Descripción de la composición de la aleación de hierro fundido y su diferencia con el acero. Cómo distinguir el hierro fundido del acero en casa sin equipo especial

Los productos de hierro fundido y acero de la industria metalúrgica se utilizan tanto en la vida cotidiana como en la producción. Ambos materiales son aleaciones únicas de hierro y carbono. Todo el mundo sabe que el hierro se extrae en grandes cantidades de las profundidades de la tierra. Pero no se puede utilizar en su forma pura; este elemento es demasiado blando y, por lo tanto, inadecuado para la fabricación de productos de alta resistencia. Por lo tanto, para fines industriales, de construcción y domésticos, no se utiliza hierro en su forma pura, sino sus derivados: hierro fundido y acero. ¿Cuál es la diferencia entre acero y hierro fundido?

El hierro fundido y el acero son aleaciones de hierro y carbono.

Su diferencia se manifiesta en muchas cualidades, y la similitud de los elementos durante la producción no le da al material características idénticas.

Gradación de acero y hierro fundido.

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Acero

Para producir acero, el hierro se alea con carbono y diversas impurezas. Un requisito previo es que el contenido de carbono no sea superior al 2% (aumenta la resistencia) y el contenido de hierro no sea inferior al 45%. El resto está formado por componentes aglutinantes de aleación (cromo, molibdeno, níquel, etc.). El cromo aumenta la resistencia del acero, su dureza y su resistencia al desgaste. El níquel aumenta la resistencia, la tenacidad y la dureza, mejora sus cualidades anticorrosión y templabilidad.

1. El silicio añade resistencia, dureza y elasticidad al acero y reduce su tenacidad. El manganeso mejora la soldabilidad y la templabilidad. Los metalúrgicos distinguen diferentes tipos de acero. Se clasifican en función del volumen del resto de elementos. Por ejemplo, un contenido de más del 11% de metales aleados produce acero de alta aleación. También hay:
2. Acero de baja aleación: hasta un 4%.

Acero de aleación media: hasta un 11%.

• Según la cantidad de carbono, el acero se clasifica en:
• metal con bajo contenido de carbono: hasta 0,25% C;
• metal con contenido medio de carbono: hasta 0,55% C;

metal con alto contenido de carbono: hasta 2% C.

• La composición de elementos no metálicos (fosfuros, sulfuros) clasifica al metal en:
• regular;
• calidad;
• alta calidad;

Acero especialmente de alta calidad.

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Como resultado, todos los tipos de acero son aleaciones fuertes, resistentes al desgaste y a la deformación con un punto de fusión de 1450 a 1520 °C.

La producción de hierro también implica la fusión de hierro y carbono. La principal diferencia entre el hierro fundido y el acero es el contenido de este último en la mezcla. Debería ser más del 2%. Además, la mezcla contiene impurezas: silicio, manganeso, fósforo, azufre y metales aleados. El hierro fundido es más frágil que el acero y se rompe sin deformaciones visibles. El carbono en el metal está representado por grafito o cementita, mientras que el volumen y la forma del elemento determinan los tipos de aleación:

1. Fundición blanca, en la que todo el carbono está representado por cementita. Al romperse, este material es blanco, muy duro, pero a la vez frágil. Es fácil de procesar y se utiliza para producir la variedad maleable.
2. Gris: el carbono está representado por el grafito, que le da plasticidad al material. Suave, fácil de cortar, con bajo punto de fusión.
3. Maleable, que se obtiene a partir de hierro fundido blanco mediante recocido especial (cocción a fuego lento) en hornos de calentamiento especiales a una temperatura de 950-1000 ° C. Al mismo tiempo, se reducen considerablemente la excesiva fragilidad y dureza características del hierro fundido blanco. El hierro fundido maleable no se puede forjar y el nombre sólo indica su ductilidad.
4. Hierro dúctil que contiene grafito nodular formado durante el proceso de cristalización.

La cantidad de carbono en una aleación determina su punto de fusión (cuanto mayor es el contenido del elemento, menor es la temperatura y mayor es la fluidez cuando se calienta). Por tanto, el hierro fundido es un material fluido, no plástico, quebradizo y difícil de procesar, con un punto de fusión de 1150 a 1250 °C.

