Знаете ли вы разницу между железом и нержавеющей сталью?

ru.natapa.org

Железо и сталь – это два вещества, которые часто встречаются в различных областях применения, таких как посуда, конструкция и т. Д. Эти два вещества часто путают, так как они похожи по цвету и составу. Сталь фактически сделана, смешивая железо с углеродом; следовательно, это побочный продукт железа. Однако они по-прежнему отличаются друг от друга, так как железо также используется для изготовления различных других сплавов.
Железо – это химический элемент, который в изобилии содержится в земной коре. Он часто составляет внешнее и внутреннее ядро ​​Земли и является четвертым наиболее распространенным элементом в коре. Он находится в периодической таблице элементов под символом Fe и атомным номером 26. Присутствие железа часто встречается на каменистых планетах, таких как Земля, из-за слияния в звездах с большой массой. Скалистые планеты обычно производят никель-56 (который распадается на самый распространенный изотоп железа) из последней экзотермической реакции ядерного синтеза. Железо существует в различных степенях окисления от -2 до +6, причем наиболее распространены +2 и +3.

Чистое железо блестящее серебристо-серое, но оно очень подвержено эрозии от ржавчины при попадании во влажный воздух. Чистое железо также очень мягкое и податливое, но его невозможно получить плавлением. Из-за отсутствия технологий в старину медные сплавы широко использовались в истории, пока этот процесс не был создан. Железо часто добывают из железных руд, которые находятся в земной коре. Железные руды подвергаются процессу извлечения, чтобы извлечь железо из породы и других веществ. Железо чаще встречается в формах сплавов, таких как стальные сплавы, сырое железо, кованое железо и чугун. Эти сплавы значительно упрочнены и закалены из-за таких примесей, как углерод. Если железо содержит углерод в соотношении 0,2% и 2,1%, оно становится сталью, которое может быть в 1000 раз тяжелее по сравнению с чистым железом. Сырой железный металл производится в доменных печах с использованием кокса (топлива) для превращения руды в чугун.

Железо также играет важную роль в биологии, где оно образует комплексы с молекулярным кислородом в гемоглобине и миоглобине и помогает транспорту кислорода и белков в организме. Чистые железные материалы с древних времен обычно не обнаруживаются из-за высокого уровня коррозии железа. Металлические шарики, найденные в Герце, Египет Дж. А. Уэйнрайтом, датируются 3500 г. до н.э., а также содержат около 7,5% никеля, что делает его железным сплавом. Также известно, что железо используется для создания кузнечного оружия и инструментов. Считается, что первое производство железа было в середине бронзового века, когда расплавленное железо было найдено в Месопотамии между 2700 и 3000 гг. До н.э. На самом деле хетты считаются первыми людьми, которые поняли добычу железа из его руд и высоко оценили его в своем обществе. Период между 1500 и 1200 г. до н.э. был назван железным веком. Кованое железо и чугун чаще всего используются в различных областях, таких как строительство, столовые приборы и производство стали.

Сталь – это сплав, то есть смесь двух или более металлических элементов или одного металлического и неметаллического элемента. Это чаще всего сделано из сплавления железа и углерода вместе. Хотя углерод является наиболее распространенным легирующим материалом для железа, также могут использоваться другие материалы, такие как марганец, ванадий, хром и вольфрам. Углерод действует как упрочняющий агент, предотвращая любые дислокации в кристаллической решетке атома железа и соскальзывание друг с другом, что делает сталь более долговечной. Изменяя количество легирующих элементов и форму их присутствия в стали, можно контролировать такие качества, как твердость, пластичность и предел прочности стали. Хотя сталь, как известно, существует около 4000 лет назад, она широко не производилась до 17-го века из-за внедрения бессемеровского процесса. Этот процесс сделал производство стали дешевле, эффективнее и проще.

Сталь производится путем подачи железа в процесс, известный как плавка, при котором железо извлекается из железной руды, а избыток кислорода удаляется, а железо объединяется с химическими партнерами, такими как углерод. Сталь по сравнению с чистым железом более устойчива к ржавчине и обладает лучшей свариваемостью. Другие металлы добавляются в смесь железа и углерода, чтобы влиять на свойства стали. Такие металлы, как никель и марганец, увеличивают прочность стали на разрыв и делают аустенитную форму железоуглеродного раствора более химически стабильной, в то время как хром может повысить твердость и температуру плавления. Сталь является очень податливым веществом и является одним из наиболее распространенных используемых сплавов в современном мире. Он находится в различных областях применения, таких как инструменты, посуда, автомобили, оружие и здания. Это также самый распространенный сплав, ежегодно производимый почти на 1,3 миллиарда тонн.

Чем сталь отличается от железа: особенности и отличия – Что лучше

Сталь: виды, свойства, марки, производство

Сталь и изделия из неё настолько прочно вошли в жизнь и быт современного человека, что существование без металлических предметов трудно представить. Когда это касается посуды, мелких инструментов, бытовой техники и оборудования совсем не обязательно знать марку, классификацию сплавов, области их применения.

Эти сведения важны, скорее, для тех, кто решился приступить к строительству собственного жилья, и не знает какие металлоизделия подходят для этих целей. Итак, о том, что такое сталь, какие виды стали существуют, и какими свойствами обладает этот популярный на сегодняшнее время сплав, будет рассказано в строительном журнале samastroyka.ru.

Марки стали

Несмотря на то, что сталь однозначно признаётся самым востребованным сплавом железа, единая система маркировки её видов по настоящее время не сложилась. Наиболее проста и популярна буквенно-численная маркировка.

Качественные углеродистые стали маркируют с использованием литеры «У» и двузначным числовым значением (в сотых %) уровня углерода в их составе (У11).В марке обычных углеродистых сталей за буквой следует число, указывающее на количество углерода в десятых % — У8.

Литеры используются и в маркировке легированных сталей. Они указывают на основной элемент, применяемый для легирования. Идущая следом цифра показывает концентрацию данного элемента в составе стали. Перед литерой ставят цифру, соответствующую доле углерода в металле в сотых %.

Например, стоящая в конце марки высококачественного сплава буква «А» указывает на его качество. Эта же литера в середине марки уведомляет об основном элементе легирования, в данном случае им является азот. Литера в начале марки сообщает о том, что это автоматная сталь.

Литера «Ш» в конце маркировки, прописанная через дефис, говорит о том, что это особовысококачественный сплав. Качественные стали, не имеют в маркировке литер «А» и «Ш». Кроме того, существует дополнительная маркировка, указывающая на особые характеристики сталей. Так, например, магнитные сплавы о, а электротехнические — «Э».

Буквенно-числовая маркировка, пожалуй, одна из самых простых и понятных для потребителя. Другие, более сложные, доступны только для специалистов.

