Структура, типи, характеристики, властивості та приклади чорних металів



The чорні метали є ті, що містять залізо (Fe), а також невеликі кількості інших металів, які додаються для надання певних корисних властивостей їх сплавам. Хоча залізо може існувати в декількох станах окислення, найбільш поширеними є +2 (заліза) і +3 (залізо).

Однак термін "заліза" відноситься до присутності заліза незалежно від його ступеня окислення в матеріалі. Залізо є четвертим найбільш поширеним елементом в земній корі, але глобально він є основним наземним елементом. Тому історично і промислово чорні метали брали участь в еволюції людини.

Це відбувалося завдяки його великій кількості і змінюваним властивостям. Ці чорні метали починаються з вилучення заліза з мінералогічних джерел, таких як: гематит (Fe2O3), магнетит (Віра3O4) і siderita (FeCO3). Завдяки роботі ці оксиди є більш бажаними при обробці заліза.

На верхньому зображенні зображено лампа розжарювання "язик вогню" чавуну. З усіх чорних металів найважливішим є сплав заліза з невеликою кількістю доданого вуглецю: сталь.

Індекс

  • 1 Структура
  • 2 Характеристики та властивості
  • 3 Приклади
    • 3.1 Коване або солодке залізо
    • 3.2 Сире залізо або чавун
    • 3.3 Чисте залізо
    • 3.4 Литі або чавунні (ливарні)
    • 3.5 Сіре залізо
    • 3.6 Чавун
    • 3.7 Сталі
  • 4 Сталь та її застосування
    • 4.1 Вуглецева або будівельна сталь
    • 4.2 Кремнієва сталь
    • 4.3 Оцинкована сталь
    • 4.4 Нержавіюча сталь
    • 4.5 Сталь марганцю
    • 4.6 Інварна сталь
  • 5 Посилання

Структура

Оскільки залізо є основним компонентом чорних металів, їхні структури складаються з кристалічних деформацій їх чистого твердого тіла.

Отже, чорні сплави, такі як сталь, є не більш ніж інтерстиціальним включенням інших атомів у структуру кристалічного заліза..

Що це за домовленість? Залізо утворює аллотропи (різні тверді структури) відповідно до температури, при якій вона піддається, змінюючи свої магнітні властивості. Таким чином, при кімнатній температурі вона представляє масу ОЦК, також відому як альфа-залізо (куб ліворуч, верхнє зображення).

Однак у діапазоні високих температур (912-1394 (ºC)) розташування показує ccp або fcc: залізо-гамма (куб справа). Після перевищення цієї температури залізо повертається до ОЦК, щоб остаточно розплавитися.

Ця зміна альфа-гамма-структури називається фазовим перетворенням. Гамма-фаза здатна «ув'язнити» атоми вуглецю, в той час як альфа-фаза не має.

Таким чином, у випадку сталі, його структуру можна візуалізувати як набори атомів заліза, що оточують атом вуглецю.

Таким чином, структура чорних металів залежить від розподілу фаз заліза і атомів інших видів у твердому тілі.

Характеристики та властивості

Чисте залізо - це м'який і дуже пластичний метал, високочутливий до корозії і окислення зовнішніх факторів. Однак, коли вона включає різні пропорції іншого металу або вуглецю, вона набуває нових характеристик і властивостей.

Насправді саме ці зміни роблять чорні метали корисними для незліченних застосувань.

Металеві сплави, як правило, стійкі, довговічні і живучі, яскраво-сірих кольорів і з магнітними властивостями.

Приклади

Ковані або солодкі

Вміст вуглецю менше 0,03%. Він сріблястого кольору, легко окислюється і тріщин всередині. Крім того, він є пластичним і формуемим, хорошим провідником електроенергії і важким для зварювання.

Це тип чорного металу, який людина вперше використав у виробництві зброї, посуду та конструкцій. В даний час використовується в плитах, заклепках, решітках і т.д. Оскільки він є хорошим електричним провідником, він використовується в ядрі електромагнітів.

Залізо в грубому або чавуні

У вихідному продукті доменних печей він містить 3-4% вуглецю і сліди інших елементів, таких як кремній, магній і фосфор. Його основне використання полягає у втручанні у виробництво інших чорних металів.

Чисте залізо

Це сірувато-білий метал з магнітними властивостями. Незважаючи на свою твердість, він крихкий і крихкий. Його температура плавлення висока (1500 ºC) і швидко окислюється.

Це хороший електричний провідник, тому він використовується в електричних і електронних компонентах. Для решти, це мало корисно.

