Δομή των σιδηρούχων μετάλλων, τύποι, χαρακτηριστικά, ιδιότητες και παραδείγματα



Το σιδηρούχων μετάλλων είναι εκείνες που περιέχουν σίδηρο (Fe), καθώς και μικρές ποσότητες άλλων μετάλλων που προστίθενται για να δώσουν ορισμένες ωφέλιμες ιδιότητες στα κράματά τους. Αν και ο σίδηρος μπορεί να υπάρχει σε αρκετές καταστάσεις οξείδωσης, οι +2 (σιδηρούχα) και +3 (σίδηρος) είναι τα πιο κοινά.

Ωστόσο, ο όρος "σιδηρούχα" αναφέρεται στην παρουσία σιδήρου ανεξάρτητα από την κατάσταση οξείδωσης του στο υλικό. Ο σίδηρος είναι το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο του φλοιού της γης, αλλά σε παγκόσμιο επίπεδο αποτελεί το βασικό επίγειο στοιχείο. Ως εκ τούτου, ιστορικά και βιομηχανικά σιδηρούχα μέταλλα έχουν συμμετάσχει στην εξέλιξη του ανθρώπου.

Αυτό συνέβη λόγω της μεγάλης αφθονίας και των τροποποιήσιμων ιδιοτήτων του. Αυτά τα σιδηρούχα μέταλλα αρχίζουν από την εξαγωγή σιδήρου από ορυκτολογικές πηγές, όπως: αιματίτης (Fe2Ο3), μαγνητίτης (Faith3Ο4) και το siderita (FeCO3). Λόγω της απόδοσης, αυτά τα οξείδια είναι περισσότερο επιθυμητά στην επεξεργασία σιδήρου.

Στην επάνω εικόνα εμφανίζεται ένας χυτοσίδηρος πυρακτώσεως "γαλλικής φωτιάς". Από όλα τα σιδηρούχα μέταλλα, το πιο σημαντικό αποτελείται από κράμα σιδήρου με μικρές ποσότητες προστιθέμενου άνθρακα: χάλυβα.

Ευρετήριο

  • 1 Δομή
  • 2 Χαρακτηριστικά και ιδιότητες
  • 3 Παραδείγματα
    • 3.1 Σφυρήλατο ή γλυκό σίδερο
    • 3.2 Ακατέργαστο σίδηρο ή χυτοσίδηρο
    • 3.3 Καθαρό σίδερο
    • 3.4 Χυτοσίδηρος ή χυτοσίδηρος (χυτήρια)
    • 3.5 Γκρι σιδήρου
    • 3.6 Άργυρος
    • 3.7 Χάλυβες
  • 4 Χάλυβας και οι εφαρμογές του
    • 4.1 Χάλυβας άνθρακα ή κατασκευής
    • 4.2 Ατσάλι πυριτίου
    • 4.3 Γαλβανισμένος χάλυβας
    • 4.4 Ανοξείδωτο χάλυβα
    • 4.5 Χάλυβας μαγγανίου
    • 4.6 Χάλυβας Invar
  • 5 Αναφορές

Δομή

Επειδή ο σίδηρος είναι το κύριο συστατικό των σιδηρούχων μετάλλων, οι δομές αυτών αποτελούνται κρυσταλλική παραμορφώσεις του καθαρού στερεού της.

Κατά συνέπεια, τα κράματα σιδήρου όπως ο χάλυβας δεν είναι περισσότερο από την διάμεση ένταξη άλλων ατόμων στη διάταξη κρυσταλλικού σιδήρου.

Τι είναι αυτή η ρύθμιση; Ο σίδηρος σχηματίζει αλλοτρόπα (διαφορετικές στερεές δομές) ανάλογα με τη θερμοκρασία στην οποία εκτίθεται, αλλάζοντας τις μαγνητικές του ιδιότητες. Έτσι, σε θερμοκρασία δωματίου παρουσιάζει μια σειρά bcc, επίσης γνωστή ως άλφα-σίδηρος (ο κύβος στα αριστερά, στην κορυφή της εικόνας).

Αντ 'αυτού, σε μια σειρά από υψηλές θερμοκρασίες (912-1394 (C)), δείχνει τη διάταξη CCP ή FCC: σίδηρος-γάμμα (κύβος δεξιά). Μόλις αυτή τη θερμοκρασία σιδήρου επιστρέφει στην μορφή BCC να συγχωνευθούν τελικά.

Αυτή η αλλαγή της δομής άλφα-γ είναι γνωστή ως μετασχηματισμός φάσης. Η γ-φάση είναι σε θέση να "φυλακίσει" τα άτομα άνθρακα, ενώ η άλφα φάση δεν είναι.

Έτσι, στην περίπτωση του χάλυβα, η δομή του μπορεί να απεικονισθεί ως σύνολα ατόμων σιδήρου που περιβάλλουν ένα άτομο άνθρακα.

