Чугун состоит из: Чугун — Википедия

Что такое чугун — формула, состав, виды и преимущества

Что такое чугун

Чугун  — это сплав железа (Fe) и углерода (C), при этом содержание углерода в сплаве составляет 2,14% и выше. Но при выплавке чугуна, в сплав всегда попадают примеси, а также добавляются легирующие элементы, поэтому данное соотношение всегда относительно, и может изменяться.

По содержанию углерода относительно эвтектики различают три вида чугуна. Эвтектика – состав сплава с минимальной температурой плавления.

Содержание углерода в чугуне ориентировочно составляет 4,3%. Поэтому он подразделяется на следующие виды:

• доэвтектический — 2,14 — 4,3% углерода;
• эвтектический — 4,3% углерода;
• заэвтектический — от 4,3 до 6,67% углерода.

 

Формула чугуна

Типичный состав чугуна имеет следующие составляющие:

• Железо (Fe)  — основа чугунка
• Углерод (С) – 1 — 4,5%
• Кремний (Si) – 0,2 – 3,75%

 

• Марганец (Mn) – 0,2 – 1,75% (вредная примесь)
• Фосфор (Р) – 0,1 – 1,2% (вредная примесь)
• Сера (S) – 0,02 – 0,08% (вредная примесь)

 

• Хром (Cr) (легирующий компонент)
• Никель (Ni) (легирующий компонент)
• Молибден (Mo) (легирующий компонент)

 

Виды чугуна

В основном чугун классифицируют по форме углерода, который содержится в сплаве.

Белый чугун

Белый чугун имеет характерный окрас скола, так как углерод (С) входит в состав в виде цементита (Fe3C), который образуется когда расплав остывает. Цементит – это твердый тугоплавкий материал.

В доэвтектическом сплаве углерод содержится в перлите и ледебурите. В эвтектическом сплавеуглерод входит в состав ледебурита. В заэвтектическом он содержится в первичном цементите и ледебурите.

В первоначальном виде он нигде не используется, т.к. его тяжело обрабатывать инструментами при механической обработке. Конечно, возможно использовать насадки из карбидов (ВК), но трудоемкость процесса очень велика. Поэтому белый чугун используется в качестве сырья для получения ковкого чугуна.

Серый чугун

Серый чугун также берет свое названия от оттенка на сколе. Он имеет в составе фракции графита, которые могут иметь разную форму. При добавке кремния, он способствует осаждению углерода.

Физико-механические свойства, а также структура серого чугуна, зависят от условий остывания после кристаллизации.

Быстрое охлаждение приведет к преобладанию перлита в составе чугуна. Закалка (другими словами термообработка) может повысить прочность и твердость, но при этом чугун становится хрупким, что может быть не приемлемо.

Медленное остывание приводит к росту содержания феррита. Феррит – это сплав железа с оксидами, в основном с Fe2O3. При таких условиях улучшается пластичность.

Поэтому условия, при которых остывает сплав, выбирают, ориентируясь на желаемые параметры конечного продукта.

Серый чугун используется для литых изделий и конструкций (чугунного литья).

Он имеет невысокую температуру отвердения, хорошую жидкотекучесть, нет склоненности к образованию раковин. Серый чугун хорошо реагирует на сжатие, но плохо противостоит растяжению/изгибу. Это происходит из-за углеродных вкраплений, которые приводят к низкой трещиностойкости.

Маркировка серого чугуна состоит из символов СЧ (серый чугун) и цифры, которая обозначает предельную прочность в кг/мм2: например, СЧ35. В наиболее распространенных чугунах содержание углерода ниже 3,7%.

Ковкий чугун

Для производства ковкого чугуна, белый чугун нагревают до необходимой температуры, выдерживают определенное время, и потом медленно охлаждают (процесс называется «отжигом»). Это способствует процессу распада Fe3C и выделению графита с образованием феррита.

При этом включения углерода по не имеют схожести с аналогичными в сером чугуне. Поэтому стойкость к разрыву и ударная вязкость из-за этих различий характерна ковкому чугуну.

Маркировка ковкого чугуна состоит из букв «КЧ» и добавления цифр, которые указывают на допустимую прочность на растяжение в МПа х 10-1 и максимальное относительное удлинение. Например: КЧ 37-12.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун это вид серого чугуна, в котором графитовые образования имеют шаровидную форму. Из-за такой округлости включений кристаллическая решетка становится не склонна к образованию трещин.

Высокопрочные чугуны имеют ценные первичные свойства чугунов (стойкость к сжатию, жидкотекучесть и т. д.), при этом имеют характерные для сталей предел текучести при растяжении, трещиностойкость и пластичность.

Маркируется аналогично ковкому, но с буквами «ВЧ».

Передельный чугун

Передельный чугун используется как сырье для выплавки стали. При этом он может даже не покидать предприятие, где его произвели.

Специальный чугун

К таким видам чугуна относят антифрикционный чугун и легированный чугун.

Выпуск этих марок имеет не большой объем, примерно до 2% от всего впускаемого чугуна. Такие виды чугуна могут иметь в составе большое количество легирующих элементов. Сфера использования имеет ограниченные цели и специфические условия.

Антифрикционный чугун может использоваться для изготовления деталей, подвергающихся трению. Основным компонентом для легирования является хром, также могут использоваться никель, титан, медь и другие металлы. Он имеет высокую твердость (до HB 300) и низкий коэффициент трения (до 0,8 при отсутствии смазки).

Базовыми материалами для производства антифрикционного чугуна являются серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Маркируется соответственно – АЧС, АЧК, АЧВ.

Достоинства и недостатки чугуна

Характеристики чугуна обсуждаются по сравнению со сталью, хотя, например, низкокачественная углеродистая сталь – это по сути тот же чугун.

По некоторым показателям (плотность, магнитные свойства, химическая реакция) эти ферросплавы практически идентичны, но имеют большие отличия в сферах применения.

Преимущества чугуна:

1. Низкая стоимость. Углерод появляется как часть процесса выплавки из руды. Поэтому если снижать его содержание, это приведет к удорожанию сплава.
2. Превосходные литейные качества. Расплав чугуна имеет хорошую текучесть, низкую усадку при кристаллизации и относительно низкую температуру плавления.
3. Изделия из чугуна имеют хорошую прочность, твердую поверхность, износостойкость.
4. Чугун, который используется в машиностроении, хорошо поддается обработке резанием.
5. Долговечность. Даже при применении в сантехнических и канализационных деталях.
6. Простота утилизации.

Недостатки чугуна:

1. Хрупкость. Мало пригоден для обработки давлением, из-за содержания углерода.
2. Плохая свариваемость. Технология сварки чугуна довольно сложна, большой риск возникновения дефектов.
3. Массивность изделий. Сложно изготавливать тонкостенные конструкции, стенки которых могут не выдержать собственного веса.
4. Окисляемость. Легко ржавеет во влажной среде, поэтому детали, которые используются на открытом воздухе, необходимо защищать от коррозии специальными средствами.

Чугун Виды, состав и назначение чугунов. Статьи компании «ООО ПФК Металлосфера»

Виды, состав и назначение чугунов

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом ( > 2.14%), кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк.

Содержание основных элементов (С, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Cu, As) в чугуне регламентируется соответствующим ГОСТом или техническими условиями.

Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов и технологический режим плавки.

Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на два основных вида:

Передельный – предназначен для дальнейшего передела в сталь.

Литейный — используется после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки изделий или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

Следует отметить, что в последние годы передельный чугун используют не только для выплавки стали, но и для переплавки в чугунолитейных цехах для производства чугунных отливок.

Передельный чугун является преобладающим видом продукции доменного производства. На его долю приходится около 90% общего производства чугуна.

Он предназначен для произ¬водства стали в конвертерах или мартеновских печах и обычно содержит 0,3-1,2 % Si; 0,2-1,0 % Мn, 0,15-0,2 % Р и 0,02-0,07 % S.

В чугуне некоторых марок, предназначенных для передела в кислых конверторах, фосфора должно быть очень мало ( < 0,07 0=»» p=»» >

Литейный чугун по содержанию фосфора делят на четыре класса:

А — до 0,1 % Р (малофосфористый),

Б — 0,1-0,3 % Р (обычный),

 

В и Г — высокофосфористые чугуны с содержанием фосфора соответственно 0,31-0,7 и 0,71-1,2 %.

Для изготовления высокопрочных изделий применяют чугуны с низким содержанием фосфора, а для художественного литья — высокофосфористые чугуны.

Каждый класс литейных коксовых чугунов (ЛК) состоит из шести марок. Наиболее кремнистый чугун марки ЛК 0 содержит 3,26-3,75 % Si.

В каждой следующей марке кремния содержится на 0,5 % меньше.

Кроме того, каждую марку делят на три группы по содержанию марганца (0,5; 0,51-0,90 и 0,91-1,3%) и на три категории по содержанию серы (0,02-0,05; 0,03-0,06 и 0,04-0,07 %).

В зависимости от химического состава и скорости охлаждения кристаллизация чугуна заканчивается образованием белого, половинчатого или серого чугуна.

Белый чугун имеет в своей структуре цемен¬тит и перлит и обладает светлым изломом. Весь углерод в нем находится в связанном состоянии. Он очень тверд и хорошо сопротивляется износу, но вместе с тем хрупок и плохо поддается механической обработке.

Поэтому белый чугун применяется для изготовления отливок с большой поверхностной твердостью: валков прокатных станов, штампов, волочильных досок и многих деталей сельскохозяйственного машиностроения.

После длительного отжига он приобретает высокие механические свойства и хорошую обрабатываемость режущим инструментом вследствие разложения цементита на железо и углерод отжига.

Половинчатый чугун состоит из перлита, цементита и небольших включений графита, расположенных островками в виде скоплений пластинчатой формы. Он обладает повышенной твердостью и почти не поддается механической обработке, в силу чего в машиностроении распространения не получил.

Серый чугун характеризуется наличием значительного количества графитных включений пластинчатой или шаровидной формы. В зависимости от структуры металлической основы серый чугун делится на три группы: феррито-перлитный, перлитный и перлито-цементитный.

Феррито-перлитный серый чугун имеет в своей структуре феррит, перлит и графит. Вследствие большого количества пластинок графита и структурно свобод¬ного феррита этот чугун мягок, легко обрабатывается и по срав¬нению с перлитным чугуном отличается меньшей прочностью.

В феррито-перлитном чугуне графит может иметь и шаровидную форму, если чугун перед разливкой обработан магнием. Приме¬няется феррито-перлитный чугун для отливки большинства ма¬шиностроительных деталей.

Перлитный серый чугун состоит из перлита, содержащего 0,8% связанного углерода, и равномерно распределенных пластинок графита. Этот чугун обладает высо¬кой прочностью, умеренной твердостью и хорошей обрабатывае¬мостью.

Перлитный высокопрочный магниевый чугун обладает еще более высокими механическими свойствами и износоустойчивостью.

Перлито-цементитный серый чугун имеет в своей структуре перлит, графит и большое количество мелких разрозненных выделений цементита.

Располагаясь по границам исходных аустенитных зерен, цементит ослабляет связь между ними и понижает прочность металлической основы чугуна. Обладая большой твердостью, перлито-цементитный чугун с тру¬дом обрабатывается режущим инструментом. Однако после отжига он приобретает перлитную структуру и высокие показа¬тели прочности.

Ферритный серый чугун из-за наличия феррита и крупнопластинчатого графита обладает низкой прочностью, малой твердостью и легкой обрабатывае¬мостью, в связи с чем может применяться только для неответственных отливок.