Чавун або чавун (ливарні)

Вони мають високий вміст вуглецю (між 1,76% і 6,67%). Вони твердіші за сталь, але більш крихкі. Вони плавляться при більш низькій температурі, ніж чисте залізо, близько 1100 ºC.

Оскільки це формується, з нею можуть бути виготовлені шматки різних розмірів і складності. Чавун сірого типу використовується в цьому залізі, що надає йому стійкість і формуемость.

Вони мають більшу стійкість до корозії, ніж сталь. Крім того, вони дешеві і щільні. Вони володіють плинністю при відносно низьких температурах і можуть заповнювати форми.

Крім того, вони володіють хорошими властивостями стиснення, але вони є крихкими і розбиваються перед згинанням, тому вони не працюють для дуже складних частин.

Сіре залізо

Це найбільш поширений чавун, його сірий відтінок обумовлений наявністю графіту. Вона має концентрацію вуглецю між 2,5% і 4%; додатково містить 1-3% силікону для стабілізації графіту.

Він представляє багато атрибутів основних чавунів, які мають високу плинність. Воно негнучке і нахиляється незадовго до розриву.

Ковкий чавун

Додають вуглець у вигляді сферичного граніту в концентрації від 3,2% до 3,6%. Сферична форма графіту надає йому більшу стійкість до ударів і податливості, ніж сіре залізо, що дозволяє використовувати його в детальних конструкціях з краями.

Сталі

Вміст вуглецю між 0,03% і 1,76%. Серед його якостей - твердість, міцність і стійкість до фізичних зусиль. Загалом, вони легко окислюються. Вони зварюються і можуть бути оброблені в кузниці або механічно.

Крім того, вони мають більшу твердість і меншу плинність, ніж чавуни. З цієї причини їм потрібні високі температури для протікання у формах.

Сталь та її застосування

Існує кілька типів сталі, кожна з яких має різні застосування:

Вуглецева сталь або конструкція

Концентрація вуглецю може змінюватися, встановлюючи чотири форми: м'яку сталь (0,25% вуглецю), напівсолодку сталь (0,35% вуглецю), напівтверду сталь (0,45% вуглецю) і тверду (0,5%) ).

Використовується при розробці інструментів, сталевих аркушів, залізничних транспортних засобів, цвяхів, гвинтів, автомобілів і катерів.

Кремнійна сталь

Також називається електросталевою або магнітною сталлю. Концентрація кремнію коливається в межах від 1% до 5%, Fe варіюється від 95% до 99%, а вуглець - 0,5%..

Крім того, додаються незначні кількості марганцю та алюмінію. Має велику твердість і високий електричний опір. Застосовується при виготовленні магнітів і електричних трансформаторів.

Сталь оцинкована

Він покритий цинковим покриттям, що захищає його від окислення та корозії. Тому він корисний для виготовлення деталей труб і інструментів.

Нержавіюча сталь

Вона має склад Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) і C (0.2%). Він стійкий до окислення і корозії. Використовується у виробництві столових приладів, а також при різанні матеріалу.

Марганцева сталь

Його склад - Mn (10-18%), Fe (82-90%) і C (1,12%). Він жорсткий і стійкий до зношування. Використовується на залізничних рейках, сейфах і бронях.

Інвар сталевий

У ньому представлені 36% Ni, 64% Fe і 0,5% вуглецю. Він має низький коефіцієнт розширення. Використовується при побудові шкал індикаторів; наприклад: рулетки.

Список літератури

  1. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. (2008). Хімія 8-е изд., CENGAGE Learning.
  2. Адміністратор (19 вересня 2017 р.) Що таке залізо, звідки воно походить і скільки видів заліза? Отримано 22 квітня 2018 року з: termiser.com
  3. Вікіпедія. (2018). Залізо. Отримано 22 квітня 2018 року з: en.wikipedia.org
  4. Метали. Загальні властивості. Видобуток і класифікація металів. Отримано 22 квітня 2018 року з: edu.xunta.gal
  5. Хосе Феррер. (Січень 2018). Металургійна характеристика чорних і неферрових матеріалів. Отримано 22 квітня 2018 року з: steemit.com
  6. Нариси, Великобританія. (Листопад 2013 року). Основні структури чорних металів. Отримано 22 квітня 2018 року від: ukessays.com
  7. Cdang (7 липня 2011 р.) Залізний Альфа & Залізний Гамма. [Малюнок] Отримано 22 квітня 2018 року з: commons.wikimedia.org
  8. Włodi. (15 червня 2008 року). Коси з нержавіючої сталі. [Малюнок] Отримано 22 квітня 2018 року з: commons.wikimedia.org