Чугун и кованый железо: ключевые различия

Некоторые инженеры и проектировщики могут думать, что «чугун» относится к ранней работе с железом, или что вся ранняя работа с железом была «кованой», или что оба утверждения верны. Они ошибаются.

Статья обновлена 9 января 2023 г. Изначально опубликована 1 апреля 2016 г.

Разница между кованым и чугуном проста: чугун был расплавлен, отлит в форму и остыл. Кованый железо был нагрет и обработан инструментами. (Для справки, термин «кованый» происходит от слова «обработанный».)

Вот дополнительные различия двух распространённых форм железа.

Чугун — общее название для железных сплавов, содержащих 2–4% углерода, вместе с меньшими количествами кремния и марганца и примесями, такими как сера и фосфор. Наиболее распространённый из этих сплавов — серый чугун.

Чугун формируется путем выплавки железной руды или плавки чугуна (продукта добычи железной руды), затем смешивания его с металлоломом и другими сплавами. Расплавленная смесь заливается в формы для остывания и затвердевания, что происходит как гетерогенная сплав, содержащая несколько материалов в разных фазах. Конкретные материалы и фазы в каждом чугунном сплаве влияют на его физические свойства.

Рабочий на заводе, производящем чугунные детали, стоит близко к плавящей яме.

Чугун твёрже, более хрупок и менее ковок, чем кованый железо или сталь. Его нельзя гнуть, растягивать или ковать в форму. У него мало прочности на разрыв, поэтому он ломается до того, как согнётся или деформируется. С положительной стороны, у него высокая прочность на сжатие, что сделало его критически важным для строительства зданий в начале XX века до появления стали.

По сравнению со сталью, чугун имеет более низкую температуру плавления. Он также более текуч и менее реагирует с материалами форм, делая его хорошо подходящим для литья. На литьё детали требуется значительно меньше труда, чем на ковку кованого железа того же изделия. Это сделало чугун выдающимся материалом на протяжении XVIII и XIX веков. В строительстве он в основном заменён сталью, но всё ещё используется во многих промышленных применениях.

Кованый железо состоит преимущественно из железа с 1–2% добавленного шлака, который является побочным продуктом выплавки железной руды и представляет собой смесь кремния, серы, фосфора и оксидов алюминия. При изготовлении железо удаляют от тепла и обрабатывают молотом, пока оно ещё горячее, чтобы придать ему окончательную форму.

Кованый железо мягче и более вязко, чем чугун. Он также высококовок и может быть нагрет, перегрет и обработан в различные формы. Фактически, он становится сильнее, чем больше его обрабатывают.

Этот кованый забор не заржавеет, если он покрашен и ухаживается.

Кованый железо имеет гораздо большую прочность на разрыв, чем чугун, делая его более подходящим для горизонтальных балок в строительстве. В общем, он сильно устойчив к усталости и деформируется без разрушения, если не перегружен далеко за пределами способности или не деформирован от воздействия интенсивного тепла.

Как чугун, он широко использовался на протяжении XIX века в строительстве зданий, но был заменён сталью в XX веке. Сегодня кованый железо используется преимущественно в декоративных целях.

Коррозия влияет на чугунные и кованые железные детали, если у них открытые металлические поверхности, экспонированные кислороду при наличии влаги. В отличие от металлов вроде меди или алюминия, образующих защитные оксидные покрытия, железо будет ржаветь и осыпаться полностью при достаточно длительном времени. Это делает чугунные и кованые железные детали и сборки проблематичными для наружных сред с их осадками и влажностью.

Для предотвращения ржавления железные изделия должны быть покрыты для предотвращения экспозиции голого металла. Краска обычно используется для защиты голого металла. Порошковые покрытия — другой метод, хорошо подходящий для наружного мебели, подверженной износу в зонах высокого трафика. Порошковые покрытия долговечны и не выгорают, не сколаются и не трескаются на протяжении длительных периодов.

Брэд Дон был вице-президентом Reliance Foundry Co. Ltd. в Британской Колумбии, Канада, когда писал эту статью.