Разница между железом и сталью

Железо и сталь — это два разных вида материала, но железо также является основным компонентом стали.

главное отличие между железом и сталью железо это элемент в то время как сталь — это сплав железа, Оба этих материала широко используются при изготовлении различных объектов в промышленных масштабах.

Сталь была фактически усовершенствованием, сделанным, чтобы сделать использование железа более желательным и длительным. Качество ржавчины было ключевым фактором, который был принят во внимание здесь. Однако не все виды стали демонстрируют это качество; сталь, которая отображает это свойство, называется «нержавеющая сталь».

Что такое железо

Железо является популярным элементом, так как его в изобилии на земле. В периодической таблице он классифицируется как ‘элементы d block ’, поскольку у него есть свои валентные электроны в оболочках «d». Поэтому железо обычно называют переходным металлом.

Атомный номер железа равен 26. Это означает, что это 26го элемент в периодической таблице по весу. И его электронная конфигурация есть; 1s2 2s2 2р6 3s2 3p6 4s2 3d6, Глядя на электронную конфигурацию железа, становится ясно, что у него 6 «d» электронов.

Когда железо образует ионы, оно оседает в двух основных состояниях окисления; +2 и +3. Соединения в степени окисления +2 называются соединениями железа, а соединения в степени окисления +3 — соединениями железа.

Такая природа наличия нескольких степеней окисления распространена среди блочных элементов «d».

Когда железо образует +2 степени окисления, оно удаляет только свои 4s2 электроны. Но при образовании ионов трехвалентного железа удаляются как 4s, так и 3d электроны.

В целом, в зависимости от конечной конфигурации электронов, ионы трехвалентного железа более устойчивы на воздухе, чем ионы двухвалентного железа. Тем не менее, железо подвержено ржавчине.

Из-за присутствия влаги и кислорода в воздухе железный элемент легко окисляется и образует оксид железа, а дальнейшее окисление может привести к образованию оксида железа, который является темно-коричневым слоистым веществом, которое называют «ржавчиной».

Железо образует много стабильных соединений, а руда металла используется для различных промышленных применений. Однако железо является пластичным и менее прочным для некоторых нужд применения. Таким образом, улучшения в свойствах металла были рассмотрены, и Сталь родилась в результате.

Сталь и металл 2021

Сталь против металла

Основное различие между сталью и металлом заключается в том, что сталь представляет собой сплав из металлического железа, а металлы представляют собой элементы, естественно присутствующие в земной коре, и вывозимые из разных частей мира. Металлы представляют собой немагнитные, пластичные и некорродирующие элементы с высокой устойчивостью к потускнению. Металлы также безопасны и обладают гигиеническими свойствами; они присутствуют в биологической системе человеческого организма и не вредны при имплантации.

Сталь изготавливается путем добавления контролируемого количества углерода к железу. Для производства почти шестидесяти марок стальных сплавов добавляются различные металлы. Например, хром добавляется к стали для изготовления нержавеющей стали. В отличие от других металлов сталь известна своей прочностью и усталостью. Он может выдерживать тонны грузов в течение длительного времени по сравнению с другими металлами.

Металлические руды необходимо доработать перед использованием. Примеси, называемые шлаком, или другие металлы удаляются. Затем они объединяются с другими металлами для получения большей прочности и качества. Металлы покрыты, чтобы производить больше блеска и стабильности, например, латунь никелированная или позолоченное серебро. Сталь представляет собой соединение железа и углерода, изготовленное в печах. Сталь имеет вязкость и сжимается при холоде. В экстремальных погодных условиях условия, такие как холодные температуры, могут влиять на сталь до хрупкого, но металлы могут выдерживать минус температуры. Металлы имеют атрибуты блеска, пластичности и ковкости, которые делают их применение в различных отраслях очень легким. Они используются для изготовления монет, ювелирных изделий, оружия, хирургических имплантатов, промышленных продуктов, предметов домашнего обихода, проектирования и строительства, архитектурного проектирования и декоративных изделий. Сталь используется для изготовления прочных конструкций, инструментов, автомобильных кузовов и других компонентов, строительных материалов, мостов, кораблей, орудий и т. Д. Сталь является коррозионной и может ржаветь, если углерод присутствует в высоком содержании. Он является магнитным, а не таким мощным тепловым или электрическим проводником, как металл. Сталь становится гигиеничной путем добавления металлов, например хрома. Сталь – это искусственный элемент и намного дешевле золота, серебра, алюминия или других металлов. Металлы дороги, а некоторые из них рассматриваются как денежные объекты, такие как золото и серебро.

Металлы имеют высокие температуры плавления или замерзания; это означает, что точка замерзания металла равна точке его кипения. Точка кипения стали составляет 3000 градусов. В эту современную эпоху технологий почти все найденные металлы либо сплавы, либо в сочетании с другими металлами, чтобы повысить их прочность, твердость и силы сопротивления. Чистые металлы не могут быть использованы широко и экономично. Сталь экономична и используется для определения веса подшипника различными способами.

1. Сталь – это не металл, а сплав железа, изготовленный в печах.

2. Металлы существуют естественным образом в земной коре и выведены из земли.

3. Сталь сильна и предназначена для конструкций, используемых для строительства домов, скребков, кораблей или орудий.

4. Металлы гибкие, пластичные и используются для изготовления ювелирных изделий, декоративных изделий и хирургических имплантатов.

5. Сталь может ржаветь и является магнитной. Металлы являются антикоррозионными и немагнитными, а также представляют собой высокие тепловые и электрические проводники.

Чем отличается железо от стали?

Железо и сталь — это два разных вида материала, но железо также является основным компонентом стали.

главное отличие между железом и сталью железо это элемент в то время как сталь — это сплав железа, Оба этих материала широко используются при изготовлении различных объектов в промышленных масштабах.

Сталь была фактически усовершенствованием, сделанным, чтобы сделать использование железа более желательным и длительным. Качество ржавчины было ключевым фактором, который был принят во внимание здесь. Однако не все виды стали демонстрируют это качество; сталь, которая отображает это свойство, называется «нержавеющая сталь».

Что такое сталь

Сталь отличается от железа тем, что это сплав, а не элемент. Сплав — это смесь разных металлов или металл, смешанный с другим элементом.

Сталь производится путем смешивания небольшого процента Углерод с железом, углерода обычно не превышает 2,1% по весу.

Присутствие углерода придает стали больше прочности, чем просто железо, и становится более применимым для различных применений. Однако, чем выше содержание углерода, тем более хрупкой будет сталь.

