Чугун магнитится или нет: как определить по свойствам металла

Общие сведения

Собой представляет сплав железа и углерода, которого в составе лигатуры должно быть не меньше 2 %. Имеет несколько вариантов:

• По собственной природе железо довольно мягкий, но надежный материал, чтобы справиться с его мягкостью и дать крепость, в лигатуру добавляют углерод. Ковкий чугун — наименование это не говорит про то, что металл можно ковать, а означает его эластичность.
• Белый чугун на изломе белого цвета. Он тяжкий, крепкий и не подвергается мокрой ржавчины. Имеет несколько вариантов и применяется для создания ковких материалов.
• Серый чугун имеет примеси, таким эпитетом обозначают сплав железа, углерода и кремния. Значительная часть углерода в лигатуре находится в виде графита. На изломе имеет серый цвет.

Необходимо обращать свое внимание на высокой прочности чугун, у которого в составе находится шаровидный графит. Он не очень сильно ослабляет сетку из металла, а еще не считается концентратором напряжения.

По объемам производства Российская Федерация входит в тройку лидеров, уступая только Китаю и Японии.

Углерод в сплаве содержится в форме:

Графит — минерал в виде самородков, считается модификацией углерода. Увидеть такой элемент можно если есть наличие в доме карандаша, там графит находится в виде стержня. Графит известен давно, его использование зависит от отрасли: относительно мягкий, в античности употреблялся в процессе изготовления посуды из глины. В сплаве с железом считается источником углерода, как только температура увеличивается меняется, становясь более твёрдым, но хрупким.

В химии собой представляет атом углерода, который имеет связь с тремя иными атомами. При добавлении к железу оказывает влияние на его качества, повышая твердость сплава.

Цементит, или кардит железа, непрочный, эластичный и слабо магнитится. Образуется в материале, в его состав входит железо уже при небольшом количестве углерода. Считается фазовой и структурной составляющей сплава.

В процентном соответствии не будет больше 2,14 %. Температура плавления — от 1150 до 1200 °C, ниже на 300 °C, чем у железа.

Примечательно, что чугун подвергается сухой ржавчины. Если сравнивать со сталью на первый взгляд покажется, что он имеет некоторое преимущество по противокоррозийным особенностям, но это не так. Сталь и чугун одинаково склонны к ржавчины.

Факторы, влияющие на обработку стали и чугуна

Для того что бы не потратить деньги и ресурсы на ветер, очень важно знать как определить чугун или сталь.

• Выбор сварочного электрода
• угол заточки сверла
• режим сверления и фрезерования

Это не все факторы, которые способны усложнить жизнь и труд человека, неправильно определившего тип металла. Снижение механических, прочностных и нарушение гарантированных межремонтных интервалов куда большее зло, способное нанести ущерб производству и бюджету в случае ошибки.

Как получают чугун

Сплав железа с углеродом также может именоваться чугуном. Однако в отличие от стали, в нем должно быть не менее 2,14 % углерода, придающему этому очень твердому материалу высокую хрупкость, При этом он становится менее пластичным и вязким. В зависимости от содержания в нем цементита и графита чугун может именоваться белым, серым, ковким и высокопрочным.

Первый содержит 4,3-6,67 % углерода. Он светло-серый на изломе. Используют его преимущественно для получения ковких чугунов с применением технологии отжига.  Серым называется чугун по серому цвету его излома из-за наличия графита в пластинчатом виде и наличия кремния.

В результате продолжительного отжига белого чугуна выходит чугун ковкий. У него повышенная пластичность и вязкость, удароустойчивость и большая прочность. Из него изготавливают сложные детали для машин и механизмов.

Его маркируют буквами «К» и «Ч», после которых ставятся цифры, указывающие на предел прочности и относительное удлинение.

Высокопрочный чугун отличается наличием в нем шаровидного графита, не допускающего концентрации напряжений и ослабления металлической основы. Для его упрочнения используют лазер, что позволяет получать ответственные детали машин повышенной прочности. Для промышленных потребностей существуют различные классификации чугуна передельного, антифрикционного, легированного и графитсодержащего. Его температура плавления в пределах 1 150 до 1 200 °C.

