Чавун проти литої сталі: хімічний склад та основні відмінності

Вибір між чавуном та литою стальню є фундаментальним рішенням в інженерії та виробництві. Хоча обидва матеріали є залізовуглецевими сплавами, отриманими шляхом лиття, їхній різний хімічний склад — переважно вміст вуглецю — зумовлює суттєво відмінні властивості та галузі застосування.

Хімічний склад та мікроструктура
Основна відмінність полягає у вмісті вуглецю. Литий чавун зазвичай містить 2% до 4% вуглецю, а також 1% до 3% кремнію. Цей високий вміст вуглецю призводить до відкладання надлишкового вуглецю у вигляді графітових пластин (у сірому чавуні) або вузликових включень (у в’язкому чавуні) всередині залізної основи. Викливана сталь навпаки, має значно нижчий вміст вуглецю, як правило, менше 0,5%, що дозволяє вуглецю залишатися у розчині або у вигляді карбіду заліза, що призводить до переважно перлітової або мартенситної мікроструктури.

Механічні та експлуатаційні властивості
Ця структурна розбіжність визначає їх експлуатаційні характеристики:

• Міцність та пластичність:  Викливана сталь пропонує вищу межу міцності на розрив, стійкість до ударних навантажень та пластичність. Він може витримувати значну деформацію перед руйнуванням, що робить його ідеальним для динамічних навантажень. Литий чавун особливо сірий чавун, має високу міцність на стиск, але відносно крихкий на розтягнення, з низькою стійкістю до ударів.

• Твердість і зносостійкість: Деякі чавуни, наприклад білий чавун, мають виняткову твердість і стійкість до абразивного зносу. Хоча литу сталь можна загартувати на поверхні, чавун часто забезпечує кращу стійкість до зносу в певних застосуваннях.

• Гасіння коливань і оброблюваність:  Литий чавун має відмінну здатність гасити вібрації завдяки графітовим включенням у формі пластинок і, як правило, легше обробляється різанням. Викливана сталь гасить вібрації менш ефективно, але має кращу зварюваність і міцність зварних швів.

Застосування та вартісні аспекти

• Типові застосування:

  • Чавун: Використовується для блоків двигунів, гальмівних дисків, основ верстатів, труб і посуду, де важливі жорсткість, гасіння коливань або зносостійкість.

  • Литий стальний: Застосовується у конструкційних елементах, зубчастих колесах, деталях важкого устаткування, посудинах під тиском і підвісках автомобілів, де потрібні висока міцність, в’язкість і витривалість.

• Вартість: Зазвичай вартість сировини та виробництва звичайного чавуну є нижчою, ніж для литої сталі. Виробництво сталі потребує більше енергії, а лиття сталі часто вимагає складнішої технології форм і термічної обробки після лиття для досягнення потрібних властивостей.

Підсумовуючи, литий чавун є вибором для економічних компонентів, які потребують жорсткості, демпфування та стійкості до зносу. Викливана сталь вибирають для високоефективних деталей, що піддаються ударним навантаженням, напруженням і динамічним навантаженням, де важлива міцність. Остаточне рішення залежить від точного аналізу механічних вимог, умов експлуатації та загальної вартості.