Стали также обладают другими легирующими элементами, такими как хром, никель и марганец. Эти элементы добавлены для предотвращения ржавления стали. Здесь происходит то, что вместо окисления железа хром, который имеет более низкий окислительный потенциал, окисляется, защищая железо. Таким образом, сталь остается сияющей намного дольше.

Определение

Железо это чистый элемент.

Сталь это сплав, где железо является основным компонентом.

Ржавчина

Железо легко окисляется с образованием ржавчины, а блеск не длится долго.

Легирующие элементы в Сталь защитить его от ржавчины; Таким образом, блеск длится дольше.

Элементная Композиция

Железо это элемент сам по себе.

Сталь в основном состоит из железа и углерода, а также содержит процентное содержание таких элементов, как хром, никель и т. д.

свойства

Железо не такой прочный, как сталь, и менее хрупкий.

Добавление углерода в Сталь делает его сильнее, чем железо. Тем не менее, это также делает сталь хрупкой.

Приложения

Железо используется для некоторых приложений; однако, не используется в готовых изделиях и конструкциях, где требуется много преимуществ. Поэтому использование железа в качестве чистого металла достигло предела.

Большая часть использования железа была заменена Сталь так как он обладает многими желательными свойствами.

Изображение предоставлено:

«Железный мост 6» Роантрума — Flickr.

Чем чугун отличается от стали: основные свойства и отличительные характеристики

Продукция черной металлургии широко используется во многих отраслях народного хозяйства, а черный металл всегда востребован в строительстве и машиностроении. Металлургия уже давно успешно развивается, благодаря своему высокому техническому потенциалу. Наиболее часто применяются в производстве и в быту чугунные и стальные изделия.

Чугун и сталь оба относятся к группе черных металлов, эти материалы представляют собой уникальные по своим свойствам сплавы железа с углеродом. В чем отличия стали и чугуна, их главные свойства и характеристики?

Сталь и ее основные характеристики

Сталь представляет собой деформированный сплав железа с углеродом, которого всегда максимум до 2%, а также другие элементы.

Углерод является важным компонентом, поскольку придает прочности сплавам железа, а также твердость, за счет этого снижается мягкость и пластичность.

В сплав часто добавляются легирующие элементы, что в итоге дает легированную и высоколегированную сталь, когда в составе не менее 45% железа и не более 2% углерода, остальные 53% составляют добавки.

Сталь является важнейшим материалом во многих отраслях, ее применяют в строительстве и по мере роста технико-экономического уровня страны, растут и масштабы производства стали. В давние времена мастера для получения литой стали применяли тигельную плавку и такой процесс был малопроизводительным и трудоемким, но сталь отличалась высокими качествами.

Со временем процессы получения стали менялись, на смену тигельному пришли бессемеровский и мартеновский метод получения стали, что дало возможность наладить массовое производство литой стали.

Затем стали выплавлять сталь в электрических печах, после чего был внедрен кислородно-конверторный процесс, он позволил получать особо чистый металл.

От количества и видов связующих компонентов сталь может быть:

• Низколегированной
• Среднелегированной
• Высоколегированной

В зависимости от содержания углерода она бывает:

• Низкоуглеродистой
• Среднеуглеродистой
• Высокоуглеродистой.

В состав металла часто входят неметаллические соединения — оксиды, фосфиды, сульфиды, их содержание отличается на качестве стали, существует определенная классификация качества.

Плотность стали составляет 7700-7900 кг/м3, а общие характеристики стали складываются из таких показателей, как — прочность, твердость, износостойкость и пригодность для обработки различного вида.

По сравнению с чугуном сталь обладает большей пластичностью, прочностью и твердостью.

Благодаря пластичности она легко поддается обработке, сталь отличается более высокой теплопроводностью, а ее качество повышается за счет закаливания.

Такие элементы, как никель, хром и молибден являются легирующими компонентами, каждый из них придает стали свои характеристики.

Благодаря хрому сталь становится более прочной и твердой, повышается ее износостойкость. Никель также придает прочности, а также вязкости и твердости, повышает ее антикоррозийные свойства и прокаливаемость.

Кремний снижает вязкость, а марганец улучшает качества свариваемости и прокаливания.

Все существующие виды стали имеют температуру плавления от 1450 до 1520оС и представляют собой прочные износостойкие и стойкие к деформации сплавы металла.

Чугун и его основные характеристики

Основу производства чугуна также составляет железо и углерод, но в отличие от стали углерода в нем больше, а также других примесей в виде легирующих металлов. Он отличается хрупкостью и разрушается без видимой деформации. Углерод здесь выступает графитом или цементитом и за счет содержания других элементов чугун делится на следующие разновидности:

• Белый — где лидирует в большинстве цементит, этот материал на изломе имеет белый цвет. Данный компонент отличается хрупкостью и одновременно твердостью. Он легок в обработке, что придает ковкость чугуну.
• Серый — в этой разновидности большую долю составляет графит, за счет чего чугун получается пластичным. Готовый чугун имеет небольшую температуру плавления, отличается мягкостью, его легче резать.
• Ковкий — достигается методом обжига белого чугуна, его томят в специальных нагревательных печах при температуре в 950-1000оС. Присущая белому чугуну твердость и хрупкость снижаются, он не куется, а только становится более пластичным.
• Высокопрочный сплав чугуна — в нем содержится шаровидный графит, который образуется в ходе кристаллизации.

Виды и марки стали

Сталь. Виды и марки стали. Их применение.

Сталь – это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.

Наиболее общая характеристика – по химическому составу сталь различают:

углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si — кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.

легированную сталь – добавляются легирующие элементы: азот, бор, алюминий, углерод, фосфор, кобальт, кремний, ванадий, медь, молибден, марганец, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель, ниобий.

По способу производства и содержанию примесей сталь различается:

сталь обыкновенного качества ( углерода менее 0,6%) – соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.

качественная сталь ( углеродистая или легированная ) – ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % – 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.

Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.

Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)

Стали 60 — стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.

высококачественная — сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы — по ГОСТу 19281.

Также сталь делится по применению :

а) строительная сталь — углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.

Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)

Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.

Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).

б) конструкционная сталь — ГОСТ 1050

Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.

Ст20 — малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,

Ст35 — испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),

Ст45 (ст40Х) — требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)

Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.

в) инструментальная сталь — применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.

У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.

г) легированная сталь — универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 – 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.

низколегированная сталь — где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.

среднелегированная (2,5 -10%),

высоколегированная (от 10 до 50%)

Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.

18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.

д) сталь особого назначения — сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.

На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:

Сталь и железо в чем разница?

Железо и сталь — это два разных вида материала, но железо также является основным компонентом стали.

главное отличие между железом и сталью железо это элемент в то время как сталь — это сплав железа,

Железо и сталь — это два разных вида материала, но железо также является основным компонентом стали.

