Сколько содержится углерода в чугуне. Сколько углерода в чугуне.

Чтобы не затягивать повествование, отвечу на вопрос следующим образом: «Чугун отличается от стали процентным содержанием углерода. Если в сплаве содержится 2,5% этого элемента, то это чугун. Помните, что для стали предел содержания примесей не должен превышать 2%.

Чем отличается чугун от стали

Оба материала являются черными металлами. Внешне их трудно отличить, а некоторые свойства совпадают. Это объясняется тем, что и сталь, и чугун являются сплавами железа с углеродом. Основное различие заключается в содержании Fe и C.

Сталь — это сплав железа и углерода, содержащий 45% и до 2% соответственно. В зависимости от марки стали в ней могут присутствовать никель, хром, кремний, марганец и другие добавки. Разнообразие легирующих элементов придает материалу различные свойства.

Углерод отвечает за твердость и прочность сплава. Это придает металлу высокую прочность, пластичность и хорошую обрабатываемость.

  • по наличию легирующих компонентов:
  • низколегированную;
  • среднелегированную;
  • высоколегированную;
  • по содержанию углерода:
  • низкоуглеродистую;
  • среднеуглеродистую;
  • высокоуглеродистую.

Температура плавления для всех типов сплавов составляет от 1450 до 1520 °C. Плотность составляет 7700-7900 кг/м3.

Сталь широко используется: в промышленности для производства различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и других изделий. В повседневной жизни мы используем стальные столовые приборы, кухонную утварь, арматуру, мебель и так далее.

Отличие чугуна от стали

Характеристики чугуна

Железо и углерод также составляют основу чугуна. Доля последнего составляет 2 %. Сырье также легируется различными добавками: Фосфор, марганец, кремний и другие.

В зависимости от формирования кристаллической решетки (цементит/графит) различают следующие виды чугуна:

  • белый ‒ наличие цементита определяет цвет излома, благодаря которому материал получил название «белый», одновременно с твердостью обладает хрупкостью, путем отжига из него изготавливают ковкие чугуны;
  • серый ‒ содержание графита в большом количестве определяет цвет сырья и его пластичность, легок в обработке, в состав входят кремний, магний, фосфор, сера;
  • ковкий ‒ длительный отжиг белого чугуна образует графит, который придает металлу высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость;
  • высокопрочный ‒ образование шаровидного графита в процессе кристаллизации обеспечивает материалу повышенную прочность;
  • предельный ‒ подвергается дальнейшей обработке, не применяется, как самостоятельная единица.

Температура плавления чугуна составляет от 1160 до 1250 °C в зависимости от содержания углерода. Чем выше содержание этого элемента в составе, тем ниже температура и выше текучесть при нагревании. Это соотношение определяет хрупкость материала.

Производство чугуна и стали

Производство чугуна

Чугун производится в доменных печах из железной руды (агломерата), кокса, известняка и горячего воздуха. Сначала добавляется кокс, затем происходит спекание и наслоение кокса. Горячий воздух, обогащенный кислородом, поступает в нижнюю часть печи через специальные отверстия.

При сжигании кокса в доменной печи образуется углекислый газ, который проникает через слои сырья и выделяет угарный газ. Таким образом, руда постепенно преобразуется. Добавляется известняк. В результате получается силикат кальция, который отделяется в виде шлака. Окись углерода является основным восстановителем железа. Чугун производится путем восстановления Fe в более горячей части доменной печи и растворения в нем C.

Сталь производится из чугуна путем снижения содержания углерода, серы, фосфора и марганца. Сплав производится в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах.

Особенности материалов

Сталь и чугун являются продуктами черной металлургии. Эти сплавы производятся из железных руд. Железо и сталь имеют одну общую черту: их варят, то есть делают по определенным рецептам, выдерживают при определенных температурах в течение определенного времени и в определенное время добавляют в расплав различные ингредиенты. По этой причине работников черной металлургии называют сталеварами.

Самое общее представление о сплавах касается содержания в них углерода. В стали оно составляет менее 2,14 %, а в чугуне соответственно превышает это значение. В отдельных видах чугуна эта доля может составлять более 6 % в различных состояниях.

Однако это не единственное различие между чугуном и сталью. Они производятся по разным «рецептам», содержат углерод в разной форме, а также могут содержать другие легирующие элементы.

Влияние элемента

Наличие углерода влияет на свойства сплава. Ковкий чугун может быть тверже стали. В отличие от стали, их трудно сваривать или ковать, а для некоторых марок эти процессы могут быть вообще невозможны. Железо в железоуглеродистом сплаве определяет его важнейшие свойства. Самое главное — температура его плавления выше 1530 °C. Это также элемент, который придает сплаву магнитные свойства. В чистом виде этот металл довольно прочный и ковкий. Однако его реактивность с кислородом не позволяет использовать его в машиностроении (металл быстро ржавеет, если подвергается реакции окисления).

  Как просто выровнять деревянный пол фанерой. Как выровнять пол фанерой?

