METALE ŻELAZNE: BUDOWA, RODZAJE, WŁAŚCIWOŚCI - CHEMIA - 2025

Do metali nieżelaznych , które zawierają żelazo (Fe), jak również niewielkie ilości innych metali, które są dodawane aby nadać określone właściwości korzystne dla jego stopów. Chociaż żelazo może występować na różnych stopniach utlenienia, najbardziej powszechne są +2 (żelazo) i +3 (żelazo).

Jednak termin „żelazawy” odnosi się do obecności żelaza niezależnie od jego stopnia utlenienia w materiale. Żelazo jest czwartym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, ale na całym świecie jest głównym pierwiastkiem ziemi. Dlatego metale żelazne uczestniczyły w ewolucji człowieka pod względem historycznym i przemysłowym.

Stało się tak ze względu na jego dużą liczbę i modyfikowalne właściwości. Te metale żelazne zaczynają się od wydobycia żelaza ze źródeł mineralogicznych, takich jak: hematyt (Fe ₂ O ₃ ), magnetyt (Fe ₃ O ₄ ) i syderyt (FeCO ₃ ). Ze względu na wydajność tlenki te są najbardziej pożądane w obróbce żelaza.

Górne zdjęcie przedstawia żarzący się żeliwny „język ognia”. Ze wszystkich metali żelaznych najważniejszy składa się ze stopu żelaza z dodatkiem niewielkiej ilości węgla: stali.

Struktura

Ponieważ żelazo jest głównym składnikiem metali żelaznych, ich struktury składają się z odkształceń krystalicznych czystego ciała stałego.

W związku z tym stopy żelaza, takie jak stal, są niczym innym, jak międzywęzłowym włączeniem innych atomów w kryształowy układ żelaza.

Co to za układ? Żelazo tworzy alotropy (różne struktury stałe) w zależności od temperatury, na jaką jest narażone, zmieniając jego właściwości magnetyczne. Tak więc w temperaturze pokojowej przedstawia układ bcc, znany również jako alfa-żelazo (sześcian po lewej, górny obraz).

Z drugiej strony, w zakresie wysokich temperatur (912-1394 (ºC)), pokazuje układ ccp lub fcc: iron-gamma (sześcian po prawej). Po przekroczeniu tej temperatury żelazo powraca do formy bcc, aby ostatecznie się stopić.

Ta zmiana w strukturze alfa-gamma jest znana jako transformacja fazowa. Faza gamma jest zdolna do „wychwytywania” atomów węgla, podczas gdy faza alfa nie.

Tak więc w przypadku stali jej strukturę można wizualizować jako zbiór atomów żelaza otaczających atom węgla.

W ten sposób struktura metali żelaznych zależy od rozkładu faz żelaza i atomów innych gatunków w ciele stałym.

Charakterystyka i właściwości

Czyste żelazo to miękki i bardzo plastyczny metal, bardzo wrażliwy na korozję i utlenianie spowodowane czynnikami zewnętrznymi. Jednak gdy zawiera inne proporcje innego metalu lub węgla, uzyskuje nowe cechy i właściwości.

W rzeczywistości to właśnie te zmiany sprawiają, że metale żelazne są przydatne w niezliczonych zastosowaniach.

Stopy żelaza są na ogół mocne, trwałe i wytrzymałe, mają jasne szare kolory i mają właściwości magnetyczne.

Przykłady

Kute lub słodkie

Zawiera mniej niż 0,03% węgla. Jest koloru srebrnego, łatwo rdzewieje i pęka od wewnątrz. Ponadto jest plastyczny i podatny na formowanie, jest dobrym przewodnikiem elektrycznym i trudny do spawania.

Jest to rodzaj żelaza, którego człowiek po raz pierwszy użył do produkcji broni, narzędzi i budynków. Obecnie jest stosowany w płytach, nitach, kratach itp. Ponieważ jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, jest używany w rdzeniu elektromagnesów.

Surowe żeliwo lub żeliwo

W pierwotnym produkcie wielkopiecowym zawiera 3-4% węgla i śladowe ilości innych pierwiastków, takich jak krzem, magnez i fosfor. Jego głównym zastosowaniem jest interwencja w produkcję innych metali żelaznych.

Czyste żelazo

Jest to szaro-biały metal o właściwościach magnetycznych. Pomimo swojej twardości jest kruchy i kruchy. Jego temperatura topnienia jest wysoka (1500 ºC) i szybko się utlenia.

Jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, dlatego jest stosowany w podzespołach elektrycznych i elektronicznych. W przeciwnym razie jest mało przydatny.