главное отличие между железом и сталью железо это элемент в то время как сталь — это сплав железа, Оба этих материала широко используются при изготовлении различных объектов в промышленных масштабах.

Сталь была фактически усовершенствованием, сделанным, чтобы сделать использование железа более желательным и длительным. Качество ржавчины было ключевым фактором, который был принят во внимание здесь. Однако не все виды стали демонстрируют это качество; сталь, которая отображает это свойство, называется «нержавеющая сталь».

Ст-3 — самый востребованный в мире сплав

18 февраля 2019

Самый востребованный в мире сплав железа с углеродом — это сталь. На сегодняшний день существует более 3 500 различных марок стали, которые различаются физическими и химическими свойствами.

При этом 75% от общего количества современных марок было создано за последние 20 лет.

Представьте себе, что Эйфелеву башню построили бы сегодня: ее вес был бы в три раза меньше! А современные автомобили сконструированные на новых марках стали намного прочнее и при этом легче, чем в прошлом.

Посетители металлобазы могли обратить внимание на то, что наш сортамент в основном представлен сталью марки 3 (она же — ст3, конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества Ст3).

Этот сплав — то самое «тесто», из которого получается один из самых популярных материалов для выполнения различных металлоконструкций.

У нас можно найти другие, менее популярные, виды стали, но о них в другой раз.

Поговорим про состав

Важной составляющей стали является углерод. Сталь 3 имеет в своем составе небольшое количество углерода (0,14-0,22%). Этого достаточно для того, чтобы придать сплаву прочность и твердость, но не снизить пластичность и вязкость сплава. Ведь чем больше углерода в составе, тем тверже сталь, но тем она более хрупка.

Отличия чугуна от стали

Сталь и чугун – это одни из наиболее популярных видов литейных материалов, применяющихся в промышленности. По своим свойствам они довольно схожи, понять, чем отличается сталь от чугуна, можно разными способами. Некоторые из методов можно использовать только в заводских условиях с помощью высокоточного оборудования, другие подходят для применения в быту.

Основное отличие чугуна от стали заключается в составе металлов. Сталь представляет собой сплав железа (45%) с углеродом (не более 2%) и легирующими примесями, в качестве которых могут выступать такие вещества, как никель, молибден либо другие. Этот металл отличается высокой прочностью, пластичностью, легкостью обработки. В состав чугуна также входит железо с углеродом, но последнего должно быть от 2% и больше. В качестве легирующих добавок обычно выступает кремний, фосфор, марганец или другие компоненты.

История железа[править]

Эпоха до металлов[править]

Нелишне затронуть и её. Основными материалами каменных орудий кроманьонцев были кремень и кварц. Потомки накопили огромный практический опыт в их изготовлении и столь аккуратно выбирали небольшие камешки с острыми гранями, а умельцы и вовсе очень аккуратно кололи на них более крупные, что умудрялись собирать из них наконечники копий, стрел, гарпуны, а чуть позже — столовые ножи, шильца и даже иглы. По отзывам археологов, самые лучшие каменные ножи по остроте и рабочим качествам не особо уступали современным. Собственно, многие и сейчас пользуются керамическими ножами — это тоже камень, но искусственный. Для этого требовалось мастерство и опыт подбора заготовок на грани ВЫСОКОГО искусства и огромное количество времени на поиске самих заготовок. Иногда этим умельцам в поисках попадались куски странного красноватого камня со странным блеском…

Медь и бронза[править]

Медь — это первый металл, который стоит в ряду активности за водородом (то есть не поддаётся электрохимической коррозии). Соль меди контактирует с любым неблагородным металлом (например, железом) — железо образует соль, медь в осадок. Что из этого следует? А то, что по аналогии с золотыми существуют медные самородки. Вот так-то и придумали ковку. Потом придумали нагревать медь, чтобы избавиться от проблемных мест в самородках, получилась выплавка меди — из-за неактивности медь была единственным неблагородным металлом, который легко выплавляется из руд.

Медь давала плохие инструменты, но их можно было починить — в отличие от каменных, которые надо было вытёсывать заново, долго и с трудом. А если дело совсем плохо — можно расплавить и заново отлить в форме. Медный век охватывает примерно X—IV тысячелетия до н. э.

Потом придумали мышьяковистую бронзу, сплав куда более прочный, чем медь, но с тремя крупными недостатками:

• Плавка крайне вредна (вспомните хромого Гефеста — это он наглотался паров мышьяка).
• Лом не утилизируется — температура плавления меньше, чем у чистой меди, но при переплавке мышьяк сгорает и испаряется.
• Сплав прочный, но хрупкий. как и у оловянной бронзы, качества метала сильно зависит от пропорций.

Позже, в первой половине II тысячелетия до н. э., перешли на оловянную либо сурьмистую бронзу. Но месторождений олова и сурьмы в античном мире было раз, два и обчёлся, зато владельцы этих рудников и торговые посредники имели дикий профит с них.

Подробнее о том, как подарили человеку медь податливые окисленные руды и как сдавались обжигу непокорные сульфидные, можно (будет) почитать в основной статье.

Метеоритное железо[править]

Чёрные железные камушки вполне себе обрабатываются по технологиям, знакомым с меди. Обычно в метеоритах есть примеси никеля и драгметаллов

, придающие железу твёрдость. Оружие получалось приличное (на уровне современных кухонных ножей), но из-за дороговизны скорее оседало в сокровищницах королей, чем участвовало в бою.

Встречается и самородное железо; ближайшее к античному миру месторождение, ныне выбранное, было в Германии. Значительные его месторождения были и есть в Швеции, менее значительные рудники встречаются и встречались по всему альпийскому региону.

Сыродутная печь и возникшие вокруг неё технологии[править]

Древнейшее выплавленное железо стали получать по берегам Чёрного моря во II тысячелетии до н. э. Железистый песок жгли в сыродутной печи (построенной из земли и глины трубе) с древесным углём.

2C + O2 = 2CO 3CO + Fe2O3 = 2Fe + 3CO2

Любопытно, что из-за высокой температуры плавления железа (чуть ниже 1600°) процесс восстановления проходил без его плавления, в твёрдой фазе. Это мешало избавиться полученному железу от включений, шлака и непрореагировавшей руды.

То, что получилось, называлось крица — смесь железа и шлака. Чтобы избавиться от шлака, крицу проковывали молотом. Железо получалось дрянное, хуже тогдашней бронзы. К тому же сыродутная печь была одноразовая, на новую плавку приходилось строить новую печь. Многократной ковкой, совмещенной с обработкой хорошим флюсом, особо продвинутые мастера получать почти свободное от шлака «белое железо» — но стоило оно как минимум на порядок дороже обычного.

