Чугун против литой стали: химический состав и основные различия

Выбор между чугуном и литой сталью является важным решением в машиностроении и производстве. Хотя оба материала представляют собой железоуглеродистые сплавы, полученные литьем, их различный химический состав — в первую очередь содержание углерода — обуславливает существенные различия в свойствах и областях применения.

Химический состав и микроструктура
Основное различие заключается в содержании углерода. Чугун обычно содержит 2% до 4% углерода, а также 1% до 3% кремния. Высокое содержание углерода приводит к выпадению избыточного углерода в виде графитовых чешуек (в сером чугуне) или узлов (в легированном чугуне) внутри железной основы. Литая сталь напротив, имеет значительно более низкое содержание углерода, как правило, ниже 0,5%, углерод остается в растворе или в виде карбида железа, что приводит к преимущественно перлитной или мартенситной микроструктуре.

Механические и эксплуатационные свойства
Это структурное различие определяет их производительность:

• Прочность и пластичность:  Литая сталь обеспечивает превосходную прочность на растяжение, сопротивление удару и пластичность. Может выдерживать значительную деформацию перед разрушением, что делает его идеальным для динамических нагрузок. Чугун особенно серый чугун, прочен при сжатии, но относительно хрупок при растяжении, с низким сопротивлением удару.

• Твердость и износ: Некоторые виды чугуна, такие как белый чугун, обладают исключительной твердостью и устойчивостью к абразивному износу. Хотя литая сталь может быть поверхностно закалена, чугун зачастую обеспечивает лучшую стойкость к износу в определенных применениях.

• Гашение колебаний и обрабатываемость:  Чугун имеет превосходную способность гашения вибраций благодаря графитовым хлопьям и, как правило, легче поддается механической обработке. Литая сталь гасит вибрации менее эффективно, но обеспечивает лучшую свариваемость и прочность сварных швов.

Соображения по применению и стоимости

• Типичные применения:

  • Чугун: Используется для блоков цилиндров, тормозных дисков, оснований станков, труб и посуды, где важны жесткость, демпфирование или износостойкость.

  • Литая сталь: Применяется в конструкционных элементах, шестернях, деталях тяжелого оборудования, сосудах под давлением и автомобильных подвесках, где требуются высокая прочность, вязкость и сопротивление усталости.

• Стоимость: Как правило, стоимость сырья и производства простого чугуна ниже, чем у литой стали. Производство стали требует больше энергии, а литьё стали зачастую требует более сложных технологий форм и термической обработки после литья для достижения нужных свойств.

Подводя итог, чугун является выбором для экономичных компонентов, которым необходимы жесткость, демпфирование и износостойкость. Литая сталь выбирается для высокопроизводительных деталей, подвергающихся ударам, напряжениям и динамическим нагрузкам, где важнейшим фактором является прочность. Окончательное решение зависит от точной оценки механических требований, условий эксплуатации и общей стоимости.