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Resistencia a la corrosión

Ambas aleaciones son susceptibles a la corrosión y un uso inadecuado acelerará este proceso.

El hierro fundido se cubre de óxido seco durante su uso. Esta es la llamada corrosión química. La corrosión húmeda (electroquímica) afecta al hierro fundido más lentamente que al acero. Inicialmente, se sugiere la conclusión de que las características anticorrosión del hierro fundido son mucho mayores. De hecho, ambas aleaciones son igualmente susceptibles a la corrosión; solo que para los productos de hierro fundido, debido a las paredes gruesas, el proceso lleva más tiempo. Esto, por ejemplo, puede explicar la diferencia en la vida útil de las calderas: acero - de 5 a 15 años, hierro fundido - de 30 años.

En 1913, Harry Brearley hizo un descubrimiento en el campo de la metalurgia. Descubrió que el acero con un alto contenido de cromo tenía buena resistencia a la corrosión ácida. Así nació el acero inoxidable. También tiene su propia gradación:

1. El acero resistente a la corrosión es resistente a la corrosión en condiciones industriales y domésticas básicas (petróleo y gas, industria ligera, industria de la ingeniería, instrumentos quirúrgicos, utensilios domésticos de acero inoxidable).
2. El acero resistente al calor es resistente a altas temperaturas y ambientes agresivos (industria química).
3. El acero resistente al calor tiene una mayor resistencia mecánica a altas temperaturas.

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Choque térmico y resistencia a los golpes.

En la fabricación de calderas de calefacción se utilizan a menudo hierro fundido y acero. En este caso cobra especial importancia la cuestión de la resistencia a los choques térmicos. Si entra agua fría en una caldera de hierro fundido que no se ha enfriado, puede agrietarse. El choque térmico no es peligroso para los productos de acero. El acero es más elástico y tolera bien las diferencias de temperatura. Pero los grandes y frecuentes cambios de temperatura en el acero contribuyen a la aparición de zonas "cansadas" y, como resultado, grietas en lugares debilitados por la soldadura.

La buena ductilidad hace que los productos de acero sean resistentes al daño mecánico. La fragilidad del hierro fundido conduce inevitablemente a la formación de grietas debido a impactos o deformaciones.

El hierro fundido gris tiene una estructura más uniforme, mayor ductilidad y propiedades anticorrosión y es capaz de soportar grandes cambios de temperatura.

1. El hierro fundido es menos duradero y duro que el acero.
2. El acero es más pesado y tiene un punto de fusión más alto.
3. El menor contenido de carbono del acero, a diferencia del hierro fundido, facilita su procesamiento (cocción, corte, forja).
4. Por la misma razón, los productos de hierro fundido se producen únicamente mediante fundición, mientras que los productos de acero se pueden forjar y soldar.
5. Los productos de acero son menos porosos que los de hierro fundido y, por tanto, su conductividad térmica es mucho mayor.
6. Los productos de hierro fundido suelen ser de color negro y tienen una superficie mate, mientras que los de acero son de color claro con una superficie brillante.

El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono. El porcentaje de hierro contenido es superior al 90%. La cantidad de carbono oscila entre 2,14 y 6,67%. Gracias a este elemento, el material tiene una gran dureza, pero se vuelve quebradizo. Esto conlleva un deterioro de la ductilidad y la ductilidad. En algunos tipos, se añaden elementos de aleación para mejorar las características: aluminio, cromo, vanadio, níquel.

Características de los tipos de carbono metálico.

El diagrama hierro-carbono muestra de qué está hecho el hierro fundido. Además del hierro, el carbono está presente en forma de grafito y cementita.

La composición de la aleación de hierro fundido tiene variedades:

Propiedades individuales del metal.

El material se caracteriza por ciertas características. Estos incluyen:

Dependiendo de la presencia de impurezas, aparece una diferencia en las propiedades del material.

