JERNHOLDIGE METALLER: STRUKTUR, TYPER, EGENSKABER - KEMI - 2025

De jernholdige metaller er sådanne indeholdende jern (Fe) samt små mængder af andre metaller, der tilsættes til opnåelse af visse fordelagtige egenskaber til dets legeringer. Selvom jern kan eksistere i forskellige oxidationstilstande, er +2 (jernholdigt) og +3 (jern) de mest almindelige.

Udtrykket "jernholdig" henviser imidlertid til tilstedeværelsen af ​​jern uanset dens oxidationstilstand i materialet. Jern er det fjerde mest rigelige element i jordskorpen, men globalt set er det det vigtigste jordelement. Derfor har jernholdige metaller historisk og industrielt deltaget i menneskets udvikling.

Dette har været tilfældet på grund af dens store overflod og ændrede egenskaber. Disse jernmetaller starte fra udvinding af jern fra mineralogiske kilder, såsom hæmatit (Fe ₂ O ₃), magnetit (Fe ₃ O ₄) og siderit (FeCO ₃). På grund af ydeevne er disse oxider mest ønskede i jernforarbejdning.

Det øverste billede viser en glødende ”jerntunge” af støbejern. Af alle jernholdige metaller består den vigtigste af en jernlegering med små mængder kulstof tilsat: stål.

Struktur

Da jern er den vigtigste komponent i jernholdige metaller, består deres strukturer af krystallinske deformationer af deres rene faste stof.

Derfor er jernholdige legeringer som stål intet andet end den interstitielle optagelse af andre atomer i krystalarrangementet af jern.

Hvad er dette arrangement? Jern danner allotroper (forskellige faste strukturer) afhængigt af temperaturen, som det udsættes for, hvilket ændrer dets magnetiske egenskaber. Ved stuetemperatur er det således et bcc-arrangement, også kendt som alfa-jern (terningen til venstre, øverste billede).

På den anden side i en række høje temperaturer (912-1394 (ºC)) viser det ccp- eller fcc-arrangementet: jern-gamma (terningen til højre). Når denne temperatur er overskredet, vender jernet tilbage til bcc-formen for endelig at smelte.

Denne ændring i alpha-gamma-struktur er kendt som fase-transformation. Gammafasen er i stand til at "fange" carbonatomer, mens alfafasen ikke er det.

I tilfælde af stål kan dens struktur således visualiseres som sæt jernatomer, der omgiver et carbonatom.

På denne måde afhænger strukturen af ​​jernholdige metaller af fordelingen af ​​faser af jern og atomer fra andre arter i det faste stof.

Egenskaber og egenskaber

Rent jern er et blødt og meget duktilt metal, meget følsomt over for korrosion og oxidation fra eksterne faktorer. Når det imidlertid indeholder forskellige proportioner af et andet metal eller kulstof, får det nye egenskaber og egenskaber.

Faktisk er det disse ændringer, der gør jernholdige metaller nyttige til utallige applikationer.

Jernholdige legeringer er generelt stærke, holdbare og sej med lyse grålige farver og magnetiske egenskaber.

eksempler

Smedejern eller sød

Det har et carbonindhold på mindre end 0,03%. Det er sølvfarvet, ruster let og revner internt. Derudover er det let og formbart, en god leder af elektricitet og vanskelig at svejse.

Det er den type jernholdigt metal, som mennesket først brugte til fremstilling af våben, redskaber og bygninger. Det bruges i øjeblikket i plader, nitter, espalier osv. Da det er en god elektrisk leder, bruges den i kernen af ​​elektromagneter.

Råjern eller støbejern

I det oprindelige højovnsprodukt indeholder det 3-4% kulstof og spor af andre elementer, såsom silicium, magnesium og fosfor. Dets vigtigste anvendelse er at gribe ind i produktionen af ​​andre jernholdige metaller.

Rent jern

Det er et gråhvidt metal med magnetiske egenskaber. På trods af sin hårdhed er den skrøbelig og sprø. Dets smeltepunkt er højt (1500 ºC), og det oxideres hurtigt.

Det er en god elektrisk leder, hvorfor den bruges i elektriske og elektroniske komponenter. Ellers er det til lidt nytte.