Чугун зарекомендовал себя универсальным, недорогим и прочным материалом. Из него изготавливают сложные и массивные детали машин и механизмов, уникальные художественные изделия. Чугунные украшения и памятники украшают многие города мира. Столетиями служат людям искусно выполненные из него ограды старинных зданий, ступеньки в них, водопроводные и канализационные трубы.

Чугунные люки закрывают коммуникационные колодцы на улицах многих населенных пунктов. Ванны, мойки и раковины, отопительные радиаторы из этого материала отличаются надежностью и долговечностью. Из чугуна отливают коленчатые валы и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, тормозные диски и другие детали автомобилей.

Обычно чугунные детали после отливки подвергаются дополнительной механической обработке.

Диамагнетики — металлы, которые не магнитятся

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Основные характеристики

Свойства чугуна можно классифицировать по следующим пунктам:

1. Химические.
2. Тепловые.
3. Технологические.
4. Гидродинамические.

Химические характеристики металла — это склонность к коррозии. Она зависит от состава сплава и элементов, которые входят в него, а также от факторов внешней среды. Элементы в составе лигатуры могут как снижать склонность металла к коррозии, так и повышать ее, все зависит от их влияния на структуру металла.

Теплопроводность железа уменьшается за счет увеличения в его составе примесей. Теплопроводность сплава изменяется за счет степени его графитизации.

Жидкотекучесть относят к технологическим свойствам, ее степень определяют различными способами. Свойство это увеличивается при уменьшении вязкости.

Вязкость металла уменьшается при увеличении содержания в составе марганца, а также при уменьшении в сплаве количества серы и других неметаллических включений. Вязкость также зависит от температуры. Она пропорциональна абсолютной температуре и опыту контакта с ней.

А также существуют и магнитные свойства чугуна, которые в основном зависят от структуры металла. Делятся на первичные и вторичные.

К первичным характеристикам относят:

• температуру магнитного превращения;
• насыщение;
• индукцию;
• проницаемость в сильных полях.

Эти характеристики не зависят от формы и распределения, но зависят от количества и свойства феноменальных фаз.

К вторичным характеристикам относят:

• проницаемость в слабых и средних полях;
• коэрцитивную силу;
• индукцию;
• насыщение;
• остаточный магнетизм.

Вторичные свойства определяются главным образом формой и распределением структурных составляющих.

Существует парамагнитный, или немагнитный чугун. Это материал, который используют в том случае, если требуется снизить магнитные свойства металла, а заменить его на сплав из цветных металлов не представляется возможным.

Чаще других углерод и железо разбавляют.

Магнитомягкий материал обладает магнитными свойствами. За них отвечают феррит и цементит. От количества цементита зависят магнитные характеристики металла и степень их выраженности. Одинаковое количество графита в сплаве может определить различные его металлические свойства. Таким образом, магнитными свойствами обладают не все разновидности чугуна, а только ковкий и высокопрочный.

А вот серый чугун при той же матрице подобными свойствами не обладает. Поэтому его относят к парамагнитным материалам.

Похожим образом на материал влияет и уменьшение количества перлита, что нередко используется в металлургии при изготовлении деталей. Отпуск после закалки способен улучшить магнитные составляющие металла.

Металл может обладать магнитными свойствами, а может их вовсе не иметь, и причина тут не в углероде. Железо магнитится, и все сплавы, которые имеют в составе этот элемент, имеют схожие характеристики. Но не стоит забывать и о том, что на лигатуру влияет не только железо, но и углерод, а также другие элементы: никель, медь, марганец и др. Благодаря своим свойствам материал имеет различное применение.

Таким образом, чугун и магнитится, и нет, все зависит от сплава, а также от наличия в его составе цементита.

Производство черных металлов. Чугун

Фильм о технологическом процессе производства железа и его сплавов. В этом фильме Вы узнаете из чего и как делают железо. Основные этапы добычи и переработки.

Железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. Но на практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.). Совокупность специфических свойств железа и его сплавов делают его «металлом № 1» по важности для человека.

Чугун — это сочетание углерода (C) и железа (Fe), которое имеет ряд характерных признаков и определенное сходство со сталью. В состав стали также входит углерод и железо. Разбирая характеристики металла как химического элемента, стоит обратить внимание, чугун магнитится или нет? Что влияет на его характеристики и отчего они зависят?

Магнитные свойства чугуна. Немагнитные чугуны

В зависимости от состава различают аустенитные немагнитные чугуны:

а) никелевые чугуны типа нирезист с тем или иным количеством хрома в чугуне.

б) никельмарганцевые чугуны типа номаг с тем или иным содержанием меди и алюминия в чугуне, превосходящие чугуны первой группы по немагнитным свойствам, но уступающие им по жаропрочности, жаростойкости и сопротивлению коррозии.

в) марганцевые чугуны с тем или иным содержанием меди и алюминия в чугуне. Это самые дешёвые виды чугуна, однако есть и негативные свойства. Такие виды чугуна отличаются низкими прочностными свойствами и физическими. Что накладывает определённые ограничения при использовании их для изготовления многих типов деталей из чугуна.

3 группы металлов по магнитным свойствам

Каждый атом имеет величину, называемую суммарным магнитным моментом, которая определяется движением электронов по их орбите. Магнитный момент определяет величину восприимчивости вещества к магнитному полю.

Все металлы делятся на три группы:

1. Диамагнетики — вещества с отрицательной магнитной восприимчивостью, т. е. не магнитятся. Сюда относятся: цинк, золото, медь и другие.
2. Парамагнетики — имеют положительное значение магнитной восприимчивости, но невысокое. Это магний, платина, хром, алюминий и другие. Магнитятся, но слабо.
3. Ферромагнетики — это вещества, которые обладают сильной восприимчивостью к магнитному полю. Сюда относятся: никель, кобальт, железо, некоторые редкоземельные металлы, сплавы железа и другие.

Металлы, которые часто путают

Высокоуглеродистый сплав железа часто путают с другими металлами, используемыми для производства сантехники, фитингов, запорной арматуры, запчастей станков, радиаторов. Над тем, как определить чугун, задумываются при попытке сдать металлолом в пункт приема. Лом этого металла – один из самых дешевых, поскольку он плохо поддается переработке, хрупок, из него с трудом удаляются вредные примеси (фосфор и сера).

Поэтому перед поездкой в пункт приема важно определить, чугун или сталь перед вами. Также нередко путают его с чистым железом, алюминием и силумином – сплавом алюминия и кремния, применяемым для производства сковород, кастрюль, смесителей, кранов и др. Отличить чугун от железа и других металлов можно в домашних условиях: по цвету, магнитным свойствам, прочности и даже звуку!

Сталь и чугун — особенности сплавов

Высокоуглеродистый сплав магнитится всегда, а сталь – в зависимости от состава. Также чугун определяют по цвету и состоянию поверхности: изделия из него имеют темный, почти черный матовый цвет, а на изломе металл – темно-серый. Также чугунные предметы более массивны и больше весят по сравнению со стальными аналогами, хотя плотность стали значительно выше – до 7900 кг/куб. м.

Сталь лучше поддается обработке, поэтому предметы из нее производят методом штамповки. Непрочный, непластичный чугун пригоден для изготовления литых изделий. Он не выдерживает сильные удары и может расколоться, поэтому отличить его поможет сильный удар молотком. При этом он пористый и дольше удерживает тепло, а потому еще один вариант проверки – сильный нагрев. Чугунные изделия прогреваются медленно, но равномерно, а остывают в течение минимум 10 минут.

Коррозионная стойкость

Оба сплава склонны к ржавчины, и плохая эксплуатация помогают ускорению данного процесса.

