Чем отличается сталь от чугуна: характеристики и сферы применения

Чем отличается сталь от чугуна? Главное отличие – в количестве углерода. Оба металла представляют собой сплав этого элемента с железом. Большая концентрация у чугунных сплавов, поэтому температура их плавления ниже и плотность меньше.

На что обратить внимание? Однако более высокая концентрация углерода обеспечивает чугуну такие качества, как лучшая устойчивость к коррозии и стойкость к механическому износу. Тем не менее это не единственные характеристики, которые влияют на выбор.

Характеристики чугуна и стали

Чем отличается сталь от чугуна? Оба сплава относятся к черным металлам. Разница между ними состоит в их углеродистости.

Сталь

Стальные сплавы широко применяются во всех областях промышленного производства, строительстве и в повседневной жизни. Из них производят элементы металлических конструкций, детали механизмов, трубы и множество других изделий. Сложно представить себе наш быт без ежедневного использования столовых приборов, кухонной утвари, предметов интерьера, мебели, инструментов, выполненных из стали.

Чем отличается сталь от чугуна по химическому составу? В основе стальных сплавов – железо, процентная доля углерода в котором, как правило, не превышает 2,14 %. От содержания этого элемента зависит прочность металла. Для легирования используются добавки:

• никеля – для увеличения прочности, вязкости и твердости;
• хрома – для повышения прочности, твердости и износостойкости;
• кремния, который усиливает крепость, твердость и упругость сплава, а также делает его менее вязким;
• марганца – для улучшения свариваемости и прокаливаемости.

По назначению стальные сплавы принято делить на две большие группы. Сталь бывает:

• конструкционной;
• инструментальной.

Конструкционные марки стали нашли широкое применение в таких областях, как машиностроение и строительство. Подобные сплавы используют для изготовления различных изделий, деталей механизмов, элементов металлоконструкций.

Инструментальные марки стали обладают высокими твердостью и прочностью. Из такого металла изготавливают клинки ножей, рабочие части режущих и прочих инструментов.

В зависимости от процентной доли легирующих добавок сталь бывает:

• низколегированной;
• среднелегированной;
• высоколегированной.

В зависимости от содержания углерода стальные сплавы могут быть:

• низкоуглеродистыми (содержание углерода не более 0,25 %);
• среднеуглеродистыми (не более 0,55 %);
• высокоуглеродистыми (не более 0,85%).

В зависимости от процентной доли вредных примесей в составе сталь бывает:

• обычной (содержание фосфора и серы не более 0,05 %);
• качественной (менее 0,035 %);
• высококачественной (менее 0,025 %);
• особо высококачественной (менее 0,015 %).

Стальные сплавы отличает высокая теплопроводность. Для повышения качества их подвергают закалке. Подобные соединения плавятся при температуре +1 450 – +1 520 °С.

Чугун

Чугуном принято называть сплав на основе железа с содержанием углерода выше 2,14 %. В его состав углерод входит как цементит (карбид железа) или графит (минерал, представляющий собой модификацию С). От содержания этих соединений зависит цвет сплава.

На основании величины процентной доли углерода и его состояния принято различать чугун:

• Белый, содержащий связанный углерод в виде цементита, цвет которого на изломе обусловил его название. Такой сплав, относящийся к ковким и получаемый отжигом, отличают высокая твердость и хрупкость.
• Серый. В его состав входит кремний (от 1,2 до 3,5 %), углерод, магний, фосфор и сера. Практически весь углерод в подобных сплавах содержится в виде пластинок графита, который придает излому металла серый цвет.
• Ковкий – получают при долгом отжиге белого чугуна с формированием графита в виде хлопьев, который делает металл более пластичным, вязким, твердым и устойчивым к ударным нагрузкам. Такие сплавы широко применяются для изготовления автомобильных деталей.
• Высокопрочный. Отличается содержанием сфероидального графита, образующегося при кристаллизации и не так сильно ослабляющего кристаллическую решетку, как пластинчатый.
• Предельный. Предназначен для дальнейшей переработки. Такие соединения не используют для изготовления каких-либо изделий или деталей.

Чугун плавится при температуре от +1 160 до +1 250 °С в зависимости от углеродистости. Чем меньше углерода содержит сплав, тем выше температура его плавления и ниже текучесть при нагреве.

Чем отличается сталь от чугуна

Физико-технические характеристики

Рассмотрим, чем отличается сталь от чугуна по составу и свойствам. В основе стальных сплавов лежит железо с содержанием углерода не более 2,14 %, а углеродистость чугунных – не менее 2,14 %. Такая разница обуславливает отличие большинства характеристик. Так, температура плавления у различных типов стали колеблется в диапазоне от +1 450 до +1 200 °C, а чугун плавится при температуре от +1 147 до +1 200 °C, его соединения обладают плотностью от 6,8 до 7,2 т/м³, а стальные – от 7,7 до 7,9 т/м³.

