Чем отличается сталь от чугуна

Изделия из чугуна и стали применяются в разных сферах – в строительстве, машиностроении, в быту. Оба этих материала относятся к категории «чёрных металлов» и похожи по ряду параметров. Потому далеко не каждый знает, в чём отличие чугуна от стали, и как правильно определить вид материала всего за несколько минут.

Производство материалов

Для получения чугуна используют доменные печи – сложные инженерные сооружения, способные проработать непрерывно больше 5 лет. Здесь происходит нагревание и расплавление железной руды, а затем – восстановление железа из её окислов. Попадание этого металла в более горячую часть домны приводит к растворению углерода и образованию чугуна.

Процесс получения чугуна в доменной печи.

Процесс производства стали предполагает использование мартеновских печей, электропечей или конвертеров. Конвертерное производство позволяет получить максимальное количество чёрного металла. Но для получения специальных сортов стали лучше использовать регенеративные пламенные печи – мартены. А, если нужно высокое качество, стоит выбирать индукционные электропечи, хотя объём производства в этом случае снизится, а стоимость материала вырастет.

Виды стали и чугуна

Начиная рассматривать, чем отличается сталь от чугуна, стоит познакомиться с видами этих материалов. Ведь все стальные соединения делятся на конструкционные и инструментальные. В марках сталей первого типа меньше углерода, а в зависимости от содержания вредных примесей в составе, они могут быть:

• обыкновенными, содержат не больше 0,05% серы и фтора (могут использоваться для производства различных классов арматуры);
• высококачественными (до 0,025% тех же примесей);
• особовысококачественными (до 0,015% S и F).

В инструментальных сталях содержится не меньше 0,65-0,7% углерода, благодаря чему они получаются крепче и твёрже. В отличие от конструкционных сплавов, применяемых в строительстве и машиностроении, эти материалы используют для изготовления ножей и различных инструментов. И делят на два вида – качественные, с содержанием фосфора и серы до 0,03%, и высококачественные, где значение этого показателя меньше 0,02%.

По химическому составу стали делят на легированные и углеродистые. Классификация первых включает легированные, среднелегированные и высоколегированные, содержание легирующих элементов в которых составляет не больше 2,5%, 2,5-10% и больше 10%, соответственно. Углеродистые стали делятся на такие категории:

• высокоуглеродистые (до 0,85% углерода);
• среднеуглеродистые (до 0,55% C);
• малоуглеродистые (до 0,25%).

В составе чугуна углерод входит в виде графита или цементита. Потому и классификация у этого материала другая:

1. Белый чугун отличается большим количеством цементита, потому обладает высокой твёрдостью, но остаётся достаточно хрупким.
2. Серый чугун содержит больше графита, потому получается более мягким и лучше режется.
3. Ковкий чугун получают, обжигая белый, что приводит к увеличению пластичности материала, но снижает его хрупкость и твёрдость.
4. Высокопрочным, получают добавлением магния в жидкий сплав. В таком материале содержится шаровидный графит. А его повышенная прочность допускает использование при изготовлении ответственных деталей для машин.

Чугун также классифицируют в зависимости от: цели использования, содержания углерода, состава и структуры металлической основы, химического состава.

Отличия физико-технических характеристик

Главное отличие состава чугуна и стали – содержание углерода. Если этого элемента содержится в сплаве не больше 2,14% – это сталь. Когда содержание углерода выше – чугун. Из-за такой разницы отличается большинство характеристик, начиная с температуры плавления, которая для стали находится в пределах 1450-1520 °C. Чугун плавится уже при 1147-1200 °C, а его плотность составляет 6,8-7,2 т/м³. Сталь немного плотнее и тяжелее – один кубометр весит 7,7-7,9 тонн.

Обрабатываемость материалов

Наличие в составе стали специальных добавок, улучшающих её характеристики, одновременно затрудняет обработку. Чугунные изделия обрабатываются проще, с равномерным разрушением графитовой структуры. Однако отдельные виды этого материала, такие как белый чугун, обрабатывать сложнее из-за их высокой хрупкости.