Добавление углерода и других примесей в сплавы значительно повышает долговечность изделий. Часть углерода вступает в химическую реакцию с железом на стадии плавления и образует устойчивое соединение — цементит (Fe3C). Включения цементита снижают пластичность и одновременно повышают прочность и твердость получаемого сплава.

Прочность сталей с содержанием углерода около 1% особенно высока. По мере увеличения содержания соединения в сплаве это свойство постепенно снижается, но одновременно снижается ударная вязкость при надрезе и так называемая хладостойкость (реакция на изменение температуры).

Углерод также может присутствовать в химически свободном состоянии (графит). Наличие графитовых включений повышает хрупкость, но также создает зернистую структуру, которая предотвращает механическое повреждение поверхности. Графит может действовать как смазка и снижать сопротивление трению. Графитовые включения также уменьшают воздействие вибрации. Углерод в чистом виде и в его соединениях может понижать температуру плавления (до 400 °C для некоторых видов железа).

Поэтому сплавы железа и углерода (стали и чугуны) могут значительно отличаться по своим свойствам из-за различных пропорций элементов и их химической формы.

Виды чугуна по содержанию углерода

Существует три типа железа, в зависимости от количества углерода, содержащегося в сплаве. Во-первых, процентное содержание углерода в таком сплаве не должно быть меньше 2,14%. Действительно, если доля этого элемента ниже этого процента, то это сталь. В большинстве чугунов содержание углерода составляет от 2,14 до 3 %. Некоторые марки могут содержать более 3 % углерода. Максимальное содержание углерода в 6,67 % встречается в чугуне, который называется высокоуглеродистым.

Сплавы разного состава при охлаждении проходят различные фазы кристаллизации, что существенно влияет на свойства изделия. Например, сплав образует перлит — эквивалентную смесь феррита (раствора легирующих элементов и углерода в расплавленном чугуне) и цементита (карбида железа) — и лентебурит (эквивалентную смесь того же цементита и других компонентов сплава). В металлургии принято делить чугуны на три типа в зависимости от эвтектических свойств сплава.

Доэвтектические

Они имеют содержание углерода от 2,14 до 4,3 % в цементите, перлите и лентебурите. Такой сплав часто используется в качестве конструкционного материала и для трансформации — производства других видов чугуна, так как при охлаждении образуется так называемая усадочная пористость, которая сильно влияет на прочность изделий. Продукция используется в машиностроении.

Эвтектические

Они содержат около 4,3% углерода, в основном в виде лентебурита. При охлаждении могут образовываться усадочные пустоты, которые часто приводят к отклонениям формы от заданной при литье, поэтому изготовление точных изделий из этого материала не всегда оправдано. Используется как конструкционный материал для изготовления изделий различного назначения

Заэвтектические

Может содержать до 6,67% углерода в цементите и лентебурите, а также свободный графит. В основном используется в производстве других видов чугуна и стали во вторичной металлургии.

Различия между чугуном и сталью

Температура плавления чугуна и стали

Чтобы понять разницу между сталью и чугуном, необходимо рассмотреть их свойства. Характерной особенностью чугуна является содержание углерода. Минимальное содержание углерода составляет 2,14%. Это самая важная отличительная черта между сталью и чугуном.

Процентное содержание примесей можно определить только с помощью химического анализа. Температура плавления чугуна и стали ниже и находится между 1150 и 1250 градусами Цельсия. Температура плавления стали составляет около 1500 градусов.

Чтобы отличить материал, необходимо выполнить 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.
  Подборка лучших способов избавления от ржавчины на чугунной сковороде. Как убрать ржавчину с чугуна?

Плюсы и минусы материала

Как и любой материал, чугун имеет положительные и отрицательные стороны. Как и у всего остального, у железа, например, у чугуна, есть много положительных сторон:

Однако есть и недостатки.

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

 Состав чугуна в процентах

Чугун — это металл, характеризующийся высоким содержанием углерода. Это придает ему свойства, необходимые для промышленных и бытовых целей.

Характеристики стали

Сталь представляет собой сплав железной руды и примеси углерода. Классический рецепт содержит менее 2 % углерода. Однако существуют и высоколегированные марки стали с содержанием углерода 20-40 %.

Россия входит в пятерку крупнейших стран-производителей стали в мире. Существует множество видов и марок стали, которые различаются по прочности, коррозионной стойкости и температурным колебаниям.

  1. Обязательное наличие в сплаве в унифицированных пропорциях углерода и железной руды. Первый дает вязкость, а второй повышенную прочность.
  2. Сплав всегда содержит мелкие вкрапления: 1.2% кремния и 0.5% марганца.
  3. Чтобы изменить свойства материала, в него добавляют в унифицированных пропорциях другие металлы.

Существует множество способов классификации стали. Давайте рассмотрим несколько параметров.

Химия

Углерод — классификатор указывает, сколько углерода содержится в составе сплава. Некоторые марки содержат не более 0,3% примесей, а максимальное количество не превышает 0,7%.

Сплав — примеси металлов и веществ добавляются в продукт для получения новых свойств. Низкие сорта имеют добавки до 2,5%, а максимальные значения достигают 10%.

