Сталь и чугун – это очень популярные и распространенные виды материалов, которые используют в разных отраслях промышленности. При этом многие люди интересуются, чем именно отличается чугун от стали. Эти материалы имеют разный состав и внешний вид. При этом выявить разницу и отличить металлы друг от друга можно визуально или при помощи специального оборудования.
Особенности материала
Между сталью и чугуном имеется большая разница. Чтобы выявить ее, нужно ознакомиться с определениями и характеристиками металлов.
Чугун
Чугун состоит из железа и углерода. При этом количество второго компонента должно составлять больше 2 %. Сырье легируют при помощи различных добавок. К ним относят кремний, фосфор, марганец и прочие вещества.
В зависимости от сформированной кристаллической решетки существуют такие разновидности чугуна:
- Белый – название обусловлено оттенком излома материала. Он связан с наличием в составе цементита. Помимо твердости, материал обладает хрупкостью. При помощи отжига его используют для производства ковких чугунов.
- Серый – оттенок сырья обусловлен высоким содержанием графита. Материал отличается пластичностью и простотой обработки. В составе присутствуют сера, фосфор, магний и кремний.
- Ковкий – продолжительный отжиг белого чугуна приводит к образованию графита. Это вещество делает металл очень пластичным, вязким и твердым. К тому же оно придает ему хорошую ударную сопротивляемость.
- Высокопрочный – формирование шаровидного графита во время кристаллизации обеспечивает веществу высокую степень прочности.
- Предельный – подвергается последующей обработке. Его нельзя применять в качестве самостоятельной единицы.
Температура плавления этого металла находится на уровне 1160-1250 градусов. Конкретное значение определяется содержанием углерода. Чем больше вещества в составе, тем ниже его температура и тем больше текучесть при нагревании. С такой зависимостью связана хрупкость вещества.
Сталь
Этот материал включает 45 % железа и 2 % углерода. В зависимости от марки сталь может содержать дополнительные вещества. К ним относят хром, никель, марганец, кремний и другие. В зависимости от легирующих компонентов меняются и свойства материала.
Углерод обеспечивает материалу твердость и прочностные свойства. Благодаря наличию этого вещества материал получается прочным и пластичным. Его достаточно легко обрабатывать.
В зависимости от содержания легирующих веществ сталь может иметь такие разновидности:
- низколегированная;
- среднелегированная;
- высоколегированная.
В зависимости от содержания углерода существуют такие виды стали:
- низкоуглеродистая;
- среднеуглеродистая;
- высокоуглеродистая.
Температура плавления все марок составляет 1450-1520 градусов. Параметры плотности находятся на уровне 7700-7900 килограммов на 1 кубический метр.
Сталь отличается широкой сферой применения. Ее используют в промышленности при изготовлении разных видов металлоконструкций, элементов машин, трубопроводов и иных изделий. В бытовых условиях люди используют предметы интерьера, посуду, мебель из стали.
Железо
Чистое железо можно встретить разве что в лабораторных условиях. К тому же его нельзя применять для серийного изготовления запчастей, сантехники или бытовых предметов. В отличие от чугуна, железо обладает светло-серебристым оттенком, мягкостью и пластичностью. К тому же оно сильно подвержено коррозии.
Чем они различаются
Углеродные компоненты придают молекулярному строению прочность и твердость. При этом повышается хрупкость изделий при нагревании, ударах и вибрационных нагрузках. Пластичный материал легко выдерживает подобные виды воздействий.
Главным отличием чугуна от стали считается содержание углерода. Сплавы допустимо легировать одними и теми же металлами. Однако результаты при этом получаются разными. Это связано с отличиями в решетках карбидов.
Состав и микроструктура
При изготовлении стали соединяют железо, углерод и примеси. Причем количество углерода в составе должно быть не больше 2 %, а содержание железа – не меньше 45 %. Остальной процент приходится на легирующие вещества – они используются для связывания смеси. К таким компонентам относят хром, никель, молибден.
За счет наличия углерода железо становится более прочным и приобретает нужную твердость. Без него масса получилась бы вязкой и пластичной.
Чугун тоже делают из железа и углерода. Однако количество второго компонента в смеси превышает 2 %. Помимо этого, в состав чугуна тоже вводят постоянные примеси. К ним относят фосфор, серу, кремний, марганец, а также легирующие вещества.
Производство
В производственных условиях определить вид металла можно такими способами:
- По излому – этот визуальный метод применяют для деталей, которые идут в лом или используются как заготовки. На чугунном сломе заметен матовый темно-серый цвет. При этом трещины, которые образуются, обладают выраженным строением. Стальные изделия являются более светлыми и обладают глянцевой поверхностью.
- Сверление – стальная стружка обладает витой формой. По длине она превышает сверло и легко сгибается. Чугунная стружка крошится даже при незначительном воздействии.
