Кованое железо против чугуна: что это такое, а также их плюсы и минусы

Железо не только является одним из самых надежных инженерных материалов во всей истории человечества, но и широко из-за того, насколько оно естественно. Необработанное железо можно обрабатывать и рафинировать множеством способов для производства различных марок сталей и сплавов, которые можно найти практически везде — от самых маленьких смартфонов до самых больших небоскребов.

Для этой статьи , мы делаем акцент на двух конкретных изделиях из чугуна: кованое и чугунное. Различные методы производства этих изделий из железа дают им уникальные физические преимущества, подходящие для конкретных применений. Давайте рассмотрим, что отличает кованое железо от чугуна и почему они стали исторически значимыми материалами.

Что такое кованое железо?

Термин «кованое железо» в наши дни используется часто, часто неправильно, для обозначения исторических металлических предметов, независимо от фактического состава металла. Когда любую металлическую деталь нестандартной формы, окрашенную в черный цвет, называют кованым железом, это неточное утверждение, которое не принимает во внимание техническое определение того, что такое кованое железо. Однако, несомненно, были настоящие изделия из кованого железа, которые создавались на протяжении всей истории, учитывая, что кованое железо было обнаружено еще в 2000 году до нашей эры.

Судя по составу, кованое железо состоит из более чем 99% железа. по массе и очень низким содержанием углерода. До 2% по весу чугуна состоит из включений из шлака, побочного продукта разделения металлов, обычно состоящего из оксидов металлов, сульфидов металлов и диоксида кремния. Во время обработки волокна шлака становятся волокнами, которые придают кованому железу уникальную отделку и текстуру. Содержание диоксида кремния в шлаке также помогает придать кованому железу некоторую защиту от коррозии и устойчивость к ударам и вибрации.

Свое название кованое железо получило благодаря процессу его изготовления. Необработанное железо буквально «кованое» — архаичная версия термина «обработанное» — еще расплавлено горячим молотком и складыванием. Из-за того, насколько ковкое и пластичное низкоуглеродистое железо при нагревании, этот процесс можно выполнять несколько раз, чтобы придать чугуну определенные формы. Чем больше циклов нагрева подвергается куску кованого железа, тем прочнее оно становится.

Если вы когда-нибудь видели средневековый фильм, где кузнец выколачивает кусок железа для изготовления оружия, то у вас есть хорошее представление о том, как делается кованое железо. Средневековая обстановка также подходит для кованого железа, поскольку этот процесс в настоящее время в основном вышел из моды в пользу более дешевых и более физических альтернатив, таких как мягкая сталь. Изделия, которые раньше изготавливались из кованого железа, такие как садовые заборы и ворота, теперь часто производятся методом литья..

Плюсы и минусы кованого железа

Из того факта, что производство настоящего кованого железа уже не так широко распространено, как раньше, очевидно, что его недостатки намного перевешивают его сильные стороны в сегодняшнюю современную индустриальную эпоху. Однако было бы упущением забыть о преимуществах, которые в первую очередь сделали кованое железо популярным.

Плюсы

1. Более прочный и пластичный, чем чугун

Низкое содержание углерода в кованом чугуне придает ему дополнительную пластичность, позволяя ему деформироваться в большей степени перед разрушением. Эта характеристика сделала кованое железо предпочтительным материалом для многих его старомодных применений, таких как мосты, железнодорожные пути и котлы, используемые в паровых лодках. Кованое железо обладает высокой устойчивостью к усталости, что делает его идеальным для оборудования, которое подвергается большим нагрузкам.

2. Хорошо удерживает покрытия

Кованое железо имеет шероховатую внешнюю поверхность, что делает его пригодным для удержания гальванических покрытий и покрытий. По сравнению с чугуном или сталью кованая поверхность может удерживать покрытия толщиной до 40%. Это отлично подходит для защиты деталей из кованого железа от коррозии и других неблагоприятных погодных условий. Из-за отличной адгезии покрытия к кованому железу его часто использовали для наружных работ, таких как ворота, ограждения и заборы.