Żeliwo lub żeliwo (odlewnie)

Mają wysoką zawartość węgla (od 1,76% do 6,67%). Są twardsze niż stal, ale bardziej kruche. Topią się w niższej temperaturze niż czyste żelazo, około 1100ºC.

Ponieważ jest formowalny, może być używany do produkcji elementów o różnych rozmiarach i złożoności. W tego typu żeliwie stosuje się żeliwo szare, co zapewnia mu stabilność i formowalność.

Mają wyższą odporność na korozję niż stal. Poza tym są tanie i gęste. Wykazują płynność w stosunkowo niskich temperaturach, będąc w stanie wypełnić formy.

Mają również dobre właściwości przy ściskaniu, ale są kruche i pękają przed zginaniem, więc nie nadają się do bardzo skomplikowanych części.

szare żelazo

Jest to najpowszechniejsze żeliwo, którego szary odcień wynika z obecności grafitu. Ma stężenie węgla od 2,5% do 4%; dodatkowo zawiera 1-3% silikonu stabilizującego grafit.

Ma wiele cech podstawowego żeliwa, będąc bardzo płynnym. Jest nieelastyczny i zgina się na krótko przed złamaniem.

Żeliwo sferoidalne

Dodawany jest węgiel w postaci kulistego granitu w stężeniu od 3,2% do 3,6%. Kulisty kształt grafitu zapewnia mu większą odporność na uderzenia i plastyczność niż żeliwo szare, dzięki czemu można go stosować w szczegółowych projektach z krawędziami.

Stal

Zawartość węgla od 0,03% do 1,76%. Wśród jego zalet są twardość, wytrzymałość i odporność na wysiłek fizyczny. Na ogół łatwo rdzewieją. Są spawalne i mogą być obrabiane w kuźni lub mechanicznie.

Mają też większą twardość i mniejszą płynność niż żeliwa. Z tego powodu potrzebują wysokich temperatur do przepływu w formach.

Stal i jej zastosowania

Istnieje kilka rodzajów stali, z których każdy ma inne zastosowania:

Stal węglowa lub konstrukcyjna

Stężenie węgla może się zmieniać, tworząc cztery formy: stal miękka (0,25% węgla), stal półsłodka (0,35% węgla), stal półtwarda (0,45% węgla) i twarda (0,5% ).

Znajduje zastosowanie w produkcji narzędzi, blach, pojazdów szynowych, gwoździ, śrub, samochodów i łodzi.

Stal silikonowa

Nazywana również stalą elektryczną lub stalą magnetyczną. Jego stężenie krzemu waha się od 1% do 5%, Fe od 95% do 99%, a węgiel zawiera 0,5%.

Ponadto dodaje się niewielkie ilości manganu i glinu. Ma dużą twardość i wysoką odporność elektryczną. Służy do produkcji magnesów i transformatorów elektrycznych.

Stal galwanizowana

Pokryta jest powłoką cynkową, która chroni ją przed rdzą i korozją. Dlatego jest przydatny do produkcji części rur i narzędzi.

Stal nierdzewna

Ma skład Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) i C (0,2%). Jest odporny na rdzę i korozję. Wykorzystywana jest do produkcji sztućców oraz materiału do krojenia.

Stal manganowa

Jego skład to Mn (10-18%), Fe (82-90%) i C (1,12%). Jest twardy i odporny na ścieranie. Używany na szynach kolejowych, sejfach i zbrojach.

Stal Invar

Zawiera 36% Ni, 64% Fe i 0,5% węgla. Posiada niski współczynnik rozszerzalności. Służy do budowy skal wskaźników; na przykład: taśmy miernicze.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. 8th ed., CENGAGE Learning.
2. Administrator. (19 września 2017). Co to jest żelazo, skąd się bierze i ile jest jego rodzajów. Pobrane 22 kwietnia 2018 r. Z: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Żelazo. Pobrane 22 kwietnia 2018 z: en.wikipedia.org
4. Metale. Właściwości ogólne. Wydobycie i klasyfikacja metali. Pobrane 22 kwietnia 2018 z: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Styczeń 2018). Charakterystyka metalurgiczna materiałów żelaznych i nieżelaznych. Pobrane 22 kwietnia 2018 r.Z: steemit.com
6. Eseje, Wielka Brytania. (Listopad 2013). Podstawowe struktury metali żelaznych. Pobrane 22 kwietnia 2018 r.Z: ukessays.com
7. Cdang. (7 lipca 2011). Iron Alpha i Iron Gamma. . Pobrane 22 kwietnia 2018 z: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (15 czerwca 2008). Plecionki ze stali nierdzewnej. . Pobrane 22 kwietnia 2018 z: commons.wikimedia.org