Με τον τρόπο αυτό, η δομή των σιδηρούχων μετάλλων εξαρτάται από την κατανομή των φάσεων σιδήρου και των ατόμων άλλων ειδών στο στερεό.

Χαρακτηριστικά και ιδιότητες

Ο καθαρός σίδηρος είναι ένα μαλακό και πολύ εύπλαστο μέταλλο, ιδιαίτερα ευαίσθητο στη διάβρωση και την οξείδωση εξωτερικών παραγόντων. Ωστόσο, όταν περιλαμβάνει διαφορετικές αναλογίες άλλου μετάλλου ή άνθρακα, αποκτά νέα χαρακτηριστικά και ιδιότητες.

Στην πραγματικότητα, αυτές οι αλλαγές κάνουν τα σιδηρούχα μέταλλα χρήσιμα για αμέτρητες εφαρμογές.

Τα κράματα σιδήρου είναι γενικά ανθεκτικά, ανθεκτικά και ανθεκτικά, με φωτεινά γκρι χρώματα και με μαγνητικές ιδιότητες.

Παραδείγματα

Σφυρήλατο σίδερο ή γλυκό

Έχει περιεκτικότητα σε άνθρακα μικρότερη από 0,03%. Έχει ασημί χρώμα, οξειδώνει εύκολα και σπάει εσωτερικά. Επιπλέον, είναι εύπλαστο και χυτεύσιμο, καλό αγωγό ηλεκτρικής ενέργειας και δύσκολο να συγκολληθεί.

Είναι ο τύπος σιδηρούχων μετάλλων που ο άνθρωπος χρησιμοποίησε για πρώτη φορά στην κατασκευή όπλων, σκευών και κατασκευών. Χρησιμοποιείται επί του παρόντος σε πλάκες, πριτσίνια, πλέγματα κ.λπ. Δεδομένου ότι είναι ένας καλός ηλεκτρικός αγωγός, χρησιμοποιείται στον πυρήνα των ηλεκτρομαγνητών.

Σίδερο σε ακατέργαστο ή χυτοσίδηρο

Στο αρχικό προϊόν των υψικαμίνων, περιέχει 3-4% άνθρακα και ίχνη άλλων στοιχείων όπως πυρίτιο, μαγνήσιο και φώσφορο. Η κύρια χρήση της είναι να παρέμβει στην παραγωγή άλλων σιδηρούχων μετάλλων.

Καθαρό σίδερο

Είναι ένα γκριζωπό λευκό μέταλλο με μαγνητικές ιδιότητες. Παρά τη σκληρότητα του είναι εύθραυστη και εύθραυστη. Το σημείο τήξης του είναι υψηλό (1500 ºC.) Και οξειδώνεται γρήγορα.

Είναι ένας καλός ηλεκτρικός αγωγός, οπότε χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Για τα υπόλοιπα, είναι ελάχιστα χρήσιμο.

Χυτοσίδηρος ή χυτοσίδηρος (χυτήρια)

Έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (μεταξύ 1,76% και 6,67%). Είναι πιο σκληρά από τον χάλυβα αλλά πιο εύθραυστα. Λιώνουν σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τον καθαρό σίδηρο, περίπου στους 1100 ºC.

Επειδή μπορεί να διαμορφωθεί, μπορούν να κατασκευαστούν τεμάχια διαφόρων μεγεθών και πολυπλοκότητας. Ο χυτοσίδηρος γκρι τύπου χρησιμοποιείται σε αυτόν τον τύπο σιδήρου, ο οποίος του δίνει σταθερότητα και δυνατότητα χύτευσης.

Έχουν μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση από το χάλυβα. Επιπλέον, είναι φθηνά και πυκνά. Έχουν ρευστότητα σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και μπορούν να γεμίσουν τα καλούπια.

Επίσης, έχουν καλές ιδιότητες συμπίεσης, αλλά είναι εύθραυστα και σπάνε πριν από την κάμψη, έτσι δεν είναι κατάλληλο για πολύ περίτεχνα κομμάτια.

Γκρι σιδήρου

Είναι ο πιο συνηθισμένος χυτοσίδηρος, η γκρίζα του απόχρωση λόγω της παρουσίας γραφίτη. Έχει συγκέντρωση άνθρακα μεταξύ 2,5% και 4%. επιπλέον, περιέχει 1-3% σιλικόνη για τη σταθεροποίηση του γραφίτη.

Παρουσιάζει πολλά από τα χαρακτηριστικά των βασικών χυτοσιδήρων, που είναι υψηλής ρευστότητας. Είναι άκαμπτο και κάμπτεται λίγο πριν σπάσει.