Обычный серый чугун имеет следующий хи¬мический состав: 3,0-3,8% углерода, 2,2-3,0% кремния, 0,5-11,0% марганца, до 0,12% серы и до 0,2% фосфора. Углерод и кремний являются важнейшими элементами, входящими в состав чугуна. Они оба способствуют выделению углерода в форме графита и, понижая температуру плавления чугуна, обеспечивают его высокие литейные и технологические свойства. Углерод присутствует в чугуне в форме графита и в связанном состоянии — в виде цементита. Кремний в чугуне растворяется в его металлической основе и способствует про¬цессу выделения графита.

Марганец увеличивает твердость чугуна, так как препятствует процессу выделения углерода в свободном состоянии. С углеродом марганец образует химическое соединение Мn3С — карбид марганца, способный растворяться в цементите, увели¬чивая его устойчивость. Следовательно, действие марганца на свойства чугуна обратно действию кремния.

Поэтому, если содержание марганца в чугуне повышено, то для устранения его отбеливающего действия увеличивают содержание кремния.

Сера попадает в чугун из руд и топлива и считается вредной примесью. Она способствует отбеливанию чугуна, делает его тугоплавким и склонным к образованию газовых пузырей в отливках.

Фосфор в небольших количествах является полезной примесью, увеличивающей жидкотекучесть серого чугуна, что является особо ценным при производстве тонкостенного литья. Так, при изготовлении художественных изделий, отличающихся боль¬шой ажурностью, содержание фосфора повышают до 1 и более процентов. Однако значительное содержание фосфора в чугуне вследствие образования хрупких фосфидных соединений сильно понижает его механические свойства.

Водород является также вредной примесью. Попадая в чугун из влажного воздуха и шихты, он повышает устойчивость цементита, вызывает отбел и образование раковин в отливках.

Таким образом, углерод и кремний способствуют процессу графитообразования в чугуне, а марганец, сера, кислород и во¬дород, наоборот, препятствуют этому процессу. Из легирующих элементов никель, алюминий и медь являются графитизаторами, а хром, вольфрам, молибден, ванадий — карбидообразователями.

Характеристики и виды чугуна

​В состав чугуна входят железо, углерод и разнообразные примеси, которые придают сплаву определенные свойства. Массовая доля углерода в материале должна быть не менее 2,14%, иначе это будет не чугун, а сталь. Этот элемент придает сплаву повышенную твердость, но снижает его ковкость и пластичность. Поэтому чугун является достаточно хрупким материалом. Из других постоянных примесей стоит выделить кремний, марганец, серу и фосфор. В некоторые марки чугуна вводят дополнительные присадки, которые позволяют придать сплаву дополнительные свойства. В качестве легирующих элементов используются хром, никель, ванадий и алюминий.

Плотность чугуна составляет 7,2 грамма на сантиметр кубический. Это является достаточно высоким показателем для металлов и их сплавов. Чугун отлично подходит для литья при производстве разнообразных изделий для всех отраслей промышленности. По этому показателю он незначительно уступает сталям некоторых марок, превосходя все остальные сплавы железа.

 

 

Температура плавления чугуна составляет 1200 градусов по Цельсию, что на 250-300 градусов ниже, чем необходимо для плавления стали. Это связано с повышенным содержанием углерода и как следствие его менее тесной связью с атомами железа на межмолекулярном уровне. При выплавке чугуна и последующей кристаллизации весь углерод не успевает внедриться в структурную решетку железа, поэтому чугун получается хрупким. Его не используют для производства продукции, которая будет эксплуатироваться под воздействием постоянных динамических нагрузок. Зато он идеально подходит для деталей, к которым предъявляется требование повышенной прочности.

 

Технология получения чугуна

 

Получение чугуна — очень материалоемкий процесс, требующий серьезных затрат. На получение одной тонны сплава уходит около 550 килограмм кокса и 900 литров воды. Затраты руды зависят от содержания в ней железа. Обычно используется сырье с массовой долей элемента не менее 70%, так как обработка более бедных руд экономически неоправданна. Такое сырье сначала проходит процедуру обогащения, а уже потом отправляется на переплавку. Производство чугуна проходит в доменных печах. Лишь около 2% от всего производимого в мире материала выплавляется в электропечи.

 

 

Технологический процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе в доменную печь загружают руду, которая содержит так называемый магнитный железняк (соединение двухвалентного и трехвалентного оксидов железа). Также в качестве сырья могут использоваться руды с содержанием водной окиси железа или его солей. Вместе с сырьем в печь загружают коксующиеся угли, которые предназначены для создания и поддержания высокой температуры. Кроме того продукты их горения принимают участие в химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Дополнительно в топку подает флюс, который выступает в качестве катализатора и помогает породам быстрее плавиться, освобождаю тем самым железо. Стоит отметить, что перед попаданием в доменную печь руда проходит специальную предварительную обработку. Они измельчается при помощи дробильной установки, так как мелкие частицы быстрее расплавятся. Затем ее промывают, чтобы удалить все лишние элементы, которые не содержать металла. После этого высушенное сырье проходит обжиг в специальных печах, который позволяет удалить из соединений серу и другие чужеродные элементы.

 

 

Когда доменная печь загружена и готова к эксплуатации начинается второй этап производства. После запуска горелок кокс начинает разогревать сырье, выделяя при этом углерод, который, проходя через воздух, реагирует с кислородом и образует оксид. Этот оксид активно участвует в восстановлении железа из соединений, находящихся в руде. При этом, чем больше газа становится в печи, тем слабее протекает химическая реакция. После достижения определенной пропорции она им вовсе прекращается. Избыток газов используется как топливо для поддержания температуры в печи. Такой подход имеет несколько положительных моментов. Во-первых, снижаются затраты ископаемого горючего, что несколько удешевляет производство продукции. А, во-вторых, продукты горения не выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее вредными примесями, а продолжают свое участие в технологическом процессе.

 

 

Избыток углерода смешивается с расплавом и, поглощаясь железом, образует чугун. Все не расплавившиеся элементы породы всплывают на поверхность и удаляются из материала. Отходы называют шлаком, который затем пойдет на производство других материалов. После удаления всех лишних частиц в расплав при необходимости добавляют разнообразные присадки. Таким способом получают два вида сплавов: передельный и литейный чугун.

 

Разновидности чугуна

 

Передельный материал используется для производства стали кислородно-конвертерным способом. Этот вид характеризуется низким содержанием марганца и кремния в составе сплава. Литейный чугун идет на производство разнообразной продукции. Он делится на пять разновидностей, который стоит рассмотреть более детально. Белый чугун является сплавом, в котором избыточная часть углерода содержится в виде цементита или карбида. Свое название он получил за характерный белый цвет в районе излома. Массовая доля углерода в нем составляет более 3%. Этот материал характеризуется повышенной ломкостью и хрупкостью, поэтому его использование весьма ограничено.

Применяется данный вид при производстве простых деталей, которые работают в статических условиях и не несут дополнительной нагрузки. Добавление в сплав легирующих присадок позволяет повысить технические характеристики материала. Для этих целей используется никель или хром, реже алюминий и ванадий. Марка данной разновидности, которая носит название «сормайт» используется в качестве нагревательного элемента в различных устройствах. Она обладает хорошими показателями удельного сопротивления и без проблем работает при температурах до 900 градусов по Цельсию. Из белого чугуна изготавливают ванны для бытовых нужд.

 

 

Серый чугун — наиболее распространенная разновидность материала, которая применяется во многих отраслях народного хозяйства. В этом сплаве углерод присутствует в виде графита, перлита или феррито-перлита. Массовая доля углерода находится на уровне 2,5%. Материал обладает высокой для чугуна прочностью, поэтому используется для производства деталей, имеющих циклическую нагрузку определенного уровня. Из него изготавливают втулки, корпуса различного промышленного оборудования, кронштейны, зубчатые шестеренки.

Графит значительно улучшает действие смазки и снижает влияние трения, так что детали обладают повышенной стойкостью к этому виду износа. При необходимости эксплуатации в агрессивных средах в состав серого чугуна вводятся дополнительные элементы, которые позволят выдержать негативное воздействие. К ним можно отнести никель, хром, молибден, бор, сурьму, медь. Эти элементы позволяют защитить чугун от влияния коррозии. Также некоторые из них повышают уровень графитизации свободного углерода в сплаве, что позволяет создать защитный барьер, через который не могут пробиться какие-либо разрушающие элементы.

 

 

Половинчатый чугун является промежуточным материалом между первыми двумя разновидностями. В нем часть углерода содержится в виде графита, а часть — в виде карбида. Также в сплаве могут в незначительных долях присутствовать цементит (до 1%) и лидебурит (до 3%). Массовая доля углерода в материале составляет 3,5-4,2%. Эта разновидность используется для производства деталей, которые будут проходить эксплуатацию в условиях постоянного трения. К ним относятся тормозные колодки для автомобильной промышленности и разнообразные измельчительные валки для станков. Для повышения износостойкости в сплав по традиции вводятся легирующие присадки.

 

 

 

Ковкий чугун является разновидностью белого сплава, который был подвергнут специальному отжигу с целью графитизации свободного углерода в составе материала. Этот вид обладает улучшенными демпфированными свойствами по сравнению со сталью. К тому же он менее чувствителен к надрезам и хорошо проявляет себя в работе при низких температурах. Углерод, массовая доля которого составляет до 3,5%, находится в сплаве в виде феррита, феррито-перлита или зернистого перлита с вкраплениями графита. Используется данный материал в автомобильной промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях постоянного трения. Для повышения его эксплуатационных характеристик в сплав добавляют магний, бор и теллур.

Высокопрочный чугун получается в результате образования в сплаве шаровидной формы включения графита в металлическую решетку. Это ослабляет металлическую основу кристаллической решетки и приводит к появлению улучшенных механических свойств. Процесс образования шаровидного графита производится путем введения в сплав магния, церия, иттрия и кальция. По своим техническим характеристикам материал очень близок к высокоуглеродистой стали. Он хорошо поддается литью и способен заменять стальные литые элементы в механизмах. Высокий уровень теплопроводности позволяет использовать данный вид при изготовлении отопительных приборов и трубопроводов.

 

Какие трудности испытывает чугунная промышленность?

 

Перспективы развития чугунной промышленности выглядят не особо радужно. Высокий уровень затрат на производство одной тонны материала и большое количество отходов заставляют промышленников искать более дешевые заменители. Быстрое развитие науки уже сейчас позволяет получать лучшие сплавы при меньших затратах. А в условиях глобальной экологической опасности не обращать внимания на загрязняющий фактор производство недопустимо. Поэтому металлурги по всему миру отказываются от доменных печей в пользу электрического оборудования.

 

 

Но перевести выплавку чугуна на эти рельсы в кратчайшие сроки физически невозможно. Это потребует колоссальных финансовых затрат, которые не потянет ни одно государство. Так что остается лишь ждать, как скоро промышленники сумеют наладить массовый выпуск новых сплавов. Полностью отказаться от чугуна в ближайшие десятилетия, конечно, не получится, но его мировое производство неуклонно будет снижаться. Эта тенденция наблюдается уже в течение последних 5-7 лет.

отличие от стали, температура плавления чугуна и стали

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.

3 метода определения + 5 классификаций

Чем отличается сталь от чугуна: преимущества/недостатки чугуна и стали в промышленности и быту + 3 особенности стальных сплавов + 5 критериев классификации металла + разбор 11 базовых характеристик сплавов + 3 метода определения материала.