МИНУСЫ

1. Очень трудоемкий производственный процесс

Основная причина, по которой практически никто больше не производит кованое железо, заключается в том, что требуется много ручной работы, чтобы сделать хотя бы одну деталь из кованого железа. Между повторяющимися циклами нагрева, обработки молотком, складывания и охлаждения обработка изделия из кованого железа может занять от нескольких дней до недель. Это не только дорого, но также означает, что низкая пропускная способность больше не может соответствовать быстро меняющимся требованиям современных потребителей.

Современные методы производства, такие как литье или токарная обработка, просто экономичнее для крупных компаний. По этой причине даже предметы, которые традиционно изготавливались из кованого железа, были заменены сталью и другими альтернативами. Вне исторических мест и воссозданных исторических инструментов и оружия вам будет трудно найти настоящее кованое железо в настоящее время.

Применение кованого железа

Есть очень много Из-за непрактично утомительного и трудоемкого процесса изготовления кованого железа в настоящее время его мало. Однако исторически кованое железо было одним из наиболее широко используемых материалов в машиностроении. Обработка кованого железа сделала его отличным материалом для декоративных элементов и акцентов, таких как перила, решетки, балконы, заборы и ворота. Некоторые из этих подлинных изделий из кованого железа сохранились до наших дней, хотя вы, вероятно, увидите их только в исторических местах..

Помимо того факта, что им можно придавать универсальные формы, превосходная прочность кованого железа также сделала его материалом для изготовления инструментов и оружия. На ум приходит обычный образ кузнеца, который изготавливает меч, нагревая кусок металла и забивая его об острую кромку. Чаще всего это качество демонстрируется в виде сельскохозяйственных орудий, которые извлекают выгоду из устойчивости кованого железа к повторяющимся ударам и разрушительным воздействиям внешних элементов.

Огромные возможности ковки. Железо, способное безотказно противостоять нагрузкам, сделало его важным компонентом многих инженерных достижений предыдущих десятилетий. Кованое железо нашло свое применение в фермах мостов, железнодорожных путях, конструкциях, используемых для возведения зданий, и панелях, из которых состоят корпуса кораблей. Трудно представить, сколько ручного труда ушло на изготовление этих больших конструкций из кованого железа, но это была реальность эпохи, когда автоматизированных методов производства еще не существовало.

Что такое чугун?

Разницу между кованым и чугунным определяется двумя факторами: из чего они сделаны и как они сделаны.

Начнем с того, что чугун — это сплав, который по-прежнему состоит в основном из железа, но с содержанием углерода более 2% по масса. Чугун также обычно содержит до 3% кремния и других элементов, влияющих на его цвет, таких как примеси графита или карбидов. Разница в составе чугуна дает ему более низкую температуру плавления, более высокую хрупкость и устойчивость к деформации, а также отличную литейную способность — отсюда и название.

Чугун получают путем плавления сплава после плавления. температуры, выливая его на отливку и позволяя металлу остыть и затвердеть. Однако перед тем, как сплав можно будет получить, передельный чугун должен быть сначала произведен путем плавления железной руды и последующего добавления желаемых количеств углерода и кремния. Плавка чугуна традиционно осуществляется в доменной печи, но в современных производственных процессах используются более эффективные индукционные или дуговые печи.

Поскольку точный состав сплава, изготовленного для чугуна, может быть определен легко управляемый, было разработано несколько вариантов чугуна на основе того, какие именно элементы и соединения были добавлены в чугун. Белый чугун характеризуется белой изломанной поверхностью из-за присутствия цементита, соединения карбида железа, которое дополнительно увеличивает твердость обычного чугуна. С другой стороны, добавление графита приводит к получению серого чугуна, который имеет отчетливый серый оттенок и меньшую прочность на разрыв.

Как и кованое железо, чугун изготавливали исторически, о чем свидетельствуют артефакты. восходит к древнему Китаю. Одним из основных применений чугуна было крупномасштабное производство пушек и пушечных ядер во время войны в 15 веке.. В настоящее время чугун используется в более универсальных применениях, таких как посуда, трубопроводы, здания и мосты.