Estos elementos incluyen azufre, fósforo, silicio, manganeso:

• El azufre reduce la fluidez del metal.
• El fósforo reduce la resistencia, pero permite fabricar productos de formas complejas.
• El silicio aumenta la fluidez del material, reduciendo su punto de fusión.
• El manganeso da fuerza, pero reduce la fluidez.

Diferencias entre hierro fundido y acero

Para comprender la diferencia entre acero y hierro fundido, es necesario considerar sus características. Una característica distintiva del hierro fundido es la cantidad de carbono. Su contenido mínimo es del 2,14%. Este es el principal indicador por el cual este material se puede distinguir del acero.

Sólo el análisis químico puede determinar el porcentaje de impurezas. Si comparamos el punto de fusión del hierro fundido y el acero, entonces para el hierro fundido es menor y asciende a 1150-1250 grados. Para acero: alrededor de 1500.

Para distinguir el material, debe hacer lo siguiente:

• El producto se sumerge en agua y se determina el volumen de agua desplazada. El hierro fundido tiene una densidad menor. Es de 7,2 g/cm3. Para acero: 7,7−7,9 g/cm3.
• Se aplica un imán a la superficie, lo que atrae mejor el acero.
• Las virutas se frotan con una amoladora o una lima. Luego se recoge en papel y se limpia con él. El acero no dejará marcas.

Pros y contras del material.

Como cualquier material, el hierro fundido tiene lados positivos y negativos. Las cualidades positivas incluyen:

Pregunta: 28 de marzo de 2009
¿Cuál es la diferencia entre hierro fundido y acero y por qué?

Respuesta:
Aunque parezca mentira, a pesar de la abundancia de literatura especializada sobre este tema, a menudo nos hacen la siguiente pregunta: ¿En qué se diferencia el hierro fundido del acero? Brevemente y en términos generales, podemos decir que en composición el hierro fundido se diferencia del acero en su mayor contenido de carbono, en sus propiedades tecnológicas: mejores cualidades de fundición y baja capacidad de deformación plástica. El hierro fundido suele ser más barato que el acero.
Y si es más detallado, ¡lean los clásicos, queridos! Muchos volúmenes están dedicados a la ciencia de los materiales y la metalurgia de aleaciones ferrosas. Como ejemplo, doy un extracto del trabajo fundamental de A.P. Gulyaev. "Ciencia de los metales":
“El acero es una aleación de hierro y carbono que contiene menos del 2,14% de carbono. Sin embargo, el límite indicado (2,14% C) se aplica sólo a aleaciones dobles de hierro y carbono o aleaciones que contienen un número relativamente pequeño de impurezas. La cuestión de la frontera entre aceros y fundiciones en aleaciones hierro-carbono de alta aleación, es decir que contenga cantidades aún mayores de elementos distintos del hierro y el carbono es controvertido.
A la luz de la tecnología moderna, se conocen y se han generalizado recientemente las aleaciones a base de hierro, en las que hay muy poco carbono e incluso es un elemento nocivo; sin embargo, estas aleaciones también se denominan aceros. Para evitar confusiones terminológicas, se acostumbra considerar aceros (hierro fundido) las aleaciones que contienen más del 50% de hierro y no llamarlas aleaciones, sino llamar aleaciones que contienen menos del 50% de hierro. No es científicamente riguroso, pero técnicamente es claro”.

Los productos de la industria metalúrgica que se utilizan con frecuencia en la vida cotidiana son el hierro fundido y el acero. Ambos materiales son una aleación única de hierro y carbono. Pero el uso de componentes idénticos en la producción no confiere a los materiales propiedades similares. El hierro fundido y el acero son dos materiales diferentes. ¿Cuáles son sus diferencias?

Acero

Para fabricar acero, es necesario fusionar hierro, carbono e impurezas. En este caso, el contenido de carbono en la mezcla no debe exceder el 2% y el contenido de hierro no debe ser inferior al 45%. El porcentaje restante en la mezcla pueden ser elementos de aleación (sustancias que unen la mezcla, por ejemplo, molibdeno, níquel, cromo y otros). Gracias al carbono, el hierro adquiere resistencia y dureza extrema. Sin su participación se obtendría una sustancia viscosa y plástica.