Сталь и чугун – два наиболее популяризированных материала в промышленности. Помимо глобального значения для металлургии, сплавы часто используются в бытовых условиях.

В сегодняшней статье мы опишем особенности данных материалов + расскажем, чем отличается чугун от стали + каким образом можно определить находящийся перед глазами металл вообще.

Что такое сталь?

В мире почти не имеется инструментария/оборудования, в содержании которого не присутствовала бы сталь. Материал настолько плотно вписался в жизнь человечества, что представить свое существование без данного сплава очень проблематично.

Первые образцы сплава были обнаружены еще в Турции. Возраст вещей насчитывал более 3 700 лет, а это значит, что стальные предметы пользовались популярность еще до нашей эры. Войны прошлого не обходились без использования стального оружия – дешево и прочно. Технология промышленного литья была разработана в начале 19 века Гентсманом.

11 таблиц характеризующих диаметр стальных труб

1) Структура и достоинства сплава

Большинство сплавов стали – это углерод + железо в разных пропорциях. Классический вариант материала имеет не более 2% углерода. Если речь о высоколегированных марках стали, то доля других металлов в составе может колебаться от 20% до 40%.

Преимущества стали	Недостатки материала
Материал имеет хороший запас прочности с твёрдостью.	Слабое сопротивление коррозии чистых марок стали без специальных легирующих добавок.
Обилие свойств, обусловленное вариативностью наполнения чистого железа легирующими примесями + методы обработки.
Упругость с вязкостью в оптимальном соотношении. Идеально для удержания статики, динамики и ударных нагрузок.	Увеличенная электромеханическая коррозия из-за свойства по накоплению электрической энергии.
Просто нарезать, варить и сгибать.
Длительный срок эксплуатации за счет высокого запаса прочности.	Существенный вес стальных конструкций + высокий риск брака из-за многоэтапного процесса изготовления.
Простота и дешевизна литья.

Лидерами в изготовлении стали считается Китай, и Япония с Индией. Россия стабильно входит в топ-5 стран по объемам производства, в том числе. Взяв во внимание географию ведущих производителей, легко догадаться, что Азия – это лидер стали в мире.

Важно: сталь не относится к чистым химическим элементам — это соединение на основе нескольких.

Широкий ассортимент стальных сплавов с различным уровнем прочности, стойкости к коррозии и прочим уникальными характеристиками возможен благодаря «гибкости» материала в отношении соединений с другими компонентами.

Особенности стальных сплавов:

• обязательное наличие 2 компонентов – углерода и железа. Первый отвечает за вязкость, а второй – прочность;
• при всем обилии методов добычи стали, полностью чистых вариаций добычи не существует. Любой сплав будет иметь до 1.2% кремния и до 0.5% марганца. При незначительных вкраплениях, такие примеси не сильно влияют на свойства получаемого сплава;
• для изменения свойств материала, в сплавы искусственным путем вводятся другие металлы в технологически оговоренных пропорциях.

Важно заметить, что для смены характеристик сплава иногда достаточно ввода всего 5% легирующего компонента. Такой разнобой позволяет масштабировать производство металла по усмотрению владельца, основываясь на спросе или уровне конкуренции внутри локального/глобального рынка.

Справочные значения веса стального круга

2) Классификация стали

В 2020 году трудно определить весь перечень марок стали, которые доступны в рамках производства по всему миру. Каждые пару недель добавляются новые вариации материалов, а если брать во внимание и авторские разработки, число разновидностей стальных сплавов может быть в разы больше от известного сейчас официально.

Детальнее о распределении стальных сплавов расскажет таблица ниже.

Классификатор	Составляющие	Описание
Химия	Углеродистые	Распределение происходит в зависимости от доли содержания углерода. Для малоуглеродистых типов стали – это не более 0.3%, а пиковое значение не более 0.7%.
	Легированные	Стали с добавками из марганца, хрома, никеля, молибдена и прочих элементов. Низколегированная сталь содержит не более 2.5% примесей, а высоколегированные – выше 10%.
Структурный состав	Перлитная	Чистые марки стали с небольшим содержанием углерода и легированных примесей.
	Мартенситная	Разновидности материала с большим числом и объемами добавок.
	Аутенитная	Высокое содержание примесей – высоколегированные марки стали.
Раскислитель	Спокойная	Сталь без примесей закиси железа. Из-за дороговизны производства используется только в стратегических узлах металлоконструкций.
	Полуспокойная	Отвердевает без кипения, однако, имеются мелкие вкрапления газовых пузырьков. Часть из них удаляется во время прокатки металла.
	Кипящая	Сталь содержит газы, которые отображаются в характеристиках материала – трещины при сварке и прочие дефекты.
Назначение	Строительные	Марки сталей, от которых требуют качественного сопротивления статическим/динамическим нагрузкам. Материал обязан хорошо поддаваться сварке.
	Инструментальные	Стали с высоким содержанием легирующих компонентов и углерода. Существуют штамповочные и режущие подтипы инструментальных сталей. Материалу присуща высокая теплостойкость, твердость + износостойкость.
	Конструкционные	В составе малое содержание марганца. Используются для решения большинства рутинных задач при строительстве.
Примеси	Рядовые	Вкрапление серы до 0.06%, а фосфора до 0.08%.
	Качественные	Вкрапление серы до 0.04%, а фосфора до 0.033%
	Высокого качества	Вкрапление серы до 0.026%, а фосфора до 0.023%
	Особо высокого качества	Вкрапление серы до 0.014%, а фосфора до 0.023%

Благодаря корректировкам легирующих вкраплений + определенному методу изготовления, в каждой из групп можно выделить еще от 20 до 100 марок материала.

Калькулятор веса стального квадрата

3) Производство стали + ценообразование

Суть изготовления стали – это выведение из чугуна лишних примесей. Для получения стального сплава, содержание серы и фосфора обязано опуститься ниже отметки в 0.1% — эти два химических элемента делают материал хрупким с низким порогом ломкости.

О методах изготовления стали расскажет таблица ниже.

Метод	Суть	Распространенность (из 5 ★)
Мартеновский	Основан на переплавке чугуна с рудой в особой печи при температурном режиме более 1 900 градусов по Цельсию – это позволяет выжечь лишний углерод. Легирующие компоненты добавляются в конце процесса. Далее, материал идет на прокат.	★★★★★
Конвертерно-кислородный	Метод с повышенной КПД. Из чугуна в печи «выдувают» примеси смесью кислорода с воздухом. Отжиг происходит быстрее + качество выше.	★★★★
Электроплавильный	Переплавка материала производится при температурном режиме более 2 100 градусов. Процесс протекает в печи закрытого типа – это исключает доступ газов. Из-за дороговизны используется редко, и только для высоколегированных марок.	★★
Прямой	Продувка чугуна производится на месте добычи. В роли топлива выступает природный газ – смесь кислорода, аммиака и прочих элементов. Температурный режим -1 000+ градусов.	★★★

После применения одного из методов, процесс изготовления стали не завершается. Результатом работы должен быть материал с высоким запасом прочности, а достигнуть таковых результатов без дополнительных методов обработки не получится.

Направление	Метод	Описание
Термическое	Отжиг	Сталь резко поддается температурному нагреву, после чего, охлаждается на разной скорости.
	Закалка	Перегрев + быстрое остывание.
	Отпуск	Дополнение закалки для уменьшения напряжения сплава.
	Нормализация	Аналог отжига, но на воздухе.
Термомеханическое	Высокотемпературный	Механическое воздействие происходит при сохранении материалом нагрева.
	Низкотемпературный	Холоднокатаная сталь. Сначала идет нагрев, потом частичное охлаждение до предела в 400-500 градусов, и дальнейшая закалка.
Термохимическое	Цементация	Верхняя часть поверхности стали насыщается углеродом, что делает корку более износостойкой.
	Азотирование	Вкрапление в материал азота для получения верхнего защитного слоя.
	Цианирование	Совокупное насыщение азотом и углеродом.

Цена на сталь столь же разнообразна, как и ее количество марок. На биржах для удобства используют термин «условная сталь» — от 230$ за 1 тонну материала. Если речь идет о нержавеющих марках, стоимость может повышаться до 2 000$ за 1000 кг и более.

Что такое чугун?

Чугун является сплавом ферума с углеродом, но долевое содержание второго обязано быть выше 2%. В обратном случае – это будет уже сталь. Впервые литьем материала начали заниматься в Китае – Х век. Далее, чугун равномерно распределился по всем развитым уголкам планеты, и стал одним из самых распространенных металлических сплавов на земле.

Сварка чугуна в домашних условиях

В топ-5 стран по объемам производства чугуна входят Китай, Япония, Россия, Индия и Корея. Высокий спрос материала следует не только из-за его бытового применения. Чугун часто используют как основу для изготовления стальных сплавов, а это значит, что по объемам материала требуется крайне много.

Преимущества чугуна	Недостатки сплава
Некоторые марки чугуна имеют уровень прочности сродни стали.	При длительном воздействии воды, на поверхности чугуна начнутся процессы коррозии.
Равномерное распределение тепла + длительное его хранение.
Эко-материал, а потому безопасен при производстве посуды.	Стоимость чугуна выше классической стали.
Имеет стойкость к кислотно-щелочным средам.
Высокий уровень гигиеничности.	Серый чугун не пластичен, а белый слишком хрупкий.
Долговечность за счет высокого сопротивления коррозии.

Выделяют 2 основных типа чугуна – белый и серый. Первый является материалом для изготовления ковкого чугуна, а второй имеет более широкие области применения как в промышленности, так и быту.

С особенностями добычи сплавов можете ознакомиться на рисунке выше. В процессе создания сплава, важную роль отыгрывает легирующая добавка (как и в случае со сталью). Число примесей насчитывает сотни, но к наиболее популярным относят 4 элемента.

Популярные примеси при изготовлении чугуна:

• сера. Понижает уровень тугоплавкости вещества + снижает его текучесть в жидком состоянии;
• фосфор. Снижает прочность, но взамен дает возможность разработать изделие более сложной формы;
• кремний. Понижает литейную температуру. Доля примеси меняет тип чугуна;
• марганец. Увеличивает прочность чугуна, но негативно сказывается на литейных и технологических свойствах сплава.

Помимо перечисленного списка, часто добавляется титан, никель, медь и алюминий. Примеси влияют как на химические свойства чугуна, так и его физику со структурой. В последнем случае имеется специальная классификация – перлитный, ферритный и перлитно-ферритный разновидности чугуна.

Отличие кроется в микроструктуре графита – шаровидный, пластичный, хлопьевидный или вермикулярный. Последняя форма создана специально для повышения качественных характеристик серого чугуна.

Области применения чугуна:

• основа для коленвалов и двигательных блоков. Хорошо зарекомендовал себя также при производстве тормозных колодок;
• одно из положительных свойств чугуна – устойчивость к температурам, что позволяет материал использовать при изготовлении оборудования, которое нацелено на жесткий климат с низкими температурами;
• изделия в металлургии ценятся за адекватную прочность с высокими показателями износостойкости;
• бытовое применение чугуна известно всем – раковины, батареи, мойки и так далее. Дороже обычной стали, но по качеству куда выше.

Материал даже нашел свое место среди любителей прекрасного. Чугун – это классический материал для произведений искусства, связанных каким-либо образом с металлами вообще. А кованые ворота – это признак состоятельности по сей день.

Чем похожи, и чем отличается сталь от чугуна?

