Jernholdige metaller: Struktur, Typer, Egenskaper, Egenskaper og Eksempel

Jernholdige metaller er de som inneholder jern (Fe), samt små mengder andre metaller som er tilsatt for å gi visse fordelaktige egenskaper til legeringene. Selv om jern kan eksistere i forskjellige oksidasjonstilstander, er +2 (jernholdig) og +3 (ferrisk) den vanligste.

Uttrykket "jernholdig" refererer imidlertid til tilstedeværelsen av jern uavhengig av oksidasjonstilstanden i materialet. Jern er det fjerde mest store elementet i jordskorpen, men globalt er det det viktigste jordiske elementet. Derfor har historisk og industrielt jernholdige metaller hatt en andel i menneskets utvikling.

Dette har vært tilfelle på grunn av sin store overflod og modifiserbare egenskaper. Disse jernholdige metaller starter ved utvinning av jern fra mineralogiske kilder, for eksempel: hematitt (Fe ₂ O ₃ ), magnetitt (Fe ₃ O ₄ ) og siderite (FeCO ₃ ). På grunn av utbyttet er disse oksyder mer ønsket i behandlingen av jern.

Det øvre bildet viser et glødende støpejern. Av alle jernholdige metaller består det viktigste av en jernlegering med små mengder tilsatt karbon: stål.

struktur

Fordi jern er hovedkomponenten av jernholdige metaller, består deres strukturer av krystallinske deformasjoner av deres rene faste stoffer.

Følgelig er jernholdige legeringer, slik som stål, ikke mer enn den interstitiale inklusjon av andre atomer i krystallarrangementet av jern.

Hva er dette arrangementet? Jern danner allotrope (forskjellige faste strukturer) i henhold til temperaturen som den blir utsatt for, og forandrer dens magnetiske egenskaper. Dermed presenterer det ved romtemperatur en bcc-serie, også kjent som alfa-jern (kuben til venstre, toppbilde).

Men i en rekke høye temperaturer (912-1394 (ºC)) viser arrangementet ccp eller fcc: jern-gamma (kuben til høyre). Når denne temperaturen er overskredet, returnerer jernet til bcc-skjemaet for endelig å smelte.

Denne endringen av alfa-gamma strukturen er kjent som fase transformasjon. Gamma-fasen er i stand til å "fange" karbonatomer, mens alfafasen ikke gjør det.

Således kan stålkonstruksjonen visualiseres som sett med jernatomer som omgir et karbonatom.

På denne måten er strukturen av jernholdige metaller avhengig av fordelingen av jernfaser og atomer av andre arter i det faste stoffet.

Egenskaper og egenskaper

Rent jern er et mykt og meget duktilt metall, svært følsomt for korrosjon og oksidasjon av eksterne faktorer. Men når den inneholder forskjellige proporsjoner av et annet metall eller karbon, får den nye egenskaper og egenskaper.

Faktisk er det disse endringene som gjør jernholdige metaller nyttige for utallige applikasjoner.

De jernholdige legeringer er generelt motstandsdyktige, holdbare og faste, av lyse gråfarger og med magnetiske egenskaper.

eksempler

Smijern eller søtt

Den har et karboninnhold på mindre enn 0, 03%. Det er sølv i farge, oksiderer lett og sprekker internt. I tillegg er det duktilt og støpbart, en god leder av elektrisitet og vanskelig å sveise.

Det er typen jernholdig metall som mannen først brukte i produksjon av våpen, redskaper og konstruksjoner. For tiden brukes i plater, nagler, gitter, etc. Som det er en god elektrisk leder, brukes den i kjernen av elektromagneter.

Støpejern eller støpejern

I det første produktet av høyovner inneholder det 3-4% karbon og spor av andre elementer som silisium, magnesium og fosfor. Hovedbruken er å gripe inn i produksjonen av andre jernholdige metaller.

