1. Классификация сплавов железа с углеродом

Же­ле­зо люди ис­поль­зу­ют с древ­ней­ших вре­мен. Од­на­ко же­ле­зо в при­сут­ствии кис­ло­ро­да и воды легко под­вер­га­ет­ся кор­ро­зии. По­это­му чи­стое же­ле­зо прак­ти­че­ски не ис­поль­зу­ет­ся, а при­ме­ня­ют­ся раз­лич­ные спла­вы этого ме­тал­ла.

Спла­вы же­ле­за с уг­ле­ро­дом - это чу­гу­ны и стали. Эти спла­вы клас­си­фи­ци­ру­ют­ся по со­дер­жа­нию в них уг­ле­ро­да. В чу­гу­нах со­дер­жа­ние уг­ле­ро­да от 2 до 4% по массе, в неболь­ших ко­ли­че­ствах в нем со­дер­жат­ся крем­ний, мар­га­нец, фос­фор и сера. 

Рис. 1. Спла­вы же­ле­за с уг­ле­ро­дом

 2. Чугуны

Из-за со­дер­жа­ния боль­шо­го ко­ли­че­ства уг­ле­ро­да чугун хру­пок, и его нель­зя ко­вать. Из чу­гу­на от­ли­ва­ют тя­же­лые де­та­ли стан­ков, машин, ма­хо­ви­ки, раз­но­об­раз­ные плиты, кра­си­вые чу­гун­ные ре­шет­ки и дру­гие де­ко­ра­тив­ные из­де­лия. Из чу­гу­на де­ла­ют по­су­ду, ко­то­рая не под­го­ра­ет при на­гре­ва­нии в печах от­кры­тым пла­ме­нем. Это и чу­гун­ки, и тя­же­лые чу­гун­ные ско­во­род­ки.

Рис. 2. Из­де­лия из чу­гу­на

 3. Стали

В ста­лях со­дер­жа­ние всех при­ме­сей мень­ше, чем в чу­гу­нах. В за­ви­си­мо­сти от того, какие до­бав­ки опре­де­ля­ют свой­ства стали, сталь под­раз­де­ля­ет­ся на уг­ле­ро­ди­стую и ле­ги­ро­ван­ную Свой­ства уг­ле­ро­ди­стой стали опре­де­ля­ют­ся со­дер­жа­ние уг­ле­ро­да. Если мас­со­вая доля уг­ле­ро­да в стали менее 0,3%, то ее на­зы­ва­ют ма­ло­уг­ле­ро­ди­стой. Из ма­ло­уг­ле­ро­ди­стой стали из­го­тав­ли­ва­ют кро­вель­ное же­ле­зо, сталь­ные листы, ку­зо­ва лег­ко­вых ав­то­мо­би­лей.

Сред­не­уг­ле­ро­ди­стая сталь со­дер­жит около 0,65% уг­ле­ро­да и слу­жит для  из­го­тов­ле­ния рель­сов, труб, про­во­ло­ки, де­та­лей машин. Вы­со­ко­уг­ле­ро­ди­стая сталь со­дер­жит от 0,65 до 2% уг­ле­ро­да. Из нее из­го­тав­ли­ва­ют раз­лич­ные ин­стру­мен­ты.

Если сталь на­греть до тем­пе­ра­ту­ры 500-700°С, а затем быст­ро охла­дить, по­лу­ча­ет­ся за­ка­лен­ная сталь, от­ли­ча­ю­ща­я­ся осо­бой твер­до­стью. Из за­ка­лен­ной стали из­го­тав­ли­ва­ют то­по­ры, пилы, ру­бан­ки, ку­хон­ные и охот­ни­чьи ножи и дру­гие ин­стру­мен­ты.

Для при­да­ния стали осо­бых свойств в нее до­бав­ля­ют ле­ги­ру­ю­щие до­бав­ки. До­бав­ле­ние крем­ния при­во­дит к уве­ли­че­нию эла­стич­но­сти, мар­ган­ца – вяз­ко­сти, воль­фра­ма – твер­до­сти. Ком­би­ни­руя раз­лич­ные до­бав­ки, по­лу­ча­ют спе­ци­аль­ные ле­ги­ро­ван­ные стали. Наи­бо­лее цен­ные свой­ства ле­ги­ро­ван­ных ста­лей – твер­дость, жа­ро­проч­ность, устой­чи­вость к агрес­сив­ным сре­дам – опре­де­ля­ют их чрез­вы­чай­но ши­ро­кое при­ме­не­ние.

Рис. 3. Из­де­лия из ле­ги­ро­ван­ной стали

Хро­мо­ни­ке­ле­вые стали ис­поль­зу­ет­ся для из­го­тов­ле­ния хи­ми­че­ских ре­ак­то­ров, мо­либ­де­но­вые – дро­биль­ных уста­но­вок, ти­та­но­вые – де­та­лей са­мо­ле­тов и ракет, воль­фра­мо­вые – нитей элек­три­че­ских ламп на­ка­ли­ва­ния.

Ши­ро­кое при­ме­не­ние нашли нержа­ве­ю­щие стали – это спла­вы же­ле­за, со­дер­жа­щие около 18% хрома и 9% ни­ке­ля. Её ан­ти­кор­ро­зий­ные свой­ства по­яв­ля­ют­ся бла­го­да­ря на­ли­чию на по­верх­но­сти ме­тал­ла слоя ок­си­да хрома. Этот за­щит­ный слой очень устой­чив и даже после ме­ха­ни­че­ско­го или хи­ми­че­ско­го по­вре­жде­ния быст­ро при­об­ре­та­ет свой преж­ний вид, и ан­ти­кор­ро­зий­ные ка­че­ства ме­тал­ла оста­ют­ся без из­ме­не­ний.