Из-за широкого распространения материала, мы соприкасаемся с ним практически каждый день. Необходимость в знаниях, чем отличается чугун от стали возникает у небольшой части людей. Обычно – это либо работники металлургии/промышленности, или приемщики (сдающие) по металлу.

Полезно знать, в чем кроется различие материалов и для хозяек, ведь чугунные изделия куда дороже стальных аналогов. Будет обидно переплатить в 3-5 раз, и в итоге, попасться на обман настырного торгаша с рынка.

1) Схожесть/различие базовых характеристик

Общее между чугуном и сталью – категория материала. И первый, и второй имеют в своем составе углерод с железом. На этом общие черты сплавов заканчиваются. Даже при добавлении одинакового количества легирующих элементов, получаемый результат в эквиваленте характеристик не будет схож на 100% и даже 80%.

Теперь по различиям. Для упрощения восприятия, данные предоставим в виде таблицы.

Характеристика	Сталь	Чугун
Доля углерода в сплаве	Более 2%	Менее 2%
Содержание неметаллических примесей – серы, фосфора, магния и так далее.	Минимум	Большое количество
Хрупкость	Средне	Сильная
Уровень твердости	Высокий	Средний
Прочность	Выше чугуна	—
Уровень ковкости	Выше чугуна	—
Простота литья	—	Выше стали
Теплопроводимость	—	Выше стали
Закалка	Нужна	Не обязательно
Методов обработки	Больше чугуна	—
Масса	—	Больше стали

Уже на основании представленной выше информации можно сделать определенные выводы, даже просто взяв два образца материалов в руки. Важнейшим же отличительным признаком на уровне состава является доля углерода. Если в сплаве содержится 2.5% данного элемента – сплав считается уже чугунным, а не стальным.

Методы определения стали и чугуна в домашних условиях:

2) Чем отличается чугун от стали: методы определения материала

Существует 2 направления по выявлению типа материала – лабораторный и практический. Естественно, для более точных данных, таких как тип сплава, его легирующие добавки, содержание углерода до сотой доли процента и так далее, придется использовать методы спектрального и микроскопического анализа.

Для бытовых нужд, когда необходимо знание исключительно названия сплава, сгодятся и способы механического воздействия на элемент исследования.

Метод	Описание
По излому	Приемлемо для элементов, которые пойдут далее на лом, ибо в процессе придется исследовать сплав в разрезе. Как его получить – это уже дело техники по усмотрению испытателя. Чугун на сломе темно-сероватого матового оттенка, а сталь имеет светлую глянцевую текстуру. В местах излома трещины у чугуна более выражены, ибо по характеристикам металл считается более хрупким.
Сверление	Выбираем сверло мелкого диаметра и проделываем неглубокое отверстие в исследуемом элементе. Стружка металла имеет витую форму, а длина кусков достигает длины самой насадки сверла. Чугунная стружка крошится сразу, и ее легко стереть в порошок.
Шлифование	Основным инструментом выступает шлифовальная машинка. Критерием оценки материала будет служить искра. У чугунных изделий она короткая и с красноватым оттенком + их мало. Стальные искры продолговатой формы с яркими цветами выраженного желтого и белого оттенков.

Последний способ определения может дать и 3-й результат – багровая искра с маленькими звездочками. Такое поведение при шлифовании материала говорит о повышенном содержании углерода в высоколегированных марках стали.

Надеемся предоставленная информация помогла вам разобраться, чем отличается сталь от чугуна. Большинство чугунных изделий априори выделяются на фоне стальных, потому, зная разницу весе и структуре, выявить, где какой сплав будет проще простого.

Производство чугуна в России, история развития

На протяжении нескольких сотен лет Российская Федерация находится в числе мировых лидеров по производству чугуна. Данный сплав применяется в самых разных сферах промышленности, используется для создания художественных и декоративных изделий. Эксперты говорят: чугун – это неотъемлемая часть жизни человека, он заслуженно считается одним из самых востребованных материалов. Сегодня мы предлагаем поговорить о черной металлургии, производстве чугуна и стали, их влиянии на человека. Обратимся и к хронике развития литейного дела в целом: вас ждут исторические факты и интересная информация!

История: медно-каменный век

Чугун – это металл, история которого насчитывает тысячи лет, ее корни уходят в эпохи до нашей эры. Вообще, историки датируют первые свидетельства возникновения металлургии VI-V тысячелетием до нашей эры. Тогда человек еще использовал камень для создания орудий, но ему уже попадались медные самородки. Принимая самородки за обычные камни и обрабатывая их тем способом, что применялся к любым камням, – просто ударяя друг от друга – человек понимал: данные камни не откалываются, а лишь деформируется, а потому им можно придать практически любую форму. Такой метод историки позднее назовут холодной ковкой. Так медь стала заменой камню, изготавливать рыболовные крючки, наконечники копий и кинжалы стало гораздо проще, к тому же качество таких изделий значительно превышало качество аналогов из камня и кости. В то же время усовершенствовалась обработка дерева, появилась возможность изготавливать мелкие детали. Кстати, ученые доказали: на тех территориях, где активно использовалась медь, появление колеса произошло существенно раньше. Это доказывает тот факт, что развитие человечества неразрывно и тесно связано с развитием металлургии.

Бронзовый век

Когда люди научились создавать бронзу – сплав, состоящий из меди и олова, человечество вступило в Бронзовый век. Сегодня историки не могут ответить на вопрос о том, как именно человек изобрел такой сплав. Большая часть исследователей считает: произошло это по чистой случайности, когда в емкость с расплавленной медью попало олово. Факт остается фактом: на протяжении целой тысячи лет люди воевали бронзовыми мечами и готовили еду в бронзовых котелках.

Железный век

Историки утверждают: добыть железо было куда проще, чем медь или олово. Все дело в том, что она встречается в виде окиси и закиси повсеместно. Так почему люди не начали применять железо раньше? Ответ прост: производство этого металла – процесс невероятно сложный и трудоемкий, проходящий в несколько этапов. На изучение данного процесса потребовалось не одно столетие развития. Потому неудивительно, что металлурги тех времен в народе считались настоящими колдунами, горящими магические вещи.

Первые упоминания о чугуне

Страной, в которой началось производство чугуна, сегодня считается Китай. Историки говорят, что произошло это примерно в пятом веке до нашей эры. В Поднебесной были крайне популярны монеты, предметы домашней утвари и разнообразное оружие, производимые из чугуна. До наших времен дошло множество чугунных отливок, к примеру, великолепный чугунный лев, высота которого составляет 6 метров, а длина – 5. Ученые доказали: эта статуя была отлита за один раз, что, несомненно, свидетельствует о большом мастерстве первых китайских металлургов.

Интересный факт: во всем мире началом производства ковкого чугуна считается XIX век нашей эры, хотя достоверно известно, что в Китае из него делали мечи еще до Рождества Христова!

Зарождение производства в России

Когда же началось производство чугуна в России? Археологические раскопки, проводимые на территории крупных городов Золотой Орды, доказывают: появление и развитие данного производства в России началось еще во времена татаро-монгольского ига! Определенную роль в этом сыграла близость монгольского царства к Китаю.

Практически во всех татаро-монгольских городах проживали русичи, которые имели здесь и собственные мастерские, и торговые ряды. Они не только перенимали знания местных мастеров, но и делились своими. После того как Орда пала, технологии продолжили развиваться и совершенствоваться. Уже в XVI веке, при Василии Третьем и Иване Грозном, производство литейного чугуна стало активно применяться в артиллерии, в основном из него изготавливались ядра и небольшие пушки. Тогда же, говорят историки, чугун применялся и в отливке колоколов. Основное производство проходило в таких городах, как Москва и Тула. Стоит отметить, что вплоть до XVII века подобных технологий Европа не знала, а потому заводы России могли активно экспортировать различные орудия и ядра из чугуна в европейские страны.

Активное развитие

Во времена Петровской эпохи началось активное развитие производства чугуна и стали. Царь понимал: увеличение металлургических мощностей приведет Россию к развитию. Для реализации невероятных планов у Петра I было все необходимое: и материалы, и технологии производства. Именно при этом царе началось активное строительство заводов в Сибири, на Урале. За все время правления Петра Великого объемы производства чугуна и стали были увеличены в 770 раз, в России появилось 16 крупных металлургических заводов. Развитие продолжалось и после смерти императора, в конце XVIII века на территории Российской империи находилось более сотни заводов, страна стала мировым лидером в данной сфере. Одновременно с развитием отрасли развивались и отрасли применения металла. Из чугуна теперь изготавливали не только оружие, но и посуду, памятники, ворота и ограды.

Стоит отметить, что отечественные доменные печи, применяемые для производства чугуна, были признаны лучшими в мире. Для них была характерна наибольшая производительность даже при минимальных затратах. В XIX веке литейные были отделены от доменных, что позволило не только специализировать процесс, но и механизировать его. Именно в этот период появились труболитейные предприятия, цеха, производящие отливки ковкого чугуна.

Россия – мировой лидер

В XX веке Россия оборотов не сбавила и осталась лидером по отливке чугуна. В СССР от общего количества литья металлов объемы чугуна составляли порядка 75%.Он был сырьем номер один, его основными потребителями являлись оборонная промышленность и сельское хозяйство. Именно из чугуна специалисты изготавливали детали и различные агрегаты для техники. Стоит отметить, что и сегодня Россия сохраняет лидирующие позиции по объему производства и применения чугуна. Из него делают не только крупногабаритную продукцию, но и такую тонкую работу, как элементы ворот, украшения, печное литье и сувениры!

Производство чугуна: необходимое оборудование

Начнем с определения. Чугуном принято называть сплав железа с углеродом, причем углерода здесь должно быть не менее 2%. Так как же происходит процесс производства чугуна? В первую очередь для этого необходима огромная доменная печь. Ее габариты поражают: высота такой печи составляет 30 м, а внутренний диаметр равен 12 м. Самая широкая часть печи называется распаром, нижняя, через которую в печь попадает горячий воздух, — горн, верхняя – шахта. Кстати, на верхней части находится специальное отверстие – колошник, который закрывается специальным затвором. Принцип работы доменной печи заключается в противотоке: снизу в нее подается воздух, а сверху – материалы. Необходимые для производства чугуна материалы включают в себя флюс (без него не может образоваться шлак), кокс (он необходим для нагрева воды, ее расплавления и восстановления) и руду (которая, собственно, и является основным сырьем).

Для производства также потребуются:

• вагонетки;
• транспортеры;
• бункеры;
• специальный кран и др.

Сырье

Знакомство со сплавами, производством чугуна и стали начинается еще в школе – эта тема предусмотрена в рабочей программе по химии. В учебниках рассматриваются состав железной руды: это само рудное вещество, то есть карбонаты железа, силикаты и окислы, и пустая порода, состоящее из доломита, песчаника, известняка и кварцита. Следует отметить, что в разной руде может присутствовать разное количество рудного вещества. Именно по этому критерию руду разделяют на бедную и богатую. Первая отправляется на обогащение, а вторая может сразу использоваться в производстве.

Для того чтобы произвести тонну чугуна, потребуются: три тонны руды, тонна кокса, двадцать тонн воды. Количество флюса зависит от того, к какому типу относится руда.