Чугун в процессе применения покрывается сверху сухой ржавчиной. Это говоря иначе химическая коррозия. Мокрая (электрохимическая) коррозия действует на чугун очень медленно, чем на сталь. Сначала напрашивается вывод, что антикоррозионные характеристики чугуна намного больше. В действительности оба эти сплава склонны к ржавчины одинаково, просто в отношении изделий из чугуна из-за толстых стен процесс занимает побольше времени. Этим, к примеру, вполне объясним разницу в служебном сроке котлов: стальные — от 5 до пятнадцати лет, чугунные — от 30 лет.

В 1913 году Гарри Бреарли сделал открытие в области металлургии. Он обнаружил, что сталь с большим содержанием хрома имеет прекрасное сопротивление к кислотной ржавчины. Так возникла нержавейка. Она тоже имеет собственную градацию:

1. Коррозионно-стойкая сталь имеет устойчивость к ржавчины в простых промышленных и бытовых условиях (нефтегазовая, нетяжелая, машиностроительная промышленность, хирургические инструменты, домашняя нержавеющая посуда).
2. Огнеупорная сталь устойчивая к большим температурам и агрессивным средам (химическая индустрия).
3. Жаропрочная сталь выделяется очень высокой прочностью к механическим действиям в условиях больших температур.

Как отличить чугун от стали?

Сталь – высокопрочный материал с температурой плавления примерно 1300–1500 °C. Из нее производят:

• слесарные инструменты (молотки, зубила, отвертки, косы, пилы, ножницы и т.д.);
• детали машин (толкатели, зубчатые колеса);
• пружины и рессоры;
• кузнечные инструменты;
• изделия для обработки камня и древесины;
• трубы и радиаторы;
• хирургическое оборудование;
• стройматериалы;
• посуду, столовые приборы и предметы быта.

Распространено мнение, что отличить чугун от стали можно магнитом. Утверждение верно отчасти, поскольку магнитные свойства металла зависят от состава. Не магнитят аусетнитные и аустенитно-ферритные сплавы с высоким содержанием хрома (до 20 %) и никеля (до 15 %). Включение в состав титана, молибдена, ниобия также снижает магнитные свойства металла.

Цветовые особенности и анализ хрупкости

Для того чтобы знать, как отличить чугун от стали на глаз, нужно помнить о главных визуальных отличиях. Для чугуна характерен матовый серый цвет и более шероховатая внешняя текстура. Сталь характеризуется особым для нее серебристым блестящим оттенком и минимальной шероховатостью.

Также важными знаниями о том, как отличить чугун от стали визуально, является информация о пластичности этих материалов. Если исследуемые заготовки или металлические предметы не имеют серьёзной ценности, можно испробовать их на прочность и пластичность, применив ударную силу. Хрупкий чугун раскрошится на кусочки, в то время как сталь только деформируется. При более серьезных нагрузках, направленных на дробление, крошки чугуна получатся мелкой разнообразной формы, а кусочки стали – крупными, правильной конфигурации.

Механическое определение с помощью сверления

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом по качеству и визуально очень напоминает стальные изделия. Осуществить проверку изделия разорвав его на разрывной машине, не совсем оправдано и разумно. Для этого можно выбрать не работающий, незаметный участок на изделии и просверлить его не на всю глубину сверлом минимального диаметра. Структура чугуна такова, что стружка не способна сформироваться в витой вьюн. Вкрапления графита, даже если они не видны, крошат стружку на этапе ее формирования. Такая стружка в руках растирается в пыль, оставляет на руках черный след, как от грифеля простого карандаша.

 

 

 

 

 

 

 

Стальная стружка способна образовывать вьюн больше длины самого сверла, не рассыпается в руках. При быстрых оборотах она имеет цвет побежалости на поверхности.

Механическое определение с помощью шлифования

Можно подойти к вопросу определения материала используя болгарку (угловую шлифовальную машинку). Как и предыдущем способе выбираем участок который не является плоскостью трения, контактной площадкой или другим важным конструкторским элементом. Включенной машинкой соприкасаемся с исследуемой поверхностью и следим за формой и цветом искр.
В чугунных изделиях это будет короткая искра с красноватым оттенком на звездочке в конце трека.