Como resultado, todos los tipos de acero son aleaciones fuertes, resistentes al desgaste y a la deformación con un punto de fusión de 1450 a 1520 °C.

El hierro y el carbono también se fusionan en la producción de hierro fundido. Sólo el contenido de este último en la mezcla es superior al 2%. Además de los componentes enumerados, la mezcla contiene impurezas permanentes: silicio, manganeso, fósforo, azufre y aditivos de aleación.

Diferencias

En metalurgia, se distingue una cantidad bastante grande de variedades de acero. Su clasificación depende de la cantidad de uno u otro componente en la mezcla. Por ejemplo, un alto contenido de elementos aglutinantes produce acero de alta aleación (más del 11%). Además existen:

• baja aleación: hasta un 4% de componentes aglutinantes;
• aleación media: hasta el 11% de los elementos de conexión.

• metal con bajo contenido de carbono: hasta 0,25% C;
• metal con contenido medio de carbono: hasta 0,55% C;
• alto contenido de carbono: hasta 2% C.

Y finalmente, dependiendo del contenido de inclusiones no metálicas que se forman como resultado de reacciones (por ejemplo, óxidos, fosfuros, sulfuros), la clasificación se realiza según propiedades físicas:

• calidad especialmente alta;
• alta calidad;
• calidad;
• acero ordinario.

Esto está lejos de ser una clasificación completa del acero. Los tipos también se distinguen por la estructura del material, el método de producción, etc. Pero no importa cómo se fusionen los componentes principales, el resultado es un material duro, duradero, resistente al desgaste y a la deformación con una gravedad específica de 7,75 (hasta 7,9) G/cm 3 . El punto de fusión del acero es de 1450 a 1520°C.

A diferencia del acero, el hierro fundido es más frágil; se distingue por su capacidad de colapsar sin deformaciones residuales perceptibles. En este caso, el propio carbono de la aleación se presenta en forma de grafito y/o cementita; su forma y, en consecuencia, su cantidad determinan los tipos de fundición:

• blanco: todo el carbono necesario está contenido en forma de cementita. El material es blanco cuando se rompe. Muy duro, pero frágil. Puede procesarse y se utiliza principalmente para producir la variedad maleable;
• gris: carbono en forma de grafito (forma plástica). Es suave, fácil de procesar (se puede cortar) y tiene un punto de fusión bajo;
• maleable: obtenido después de un recocido prolongado de una apariencia blanca, lo que resulta en la formación de grafito. El calentamiento (más de 900°C) y la velocidad de enfriamiento del grafito afectan negativamente las propiedades del material. Esto dificulta la soldadura y el procesamiento;
• alta resistencia: contiene grafito esférico formado como resultado de la cristalización.

Sitio web de conclusiones

1. El acero es más fuerte y duro que el hierro fundido.
2. El hierro fundido es más ligero que el acero y tiene un punto de fusión más bajo.
3. Debido a su menor contenido de carbono, el acero es más fácil de procesar (soldadura, corte, laminación, forja) que el hierro fundido.
4. Por la misma razón, los productos de hierro fundido se fabrican únicamente mediante fundición.
5. Los productos de hierro fundido son más porosos (debido a la fundición) que los de acero y, por tanto, su conductividad térmica es mucho menor.
6. Normalmente, los productos artísticos fabricados con hierro fundido son negros y mate, mientras que los fabricados con acero son ligeros y brillantes.
7. El hierro fundido tiene una conductividad térmica baja, mientras que el acero tiene una conductividad térmica más alta.
8. El hierro fundido es el producto principal de la metalurgia ferrosa y el acero es el producto final.
9. El hierro fundido no se endurece, pero algunos tipos de acero deben someterse a un procedimiento de endurecimiento.
10. Los productos de hierro fundido solo se funden y los productos de acero se forjan y sueldan.