- Шлифовка – в результате прохождения шлифовальной машинкой стальная поверхность покрывается большим количеством желтых и белых искр. У чугуна меньше искр. К тому же они короче и имеют красноватый оттенок.
Характеристики
Выявить отличия между заготовками, которые можно обрабатывать, удается по визуальным признакам. На сломе чугунных изделий виден темно-серый оттенок с матовой поверхностью. При этом сталь обладает более светлым окрасом и глянцевой текстурой.
На внешний вид металла влияет количество углеродистых компонентов. Их удается отличить по типу трещин. Для высокоуглеродистых стальных поверхностей характерны дефекты в форме раскола. Если изделие изготовлено из низкоуглеродистого сплава, трещины напоминают пластичный разрыв.
Отличия между металлами заключаются и в технических характеристиках. Сталь отличается такими свойствами:
- плотность – 7700-7900 килограммов на 1 кубический метр;
- температура плавления – 1450-1520 градусов;
- прочность, износостойкость, твердость;
- стойкость к деформации;
- высокая пластичность – это помогает обрабатывать металл разными способами;
- возможность повышения качества материала с помощью закаливания;
- возможность улучшения свойств сплава при помощи введения легирующих добавок.
Чугун – это тоже сплав железа с углеродом. Однако содержание второго компонента в нем выше. Это же касается и дополнительных компонентов. Потому чугун считается более хрупким материалом – он легко разрушается.
От содержания углерода зависит температура плавления чугуна. По мере повышения объема этого компонента температура снижается. К тому же возникает увеличение текучести при нагревании. Это не лучшим образом сказывается на эксплуатационных свойствах – хрупкости, пластичности, простоте обработки. Температура плавления чугуна составляет 1160-1250 градусов.
Прочность
Сталь прочнее по сравнению с чугуном. Она крепче за счет своей структуры. Повышенное содержание углерода в чугуне делает его более хрупким и менее пластичным.
Содержание углерода
Сталь отличается от чугуна по содержанию углерода. Количество этого компонента в металле не превышает 2 %. В чугуне объем углерода обычно составляет больше 2,14 %, но меньше 4,5 %.
Сфера применения
Чугун считается литейным материалом. Его используют для изготовления простой посуды, корпусов станков, массивных труб. Также из металла делают большие объекты простой конфигурации. Из стали изготавливают детали разных размеров и сложности, поскольку для этого используют ковку, волочение, штамповку, прокатывание. Также для этого металла допустимо применять и другие методы обработки.
Плюсы и минусы каждого метала
Сплавы имеют определенные преимущества и недостатки. К плюсам стали относят следующее:
- высокий запас прочности и твердости;
- большое количество свойств – это связано с разными вариантами легирующих примесей;
- оптимальное соотношение упругости и вязкости – материал прекрасно удерживает статику, динамику и ударные нагрузки;
- простота обработки;
- высокий запас прочности – благодаря этому материал отличается длительным периодом эксплуатации;
- простота и доступная стоимость литья.
При этом материал обладает и рядом недостатков:
- слабое сопротивление коррозии – это касается чистых видов стали, которые не содержат легирующих компонентов;
- высокая электромеханическая коррозия – это обусловлено свойством накопления электрической энергии;
- большой вес стальных конструкций;
- высокий риск брака – это обусловлено многоэтапностью изготовления.
Для чугуна характерны такие плюсы:
- высокий уровень прочности – некоторые марки сопоставимы по этому параметру со сталью;
- равномерное распределение тепла и возможность его длительного сохранения;
- безопасный состав – это позволяет использовать чугун для изготовления посуды;
- устойчивость к кислотам и щелочам;
- высокая степень гигиеничности;
- долговечность.
При этом металл обладает и некоторыми минусами:
- риск процессов коррозии при длительном воздействии воды;
- отсутствие пластичности серого чугуна;
- повышенная хрупкость белого материала.
Краткая сравнительная таблица
Основные отличия металлов коротко представлены в таблице:
Сталь | Чугун |
Обладает высокой прочностью и твердостью. | Считается более хрупким и менее пластичным материалом. |
Имеет более высокую температуру плавления. | Отличается более низкими значениями температуры плавления. |
Содержит меньше 2 % углерода. | Включает больше 2 % углерода. |
Является менее пористой и отличается большей теплопроводностью. | Содержит больше пор и характеризуется меньшей теплопроводностью. |
Имеет светлый оттенок и блестящую поверхность. | Отличается темным окрасом и матовой поверхностью. |
Имеет более высокую стоимость. | Стоит дешевле. |
Итог
Сталь и чугун представляют собой сплавы железа и углерода с добавлением легирующих компонентов. Несмотря на похожий состав, эти материалы имеют много отличий. Основная разница кроется в содержании углерода, что напрямую сказывается на эксплуатационных характеристиках металлов.