Более современная версия чугуна была разработана путем добавления магниево-медного сплава, который дает его лучшая устойчивость к трещинам. Эта улучшенная версия, известная как высокопрочный чугун, имеет лучшую износостойкость, не сильно усаживается при охлаждении и может похвастаться улучшенными в целом механическими свойствами.

Плюсы и минусы чугуна

Хотя чугун в современную эпоху не так важен в промышленности, как сталь, в настоящее время он имеет больше применений, чем кованое железо.

ПЛЮСЫ

1. Тверже и не деформируется

Одна из характеристик, которая отличает чугун от кованого, заключается в том, что он намного тверже, менее пластичен и не деформируется под нагрузкой. Это сделало чугун отличным вариантом материала для применений, где важна стабильность размеров, например, в кухонной посуде или строительстве.

2. Превосходно подходит для кухонной посуды

Существует несколько причин, по которым чугун остается очень популярным материалом для изготовления различных типов посуды: его отличное удерживание тепла, хорошая устойчивость к росту плесени и превосходная долговечность. Даже сегодня многие профессиональные повара предпочитают чугунную сковороду, поскольку она обеспечивает более равномерное и контролируемое приготовление пищи. Однако чугунная сковорода требует особого ухода для предотвращения коррозии — проблема, которая почти решается посудой из нержавеющей стали.

3. Ускоренный производственный процесс

Производство изделий из чугуна требует очень небольшого количества ручной работы, а современное оборудование даже может успешно интегрировать его в интегрированные процессы. Только по этой характеристике производство чугуна оставалось актуальным даже в то время, когда производство кованого железа было почти забыто. Производство чугуна просто быстрее и дешевле, что делает его более экономичным выбором.

МИНУСЫ

1. Плохая ударопрочность

Из-за повышенного содержания углерода в чугуне он теряет пластичность сырого чугуна. Это делает чугун более твердым, но более хрупким, не способным деформироваться при ударах или длительных нагрузках. Хотя это свойство может быть желательным в определенных областях применения, оно также означает, что чугун более склонен к растрескиванию, чем сталь или кованое железо.

2. Плохая обрабатываемость

Из-за хрупкости чугуна обработка детали из чугуна на токарном станке или сверле может быть очень рискованным процессом из-за того, насколько легко материал может трескаться. Это сильно ограничивает варианты отделки чугунной детали после этапа литья.

Области применения чугуна

Как мы уже упоминали, существует множество типов чугуна, который может быть получен путем добавления «примесей» в чугун. Эти варианты чугуна также демонстрируют различные механические свойства, что дает возможность использовать их в самых разных областях..

Процесс литья, из которого сделан чугун, позволяет создавать очень сложные и детализированные детали, которые были бы невозможны с помощью ручных методов изготовления кованого железа. Это дало возможность использовать чугун для изготовления деталей оборудования и автомобильных компонентов. Исключительная стойкость серого чугуна к воздействию смазки делает его особенно подходящим для этого применения.

Белый чугун, с другой стороны, даже более хрупкий, чем обычный чугун, и исключительно устойчив. к физическому износу. Белый чугун широко используется в приложениях, которые должны выдерживать постоянный физический контакт, таких как корпуса насосов, футеровка мельниц, ролики и дробилки.

Благодаря своей повышенной пластичности высокопрочный чугун имеет превосходную усталость. прочность и износостойкость. Ковкий чугун используется для изготовления коленчатых валов транспортных средств, автомобильных систем подвески, дверных петель, сверхмощных шестерен и гидравлических компонентов.

Заключительные мысли

Кованое железо и чугун — два наиболее актуальных материала минувших эпох, и это легко сделать с учетом всех исторических артефактов и структур, созданных с помощью этих модификаций чистого железа. Хотя использование кованого железа резко сократилось из-за предпочтения более автоматизированных процессов, чугун все еще существует, хотя сейчас он используется только для нескольких нишевых приложений.

Даже если эти два материала сегодня уже не так актуальны, как несколько десятилетий назад, нельзя отрицать, что они сыграли огромную роль в развитии технологий, транспорта и связи, которые привели нас туда, где мы находимся сейчас.

Оцените статью
futurei.ru
Добавить комментарий