В металлических изделиях сноп искр будет сравнительно больший, треки длиннее, а искры ослепительно белого или желтого цвета.

Если существует неопределенность и неуверенность в методе и вашей оценке, то можно взять заведомо известный материал, например, чугунный казан в углу гаража и проверить какие искры летят при обработке шлифовальной машинкой. При этом не стоит забывать, что ряд сталей специального назначения, особенно жаропрочные, дают искру минимального размера, с коротким треком и вишнево красного цвета.

В данном материале не рассматриваются экзотические для домашнего пользования методы:

• спектрального анализа
• микроскопического анализа
• взвешивания и определения объема.

Но для домашних нужд вышеуказанных способов более чем достаточно. Независимо от метода и способа определения материала старайтесь использовать схемы, чертежи и прочую информацию к вашему агрегату или изделию. Количество информации во всемирной паутине зашкаливает и способно добраться в самый отдаленный уголок цеха или гаража.

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.

Тест на плавление

Для этого теста Вам небольшой кусок от каждого металла для плавления. Наденьте защитное снаряжение и расплавьте металл паяльной лампой. Чем больше углерода в металле, тем труднее становится металл. Вы увидите, что чугун плавится быстрее, и становится красным. Литая сталь плавится дольше, и становится белой при расплавлении.

Тест на дробление

Возьмите небольшой кусочек от каждого металла, и попытайтесь раздробить. Вы увидите, что чугун ломается хаотично в то время, как литая сталь будет дробиться на длинные, гладкие тонкие части практически без усилий.

Как отличить по звучанию металла

Интересная особенность заключается в том, как отличить чугун от стали по звуку. Эти два сплава звучат по-разному. Вовсе не обязательно производить музыкальный аккомпанемент на имеющихся экспериментальных объектах. Но необходимо иметь оба образца либо обладать опытным слухом в данном вопросе. Сталь характеризуется более высокой плотностью, что отражается на ее звучании. При ударе о нее металлическим предметом звук получается намного более звонкий, нежели в той же ситуации с чугуном.

Для того чтобы знать, чугун от стали чем отличается, необходимо иметь немного знаний об этих материалах и определенный опыт. Ведь опытный профессионал в сфере ковки, шлифования, фрезерования, сверления, точения, термообработки или сварки, металлург или техник легко отличает их между собой, оценив лишь визуально или на ощупь.

Плюсы и минусы чугуна

Чугун, как и любой материал, имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам чугуна относят:

• Углерод в чугуне может находиться в разном состоянии. Поэтому этот материал может быть двух видов (серый и белый).
• Определенные виды чугуна обладают повышенной прочностью, поэтому чугун иногда ставят на одну линию со сталью.
• Чугун может достаточно долго сохранять температуру. То есть при нагреве тепло равномерно распределяется по материалу и остается в нем длительное время.
• По экологичности чугун является чистым материалом. Поэтому его часто используют для изготовления посуды, в которой впоследствии готовится пища.
• Чугун стоек в кислотно-щелочной среде.
• Чугун обладает хорошей гигиеничностью.
• Материал отличается достаточно долгим сроком службы. Замечено, что чем продолжительнее используется чугун, тем его качество лучше.
• Чугун – долговечный материал.
• Чугун – это безвредный материал. Он не способен нанести организму даже маленького вреда.

К минусам чугуна относят:

• Чугун покроется ржавчиной, если на нем непродолжительное время будет находиться вода.
• Чугун – дорогостоящий материал. Однако этот минус оправдан. Чугун очень качественный, практичный и надежный. Предметы, изготовленные из него, так же получаются качественными и долговечными.
• Для серого чугуна характерна маленькая пластичность.
• Для белого чугуна характерна хрупкость. Он в основном идет на переплавку.

Отличия от железа

Чистое железо – материал, который можно увидеть только в лаборатории. В природе оно практически не встречается, а также не применимо для серийного производства запчастей, сантехнических изделий и предметов быта. Определить, чугун или железо перед вами, можно по внешнему виду: железо имеет светло-серебристый цвет, очень мягко и пластично, а также сильно подвержено коррозии.