Støbejern eller støbejern (støberier)

De har et højt kulstofindhold (mellem 1,76% og 6,67%). De er hårdere end stål, men mere sprøde. De smelter ved en lavere temperatur end rent jern, omkring 1100 ºC.

Fordi det er formbart, kan det bruges til at fremstille stykker i forskellige størrelser og kompleksitet. I denne type jern bruges støbejern af grå type, hvilket giver det stabilitet og formbarhed.

De har en højere modstand mod korrosion end stål. De er også billige og tætte. De har fluiditet ved relativt lave temperaturer og er i stand til at fylde formene.

De har også gode kompressionsegenskaber, men de er sprøde og går i stykker før bøjning, så de er ikke velegnet til meget detaljerede stykker.

Grå jern

Det er det mest almindelige støbejern, og dets grå farvetone skyldes tilstedeværelsen af ​​grafit. Det har en kulstofkoncentration mellem 2,5% og 4%; Derudover indeholder den 1-3% silikone for at stabilisere grafitten.

Det har mange af egenskaberne ved basisk støbejern og er meget flydende. Det er ufleksibelt og bøjer sig kort før brud.

Ductil jern

Carbon tilsættes i form af sfærisk granit i en koncentration mellem 3,2% og 3,6%. Den sfæriske form af grafit giver den større slagfasthed og formbarhed end gråt jern, hvilket gør det muligt at bruge det i detaljerede og kantede mønstre.

stål

Carbonindhold mellem 0,03% og 1,76%. Blandt dens egenskaber er hårdhed, sejhed og modstand mod fysiske anstrengelser. Generelt rustes de let. De kan svejses og kan behandles i smedning eller mekanisk.

De har også større hårdhed og mindre fluiditet end støbejern. Af denne grund har de brug for høje temperaturer for at strømme i formene.

Stål og dens anvendelser

Der er flere typer stål, hver med forskellige anvendelser:

Kulstof eller konstruktionsstål

Kulstofkoncentrationen kan variere ved at etablere fire former: blødt stål (0,25% kulstof), halvsød stål (0,35% kulstof), halvhårdt stål (0,45% kulstof) og hårdt (0,5%).

Det bruges til fremstilling af værktøjer, stålplader, jernbanekøretøjer, søm, skruer, biler og både.

Siliciumstål

Også kaldet elektrisk stål eller magnetisk stål. Dens siliciumkoncentration varierer mellem 1% og 5%, Fe varierer mellem 95% og 99%, og kulstof har 0,5%.

Derudover tilsættes mindre mængder mangan og aluminium. Det har stor hårdhed og høj elektrisk modstand. Det bruges til fremstilling af magneter og elektriske transformere.

Galvaniseret stål

Det er belagt med en zinkbelægning, der beskytter den mod rust og korrosion. Derfor er det nyttigt til fremstilling af rørdele og værktøj.

Rustfrit stål

Det har en sammensætning af Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) og C (0,2%). Det er modstandsdygtigt mod rust og korrosion. Det bruges til produktion af bestik såvel som skæremateriale.

Manganstål

Dens sammensætning er Mn (10-18%), Fe (82-90%) og C (1,12%). Det er hårdt og modstandsdygtigt over for slid. Brugt på togskinner, pengeskabe og rustning.

Invar stål

Det har 36% Ni, 64% Fe og 0,5% kulstof. Den har en lav udvidelseskoefficient. Det bruges til konstruktion af indikatorskalaer; for eksempel: målebånd.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. 8. udgave, CENGAGE Learning.
2. Admin. (19. september 2017). Hvad er jern, hvor kommer det fra, og hvor mange jerntyper er der. Hentet den 22. april 2018 fra: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Jern. Hentet den 22. april 2018 fra: en.wikipedia.org
4. Metaller. Generelle egenskaber. Ekstraktion og klassificering af metaller. Hentet den 22. april 2018 fra: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Januar 2018). Metalurgisk karakterisering af jernholdige og ikke-ferreale materialer. Hentet den 22. april 2018 fra: steemit.com
6. Essays, UK. (November 2013). Grundlæggende strukturer af jernholdige metaller. Hentet den 22. april 2018 fra: ukessays.com
7. Cdang. (7. juli 2011). Iron Alpha & Iron Gamma.. Hentet den 22. april 2018 fra: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (15. juni 2008). Rustfrit stål fletninger.. Hentet den 22. april 2018 fra: commons.wikimedia.org