На рубеже I и II тысячелетий до нашей эры случилось вполне ожидаемое: разведанные месторождения олова были выработаны, а новых не нашли. Кто-то стал передавать бронзовые мечи по наследству, кто-то перешёл на «бросовый металл»… Чтобы получилась «Тисона, меч в тысячу марок», а не железяка с герба Кукуева, пришлось решить много задач, и они решались безвестными кузнецами доброе тысячелетие.

• Как избавиться от примеси кремния — для этого вместе с железным песком закладывали флюс (известняк).
• Как контролировать содержание углерода в железе. Делалось это кузнецами буквально на глаз, по цвету каления, и передавалось от одного к другому. Лучшие изделия делали из заготовок, пролежавших пару лет в земле или воде, чтобы самые плохие части проржавели.
• Кристаллическое железо можно было получить только из расплава, а без него был выбор: много углерода — хрупко, мало — пластично. Пришлось сковывать пакеты заготовок с разным содержанием углерода — вот вам и знаменитые технологии производства японских катан (хотя делали так повсеместно). Плюс закалка кромки меча. А если много раз складывать и ковать — получается дамаск (не путать с булатом).

Не удивительно, что профессия кузнеца имела магический налёт. Ковали обычно парами: кузнец тук маленьким молоточком, здоровяк-молотобоец бум в это место здоровенной кувалдой! Так что знаменитая русская игрушка «мужик и медведь» имела вполне реальный прототип.

Так что железный век подкрадывался незаметно более тысячелетия: к I тысячелетию до н. э. получены основные технологии по железу, к I тысячелетию по соотношению «цена/качество» железо превзошло бронзу, в первых веках нашей эры — получилось массовое железо, превосходящее любую бронзу, и это позволило, например, массово строить дома из брёвен. Одной из причин появления средневековья стало железо: меч, отработанный к IX в., требовал именно железа, причём хорошего. Плюс сложного обучения. А ещё доспехи, тоже железные. Вместе с хорошим питанием, присущим помещику, получился человек-танк, которого было трудно убить, да и невыгодно убивать: лучше взять в плен за выкуп. Вот такой вышел феодализм: воюем (и это дело было не такое опасное, как кажется), зато получаем земли за военную службу.

Железо было дорогое, и рекламой плотнику было, что он строит «без единого гвоздя». В кораблестроении использовались гвозди, но чаще деревянные, реже медные и бронзовые, т. к. нержавеющую сталь делать тогда не умели, чугун мало где применим, а железо и сталь мгновенно в море корродировали. И хотя металлические детали в кораблестроении применялись ещё с античности, но исключительно стягивающие и сквозные соединения с тщательной их обмазкой и защитой от воздуха: большие суда строить без применения металла чисто из дерева было просто нельзя из соображений прочности. Стальные, бронзовые, чугунные т. н. «дельные вещи» в виде рымов, талрепов, карабинов и т. д. применялись ещё до Колумба, а судовой кузнец был обязательным членом экипажа ещё задолго до отплытия эскадры Васко да Гамы в Индию.

Но в повозках железные и прочие гвозди применялись довольно широко — всё равно ресурс тех частей, которые сбивались гвоздями, был ниже ресурса гвоздей, зато с железными гвоздями ремонт проходил быстрее.

Металлолом и сейчас — не мусор, а утиль, а тогда перековывали всё, что было металлического! На пожарище мгновенно появлялись кузнецы в поисках гвоздей. До того, как появилось гвоздильное производство из проволоки, кованые гвозди имели вид четырёхгранной пирамиды — так всё ещё выглядят ж/д костыли (потому что громадные) и подковные ухнали (загибать удобнее).

Внимание, ошибка!

В одной из мобильных игр я видел квест: помочь гномам найти месторождение каменного угля, чтобы не жгли деревья. Не помню, на топливо или на железо, объясню то и другое. На топливо: каменный уголь знают с древних времён (никакого хайтека не нужно, вспомним донбасские «копанки»), но уголь добывают в месторождениях, а потребляют везде. Только железная дорога позволила развозить уголь. На железо: каменный уголь содержит серу, которая делает железо хрупким. Нужен не просто уголь, а кокс.

И вторая ошибка

, ставшая штампом — нарисовать какое-то круто выглядящее оружие, не задумываясь о технике боя и технологиях ковки.

Для третьей ошибки

есть отдельная статья: Отлить меч.

• С фитильком — из бронзы и меди мечи именно что отливали: ковать их бесполезно из-за особенностей кристаллической структур, разве что отбить по-холодному кромку ради наклёпа, а температура плавления достаточно низкая для античных технологий.

Переход на промышленные технологии обработки железа[править]

Где-то в I тысячелетии индийцы придумали штукофен, или домницу — постоянную печь для выплавки железа с высокой (4 м и более) трубой для тяги. Мехи качали несколько человек, а то и водяной двигатель. В штукофене индусы сумели сделать булат — но для этого потребовалась качественная руда и графит вместо древесного угля. Да и сам процесс науглероживания железа не быстрый. Штукофен давал уже до 250 кг крицы в день — но очень много руды переводил в чугун. (По другим источникам, чугун смогли получить и древние римляне). Никакого применения этот чугун не имел и шёл в отходы: отделить железо от шлака можно было только ковкой, а чугун не куётся.

Не удивительно, что штукофен распространился, когда остальные технологии по железу были доведены до кондиции — около XIV в.

Новая печь, блауофен (XV в.). Сделали трубу ещё выше, добавили предварительный нагрев воздуха. Стало лучше железо, стало больше чугуна, но и он стал лучше — из него можно было лить строительные блоки и пушечные ядра.

И тут, около XVI в., сделали такой механизм (кричный горн). На решётке лежит уголь, на нём — чугун. Под решёткой — подача воздуха. Чугун плавится, стекает вниз, и там углерод окисляется. Температура плавления железа больше, чем чугуна, кусок железа загустевал, его ломом вытаскивали наверх — противная, сам понимаете, работа. Когда накопится 50—100 кг крицы, её вытаскивают на проковку. Это оказалось революцией: теперь из чугуна можно делать железо (так называемый передельный процесс)! Правда возникала проблема — из-за контакта с горящим углём, в железо переходило много серы и фосфора, примесей вредных. Решили её несколько позже созданием отражательного горна: уголь горит отдельно, а крица лежит на поду отдельно, и горячий воздух от топки проходит над нею, ну и жар отражается от изогнутого потолка (см. ниже про пудлинговый горн). Метод с точки зрения химика нелепый: сплавить железо с углеродом, чтобы потом выжечь углерод?[1] Но другой технологии не было. Тут уже не стали мелочиться: дунули посильнее и пустили весь металл в чугун. То, что получилось, назвали доменной печью — от слова «дуть». Отсюда же «надменный», то есть «надутый».