Ο όλκιμος σίδηρος

Άνθρακα προστίθεται στη μορφή σφαιρικών γρανίτη, σε συγκέντρωση μεταξύ 3,2% και 3,6%. Το σφαιρικό γραφίτη δίνει μεγαλύτερη αντοχή στην κρούση και η ελατότητα από γκρι σιδήρου, η οποία επιτρέπει τη χρήση σε λεπτομερή σχέδια και ακμές.

Χάλυβες

Περιεκτικότητα σε άνθρακα μεταξύ 0,03% και 1,76%. Μεταξύ των ιδιοτήτων του είναι η σκληρότητα, η ανθεκτικότητα και η αντίσταση στις σωματικές προσπάθειες. Γενικά, οξειδώνονται εύκολα. Είναι συγκολλητέα και μπορούν να υποστούν επεξεργασία στο σφυρηλάτηση ή μηχανικά.

Επίσης, έχουν μεγαλύτερη σκληρότητα και λιγότερη ρευστότητα από τα χυτά σίδερα. Για το λόγο αυτό χρειάζονται υψηλές θερμοκρασίες για να ρέουν στα καλούπια.

Χάλυβα και οι εφαρμογές του

Υπάρχουν διάφοροι τύποι χάλυβα, ο καθένας με διαφορετικές εφαρμογές:

Χάλυβας άνθρακα ή κατασκευή

Η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να ποικίλει, για την ίδρυση τέσσερις μορφές: μαλακό χάλυβα (0,25% άνθρακα) χάλυβα ημίγλυκος (0,35% άνθρακα), ανθρακούχου χάλυβα (0,45% άνθρακα) και σκληρό (0,5% ).

Χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη εργαλείων, φύλλων χάλυβα, σιδηροδρομικών οχημάτων, καρφιών, βιδών, αυτοκινήτων και σκαφών.

Χάλυβας πυριτίου

Ονομάζεται επίσης ηλεκτρικό χάλυβα ή μαγνητικό χάλυβα. Η περιεκτικότητά του σε πυρίτιο κυμαίνεται μεταξύ 1% και 5%, το Fe κυμαίνεται μεταξύ 95% και 99% και ο άνθρακας έχει 0,5%.

Επιπλέον, προστίθενται μικρές ποσότητες μαγγανίου και αλουμινίου. Έχει μεγάλη σκληρότητα και υψηλή ηλεκτρική αντίσταση. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή μαγνητών και ηλεκτρικών μετασχηματιστών.

Γαλβανισμένος χάλυβας

Καλύπτεται με επίστρωση ψευδαργύρου που την προστατεύει από την οξείδωση και τη διάβρωση. Ως εκ τούτου, είναι χρήσιμο για την κατασκευή εξαρτημάτων σωλήνων και εργαλείων.

Ανοξείδωτο ατσάλι

Έχει σύνθεση Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) και C (0,2%). Είναι ανθεκτικό στην οξείδωση και στη διάβρωση. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή μαχαιροποιίας και κοπής.

Χάλυβας μαγγανίου

Η σύνθεσή του είναι Mn (10-18%), Fe (82-90%) και C (1,12%). Είναι σκληρό και ανθεκτικό σε φθορά. Χρησιμοποιείται σε σιδηροτροχιές, χρηματοκιβώτια και θωράκιση.

Χάλυβας Invar

Παρουσιάζει 36% Ni, 64% Fe και 0,5% άνθρακα. Έχει χαμηλό συντελεστή επέκτασης. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή ζυγοσταθμίσεων. για παράδειγμα: μέτρα ταινίας.

Αναφορές

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Χημεία 8η έκδοση, CENGAGE Learning.
  2. Διαχειριστής (19 Σεπτεμβρίου 2017). Τι είναι το σίδερο, από πού προέρχεται και πόσα είδη σιδήρου υπάρχουν; Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2018, από: thermiser.com
  3. Wikipedia. (2018). Σίδερο. Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2018, από: en.wikipedia.org
  4. Μέταλλα. Γενικές ιδιότητες. Εξόρυξη και ταξινόμηση μετάλλων. Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2018, από: edu.xunta.gal
  5. Jose Ferrer. (Ιανουάριος 2018). Μεταλλουργικός χαρακτηρισμός σιδηρούχων και μη σιδηρικών υλικών. Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2018, από: steemit.com
  6. Δοκίμια, Ηνωμένο Βασίλειο. (Νοέμβριος 2013). Βασικές δομές σιδηρούχων μετάλλων. Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2018, από: ukessays.com
  7. Cdang (7 Ιουλίου 2011). Σιδήρου άλφα και σιδήρου γάμμα. [Εικόνα] Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2018 από: commons.wikimedia.org
  8. Włodi. (15 Ιουνίου 2008). Πλεξούδες από ανοξείδωτο χάλυβα. [Εικόνα] Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2018 από: commons.wikimedia.org