Виды железных руд

Прежде чем мы перейдем к знакомству с процессом производства чугуна, предлагаем информацию о видах железных руд. Это может быть:

1. Бурый железняк. Для него характерно содержание 25-50% железа в форме так называемых водных окислов. Пустая порода отличается глинистостью.
2. Гематит (его еще называют красным железняком). Это безводная окись, содержание вредных примесей здесь минимально. Железа здесь около 45-55%.
3. Магнитный железняк. Содержание железа составляет здесь около 30-37%. Пустая порода – кремнеземистая масса.
4. Сидерит (второе его название – шпатовый железняк) крайне легко окисляется, переходя при этом в форму бурого известняка.

Технология производства

Технология производства чугуна состоит из нескольких этапов. Начинается все с подготовки руды: ее сортируют по химическому составу и, конечно, размеру. Крупное сырье дробят, а мелкие частицы или рудную пыль окусковывают. На этом же этапе происходит и обогащение бедных руд. Кроме того, в процессе подготовки удаляется значительная часть пустой породы, соответственно, содержание железа при этом увеличивается. Следующий этап технологии производства чугуна – подготовка топлива. Начинается все с кокса. В ходе данного этапа кокс подвергается грохочению – из него удаляют всю ненужную мелочь, которая может привести к потере топлива. Следующий этап доменного производства чугуна подготовка флюсов. Плюсы измельчается, из него отсеивают мелочь. После проведения этой процедуры все материалы загружаются в печь. Затем начинается непосредственно доменное производство чугуна: печь заправляют коксом, добавляют агломератор (так называется спеченная с флюсом руда), и снова вносят кокс.

Температуру, необходимую для выплавки, поддерживают с помощью вдувания подогретого воздуха. В процессе сгорания кокса в горне образуется углекислый газ. CO₂, проходя через кокс, становится CO. Далее окись углерода восстанавливает основную часть руды. При этом процессе железо становится твердым, переходя в ту часть печи, воздух в которой очень горячий. Здесь железо растворяется углерод внутри себя. Собственно, так и выглядит производство чугуна в доменной печи. Жидкий чугун из печи попадает в специальные ковши, из которых его выливают в предварительно подготовленные формы. Возможно выливание в специальные сборники-смесители, в которых сплав на протяжении некоторого времени будет сохраняться в жидком виде. Одновременно с доменным производством чугуна восстанавливается кремний, марганец и ряд других примесей.

Виды чугуна

Существует всего два вида чугунов: белые и серые. Разница между ними заключается в химическом составе и процессе термической обработки. Так, белые чугуны – результат очень быстрого охлаждения, тогда как серые получаются в результате медленного охлаждения. Для белых характерны такие качества, как хрупкость и твердость. Они крайне тяжело поддаются резке, в ее процессе от них откалываются куски. Потому белые чугуны используются только в качестве заготовок для производства других марок чугуна. Например, в результате обжига данного вида получаются ковкие чугуны. Обратите внимание: название «ковкий» не имеет ничего общего с процессом ковки. По мнению историков, появилось оно из-за того, что прежде из чугуна с такими характеристиками делали подковы. Такой вид активно применяется в сельскохозяйственном машиностроении и в автопромышленности. Главное отличие серых чугунов – пластичность, сочетающаяся с высокой прочностью. Это позволяет использовать их в таких сферах, как станкостроение, сельское хозяйство и автомобильная промышленность, бытовое использование.

Кстати, существуют так называемые половинчатые чугуны. Они имеют промежуточные свойства белых и серых видов. К тому же, регулируя интенсивность охлаждения данного сплава, можно получить разнообразные отливки, которые будут отличаться прочностью, пластичностью и другими свойствами. К чугунам со специальными свойствами относятся:

• антифрикционные, применяемые для изготовления втулок, валов, подшипников;
• износостойкие, необходимые для создания насосного оборудования, различных деталей для азотной промышленности, печного литья;
• жароскойкие, которые используются при изготовлении печного литья, трубокомплексов и газотурбинных двигателей;
• жаропрочные, подходящие для того, чтобы изготовить из них обжиговые печи детали арматуры и котлов;
• стойкие к коррозии, незаменимые для изготовления различных деталей в химической и авиационной промышленности, которые используются в агрессивных средах.

Характеристики чугуна

Для качественного чугуна характерны следующие качества:

• отличная теплоемкость;
• неплохая устойчивость к появлению коррозии;
• повышенная жаростойкость.

Эти и другие характеристики позволяют применять чугун и в быту, и в тяжелой промышленности. Особой популярностью пользуется посуда из чугуна российского производства. Из этого материала изготавливают не только сковороды и кастрюли, встречаются фондю, жаровни, формы для запекания, сотейники и грили.

Стоит отметить, что посуда из данного материала одинаково хорошо подходит для жарки блинов, приготовление тушеного мяса, каш, для томления плова. Дело в том, что чугун достаточно медленно нагревается, однако превосходно аккумулирует тепло и равномерно его распределяет. Эксперты говорят: производство посуды из чугуна занимаются разные компании. Все они выпускают изделия примерно одинакового качества. Из всего этого многообразия особо выделяется продукции петербургского завода «Нева». Именно этот завод является одним из крупнейших производителей чугунной посуды на территории Российской Федерации.

виды, состав, формула, производство, применение

Наверняка многие сталкивались в быту или же на производстве с чугунными изделиями. Этот материал обладает хорошей прочностью и превосходными литейными качествами.

Чугун это стальной, или же правильнее сказать, железоуглеродистый сплав, состоящий из железа и углерода, который имеет объем от 2,14 % до максимальных 6,67 % и может входить в состав как цементит или же графит. Чугун по определению относится к машиностроительному материалу, отличающемуся дешевизной, а также простотой в производстве и служит основой для выплавки стали. Его получение относится к сложным химическим процессам, протекающим на определенных стадиях производства.

Основные характеристики и состав

Данный сплав помимо железа с углеродом включает дополнительные примеси, влияющие на его свойства. Разнообразный состав чугуна, обеспечивает ему высокую твердость, текучесть, повышает хрупкость. В него включаются: сера, кремний, марганец, фосфор. Сплав чугуна из-за входящего углерода имеет высокие показатели по твердости, но при этом снижается ковкость, а также пластичность вещества. Для придания металлу особых характеристик добавляются некоторые присадки. В качестве легирующих компонентов применяются: никель, ванадий, а также хром, алюминий. Формула чугуна состоит из железоуглеродистой основы с дополнительными включениями. Обладает плотностью порядка 7,2 г/см3, что является довольно высоким значением для металлических соединений.

Состоит чугун из нескольких компонентов, из-за чего свойства его вариаций могут существенно отличаться. Кроме углерода и железа, состав включает до 2 % марганца, 1,2 % фосфора, 4,3 % кремния и до 0,07 % серы. Кремний отвечает за состояние жидкотекучести, значительно улучшает литейные качества, а также делает мягче. Для усиления прочности используют марганец. Добавление серы снижает тугоплавкость и понижает его жидкотекучесть. Кроме того, она оказывает вредное воздействие, проявляющееся в появлении на горячих отливках трещин (красноломкость). Наличие фосфора снижает механические свойства, однако позволяет отливать предметы сложной формы.

Структура чугуна выглядит как металлическая основа с включениями из графита. В зависимости от вида, включает перлит, пластинчатый графит, а также ледебурит. Данные элементы определяют его характеристики и присутствуют в различных количествах или же полностью отсутствуют.

Температура плавления составляет от минимальных +1160 °С до максимальных +1250 °С. Имеет высокие антикоррозионные показатели, активно противодействует как сухой (химической), так и влажной коррозии. Благодаря ему появилась на свет нержавейка – стальной сплав, имеющий высокое содержание хромовой составляющей.

Область применения

Чугун широко используется в машиностроении при отливке разнообразных деталей. Применяется для изготовления коленчатых валов, а также двигательных блоков. Кроме того, производятся высококачественные колодки, имеющие высокую устойчивость к трению.  Применяются при низких температурах, где применяется исключительно чугун благодаря своим высоким эксплуатационным свойствам. Данные качества используют при производстве различных элементов машин, где используется чугунный сплав для работы в жестком климате. Этот материал широко применяется металлургами благодаря превосходным литейным характеристикам и невысокой цене. Отлитые изделия имеют высокую износостойкость, повышенную прочность.

Многие сантехнические детали также изготавливаются из чугунной основы. Это батареи, радиаторы отопления, трубы, ванны, разнообразные раковины с мойками. Многие изделия служат и по сей день, хотя устанавливались несколько десятилетий назад. Эти предметы сохраняют первоначальный облик долгие годы и не требуют проведения реставрационных работ. Кроме того, чугунная посуда считается одной из самых удобных при готовке многих блюд.

Разновидности

Чугунный сплав по своим характеристикам подразделяется на передельный, а также литейный. Первый применяют при выплавке стали, используя кислородно-конвертерный метод. Данный вид отличается пониженным количеством марганца и кремния. Литейный чугунный материал служит для производства многочисленных деталей. Образцы изделий из этой основы можно увидеть на соответствующих фото.

К особой разновидности относятся никельхромистые сплавы (нихарды). К ним относится низкоуглеродистый, а также высокоуглеродистый чугун. Первый отличается усиленной прочностью, а второй – повышенной износостойкостью. Основными разновидностями являются белый и серый сплавы. Эти материалы отличаются содержанием углерода, а также свойствами. Кроме того, активно используются ковкие, легированные и высокопрочные виды.

Серый

Серые чугуны имеют низкую пластичность, вязкость, легко поддаются резке при обработке. Применяются при изготовлении неответственных деталей, а также элементов, работающих на износ. В сером чугуне углерод содержится в виде графита, перлита либо феррито-перлита. Его количество составляет около 2,5 %, что обеспечивает высокую прочность изделиям. Из серого сплава изготавливают корпуса различного промышленного оборудования, зубчатые шестеренки, кронштейны, втулки. Материал, содержащий высокое количество фосфора (порядка 0,3 – 1,2 %) обладает хорошей жидкотекучестью и применяется в художественном литье.

Белый

Содержит большое количество углерода (свыше 3 %), представленного в виде цементита либо карбида. Белый цвет в месте разлома данного материала дал название и соединению. Сплав этого вида имеет повышенную ломкость, а также хрупкость, что значительно сужает область использования. На его основе производят детали незамысловатой формы для выполнения статических функций без воздействия значительных нагрузок. Технические характеристики белого материала можно улучшить путем добавления легирующих компонентов. Для этого используется никель, хром, гораздо реже – алюминий либо ванадий. Марка с такими присадками называется «сормайт». Ее используют в качестве нагревательного элемента в разнообразных устройствах. Сормайт отличается стабильными характеристиками при температурных значениях не более +900 °С. Этот материал служит основой при изготовлении обычных бытовых ванн.

Ковкий

Этот вид получают из белого путем отливки с дальнейшей термообработкой. При этом применяется отжиг длительного воздействия, при котором цементит распадается, образуя графит. Этот процесс получил название графитизация с образованием в структуре углеродистых хлопьев. Графит приобретает такую форму благодаря продолжительному отжигу. Это положительно влияет на металлическую основу, которая становится более цельной, пластичной и вязкой.

Ковкий чугун прекрасно эксплуатируется при пониженных температурах и не сильно чувствителен к надрезам. Применяется при изготовлении элементов, работающих при непрерывном трении. Помимо этого, ковкий сплав служит основой для изделий весьма сложной конфигурации: угольники, тормозные колодки, тройники, автомобильные картеры для задних мостов и прочих конструкций. Улучшение свойств достигается путем добавления бора, теллура, магния.