Повышенная прочность стали повышает сложность обработки и ускоряет износ инструментов. Из-за этого растут затраты на изготовление стальных изделий. Особенно при использовании закалённых или высокоуглеродистых сталей. Однако и низкоуглеродистые марки обрабатывать сложно – но уже из-за высокой пластичности.

Прочность на сжатие и ударопрочность

Одно из главных свойств чугуна и стали – прочность на сжатие, которая характеризует способность материала противостоять уменьшению его размера. Характеристика имеет особое значение при изготовлении механических конструкций, на которые будет действовать высокое давление. Прочность на сжатие у чугунных изделий выше, чем у стальных.

При ударе сталь гнется, а чугун ломается.

Зато при сравнении ударопрочность сталь выигрывает у чугуна, выдерживая сильные удары без деформации или изгибов. Эта особенность делает прочнее стальные несущие конструкции и делает материал самым популярным чёрным металлом в мире. Чугун, при всей своей прочности, не отличается устойчивостью к ударам, что ограничивает область его применения.

Устойчивость к коррозии и износу

Действие влаги приводит к окислению и стали, и чугуна. Но чугунные изделия отличаются большей коррозионной стойкостью, почти не требуя дополнительной защиты. Стальные конструкции рекомендуется защищать специальными красками и порошковыми покрытиями. А, если коррозионная стойкость является важным фактором, стоит выбрать нержавеющую сталь.

Высокое содержание графита обеспечивает чугуну повышенную износостойкость. Стальные изделия изнашиваются быстрее. Но абразивные свойства материала могут улучшаться с помощью специальных добавок и термической обработки.

Цена материалов

Из-за того, что сталь получают из чугуна, её цена заметно выше. Другая причина высокой стоимости – необходимость дополнительной обработки и добавление примесей для улучшения характеристик материала. Дороже всего обходятся нержавеющие марки.

С другой стороны, если сравнивать цены изделий из чугуна и стали, разница может оказаться не такой заметной. А ещё высокие расходы на покупку стальных деталей и заготовок могут окупаться большим сроком службы и снижением частоты их замены.

Как отличить материалы на вид

Один из способов, как отличить чугун от стали – внимательно рассмотреть материал. Если есть возможность, стоит проверить разрез или слом металла. Чугун в этом месте будет иметь серый матовый оттенок, сталь получится более светлой и глянцевой. Такая же разница будет и при проверке поверхности неокрашенных материалов.

При наличии на изделии трещин стоит проверить и их. Дефекты на потрескавшейся стали создают эффект раскола. Разрывы на чугунной заготовки выглядят пластичными, как на глиняной посуде. А ещё на поверхности необработанного чугуна иногда можно обнаружить полусферические мелкие вмятины, образовавшиеся при его заливке. На стали таких дефектов нет.

Другие способы определения

Лабораторные исследования помогают в определении любых материалов, независимо от вида и размера проверяемого образца. Но для их проведения нужно время и дорогостоящее оборудование, использовать которое имеет смысл только на производстве. В быту лучше пользоваться методами механического воздействия. Самый простой – проверка звука, издаваемого материалом при ударе о него другим металлическим предметом. Если он будет звонким, это сталь, плотность которой выше. Глухой звук означает, что изделие выполнено из менее плотного чугуна.

Наличие шлифмашинки позволяет проверить вид материала ещё одним способом – шлифованием. Но выбирать для этого следует такой участок, который в процессе эксплуатации изделия не будет контактировать с другими поверхностями или деталями – иначе заготовка будет испорчена. А при обработке металла необходимо следить за появляющимися во время этого процесса искрами. Если изделие чугунное, они будут короткими и красноватыми. Шлифовка стальной заготовки обычно приводит к появлению длинных белых или жёлтых искр. Однако, если сталь высокоуглеродистая, размер частиц уменьшится, а их цвет будет близким к багровому.

При наличии электрической или даже ручной дрели можно попробовать просверлить небольшое отверстие на металлическом предмете. Образование тонкой стружки, длина которой будет намного больше сверла, означает, что заготовка стальная. Если отходы сверления легко крошатся и даже растираются до порошкообразного состояния, можно сделать вывод, что это чугун.