Структурный состав

Булатная сталь — это чистый продукт с небольшим количеством включений. Мартенситная сталь, как и аустенитная, имеет в своем составе различные примеси. Разница между двумя последними видами стали заключается в пропорции и количестве добавок.

Оксидировать

Quiet — это абсолютно чистый материал без оксида железа. Используется только в стратегически важных конструктивных элементах из-за более высокой стоимости и добавленной стоимости.

Полукерамический — материал затвердевает без кипения, но на его поверхности остаются небольшие пузырьки газа. Кипение — это некачественный продукт с большим количеством газовых включений, которые могут вызвать дефекты при последующем использовании, например, при сварке.

Сталь производится как мартеновским, так и конвертерным способами. Существует также прямой процесс и процесс электросварки.

Как отличить чугун от стали

Чугун и сталь можно отличить по двум или трем признакам:

  1. По излому – метод подойдет, если изделие больше не будет использоваться. На изломе чугун темно-серый, а вот сталь светлая с глянцевым блеском. На изломе у чугунных изделий трещины больше видны из-за повышенной хрупкости материала.
  2. Сверление – стальная стружка при сверлении отверстия вьется по мере движения сверла. Стружка чугуна тут же крошится и легко превращается в пыль.
  3. Шлифование – здесь используется шлифовальная машинка. Критерий оценки – это искры. Если их мало и с красноватым оттенком, это чугун. Стальные искры более желтые или белые, и их много.

Единственное сходство между чугуном и сталью — это наличие углерода в их составе. В остальном мы имеем дело с разными материалами, используемыми для разных целей в народном хозяйстве и промышленности.

Объёмы производства

В 1892 году Германия произвела 4,9 млн. тонн чугуна против 6,8 тонн в Англии, а в 1912 году — 17,6 против 9,0 тонн.

  Производство, свойства и порядок работы с полиэфирными смолами. Полиэфирная смола что это?

Мировое производство чугуна в 2009 году составило 898,261 млн тонн, что на 3,2% ниже, чем в 2008 году (927,123 млн тонн). В десятку ведущих стран-производителей чугуна в мире входят:

1 Китай 543,748 млн т
2 Япония 66,943 млн т
3 Россия 43,945 млн т
4 Индия 29,646 млн т
5 Южная Корея 27,278 млн т
6 Украина 25,676 млн т
7 Бразилия 25,267 млн т
8 Германия 20,154 млн т
9 США 18,936 млн т
10 Франция 8,105 млн т

В четвертом квартале 2010 года мировое производство чугуна составило 346,15 млн тонн. Этот результат на 28,51% выше, чем за аналогичный период 2009 года.

Виды чугуна

Белый чугун

Микроструктура чугуна увеличилась в 100 раз

Весь углерод в белом чугуне находится в связанной форме (Fe3C). В зависимости от количества углерода они делятся на:

  • доэвтектические (2,14—4,3 % углерода);
  • эвтектические (4,3 % углерода);
  • заэвтектические (4,3—6,67 % углерода).

Цементит при разрушении имеет светлый цвет, поэтому такие чугуны называют светлыми. Белый чугун в основном используется для получения чугуна с шаровидным графитом, который образуется при отжиге.

Серый чугун

Серый чугун представляет собой сплав железа, кремния и углерода и содержит постоянные примеси, такие как Mn, P и S. В структуре этого чугуна большая часть или весь углерод находится в форме пластинчатого графита. Из-за содержания графита излом этого чугуна имеет серый цвет.

Ковкий чугун

Чугун производится путем длительного отжига белого железа, в результате которого образуются хлопья графита. Металлическая основа этого чугуна состоит из феррита и, реже, перлита. Название ковкого и деформируемого чугуна (хотя он не подвергается обработке давлением) обусловлено его повышенной пластичностью и ковкостью. Ковкий чугун обладает повышенной прочностью на растяжение и высокой ударопрочностью. Ковкий чугун используется для изготовления деталей сложной формы, таких как коленчатые валы задних мостов автомобилей, тормозные колодки, стенки, уголки и т.д.

Ковкий чугун обозначается двумя буквами и двумя цифрами, например, Cr 37-12. Буквы IF означают ковкий чугун, первая цифра — десять мегапаскалей, вторая — относительное удлинение (в процентах), которое указывает на пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре узловатый графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит не ослабляет металлическую основу так сильно, как пластинчатый графит, и не является концентратором напряжений.

Передельный чугун

Чугун не используется как самостоятельный материал, а применяется для дальнейшей переработки в сталь.

Классификация

В зависимости от содержания углерода серый чугун называют допроводящим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или сверхпроводящим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают белый и серый чугун (по цвету излома, который определяется структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочный зернистый чугун, ковкий чугун, чугун с киноварным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером чугуне в основном в виде графита.

В промышленности различают следующие виды чугуна:

  • передельный чугун — П1, П2;
  • передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2;
  • передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3;
  • передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
  • чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм).
  • антифрикционный серый — АЧС;
  • антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
  • антифрикционный ковкий — АЧК;
  • чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
  • чугун легированный со специальными свойствами — Ч.
Оцените статью
Ремонт до и после