"Fuerte como el acero". ¿Cuántas veces has escuchado esto? Pero nunca hemos oído decir: “Fuerte como el hierro fundido”. La historia centenaria del hierro fundido ha llevado a metalúrgicos, fundidores y diseñadores a creer que el hierro fundido sólo resiste bien las cargas de compresión. Funciona bien para la compresión. Cuando se necesita una alta resistencia a la tracción, el hierro fundido no es adecuado. La razón de la baja resistencia del hierro fundido se explica por su naturaleza. Al fin y al cabo, el hierro fundido se diferencia del acero por su mayor contenido de carbono. Sólo una parte se disuelve en hierro. El resto está formado por inclusiones de grafito. En la estructura del hierro fundido gris ordinario, estas inclusiones parecen placas alargadas que cortan la base de hierro (Fig. 13, a). Son claramente visibles bajo un microscopio. Las inclusiones de grafito laminar pueden compararse con grietas en un metal rellenas de un material blando: el grafito. Las inclusiones de grafito son concentradores de tensiones. Tan pronto como aparece una fuerza de tracción, los productos de hierro fundido se rompen fácilmente. Y la razón de una resistencia tan débil es la inclusión de grafito en escamas.

¿Es posible reducir el tamaño de estas inclusiones de grafito? ¿Deberíamos no darles una forma alargada (alargada), sino hacer que estas inclusiones sean más compactas? ¿Acercarlos a una forma esférica?

Hierro fundido maleable que no se puede forjar.. La experiencia ha demostrado que si un producto se funde a partir de hierro fundido blanco (en el que todo el carbono está ligado en forma de carburo de hierro) y luego esta pieza fundida se somete a un recocido prolongado a altas temperaturas (por encima de 1000 °C), Entonces las inclusiones de grafito adquieren una forma completamente diferente. Su forma se vuelve floculenta (fig. 13.6). Estas inclusiones son más compactas, cortan menos la base de metal y dicho hierro fundido resulta mucho más duradero. Ya puede trabajar en tensión. Este tipo de hierro fundido se denomina “maleable”, aunque en realidad aún no es lo suficientemente maleable como para ser forjado.

Ahora hagamos una comparación cuantitativa. La resistencia a la tracción se mide en kilogramos por milímetro cuadrado de sección transversal. Imaginemos un cable con una sección transversal de 1 mm 2. Colguemos un extremo del techo y colgaremos pesas del extremo inferior. ¿Cuál es la carga máxima que puede soportar el cable antes de romperse? El alambre de hierro puro puede soportar aproximadamente 25 kgf/mm 2 y el acero hasta 70 kgf/mm 2 .

La fundición gris, como ya hemos dicho, no funciona bien en tensión y sólo puede soportar 12-15 kgf/mm 2. Pero el hierro fundido maleable resulta ser más resistente: puede soportar de 30 a 60 kgf/mm 2. Pero el hierro fundido maleable es caro. Es costoso debido al hecho de que las piezas fundidas aún deben empaquetarse en cajas, rociarse con coque o mineral, sumergirse en un horno y mantenerse a una temperatura de 950-1050 ° C durante al menos un día. Anteriormente, el ciclo de recocido duraba de 4 a 5 días. Ahora han logrado reducirlo a 24-20 horas, pero esto también aumenta significativamente el coste del hierro fundido.

¿Es el hierro fundido más fuerte que el acero?¿Por qué aumentó la resistencia del hierro fundido maleable de 2 a 3 veces? Sólo cambiando la forma de las inclusiones de grafito. En lugar de placas largas, el carbono después del recocido de hierro fundido blanco adquirió una forma más compacta (en forma de escamas), sus tamaños se redujeron significativamente en comparación con los tamaños de las placas de carbono en hierro fundido gris.

¿Es posible hacer que el tamaño de las inclusiones de carbono sea aún más pequeño y su forma aún más compacta?

Resultó que esto es posible. Esto se logró modificando el hierro fundido, es decir, introduciendo pequeños aditivos de sustancias en el hierro fundido líquido que aseguran la liberación de grafito en el hierro fundido en forma de pequeñas bolas (Fig. 13, c). El hierro fundido con grafito esférico se obtiene introduciendo en él magnesio, cerio, itrio y bario. A ello contribuyen el silicio, el calcio y algunos otros elementos.