Кстати, ещё один распространённый миф — крицы складывали и проковывали много раз для того, чтобы получить некий многослойный супер-пупер-металл, одновременно такой твёрдый, что может разрезать падающий волос, и такой гибкий, что можно обмотать вокруг талии вместо ремня. На самом же деле сталь при ковке теряет углерод с поверхности за счёт окисления, и проковка такого рода была единственным способом удалить излишек углерода при доступных для того времени температурах. Такое железо называлось «сварочным» (потому что слои сваривались между собой кузнечной сваркой), что несколько контринтуитивно для современников. Работа была очень трудоёмкая и малопроизводительная, поэтому с появлением возможности поддерживать железо в расплавленном состоянии от неё отказались, перекрестились и перешли на пудлингование — перемешивание расплавленного чугуна кочергой с добавлением окислителей.

• железо многократно сваривали не для того, чтоб выжечь углерод — при помощи сыродутного восстановления получить в сколько то достаточном количестве высокоуглеродистую сталь тот еще гемор. А для того чтоб выровнять химический состав. Кроме того, в принципе можно было поднять количество углерода в железе, нагревая в востановительной зоне пламени горна.

И поныне чугун делают в доменных печах, потомках тогдашней

, из принципиально нового только кокс и работа на природном газу. А вот передельные процессы сегодня другие, и теперь вся история чёрной металлургии о том, как стали превращать чугун в железо и сталь.

Кокс

— почти чистый углерод, добытый обжигом каменного угля без доступа воздуха — изобрели древние китайцы. Видимо, поначалу им топили дома вельмож, потом применили и в металлургии. История кокса на Западе аналогичная: к XVII в. в Англии случился дровяной кризис, запретили выплавлять чугун (его импортировали из России). Зато возник вопрос: чем топить пивоварни (угольный дым вредил бухлу). В XVII в. изобрели кокс, и только к XVIII в. его загрузили в домну.

Водяной двигатель мог качать мехи, а вот чтобы заменить здоровяка-молотобойца машиной, потребовался паровой двигатель (начало XVIII в.). Получился кузнечный пресс.

• Вплоть до середины XIX века (а то и до конца оного) использовались молоты с приводом от водяного колеса в виде этакой рычажной мегакувалды.

В конце XVIII в. Генри Корт придумал пудлинговую печь — главным отличием от кричного горна стала изоляция чугуна от топлива. Процесс производства железа был столь же противный. (Тот же Корт, кстати, придумал прокатный стан.)

Лирическое отступление:

один из атрибутов стимпанка — шкив с кривыми спицами. Чугун к тому времени стал достаточно хорош, из него уже можно лить, например, станины машин — и эти самые шкивы. Но чугун остаётся хрупким, он может разломаться даже от теплового расширения — потому, чтобы как-то пружинил, спицы стали делать кривыми. А ещё количество спиц делали нечётным — чтобы при усадке отливки круглый шкив не стянуло в многогранник (давление от каждой спицы распределяется на две противолежащих);

В 1856 г. Генри Бессемер разработал первую печь по производству настоящей стали — так называемый бессемеровский конвертер. Это сосуд грушевидной формы с отверстиями внизу. Конвертер кладут на бок, заливают чугун, включают дутьё и ставят конвертер вертикально. Слова «бессемеровская сталь» стали своего рода брендом: теперь то, что кузнец собирал из полос разных сортов железа, можно было сделать, например, литьём или прокатом, массово и дёшево. А поскольку слиток — в отличие от поковки — достаточно однороден, такую сталь удобно обрабатывать резанием.

Современные техпроцессы чёрной металлургии[править]

В 1865 г. Пьер и Эмиль Мартены разработали мартеновскую печь. В основе — отражательный свод, уменьшающий контакт топочных газов с металлом, и регенераторы, предварительно нагревавшие воздух до высокой температуры. Последнее позволяло поднять температуру топочных газов и расплавить сталь.

Если в бессемеровский конвертер можно было грузить металлолом в очень небольших количествах, мартен снова сделал металлолом настоящим утилем. Мартеновская и бессемеровская сталь имели немного разные свойства, но из-за того, что мартеновский процесс более повторяем, он надолго стал главной технологией выплавки стали. В 2018 году в России закрыли последний мартен, и эти печи остались только в Индии и на Украине. Сейчас сталь плавят в кислородных конвертерах и электропечах.

Лирическое отступление.

Часто путают вторичное использование (использование предмета несколько раз с той же или другой целью в первозданном виде), утилизацию (переработку отходов во что-то полезное), обезвреживание/ликвидацию (лишение отходов вредных свойств) и захоронение (складывание отходов там, где они не будут мешать). Соответственно
утиль
, или
вторсырьё
— отходы, которые в данной технико-экономической ситуации подлежат переработке во что-то полезное.

Сталь продували, разумеется, воздухом. А в нём 78 % азота, и он вреден. В XX в. сделали дешёвый кислород, и его стали запускать в мартен (в конвертерах развивалась такая температура, что он прогорал). В умеренных, разумеется, количествах — огнеупоры плавились и там. В 1952 г. освоили кислородно-конвертерный процесс: кислород подавали сверху по трубе, а для охлаждения в него постоянно добавляли лом.

Хорошая сталь содержит много легирующих элементов. Но как сделать, чтобы они сплавились со сталью, а не окислились в шлак? Для этого в начале XX в. придумали электропечи — дуговые и индукционные. В них-то может быть любая атмосфера: хоть окислительная, хоть восстановительная, хоть нейтральная, хоть вообще инертная. Сначала в окислительной атмосфере добивались нужного количества углерода, убирали шлак, добавляли ферросплавы с нужными элементами и грели без доступа воздуха. В дуговой печи устраивали дугу между чугуном и графитовым электродом, в индукционной грели током высокой частоты.

Из относительно новых технологий — вакуумные печи (снижают количество азота и кислорода в стали), электрошлаковая переплавка (метод очистки стали от серы и фосфора) и прямое восстановление железа в обход чугуна (если дешёвая электроэнергия или большие штрафы за выбросы вредных веществ, бывает дешевле).

[Напишите кто-нибудь про них побольше]

Различия физико-химических характеристик

Основная разница в качествах этих металлов заключается в следующем:

• Твердость стали выше, чем у чугуна.
• Масса стальных изделий меньше, при этом материал легче плавится.
• Определенные виды обработки доступны только для стальных заготовок (ковка, сварка), в то время как чугунные изделия изготавливаются только литьевым методом.
• Теплопроводность чугунных изделий ниже, чем у стальных аналогов.
• Чугун не нуждается в обязательной закалке.