Высокопрочный

Обладает повышенной прочностью и используется для получения изделий ответственного назначения, а в некоторых случаях заменяет даже сталь. Этот высокопрочный чугун получают добавлением в серый вид особых примесей (церий, кальций, иттрий, магний). Из него производят шестерни, поршни, коленчатые валы и прочие детали. Высокая теплопроводность позволяет отливать элементы для отопительных узлов, а также трубопроводов.

Легированный

Чугунный сплав легированного вида содержит дополнительные примеси. В состав входят в повышенном содержании титан, никель, хром, а также цирконий, ванадий, молибден, алюминий и прочие элементы. Они придают высокую прочность, твердость, износостойкость. Применяются легированные материалы при производстве деталей механизмов, взаимодействующих с газовыми, агрессивными средами, а также работающих под воздействием водных растворов.

Преимущества металла

Этот сплав относят к материалам, производимым черной металлургией. Его зачастую сравнивают со сталью при определении тех или же иных характеристик. Сделанный из чугуна предмет имеет невысокую стоимость по сравнению со стальным аналогом. Помимо этого, чугунные элементы имеют меньший вес и прочность. Эти свойства чугуна значительно расширяются за счет использования различных добавок в сплавы. Его параметры имеют следующие положительные качества:

• экологически чистый материал, что используется при производстве бытовых предметов, в том числе и посуды;
• устойчив к кислотно-щелочной среде;
• гигиеничен;
• способность длительного сохранения температуры;
• некоторые виды имеют прочность, сопоставимую со сталью;
• длительность эксплуатации, при которой его качественные показатели только улучшаются;
• полная безвредность для организма.

Производство

Получение чугунного сплава относится к материалоемким и затратным процессам. На выплавку одной тонны материала потребуется порядка 900 л обычной воды и около 550 кг кокса. Температура плавления составляет порядка +1200 °С, что требует наличия специфического плавильного оборудования. Для получения массы необходима руда, где массовая доля содержащегося железа составляет свыше 70 %. Обедненные рудные породы не используются по причине экономической неэффективности.

Материал выплавляют в особых доменных печах. Там железная руда проходит полный технологический цикл, начиная с восстановления оксидов руды и заканчивая получением на выходе чугунного сплава. Литье материала требует наличия топлива: кокса, термоантрацита, а также природного газа.  По окончании восстановительного процесса железо в твердой форме помещается в особую часть печи для растворения в нем углерода. После взаимодействия получается чугунная масса, которая в жидком виде опускается вниз. Нерасплавленные примеси выталкиваются на поверхность и впоследствии удаляются. Этот шлак применяется для производства многочисленных материалов. После удаления из расплава ненужных частиц, проводят добавление присадок для получения определенных марок чугунных сплавов.

10 ключевых вещей, которые каждый должен знать о приправе, чистке и уходе за чугунными сковородками «Food Hacks :: WonderHowTo

Чугун — одна из лучших поверхностей для приготовления пищи, но уход за ней — совсем другое дело. Это не так просто, как просто помыть ее в мыльной воде, как все ваши другие сковороды, и у всех разные представления о том, как это следует делать. Поначалу это кажется пугающим, но как только вы изучите основы, вы будете готовить лучшие стейки, домашнюю пиццу и жареную курицу в своей жизни.

Но прежде чем вы начнете готовить лучшую еду, которую вы когда-либо пробовали, давайте рассмотрим некоторые из наиболее важных вещей, которые вам нужно знать о добавлении приправ, чистке и уходе за вашей чугунной посудой.

№1. Приправа очень важна

Твердый черный слой, придающий чугуну блестящую поверхность, называется приправой или патиной. Как объясняет ученый-кулинар Гарольд МакГи в On Food and Cooking , патина образуется в результате окисления жиров, которое заставляет их «связываться друг с другом»…сформировать плотный, твердый, сухой слой. «Металл суперпористый, поэтому жиры заполняют поры и закрывают поверхность.

Изображение с сайта wonderhowto.com

Приправа предотвращает ржавчину сковороды и делает ее с антипригарным покрытием. Вы определенно не хотите пробовать использовать чугун без приправ — пористая поверхность делает его очень липким. Даже если на сковороде написано, что он предварительно приправлен, вы получите лучшую и более стойкую патину, если снова приправите ее самостоятельно

# 2. Не все масла созданы равными

Технически вы можете использовать практически любое масло для приправки чугунной посуды.Жир из бекона и кокосовое масло работают отлично, но некоторые масла дают лучшую патину, чем другие. Шерил Кантер исследовала химический состав приправы для чугуна и обнаружила, что льняное масло обеспечивает наилучшую антипригарную поверхность.

Как объясняет Кантер, льняное масло представляет собой высыхающее масло, что означает, что оно может образовывать твердую пленку в результате полимеризации. Высыхающее масло максимизирует полимеризацию жиров, а льняное масло является единственным пищевым олифой, поэтому оно создает лучшую патину.

Обратной стороной льняного масла является то, что оно дорогое, и его трудно найти, если вы не живете рядом с магазином товаров для здоровья. Если вы не можете его найти или не хотите тратить так много, то лучше всего использовать растительное масло или жир.

№ 3. Приправа может быть делом на весь день

Процесс приправки чугунной посуды состоит из покрытия ее маслом, нагревания в духовке, дачи остывания и повторения. Вам решать, сколько раз вы будете повторять, но чем больше вы это делаете, тем лучше будет ваша патина.С каждым разом слой масла становится немного толще и сияет.

Важно использовать очень тонкий слой масла. Если добавить в сковороду слишком много масла, она станет липкой, и вам придется начинать все сначала. Поставьте сковороду вверх дном на центральную решетку духовки, подложив под нее противень или фольгу, чтобы стекали капли.

Canter предлагает цикл продолжительностью один час в духовке и два часа на охлаждение. Если вы будете следовать ее методу, убедитесь, что у вас достаточно времени — она ​​проводит в кастрюле шесть циклов.Но, если вам не хочется тратить на это весь день, вы можете обойтись одним или двумя.

№ 4. В конце концов, его нужно будет повторно заправить

Даже если вы тщательно ухаживаете за своим чугунным чугуном, его, вероятно, в какой-то момент потребуется повторно заправить. Когда приправа начинает тускнеть (или кто-то случайно пропустил ее в посудомоечной машине), просто промойте ее теплой мыльной водой и кистью и повторите процесс.

Изображение с blogspot.com

Если ваша сковорода заржавела, вам сначала нужно удалить ржавчину.Вы можете использовать стальную вату, дать ей пропитаться белым уксусом и водой или даже протереть ее кошерной солью и картофелем. Как только ржавчина исчезнет, ​​вы можете повторно заправить сковороду.

№ 5. Его нельзя мыть, как другую посуду

Чугун невероятно прочен, но приправа гораздо более нежная, чем сам металл. Чтобы защитить его, вы должны быть осторожны при стирке. Ни в коем случае нельзя мыть его в посудомоечной машине и стараться не использовать мыло. Если ваша сковорода очень хорошо приправлена, немного мягкого мыла не испортит ее, но все же может повредить патину.

Избегайте использования стальной мочалки или других абразивных чистящих средств (если вы не планируете повторное внесение приправы). Чугун никогда не следует замачивать в воде, его всегда следует тщательно просушивать перед хранением, чтобы предотвратить ржавление.

№ 6. Легче всего мыть, пока еще тепло

Проведя несколько часов на кухне, возникает соблазн просто оставить посуду мыть завтра утром, но это худшее, что можно сделать с чугунным чугуном. Если оставить на ночь, еда высохнет на сковороде, и ее будет сложнее удалить.

Если вы чистите чугун, пока он еще теплый после приготовления, возможно, вам достаточно быстро протереть его тканью или бумажным полотенцем. Если еда застряла или пригорела, вы можете вскипятить немного воды в кастрюле, чтобы она стала легче. Вы также можете использовать жесткую щетку, если щетина не металлическая.

№ 7. Соль отлично подходит для мытья полов

Когда вам нужно использовать немного смазки для локтей, лучшим инструментом для работы является грубая кошерная соль. Посолите сковороду, пока она еще теплая, и добавьте немного воды, чтобы получилась паста, затем потрите тканью или щеткой, чтобы удалить приставшую пищу.

№ 8. Масло следует смазывать после каждого использования

После того, как вы вымыли и высушили посуду, рекомендуется нанести очень тонкий слой масла тканью или бумажным полотенцем, прежде чем убирать ее. Это помогает защитить металл и сохранить антипригарную поверхность. Чтобы он оставался сухим и без ржавчины, перед хранением выстелите его бумажным полотенцем.

№ 9. Есть некоторые продукты, которые нельзя в них готовить

Продукты с высоким содержанием кислоты могут повредить приправу на сковороде при частом использовании.Иногда я готовлю что-нибудь с помидорами или красным вином в чугунной голландской печи, но некоторые люди утверждают, что даже иногда это слишком много.

Кислые ингредиенты не только повреждают сковороды, но и могут иметь металлический привкус при приготовлении в чугуне. Все, что вы готовите на сковороде, поглощает немного железа с поверхности, и реакция с кислотой может повлиять на вкус пищи.

№ 10. Со временем все становится лучше

Не расстраивайтесь, если пища прилипает к чугуну в первые несколько раз, когда вы ее используете.При правильном уходе приправа со временем станет только лучше. Лучшее, что вы можете сделать для послевкусия сковороды, — это готовить с ним как можно чаще. В конце концов, возможно, вам даже больше не понадобится масло.

Есть ли у вас какие-либо советы и рекомендации по чугуну, которых нет в списке? Делитесь ими с нами в комментариях.

Хотите освоить Microsoft Excel и вывести свои перспективы работы на дому на новый уровень? Начните свою карьеру с нашего пакета обучения Microsoft Excel Premium A-to-Z из нового магазина гаджетов и получите пожизненный доступ к более чем 40 часам инструкций от базового до продвинутого по функциям, формулам, инструментам и многому другому.

Купить сейчас (97% скидка)>

Чугунная сковорода, изображения льняного масла через Shutterstock, ржавый чугун через The Tiny Hummingbird .

Обработка железа | Britannica

Изучение производства и структурных форм железа от феррита и аустенита до легированной стали. Железная руда — один из самых распространенных элементов на Земле, и одно из основных ее применений — производство стали. В сочетании с углеродом железо полностью меняет свой характер и становится легированной сталью. Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотрите все видеоролики к этой статье

Обработка чугуна , использование процесса плавки для превращения руды в форму, из которой можно создавать продукты.В эту статью также входит обсуждение добычи чугуна и его подготовки к плавке.

Железо (Fe) — относительно плотный металл серебристо-белого цвета и отличительными магнитными свойствами. Он составляет 5 процентов от веса земной коры и является четвертым по распространенности элементом после кислорода, кремния и алюминия. Он плавится при температуре 1538 ° C (2800 ° F).

Железо аллотропно, то есть существует в разных формах. Его кристаллическая структура может быть объемно-центрированной кубической (ОЦК) или гранецентрированной кубической (ГЦК), в зависимости от температуры.В обеих кристаллографических модификациях основная конфигурация представляет собой куб с атомами железа, расположенными по углам. Есть дополнительный атом в центре каждого куба в модификации ОЦК и в центре каждой грани в ГЦК. При комнатной температуре чистое железо имеет ОЦК структуру, называемую альфа-ферритом; это сохраняется до тех пор, пока температура не поднимется до 912 ° C (1674 ° F), когда он трансформируется в структуру с ГЦК, известную как аустенит. При дальнейшем нагревании аустенит остается до тех пор, пока температура не достигнет 1394 ° C (2541 ° F), после чего снова появится ОЦК-структура.Эта форма железа, называемая дельта-ферритом, сохраняется до тех пор, пока не будет достигнута точка плавления.