При этом важно не путать железо и его производную – сталь. Эти понятия не взаимозаменяемы. Сталь – сплав железа, незначительного количества углерода, марганца, кремния, серы и фосфора.

Этот железоуглеродистый сплав является эластичным, деформируемым, ковким. Отличить сталь от чугуна на глаз также бывает непросто: похожий состав придает им схожие оттенки, но совершенно разные свойства и характеристики.

Сталь проще в обработке, прочнее, не боится ударов и механических воздействий.

Отличия от алюминия

Магнитом отличить чугун можно не только от стали, но и от алюминия – серебристо-белого легкого металла. Это вещество является парамагнетиком, поэтому обладает внешней магнитной восприимчивостью (при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов отличны от нуля). Относительная магнитная проницаемость металла незначительно больше единицы, а магнитное поле в нем возрастает несущественно. Соответственно, алюминий магнитится, но очень слабо. Визуально это не различимо, поэтому принято считать, что он не магнитит. Помимо магнитных свойств, у металлов есть и другие различия: цвет, масса, плотность, твердость и гибкость. Поэтому отличить их друг от друга можно и другими способами.

Магнитная проницаемость основных материалов

• Магнитная проницаемость это способность материала поддерживать распростарнение магнитного поля в нем
• Магнитная проницаемость измеряется в Гн/м = (H/m (henries/m))  или Н/А2 = (N/A2(newtons/ampere2)
  • Магнитная проницаемость вакуума = Магнитная постоянная это:
  • µ0 = 4π*10−7 (Гн/м) ≈ 1.257*10−6 (H/m, N/A2)

Относительная магнитная проницаемость материала (случается ее называют просто «магнитной проницаемостью») это: отношение магнитной проницаемости среды к магнитной проницаемости вакуума µ0:

• µr = µ / µ0
  • где
  • µr = относительная магнитная проницаемость материала (среды)
  • µ =магнитная проницаемость материала (среды)

Medium Permeability- µ — (Гн/м) Relative permeabilityμ / μ0

Воздух	1.25663753*10−6	1.00000037
Алюминий	1.256665*10−6	1.000022
Аустенитная нержавеющая сталь	1.260*10−6  — 8.8*10−6	1.003–7
Вакуум (µ0)	4π*10−7	1
Вода	1.256627*10−6	0.999992
Водород	1.2566371*10−6	1
Висмут	1.25643*10−6	0.999834
Дерево	1.25663760*10−6	1.00000043
Железо (чистота 99.8%)	6.3*10−3	5000
Железо (99.95% чистое Fe отожженное в водороде)	2.5*10−1	200000
Железо-кобальтовые сплавы	2.3*10−2	18000
Медь	1.256629*10−6	0.999994
Никель-цинковый феррит — магнит	2.0*10−5 – 8.0*10−4	16 – 640
Мартенситная нержавеющая сталь (отожженная)	9.42*10−4 — 1.19*10−3	750 – 950
Мартенситная нержавеющая сталь (закаленная)	5.0*10−5 — 1.2*10−4	40 – 95
NANOPERM® — магнитомягкий нанокристаллический сплав	1.0*10−1	80000
Неодимовый магнит	1.32*10−6	1.05
Никель	1.26*10−4 — 7.54*10−4	100 – 600
Пермаллой (сплав 80% никеля и 20% железа)	1.0*10−2	8000
Платина	1.256970*10−6	1.000265
Сарфир	1.2566368*10−6	0.99999976
Сверхпроводники	0	0
Углеродистая сталь	1.26*10−4	100
Ферритная нержавеющая сталь (отожженная)	1.26*10−3 — 2.26*10−3	1000 – 1800
Фторопласт 4, Ф-4,   Teflon	1.2567*10−6	1

Дополнительная информация от Инженерного cправочника DPVA, а именно — другие подразделы данного раздела:

• Магнитная проницаемость вакуума = Магнитная постоянная.