Важнейшие металлы и сплавы

Алюминий. Очень легкий серебристо-белый металл, не подверженный коррозии. Его получают из бокситов путем электролиза. Из алюминия делают электропровода, самолеты, корабли (см. статью «Плавучесть«), автомобили, банки для напитков, фольгу для приготовления пищи. Алюминиевые банки для напитков очень легкие и прочные.

Латунь. Ковкий сплав меди и цинка. Из латуни делают украшения, орнаменты, музыкальные инструменты, винты, кнопки для одежды.

Бронза. Известный с древнейших времен ковкий, не подверженный коррозии сплав меди и олова.

Кальций. Мягкий серебристо-белый металл. Входит в состав известняка и мела, а также костей и зубов животных. Кальций в человеческом организме содержится в костях и зубах. Он использует­ся в производстве цемента и высоко качественной стали.

Хром. Твердый серый металл. Ис­пользуется в производстве нержавеющей стали. Хромом покрывают металлические изделия в защитных целях и для придания им зеркального блеска.

Медь. Ковкий красноватый металл. Из меди делают электропровода, резервуары для горячей воды. Медь входит в со­став латуни, бронзы, мельхиора.

Мельхиор. Сплав меди и никеля. Из него делают почти все «серебряные» монеты.

Золото. Мягкий неактивный ярко-желтый металл. Используется в электронике и в ювелирном деле.

Железо. Ковкий серебристо-белый ферромагнетик. Добывается в основном из руды в доменных печах. Используется в инженерных конструкциях, а также в производстве стали и сплавов. В нашей крови тоже есть железо.

Свинец. Тяжелый ковкий ядовитый синевато-белый металл. Добывается из минерала гале­нита. Из свинца делают электрические батареи, крыши и экраны, защищающие от рентгеновских лучей.

Магний. Легкий серебри­сто-белый металл. Горит ярко-белым пламенем. Используется для сигнальных огней и фейерверков. Входит в состав легких сплавов. В праздничных ракетах есть магнии и другие металлы.

Ртуть. Тяжелый серебристо-белый ядовитый жидкий металл. Используется в термометрах, входит в состав зубной амальгамы и взрывчатых веществ.

Платина. Ковкий се­ребристо-белый неактивный металл. Ис­пользуется в качестве катализатора, а так­же в электронике и в производстве ювелирных изделий. Платина не вступает в реакции. Из нее делают украшения.

Плутоний. Радиоактивный металл. Образуется в ядерных реакторах при бомбардировке урана и используется в производстве ядерного оружия (см. статью «Ядерная энергия и радиоактивность«).

Калий. Легкий серебристый металл. Очень химически активен. Калиевые соединения входят в состав удобрений.

Серебро. Ковкий серовато-белый металл. Хорошо проводит тепло и электричество. Из него дела­ют украшения и столовые приборы. Входит в состав фотоэмульсии (см. статью «Фотография и фотоаппараты«).

Припой. Сплав олова и свинца. Плавится при сравнительно низкой температуре. Используется для спайки проводов в электронике.

Натрий. Мягкий серебристо-белый хими­чески активный металл. Входит в состав поваренной соли. Используется в производстве натриевых ламп и в химической промышленности.

Сталь. Сплав железа с углеродом. Широко применяется в промышленности. Нержа­веющая сталь — сплав стали с хромом — не подвержена коррозии и используется в авиакосмической индустрии (см. статью «Ракеты и космические аппараты«).

Олово. Мягкий ковкий серебристо-белый металл. Слоем олова сталь защищают от коррозии. Входит в состав таких сплавов, как бронза и припой.

Титан. Прочный белый ковкий металл, не подверженный коррозии. Из титановых сплавов делают космические аппараты, са­молеты, велосипеды.

Вольфрам. Твердый серовато-белый металл. Из него изготавливают нити ламп накаливания и детали электронных приборов. Из стали с Нить вольфрамом делают накаливания режущие инструменты.

Уран. Серебристо-белый радиоактивный металл, источник ядерной энергии. При­меняется при создании ядерного оружия.

Ванадий. Твердый ядовитый белый металл. Придает прочность стальным сплавам. Используется как катализатор при производстве серной кислоты.

Цинк. Синевато-белый металл. Добывает­ся из цинковой обманки. Используется для гальванизации железа, производства электробатареек. Входит в состав латуни.

Переработка металлов

Переработка — это повторное использование сырья, способ сохранить природные ресурсы. Металлы легко поддаются переработке, т.к. их можно переплавить и получить металл такого же качества, как и тот, что получается непосредственно из руды. Переплавлять сталь и алюминий несложно и выгодно. Медь, олово, свинец также подвергают­ся переплавке. Железные и стальные предметы можно извлечь из кучи отходов при помощи сильного магнита. Большую часть стали для переработки добывают из старых автомобилей и станков, но часть ее получают из фабричных металлических опилок и даже бытовых отходов. Стальной лом смешивают с расплавленным железом и получают новую сталь.

Читать также: Стол для циркулярки из фанеры

Алюминий — не ферромагнетик, но алюминиевые отходы можно отделить от железного лома при помощи электромагнита. Больше половины банок для напитков делают из алюминия, полученного пу­тем переработки. Чтобы узнать, сделана банка из стали или алюминия, возьми магнит. К стальной банке он прилипнет, а к алюминиевой — нет. Переработка металлолома требует значительно меньше энергии, чем получение металла из руды, и отходов при переработке меньше. Теоретически металл можно перерабатывать сколько угодно раз. Для переработки алюминиевых банок необходимо в 20 раз меньше энергии, чем для производства нового алюминия.

Многими людьми в обыденной речи часто употребляются понятия «сталь» и «железо», как синонимы. На практике они существенно отличаются друг от друга.

Можно ли отличить чугун от стали визуально?

Если речь идет о фрагментах или заготовках, обработка которых не нанесет вреда, можно посмотреть на визуальные отличия металлов. На сломе изделия из чугуна появляется темно-серый матовый оттенок, стальная поверхность более светлая, имеет глянцевую текстуру. Внешний вид зависит от содержания углеродистых компонентов, различить их можно по типу трещин: на высокоуглеродистых стальных поверхностях они похожи на дефект в виде раскола, на изделии из низкоуглеродистого сплава железа трещины выглядят как разрыв пластичного типа.

На вопрос о том, можно ли отличить готовые изделия по оттенку или текстуре, можно дать однозначный ответ: предметы из стали более светлые, практически всегда имеют глянцевый оттенок, изделия из чугуна – темные и матовые.

Прочные сплавы и природные металлы

Сплавы представляют собой комбинации разных металлов. Потребность получить самые разные качественные характеристики металлов, среди которых и прочность, привела к появлению различных сплавов. Одним из важных в этом смысле сплавов является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Итак, какие же металлы принято считать самыми прочными на Земле?

