платину и торий.

Механические свойства углеродистой стали и чугуна

Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность углеродистой стали и чугуна

В механике материалов сила материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном учитывает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности при растяжении низкоуглеродистой стали составляет от 400 до 550 МПа.

Предел прочности на разрыв сверхвысокоуглеродистой стали составляет 1100 МПа.

Предел прочности на разрыв серого чугуна (ASTM A48 Class 40) составляет 295 МПа.

Предел прочности на разрыв мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 350 МПа.

Предел прочности на разрыв ковкого чугуна — ASTM A220 составляет 580 МПа.

Предел прочности на разрыв высокопрочного чугуна — ASTM A536 — 60-40-18 составляет 414 МПа (> 60 тыс. Фунтов на квадратный дюйм).

Предел прочности на растяжение является максимумом на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела».«Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая «напряжение-деформация» не содержит напряжения, превышающего предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности.Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов и температура температуры испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Предел текучести

Предел текучести низкоуглеродистой стали 250 МПа.

Предел текучести сверхвысокоуглеродистой стали 800 МПа.

Предел текучести — это точка на кривой напряжения-деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. До достижения предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей исходной форме, когда приложенное напряжение будет снято.После достижения предела текучести некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести. Предел текучести варьируется от 35 МПа для алюминия с низкой прочностью до более 1400 МПа для высокопрочных сталей.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости

для низкоуглеродистой стали составляет 200 ГПа.

Модуль упругости серого чугуна (ASTM A48 Class 40) составляет 124 ГПа.

Модуль упругости мартенситного белого чугуна Юнга (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 175 ГПа.

Модуль упругости ковкого чугуна по ASTM A220 составляет 172 ГПа.

Модуль упругости высокопрочного чугуна — ASTM A536 — 60-40-18 составляет 170 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение.С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не происходит. Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга .Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

Твердость углеродистой стали и чугуна

Твердость

по Бринеллю низкоуглеродистой стали составляет примерно 120 МПа.

Твердость по Бринеллю высокоуглеродистой стали составляет примерно 200 МПа.

Твердость по Бринеллю серого чугуна (ASTM A48 Class 40) составляет примерно 235 МПа.

Твердость по Бринеллю серого чугуна, мартенситного белого чугуна (ASTM A532 Class 1 Type A) составляет приблизительно 600 МПа.

Твердость ковкого чугуна по Бринеллю — ASTM A220 составляет примерно 250 МПа.

Твердость высокопрочного чугуна по Бринеллю — ASTM A536 — 60-40-18 составляет примерно 150 — 180 МПа.

Испытание на твердость по Роквеллу — одно из наиболее распространенных испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость. В отличие от теста Бринелля, тестер Роквелла измеряет глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка).Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета числа твердости по Роквеллу . То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность отображать значения твердости непосредственно . В результате получается безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., где последняя буква — соответствующая шкала Роквелла.

Тест Rockwell C проводится с пенетратором Brale (, алмазный конус 120 °, ) и основной нагрузкой 150 кг.

Термические свойства углеродистой стали и чугуна

Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла. Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются.Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному, .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Точка плавления углеродистой стали и чугуна

Температура плавления низкоуглеродистой стали составляет около 1450 ° C.

Температура плавления серого чугуна — сталь ASTM A48 составляет около 1260 ° C.

Температура плавления мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет около 1260 ° C.

Температура плавления ковкого чугуна — ASTM A220 составляет около 1260 ° C.

Температура плавления высокопрочного чугуна — стали ASTM A536 — 60-40-18 составляет около 1150 ° C.

В общем, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой в жидкую фазу. Точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность углеродистой стали и чугуна

Теплопроводность типичной стали составляет 20 Вт / (м · К).

Теплопроводность серого чугуна — ASTM A48 — 53 Вт / (м · К).

Теплопроводность мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 15-30 Вт / (м · К).

Теплопроводность ковкого чугуна составляет примерно 40 Вт / (м · К).

Теплопроводность высокопрочного чугуна 36 Вт / (м.К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются с помощью свойства, называемого теплопроводностью , , k (или λ), измеряемой в Вт / м · K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газовое), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Коэффициент теплопроводности большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры.Для паров это также зависит от давления. Всего:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) . Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

.