Чёрные металлы. Сталь. Чугун

Определения и обозначения

Чёрные металлы — это железо и сплавы, в состав которых входит железо. Сплав — материал, состоящий из нескольких веществ. Чугун и сталь называют чёрными металлами, потому что в основе обоих материалов находится железо. По этому признаку их отличают от материалов, в которых железа нет.

Чугун — сплав железа с углеродом, который получают из железной руды. Углерод — вещество, которое входит в состав и чугуна, и стали. Чугун твёрдый, но хрупкий: он может расколоться от удара. Это свойство нужно учитывать, выбирая чугун для изделий.

Сталь — сплав железа с углеродом, который получают из чугуна. При получении стали из чугуна удаляют часть углерода и ненужные примеси. Сталь прочная и менее хрупкая, чем чугун. Поэтому её выбирают для изделий, которым важно выдерживать нагрузку.

Железная руда — горная порода, из которой получают железо. Чтобы получить чугун, руду перерабатывают в доменной печи — большой печи для выплавки чугуна. Высокая температура помогает провести такую переработку. Железная руда служит начальным материалом в цепочке получения чугуна и стали.

Как это устроено

Железо и его сплавы объединяют названием «чёрные металлы». Чугун и сталь относятся к этой группе не потому, что они одинаковы по свойствам, а потому, что в основе каждого из них есть железо. В их состав также входит углерод, поэтому это не чистое железо, а сплавы. Название группы помогает понять, из какого основного материала сделаны эти вещества.

Сначала железную руду перерабатывают в доменной печи и получают чугун. Руда содержит вещества, из которых при обработке можно получить железо, поэтому её нельзя просто использовать вместо готового металла. В печи создают высокую температуру, необходимую для процесса выплавки. Так из природного сырья получают материал, из которого затем можно изготовить сталь.

В чугуне углерода больше, чем в стали. Из-за этого чугун твёрдый, но хрупкий: при сильном ударе он может расколоться, даже если кажется прочным. Твёрдость и способность выдерживать удар — не одно и то же свойство. Поэтому одного слова «твёрдый» недостаточно, чтобы решить, подходит ли чугун для любой детали.

Чтобы получить сталь, из чугуна удаляют часть углерода и ненужные примеси. Состав материала меняется, и сталь становится менее хрупкой, чем исходный чугун. Благодаря этому она подходит для изделий, которым нужно выдерживать нагрузку и не раскалываться от обычных ударов. Так свойства стали связаны со способом её получения.

Чугун и сталь применяют по-разному, потому что у них разные свойства. Для изделия, которому важна твёрдость, может подойти чугун, но нужно помнить о его хрупкости. Для прочных деталей и инструментов чаще выбирают сталь, поскольку она менее хрупкая. При выборе материала сначала выясняют, какие свойства нужны изделию, а затем сравнивают их со свойствами чугуна и стали.

Чугун и сталь: получение, свойства и применение

Сравнивай материалы по строкам таблицы: так легче заметить, чем они похожи и чем отличаются. Особенно внимательно смотри на содержание углерода и основные свойства, потому что они помогают объяснить применение материалов. Строка о получении показывает, в каком порядке получают чугун и сталь.

Разбор задач

Нужно выбрать материал для тяжёлой детали, которая может расколоться при сильном ударе. Требуется решить, какой материал не следует выбирать: чугун или сталь. Сравним не только твёрдость, но и то, как материалы переносят удар. Это поможет не принять твёрдость за устойчивость к раскалыванию.

1. Вспомним свойство чугуна: он твёрдый, но хрупкий.
2. Хрупкий материал может расколоться от сильного удара, значит, для такой детали есть риск.
3. Сталь менее хрупкая, чем чугун, поэтому среди этих двух материалов она лучше подходит для детали, которой грозит удар.

Ответ: не следует выбирать чугун. При этом материал детали в реальности подбирают с учётом всех условий её работы, а не только одного признака.

Из чугуна удалили часть углерода и примеси. Нужно назвать полученный материал и свойство, которым он отличается от чугуна. Сначала определим, какое изменение состава описано в условии. Затем вспомним, какой материал получают таким способом и как он ведёт себя при нагрузке.

1. Чугун получают из железной руды, а сталь — из чугуна.
2. При получении стали из чугуна удаляют часть углерода и ненужные примеси.
3. Полученный материал менее хрупкий, чем чугун, и обладает прочностью.

Ответ: получили сталь. Она прочная и менее хрупкая, чем чугун.

Для изготовления прочного инструмента и детали, которой нужна твёрдость, выбирают между сталью и чугуном. Нужно определить материал для каждого изделия. Сначала выделим главное требование к инструменту, затем — к детали. После этого сопоставим требования со свойствами двух сплавов.

1. Для прочного инструмента выберем сталь: она прочная и менее хрупкая, чем чугун.
2. Для детали, которой важна твёрдость, можно выбрать чугун.
3. Проверим выбор: при этом нужно помнить, что чугун хрупкий и может расколоться от удара.

Ответ: для прочного инструмента выбирают сталь, а для детали, которой нужна твёрдость, — чугун, если её не подвергают сильным ударам. Выбор всегда зависит от того, какие свойства нужны изделию.

Типичные ошибки

Ошибка — считать чугун и сталь чистыми металлами. Так можно подумать, потому что в названиях материалов есть слово «металл», а оба они выглядят как металлические изделия. Но чугун и сталь — сплавы, основой которых служит железо. Проверь себя: если материал состоит из железа и углерода, это сплав, а не чистое железо.

Ошибка — перепутать порядок получения материалов. Иногда запоминают только, что оба материала связаны с железной рудой, и теряют последовательность. Чугун получают из руды, а сталь — из чугуна. Проверь себя цепочкой: руда → чугун → сталь.

Ошибка — думать, что чугун прочнее стали во всех ситуациях. Чугун твёрдый, поэтому его твёрдость легко принять за способность выдерживать любой удар. Но он хрупкий и может расколоться, а сталь менее хрупкая. Чтобы проверить себя, сравни отдельно твёрдость и хрупкость, не заменяя одно свойство другим.

Ошибка — считать, что чугун и сталь применяют одинаково. Оба материала содержат железо, поэтому может показаться, что они подходят для одних и тех же изделий. На деле их выбирают с учётом свойств: для прочных деталей и инструментов подходит сталь, а чугун используют там, где нужна твёрдость. Проверь выбор вопросом: какое свойство требуется изделию и есть ли риск сильного удара?

Связь с другими темами

До этой темы полезно знать, что металлы получают из полезных ископаемых, а вещества обладают разными свойствами. Это помогает понять, почему железную руду перерабатывают, а полученные материалы затем применяют по-разному. Знание свойств важно для правильного выбора материала.

Тема связана с изучением полезных ископаемых и способов получения материалов. Железная руда служит сырьём для получения чугуна, а чугун — для производства стали. Эти знания помогают разбираться, как природное сырьё превращается в материалы для быта и промышленности.

Свойства стали и чугуна пригодятся, когда нужно понять, почему разные изделия делают из разных материалов. Для прочных деталей и инструментов выбирают сталь, а для изделий, которым нужна твёрдость, может подойти чугун. При этом учитывают, что он хрупкий и может расколоться от удара.

Что запомнить

• Чёрные металлы — железо и сплавы на его основе.
• Чугун и сталь — сплавы железа с углеродом.
• Чугун получают из железной руды.
• Сталь получают из чугуна.
• Чугун твёрдый, но хрупкий.
• Сталь прочная и менее хрупкая, чем чугун.