Поскольку для определения прочности металла необходимо учесть очень много факторов, трудно однозначным образом упорядочить металлы от самого «крепкого» до самого «слабого». В зависимости от того, какое свойство считается наиболее важным в каждом конкретном случае, и будет складываться расстановка сил прочности среди металлов.

Как отличить чугун от стали?

Чтобы отличать эти металлы друг от друга, можно использовать следующие способы:

• Сверление. Для этого понадобится взять насадку с маленьким диаметром и, выбрав на заготовке ровный участок, высверлить небольшое отверстие. Если при обработке материала образуется тонкая стружка, которая формируется в витую полоску длиной больше используемого сверла, имеет цвета побежалости по всей длине и достаточно хорошо гнется, заготовка сделана из стали. Чугунный сплав менее пластичен, он практически не образует вьюна, а стружка крошится от малейшего механического воздействия: ее легко растереть до состояния порошка, поскольку материал более хрупкий;
• Шлифование. Для этого используется углошлифовальная машинка, для обработки выбирают участок, на который не воздействуют силы трения, контакт с другими металлическими поверхностями или деталями, в противном случае после шлифовки изделие может быть непригодным к дальнейшему использованию. В процессе обработки требуется следить за цветом искры и ее формой. Если сплав чугунный, искра будет короткой, звездочка будет иметь красноватый тон, а если деталь сделана из стали, искр вылетает больше, они имеют увеличенный размер и продолговатую форму. Сами искры имеют желтый или белый цвет. Исключением являются стальные сплавы с повышенным содержанием углерода, которые дают короткую багровую искру с укороченным треком и малой звездочкой.

Методы механического воздействия могут применяться в бытовых условиях, когда нужно определить, чугун или сталь перед вами, без применения специального оборудования. В лаборатории может использоваться современная техника, с помощью которой проводится спектральный или микроскопический анализ свойств металлов. Эти методы обеспечивают результат высокой точности, но используются преимущественно в промышленных целях, на производстве и в научно-технической отрасли ввиду сложности и дороговизны оборудования.

Производство сплава

Процесс изготовления сплава сводится к переработке чугуна, при которой отжигаются лишние примеси и вводятся легирующие элементы. Используются при этом несколько методов.

• Мартеновский – расплавленный или твердый чугун с рудой плавят в мартеновской печи при 2000 С, чтобы отжечь лишний углерод. Добавки вводят в конце плавки. Сталь разливают в ковши и переправляют в прокатный цех.
• Кислородно-конвертерный – более производительный. Сквозь чугун в печи продувают воздух или смесь воздуха с кислородом, добиваясь более быстрого и полного отжига.
• Электроплавильный – плавка осуществляется в закрытой печи при 2200 С, что исключает попадание в сплав газов. Дорогостоящий метод, которым получают лишь высококачественные составы.
• Прямой метод – в шахтной печи окатыши, получаемые из железной руды продувают продуктами сгорания природного газа – смесью кислорода, угарного газа, аммиака, при температуре в 1000 С.

На этом процесс изготовления стали не заканчивается. В тех случаях, когда необходимо получить максимально прочный материал, прибегают к дополнительной обработке.

Термический метод

К термическим способам относится:

• отжиг – нагрев и медленное охлаждение разных видов и с разной скоростью;
• закалка – нагрев выше критической температуры, что вызывает перекристаллизацию сплава, и быстрее охлаждение;
• отпуск – процедура, осуществляет вслед за закалкой с целью уменьшить напряжение металла;
• нормализация – тот же отжиг, но проводимый не в печи, а на воздухе.

Термомеханический способ

Термомеханические методы сочетают механическое и термическое воздействие:

• высокотемпературная ТМО – закалка – наклеп, упрочнение, производится сразу же после нагрева, пока сплав сохраняет аустенитную структуру. Изменение вследствие пластической деформации при прокатке или штамповке сохраняется на 70% и после охлаждения и сталь оказывается более прочной;
• при низкотемпературной ТМО – холоднокатаная сталь. Сплав нагревают для аустенитного состояния, охлаждают ниже точек рекристаллизации, чтобы добиться появления мартенситной фазы – в пределах 400– 600 С. Затем производится закалка – наклеп, прокатка. При охлаждении эффект полностью сохраняется.

Термохимическая обработка

Термохимическая обработка представляется собой нагрев сплавов и выдержку их в определенных химических средах. К наиболее известным методам относят:

• цементацию – насыщение поверхности сплава углеродом. Таким образом получают износостойкий верхний слой;
• азотирование – насыщение стали азотом. Цель такая же – получение верхнего износостойкого слоя, но по сравнению с цементацией, азотирование обеспечивает более высокую стойкость к коррозии;
• нитроцементацию и цианирование – насыщение поверхностного слоя и углеродом и азотом. Обеспечивает более высокую скорость и производительность процесса.

Что называется сталью

Сталью называют один из самых распространенных металлических сплавов. Он широко применяется при производстве различных машин, механизмов и приборов. Без нее немыслимо производство автомобилей и судов, железнодорожных вагонов и локомотивов. Стальная арматура используется в строительстве, из металлических конструкций сооружаются мосты, быстро возводимые сооружения. Этот сплав создается с заранее заданными свойствами, чтобы в наибольшей степени удовлетворять качественным характеристикам конкретного изделия. Обычно сталью называют сплав, в котором более 45 процентов железа. Для прочности и твердости в него добавляется углерод и легирующие компоненты.

Высокоуглеродистая сталь идет на изготовление различных силовых пружин и амортизаторов, рессор и других упругих деталей, рассчитанных на большие нагрузки. При изготовлении высокотехнологичного оборудования и приборов из такой стали изготавливают подвески, мембраны и множество других элементов разных форм и назначения. Отличаются детали из стали с повышенным содержанием углерода тем, что они выдерживают большие постоянные, ударные или циклические нагрузки, не имея остаточной деформации. Стали, у которых содержание углерода не велико, более пластичные и вязкие. Их удобно использовать для производства штампованных деталей, например, в автомобилестроении.

Для удобства применения стали классифицируют по различным параметрам.

Так по назначению они могут быть:

• Конструкционными.
• Нержавеющими.
• Инструментальными.
• Жаропрочными.
• Морозостойкими.

Для оценки химического состава их относят к углеродистым и легированным. Первые бывают низко, средне и высокоуглеродистыми. По такому же принципу, исходя их содержания легирующих компонентов, делятся легированные стали. Стали могут различаться и по другим характеристикам (удельный вес, плотность, температура плавления, содержание хрома, молибдена, вольфрама и пр.).