Rent jern

Det er et gråaktig hvitt metall med magnetiske egenskaper. Til tross for sin hardhet er den skjøre og sprø. Smeltepunktet er høyt (1500 ºC.) Og oksiderer raskt.

Det er en god elektrisk leder, så den brukes i elektriske og elektroniske komponenter. For resten er det lite brukt.

Støpejern eller støpejern (støperier)

De har et høyt karboninnhold (mellom 1, 76% og 6, 67%). De er vanskeligere enn stål, men mer skjøre. De smelter ved lavere temperatur enn rent jern, rundt 1100 ºC.

Fordi det er formbar, kan biter av forskjellige størrelser og kompleksitet bli produsert med den. Gråtype støpejern brukes i denne typen jern, noe som gir stabilitet og støpbarhet.

De har større motstand mot korrosjon enn stål. I tillegg er de billige og tette. De presenterer fluiditet ved relativt lave temperaturer, og er i stand til å fylle formen.

De har også gode kompresjonsegenskaper, men de er skjøre og pause før bøyning, så de er ikke nyttige for svært forseggjorte stykker.

Gråt jern

Det er det vanligste støpejernet, dets grå nyanse på grunn av tilstedeværelsen av grafitt. Den har en karbonkonsentrasjon mellom 2, 5% og 4%; I tillegg inneholder den 1-3% silikon for å stabilisere grafittet.

Den presenterer mange av egenskapene til de grunnleggende støpejernene, med høy fluiditet. Den er ubøyelig og bøyer kort før den går i stykker.

Duktilt jern

Karbon blir tilsatt, i form av sfærisk granitt, i en konsentrasjon mellom 3, 2% og 3, 6%. Grafittets sfæriske form gir det større motstand mot støt og formbarhet enn gråjern, noe som gjør at den kan brukes i detaljerte mønstre og med grenser.

stål

Karboninnhold mellom 0, 03% og 1, 76%. Blant sine egenskaper er hardhet, tålmodighet og motstand mot fysisk innsats. Generelt oxiderer de seg lett. De er sveisbare og kan behandles i smiing eller mekanisk.

Dessuten har de større hardhet og mindre fluiditet enn støpejern. Av denne grunn trenger de høye temperaturer å strømme i formen.

Stål og dets applikasjoner

Det finnes flere typer stål, hver med forskjellige applikasjoner:

Kullstål eller konstruksjon

Konsentrasjonen av karbon kan variere, idet det etableres fire former: mildt stål (0, 25% karbon), halvt søtt stål (0, 35% karbon), halvhardt stål (0, 45% karbon) og hardt (0, 5%) ).

Det brukes til fremstilling av verktøy, stålplater, jernbanevogner, negler, skruer, biler og båter.

Silisium stål

Også kalt elektrisk stål eller magnetisk stål. Sin silikonkonsentrasjon varierer mellom 1% og 5%, Fe varierer mellom 95% og 99%, og karbon har 0, 5%.

I tillegg tilsettes mindre mengder av mangan og aluminium. Den har stor hardhet og høy elektrisk motstand. Det brukes til produksjon av magneter og elektriske transformatorer.

Galvanisert stål

Den er dekket av et sinkbelegg som beskytter mot oksidasjon og korrosjon. Derfor er det nyttig for produksjon av rørdeler og verktøy.

Rustfritt stål

Den har en sammensetning av Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) og C (0, 2%). Det er motstandsdyktig mot oksidasjon og korrosjon. Den brukes i produksjon av bestikk samt kappemateriale.

Mangan stål

Dens sammensetning er Mn (10-18%), Fe (82-90%) og C (1, 12%). Det er hardt og slitesterkt. Den brukes på togskinner, safe og rustning.

Invar stål

Den presenterer 36% Ni, 64% Fe og 0, 5% karbon. Den har en lav ekspansjonskoeffisient. Det brukes i konstruksjonen av indikator skalaer; for eksempel: målebånd.