Чистый металл податлив и ему легко придать форму путем удара молотком, но, помимо специальных электрических применений, он редко используется без добавления других элементов для улучшения его свойств. В основном он появляется в сплавах железа с углеродом, таких как стали, которые содержат от 0,003 до примерно 2 процентов углерода (большая часть находится в диапазоне от 0,01 до 1,2 процента), и чугуны с содержанием углерода от 2 до 4 процентов.При типичном для стали содержании углерода образуется карбид железа (Fe ₃ C), также известный как цементит; это приводит к образованию перлита, который в микроскоп можно увидеть как состоящий из чередующихся пластин альфа-феррита и цементита. Цементит тверже и прочнее феррита, но гораздо менее податлив, поэтому за счет изменения количества углерода можно получить очень разные механические свойства. При более высоком содержании углерода, типичном для чугунов, углерод может выделяться либо как цементит, либо как графит, в зависимости от условий производства.Опять же, получается широкий спектр свойств. Эта универсальность железоуглеродистых сплавов приводит к их широкому использованию в технике и объясняет, почему железо на сегодняшний день является наиболее важным из всех промышленных металлов.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

История

Есть свидетельства того, что метеориты использовались в качестве источника железа до 3000 г. до н. Э., Но извлечение металла из руд датируется примерно 2000 г. до н. Э. Производство, по-видимому, началось в медеплавильных регионах Анатолии и Персии, где использование соединений железа в качестве флюсов для облегчения плавления могло случайно вызвать накопление металлического железа на дне медеплавильных печей.Когда производство чугуна было должным образом налажено, вошли в употребление два типа печей. Чашечные печи были сконструированы путем выкапывания небольшого отверстия в земле и размещения воздуха из сильфона для подачи через трубу или фурму. С другой стороны, каменные шахтные печи полагались на естественную тягу, хотя иногда и использовали фурмы. В обоих случаях плавка включала создание слоя раскаленного угля, в который добавляли железную руду, смешанную с дополнительным количеством древесного угля. Затем произошло химическое восстановление руды, но, поскольку примитивные печи не могли достигать температуры выше 1150 ° C (2100 ° F), нормальным продуктом был твердый кусок металла, известный как блюм.Он мог весить до 5 килограммов (11 фунтов) и состоял из почти чистого железа с некоторым уловленным шлаком и кусками древесного угля. Затем для изготовления железных артефактов потребовалась операция по формованию, которая включала нагревание цветов в огне и удары молотком по раскаленному металлу для получения желаемых объектов. Изготовленное таким образом железо известно как кованое железо. Иногда кажется, что было использовано слишком много древесного угля, и сплавы железа с углеродом, которые имеют более низкие температуры плавления и могут быть отлиты в простые формы, были изготовлены непреднамеренно.Применение этого чугуна было ограничено из-за его хрупкости, и в раннем железном веке, похоже, только китайцы использовали его. В других странах предпочтительным материалом было кованое железо.

Хотя римляне построили печи с ямой, в которую можно было сливать шлак, до средневековья мало что изменилось в методах производства железа. К 15 веку многие блюмеры использовали невысокие шахтные печи с водяной силой для приведения в движение сильфонов, а блюм, который мог весить более 100 килограммов, извлекался через верхнюю часть шахты.Последней версией такого цветущего очага стала каталонская кузница, просуществовавшая в Испании до 19 века. Другая конструкция, высокая печь для обводки, имела более высокую шахту и превратилась в 3-метровую (10 футов) высоту Stückofen , которая давала такие большие блюмэны, что их приходилось удалять через переднее отверстие в печи.

Каталонский очаг или кузница, до недавнего времени использовавшаяся для плавки железной руды. Показаны способ загрузки топлива и руды и примерное положение сопла, снабжаемого воздухом сильфоном. От H.E. МакГаннон (ред.), Изготовление, формовка и обработка стали, , 9-е изд., Авторское право 1985 Ассоциацией инженеров черной металлургии

Доменная печь появилась в Европе в 15 веке, когда стало ясно, что чугун может быть использован для изготовления моноблочных ружей с хорошими характеристиками удержания давления, но было ли ее появление связано с китайским влиянием или было самостоятельной разработкой, неизвестно. . Поначалу разница между доменной печью и Stückofen была незначительной.Оба имели квадратное поперечное сечение, и основные изменения, необходимые для работы доменной печи, заключались в увеличении соотношения древесного угля и руды в шихте и выпуске летки для удаления жидкого железа. Продукт доменной печи стал известен как чугун из-за метода литья, который включал пропускание жидкости в главный канал, соединенный под прямым углом с рядом более коротких каналов. Все это напоминало свиноматку, которая кормила свой помет, и поэтому отрезки твердого железа из более коротких каналов были известны как свиньи.

Несмотря на военный спрос на чугун, для большинства гражданских применений требовался ковкий чугун, который до этого производился непосредственно в цехе. Однако появление доменных печей открыло альтернативный производственный путь; это включало преобразование чугуна в кованое железо с помощью процесса, известного как чистовая обработка. Кусочки чугуна помещали на очаг для украшений, на котором сжигали древесный уголь с обильным притоком воздуха, так что углерод в чугуне был удален путем окисления, оставив после себя полутвердое ковкое железо.С 15 века этот двухэтапный процесс постепенно заменил прямое производство чугуна, которое, тем не менее, сохранилось до 19 века.

К середине 16 века в юго-восточной Англии доменные печи работали более или менее непрерывно. Увеличение производства чугуна привело к дефициту древесины для древесного угля и к его последующей замене углем в виде кокса — открытие, которое обычно приписывают Аврааму Дарби в 1709 году. Поскольку более высокая прочность кокса позволила ему поддерживать большую загрузку, стали возможны печи гораздо большего размера, и еженедельно производилось от 5 до 10 тонн чугуна.

Затем, появление паровой машины для привода выдувных цилиндров означало, что доменная печь могла быть снабжена большим количеством воздуха. Это создало потенциальную проблему, заключающуюся в том, что производство передельного чугуна будет намного превышать возможности процесса оклейки. Ряд изобретателей предприняли попытки ускорить преобразование чугуна в ковкий чугун, но наиболее успешной из них был англичанин Генри Корт, который запатентовал свою печь для лужения в 1784 году. Корт использовал отражательную печь с угольным топливом для плавления шихты чугуна. к которому добавляли оксид железа, чтобы получить шлак.Встряхивание образовавшейся «лужи» металла привело к удалению углерода путем окисления (вместе с кремнием, фосфором и марганцем). В результате температура плавления металла повысилась, так что он стал полутвердым, хотя шлак оставался довольно жидким. Затем металл формуют в шарики и освобождают от максимально возможного количества шлака перед тем, как вынуть из печи и сжать молотком. В течение короткого времени пудлинговые печи могли обеспечивать достаточно железа, чтобы удовлетворить потребности в оборудовании, но снова мощность доменных печей резко возросла в результате изобретения шотландцем Джеймсом Бомонтом Нильсена в 1828 году печи горячего дутья для предварительного нагрева дутья. воздух и осознание того, что круглая печь работает лучше, чем квадратная.

Окончательное сокращение использования кованого железа было вызвано рядом изобретений, которые позволили печи работать при температурах, достаточно высоких для плавления железа. Тогда стало возможно производить сталь, которая является превосходным материалом. Во-первых, в 1856 году Генри Бессемер запатентовал свой конвертерный процесс для продувки воздухом расплавленного чугуна, а в 1861 году Уильям Сименс получил патент на свою регенеративную мартеновскую печь. В 1879 году Сидней Гилкрист Томас и Перси Гилкрист адаптировали преобразователь Бессемера для использования с фосфорным чугуном; в результате основной процесс Бессемера или Томаса получил широкое распространение на европейском континенте, где было много железных руд с высоким содержанием фосфора.В течение примерно 100 лет мартеновский и бессемеровский процессы совместно обеспечивали большую часть производимой стали, прежде чем их заменили кислородные и электродуговые печи.

Помимо впрыска части топлива через фурмы, с начала 19 века доменная печь использовала те же принципы работы. Однако размер печи заметно увеличился, и одна большая современная печь может обеспечивать сталеплавильный завод до 10 000 тонн жидкого чугуна в день.

На протяжении 20 века было предложено много новых процессов производства чугуна, но только в 1950-х годах появились потенциальные заменители доменной печи. Прямое восстановление, при котором железная руда восстанавливается при температурах ниже точки плавления металла, берет свое начало в таких экспериментах, как процесс Виберга-Содерфорса, введенный в Швеции в 1952 году, и процесс HyL, введенный в Мексике в 1957 году. Некоторые из этих методов выжили. а те, что сделали, были значительно изменены.Другой альтернативный метод производства чугуна, восстановительная плавка, был предшественником электрических печей, используемых для производства жидкого чугуна в Швеции и Норвегии в 1920-х годах. В эту технологию вошли методы, основанные на кислородных конвертерах для производства стали, использующих уголь в качестве источника дополнительной энергии, и в 1980-х годах она стала центром обширных исследований и разработок в Европе, Японии и Соединенных Штатах.

.

чугун — Викисловарь

английский [править]

Альтернативные формы [править]

Этимология [править]

Произведено отливкой этой формы чугуна. См. Для сравнения кованое железо.

Существительное [править]

чугун ( счетные и бесчисленные , множественные чугуны )

1. Твердый и хрупкий, но прочный сплав железа, углерода и кремния, полученный литьем в форме.

   Чугун популярен для изготовления посуды, где важна равномерная температура нагрева.

Переводы [править]

твердый, хрупкий сплав железа, углерода, кремния

Прилагательное [править]

чугун ( сравнительный больше чугун , превосходный наиболее чугун )

1. (не сопоставимы) Изготовлен из чугуна.

   Я использую для жарки блинов чугунную сковороду .

   • 2008 , Стивен П.Moysey, Дорога на Бэлкомб-стрит: Царство террора ИРА в Лондоне , Бингемтон, Нью-Йорк: Haworth Press, → ISBN , стр. 58:

     Три маленькие гелигнитовые бомбы с карманными часами для хронометража были спрятаны внутри пакеты, достаточно маленькие, чтобы поместиться в прорезь стандартного чугунного почтового ящика , цилиндрических ящиков ярко-красного цвета, столь распространенных по всему Лондону.

2. Durable; жесткий; стойкий.

   Эрнест чугун конституции и никогда не болеет.

3. Негибкие или все без исключения.

   Политика школы , чугун , касающаяся вступительных взносов, не оставляла свободы для малообеспеченных студентов.

   • 2016 , Род Лиддл, Что сердит белый рабочий класс? Твиты, как Сяо-Хун Пай (в The Spectator , 19 марта 2016 г.)

     Что касается ее собственных теорий, она безгранично доверчива, до такой степени, что я подозреваю, что она идиот чугун .

Синонимы [править]

Переводы [править]

прочный, прочный, упругий

негибкие или все без исключения

Связанные термины [править]

Анаграммы [править]

• C-рационы, Cortinas, Crisanto, Nicastro, Nicotras, anticors, cantoris, carotins, castorin, conistra, nicators, tricosan-

.

Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Эта статья о железе и металле. Для инструмента, называемого утюгом, см. Глажение.