Обрабатываемость

Легирующие добавки в составе стальных сплавов существенно улучшают их характеристики, но снижают обрабатываемость. Изделия из чугуна легче поддаются обработке благодаря равномерному разрушению графитовых структур, однако некоторые разновидности плохо обрабатываются из-за повышенной хрупкости.

Вследствие повышенной прочности различных типов стали усложняется их обработка и ускоряется изнашивание инструментов, что обуславливает относительную дороговизну изготовления стальных изделий. Наиболее сложно обрабатываются закаленные и высокоуглеродистые соединения. При использовании в производстве низкоуглеродистых марок проблемой становится их повышенная пластичность.

Прочность на сжатие и ударопрочность

Стальные сплавы и различные типы чугуна отличаются друг от друга прочностью на сжатие – способностью сопротивляться нагрузкам, направленным на уменьшение размеров заготовки. Особенно эти свойства важны в производстве элементов ответственных металлоконструкций, эксплуатация которых связана с высоким давлением. Чугунные соединения по этому параметру выигрывают.

Ударные нагрузки заставляют сталь сгибаться, а чугун – ломаться, однако по ударопрочности последний проигрывает. Стальные заготовки способны сопротивляться сильным ударам, не деформируясь. Благодаря этой особенности данные соединения широко применяются в качестве материала для элементов несущих конструкций. Низкая ударная прочность чугунных сплавов – главная причина их ограниченного применения.

Износостойкость и сопротивляемость коррозии

Чугун, как и сталь окисляется, контактируя с влагой и кислородом, однако чугунным изделиям свойственна большая коррозионная стойкость, позволяющая использовать их без защитных покрытий. Для защиты от ржавления стальных поверхностей применяются специальные эмали и порошково-полимерные покрытия. Для изготовления изделий, эксплуатация которых предусматривает воздействие влажности и агрессивных сред, широко применяются нержавеющие марки металла.

Чугун устойчив к изнашиванию благодаря высокому содержанию графита. Сталь легче поддается износу. Для повышения износостойкости применяются специальные добавки и методы термообработки.

Стоимость

Относительно высокая себестоимость стальных сплавов обусловлена тем, что их получают из чугунных. Кроме того, сталь требует термической и механической обработки, а также введения легирующих добавок, которые улучшают характеристики. Самыми дорогими являются нержавеющие марки.

Однако при сравнении стоимости готовых изделий дороговизна стали может не слишком бросаться в глаза. При длительной эксплуатации стальные детали более выгодны за счет большого срока службы.

Способы отличить сталь от чугуна

Исследуя образцы, можно визуально оценить различия внешнего вида стали и чугуна. Слом заготовок из последнего отличается темно-серым оттенком и матовостью, в то время как у стальных он светлый и глянцевый. Важную роль играет содержание углерода, от которого зависит характер трещин – у высокоуглеродистых сплавов это раскол, а у низкоуглеродистых – пластичный разрыв.

Поверхность готовых изделий также будет иметь различные оттенки и текстуру. Сталь всегда более глянцевая и светлая, а чугун – матовый и темный.

Для того чтобы более точно определить, из какого сплава изготовлено то или иное изделие, можно использовать следующие механические методы.

Сверление

Нужно высверлить небольшое отверстие, воспользовавшись сверлом малого диаметра, и оценить стружку. Если она будет тонкой, гибкой и длиной (длиннее, чем используемое сверло) с цветами побежалости по всей длине – изделие изготовлено из стального сплава. Чугунная стружка гораздо менее пластична, отличается хрупкостью и не формирует длинных вьюнов. Кроме того, ее можно без труда перетереть в порошок из-за высокой хрупкости металла.

Шлифование

Необходимо воспользоваться УШМ, выбрав для исследования место, шлифовка которого не скажется на эксплуатационных характеристиках изделия. Обрабатывая выбранный участок, следует обращать внимание на цвет искр и их форму. При обработке чугуна они будут короткими с красноватыми звездочками.

Описанные способы удобно применять в быту, когда возникает необходимость определить, из какого металла изготовлено изделие, а возможности использовать специализированное оборудование нет. В лабораторных условиях такие исследования выполняются с помощью специальной современной техники (спектрографов, электронных микроскопов).

Такие дорогостоящие приборы, которые обеспечивают высокую точность результатов, как правило, применяются в промышленности, на крупных производствах и в научно-исследовательских институтах.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.