Железо — это химический элемент и металл. Это самый распространенный химический элемент на Земле (по массе) и наиболее широко используемый металл. Он составляет большую часть ядра Земли и является четвертым по распространенности элементом земной коры.

Металл используется очень часто, потому что он прочный и дешевый.Железо — основной ингредиент, используемый для производства стали. Необработанное железо является магнитным (притягивается к магнитам), а составной магнетит — постоянно магнитным.

В некоторых регионах железо использовалось около 1200 г. до н. Э. Это событие считается переходом от бронзового века к железному веку.

Физические свойства [изменить | изменить источник]

Железо — серый серебристый металл. Он магнитный, хотя разные аллотропы железа обладают разными магнитными свойствами. Железо легко найти, добыть и выплавить, поэтому оно так полезно.Чистое железо мягкое и очень пластичное.

Химические свойства [изменить | изменить источник]

Железо реактивно. Он реагирует с большинством кислот, например с серной кислотой. При реакции с серной кислотой образует сульфат железа. Эта реакция с серной кислотой используется для очистки металла.

Железо реагирует с воздухом и водой с образованием ржавчины. Когда ржавчина отслаивается, появляется больше железа, что позволяет ржаветь большему количеству железа. В конце концов, вся железка заржавела. Другие металлы, такие как алюминий, не ржавеют.Железо можно легировать хромом, чтобы получить нержавеющую сталь, которая в большинстве случаев не ржавеет.

Порошок железа может реагировать с серой с образованием сульфида железа (II), твердого твердого вещества черного цвета. Железо также реагирует с галогенами с образованием галогенидов железа (III), таких как хлорид железа (III). Железо реагирует с галогеноводородными кислотами с образованием галогенидов железа (II), таких как хлорид железа (II).

Химические соединения [изменить | изменить источник]

Железо образует химические соединения с другими элементами. Обычно другой элемент окисляет железо.Иногда берутся два электрона, а иногда три. Соединения, в которых у железа есть два электрона, называются соединениями железа. Соединения, в которых у железа есть три электрона, называются соединениями трехвалентного железа. В соединениях двухвалентного железа железо находится в степени окисления +2. В соединениях трехвалентного железа железо находится в степени окисления +3. Соединения железа могут быть черными, коричневыми, желтыми, зелеными или пурпурными.

Соединения железа являются слабыми восстановителями. Многие из них зеленые или синие. Наиболее распространенное соединение железа — сульфат железа.

Соединения железа являются окислителями. Многие из них коричневые. Наиболее распространенное соединение железа — оксид железа, тоже самое, что ржавчина. Одна из причин, почему железо ржавеет, заключается в том, что оксид железа является окислителем. Он окисляет железо, ржавея даже под покраской. Поэтому если на краске останется небольшая царапина, все это может заржаветь.

Соединения железа (II) [изменить | изменить источник]

Соединения в степени окисления +2 являются слабыми восстановителями. Обычно они светлые.Они реагируют с кислородом воздуха. Они также известны как соединения железа.

• Сульфид железа (II), блестящее химическое вещество, которое реагирует с кислотами с выделением сероводорода, обнаружено в земле
• Сульфат железа (II), сине-зеленый кристаллический химикат, получаемый в результате реакции серной кислоты со сталью, используемый для уменьшения содержания ядов, таких как хромат, в бетоне.
• Хлорид железа (II), бледно-зеленый кристаллический химикат, получаемый при взаимодействии соляной кислоты со сталью
• Гидроксид железа (II), темно-зеленый порошок, полученный путем электролиза воды железным анодом, вступает в реакцию с кислородом и становится коричневым
• Оксид железа (II), черный, легковоспламеняющийся, редкий

Смешанная степень окисления [изменить | изменить источник]

Эти соединения редки; только один общий.Они находятся в земле.

Соединения железа (III) [изменить | изменить источник]

Соединения в степени окисления +3 обычно коричневые. Они окислители. Они едкие. Они также известны как соединения трехвалентного железа.

• Оксид железа (III), ржавчина, красно-коричневый, растворяется в кислоте
• Хлорид железа (III), ядовитый и едкий, растворяется в воде с образованием темно-коричневого кислого раствора. Производится реакцией железа с соляной кислотой и окислителем
• Нитрат железа (III), светло-фиолетовый, коррозионно-активный, используемый при травлении
• Сульфат железа (III), редко, светло-коричневый, растворяется в воде.Производится в результате реакции железа с серной кислотой и окислителем.

Во Вселенной много железа, потому что это конечная точка ядерных реакций в больших звездах. Это последний элемент, который должен быть произведен до того, как взрыв сверхновой звезды выбросит железо в космос.

Металл — главный ингредиент ядра Земли. На поверхности он находится в виде соединения железа или трехвалентного железа. Некоторые метеориты содержат железо в виде редких минералов. Обычно железо находится в земле в виде гематитовой руды, большая часть которой была произведена во время Великого события оксигенации.Железо можно извлечь из руды в доменной печи. Некоторое количество железа встречается в виде магнетита.

В мясе есть соединения железа. Железо является важной частью гемоглобина красных кровяных телец.

Железо производится на крупных заводах , , путем восстановления гематита углеродом (коксом). Это происходит в больших контейнерах, называемых доменными печами. Доменная печь заполнена железной рудой, коксом и известняком. Вдувается очень горячий поток воздуха, который вызывает возгорание кокса.Сильная жара заставляет углерод реагировать с железной рудой, забирая кислород из оксидов железа и образуя диоксид углерода. Двуокись углерода представляет собой газ, и он выходит из смеси. В утюг попал песок. Известняк, состоящий из карбоната кальция, превращается в оксид кальция и диоксид углерода, когда известняк очень горячий. Оксид кальция вступает в реакцию с песком, образуя жидкость, называемую шлаком. Шлак сливают, остается только чугун. В результате реакции в доменной печи останется чистое жидкое железо, где ему можно будет придать форму и закалить после охлаждения.Почти все металлургические заводы сегодня являются частью сталелитейных заводов, и почти весь чугун превращается в сталь.

Есть много способов работы с железом. Железо можно закалить, нагревая кусок металла и опрыскивая его холодной водой. Его можно смягчить, нагревая и давая ему медленно остыть. Его также можно штамповать с помощью тяжелого пресса. Его можно натянуть на провода. Из него можно прокатать листовой металл.

В Соединенных Штатах большая часть железа была извлечена из земли в Миннесоте, а затем отправлена ​​на корабле в Индиану и Мичиган, где из него превратилась сталь.

Как металл [изменить | изменить источник]

Железо используется больше, чем любой другой металл. Это прочно и дешево. Из него делают здания, мосты, гвозди, шурупы, трубы, фермы и башни.

Железо не очень реактивно, поэтому его легко и дешево извлечь из руды. После превращения в сталь он очень прочен и используется для армирования бетона.

Есть разные виды утюгов. Чугун — это чугун, производимый способом, описанным выше в статье. Он твердый и хрупкий.Он используется для изготовления таких вещей, как крышки ливневых стоков, крышки люков и блоки двигателя (основная часть двигателя).

Сталь — наиболее распространенная форма железа. Стали бывают нескольких видов. Мягкая сталь — это сталь с низким содержанием углерода. Он мягкий и легко сгибается, но не трескается. Используется для гвоздей и проволоки. Углеродистая сталь тверже, но более хрупкая. Используется в инструментах.

Есть и другие марки стали. Нержавеющая сталь из-за содержания хрома устойчива к ржавчине, а никель-железные сплавы могут оставаться прочными при высоких температурах.Другие стали могут быть очень твердыми, в зависимости от добавленных сплавов.

Кованое железо легко формуется и используется для изготовления заборов и цепей.

Очень чистое железо мягкое и может легко ржаветь (окисляться). Он также довольно реактивный.

Как соединения [изменить | изменить источник]

Соединения железа используются для нескольких целей. Хлорид железа (II) используется для очистки воды. Также используется хлорид железа (III). Сульфат железа (II) используется для восстановления хроматов в цементе. Некоторые соединения железа используются в витаминах.

Дефицит железа — самый распространенный дефицит питания в мире. ^{[1] [2] [3]}

Нашему телу необходимо железо, чтобы помочь кислороду добраться до наших мышц, потому что оно лежит в основе некоторых важных макромолекул нашего тела, таких как гемоглобин, которые заставляют его работать. лучше. Во многие крупы добавлено железо (элемент , металл, , железо). ^{[4] [5]} Его добавляют в крупы в виде крошечных металлических опилок. Иногда даже можно увидеть осколки, если взять очень сильный магнит и положить его в коробку.Магнит будет притягивать эти железки. Эти маленькие металлические стружки не вредны для нашего организма. ^[6]

Железо наиболее доступно для организма при добавлении к аминокислотам — железо в этой форме усваивается в десять-пятнадцать раз лучше, чем в качестве элемента. ^[7] Железо также содержится в мясе, например в стейке. Железо, содержащееся в пищевых добавках, находится в форме химического вещества, такого как сульфат железа (II), который дешев и хорошо усваивается. Организм не потребляет больше железа, чем ему нужно, и обычно ему нужно очень мало.Железо в красных кровяных тельцах перерабатывается системой, разрушающей старые клетки. Потеря крови в результате травмы или заражения паразитами может быть более серьезной. ^[8]

Железо токсично при попадании в организм большого количества. Когда принимается слишком много таблеток железа, люди (особенно дети) заболевают. Кроме того, существует генетическое заболевание, которое нарушает регуляцию уровня железа в организме.

Есть химические вещества, связывающиеся с железом, которые могут прописать врачи.

1. ↑ Центры по контролю и профилактике заболеваний (2002).«Дефицит железа — США, 1999–2000». MMWR . 51 : 897–9.
2. ↑ Hider, Robert C .; Конг, Сяоле (2013). «Глава 8. Железо: эффект перегрузки и дефицита». В Астрид Сигель, Гельмут Сигель и Роланд К. О. Сигель (ред.). Взаимосвязь между ионами эссенциальных металлов и болезнями человека . Ионы металлов в науках о жизни. 13 . Springer. С. 229–294. DOI: 10.1007 / 978-94-007-7500-8_8.
3. ↑ Длоуи, Эдриенн К.; Ауттен, Кэрин Э. (2013). «Глава 8.4 Поглощение, транспортировка и хранение железа». В Banci, Лючия (ред.) (Ред.). Металломика и клетка . Ионы металлов в науках о жизни. 12 . Springer. DOI: 10.1007 / 978-94-007-5561-1_8. ISBN 978-94-007-5560-4 . CS1 maint: дополнительный текст: список редакторов (ссылка) электронная книга ISBN 978-94-007-5561-1 ISSN 1559-0836 электронная ISSN 1868-0402
4. ↑ «Проверка прочности железа в зерновых». Министерство сельского хозяйства США.Проверено 29 января 2010.
5. ↑ Адамс, Сесил. Возвращение прямого наркотика . Нью-Йорк: Ballantine Books, 1994
6. ↑ Фелтон, Брюс. Единственный в своем роде . Нью-Йорк: Уильям Морроу и компания, 1992.
7. ↑ Пинеда О., Эшмид HD (2001). «Эффективность лечения железодефицитной анемии у детей грудного и раннего возраста с хелатом бис-глицината железа». Питание . 17 (5): 381–4. DOI: 10.1016 / S0899-9007 (01) 00519-6. PMID 11377130.
8. ↑ Эндрюс Н.С. 2000. Нарушения обмена железа. Медицинский журнал Новой Англии . Соответствующая переписка, опубликована в NEJM 342 : 1293-1294.

.