ЧЕРНИ МЕТАЛИ: СТРУКТУРА, ВИДОВЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ - ХИМИЯ - 2025

На цветни метали са тези, съдържащи желязо (Fe), както и малки количества от други метали, които се добавят за да се получи някои полезни свойства на неговите сплави. Въпреки че желязото може да съществува в различни окислителни състояния, +2 (железни) и +3 (железни) са най-често срещаните.

Терминът "черни" обаче се отнася до присъствието на желязо, независимо от неговото окислително състояние в материала. Желязото е четвъртият най-разпространен елемент в земната кора, но в световен мащаб е основният елемент на земята. Следователно, исторически и индустриално, черните метали са участвали в еволюцията на човека.

Това се е случило поради голямото му изобилие и променящи се свойства. Тези черни метали започват от извличането на желязо от минералогични източници, като: хематит (Fe ₂ O ₃), магнетит (Fe ₃ O ₄) и сидерит (FeCO ₃). Поради производителността, тези оксиди са най-желани при обработката на желязо.

Горното изображение показва нажежен чугунен "език на огъня". От всички черни метали най-важният се състои от желязна сплав с малки количества добавен въглерод: стомана.

структура

Тъй като желязото е основният компонент на черните метали, структурите им се състоят от кристални деформации на чистото им твърдо вещество.

Следователно, черни сплави като стомана са нищо повече от интерстициалното включване на други атоми в кристалното разположение на желязото.

Каква е тази уговорка? Желязото образува алотропи (различни твърди структури) в зависимост от температурата, на която е изложено, променяйки магнитните си свойства. По този начин, при стайна температура той представлява bcc подредба, известна още като алфа-желязо (кубчето отляво, отгоре изображение).

От друга страна, в диапазон от високи температури (912-1394 (ºC)), той показва ccp или fcc подредбата: желязо-гама (кубчето вдясно). След като тази температура бъде надвишена, желязото се връща във формата на bcc, за да се стопи накрая.

Тази промяна в структурата на алфа-гама е известна като фазова трансформация. Гама-фазата е способна да „улавя“ въглеродните атоми, докато алфа-фазата не е.

По този начин, при стоманата, нейната структура може да се визуализира като набори от железни атоми, заобикалящи въглероден атом.

По този начин структурата на черните метали зависи от разпределението на фазите на желязото и атомите на други видове в твърдото вещество.

Характеристики и свойства

Чистото желязо е мек и много пластичен метал, силно чувствителен към корозия и окисляване от външни фактори. Когато обаче включва различни пропорции на друг метал или въглерод, той придобива нови характеристики и свойства.

Всъщност именно тези промени правят черните метали полезни за безброй приложения.

Железните сплави обикновено са силни, издръжливи и жилави, с ярки сивкави цветове и магнитни свойства.

Примери

Ковано желязо или сладко

Съдържа съдържание на въглерод под 0,03%. Той е сребрист на цвят, ръждясва лесно и се напуква вътрешно. В допълнение, той е пластичен и формован, добър проводник на електричество и труден за заваряване.

Това е видът на черния метал, който човек за първи път използва при производството на оръжия, прибори и сгради. В момента се използва в плочи, нитове, решетки и др. Тъй като е добър електрически проводник, той се използва в сърцевината на електромагнитите.

Грубо желязо или чугун

В първоначалния продукт на доменната пещ съдържа 3-4% въглерод и следи от други елементи като силиций, магнезий и фосфор. Основната му употреба е да се намеси в производството на други черни метали.

Чисто желязо

Това е сивкаво-бял метал с магнитни свойства. Въпреки твърдостта си, тя е крехка и чуплива. Точката на топене е висока (1500 ºC.) И се окислява бързо.

Той е добър електрически проводник, поради което се използва в електрически и електронни компоненти. В противен случай е от малка полза.

Чугун или чугун (леярни)

Те имат високо съдържание на въглерод (между 1,76% и 6,67%). Те са по-твърди от стоманата, но са по-чупливи. Те се стопяват при по-ниска температура от чистото желязо, около 1100ºC.

Тъй като е формовъчен, той може да се използва за производство на парчета с различни размери и сложност. При този тип желязо се използва чугунен тип сив тип, който му придава стабилност и формовъчност.

Те имат по-висока устойчивост на корозия от стоманата. Също така, те са евтини и плътни. Те представят течност при сравнително ниски температури, като могат да запълнят формите.

Те също имат добри свойства на сгъстяване, но са чупливи и се чупят преди огъване, така че не са подходящи за много сложни парчета.

Сиво желязо

Той е най-често срещаният чугун, сивият му оттенък се дължи на наличието на графит. Има концентрация на въглерод между 2,5% и 4%; освен това съдържа 1-3% силикон за стабилизиране на графита.

Той има много от свойствата на основния чугун, тъй като е много течен. Той е негъващ и се огъва малко преди да се счупи.

Дуктилно желязо

Въглеродът се добавя под формата на сферичен гранит, в концентрация между 3,2% и 3,6%. Сферичната форма на графита му придава по-голяма устойчивост на удар и ковност от сивото желязо, което позволява използването му в детайлни и кантирани конструкции.

Стомани

Съдържание на въглерод между 0,03% и 1,76%. Сред качествата му са твърдост, упоритост и устойчивост на физически усилия. Като цяло те ръждясват лесно. Те са заваряеми и могат да бъдат обработвани в коването или механично.

Те също имат по-голяма твърдост и по-малка течливост от чугунените ютии. Поради тази причина те се нуждаят от високи температури, за да текат във формите.

Стомана и нейните приложения

Има няколко вида стомана, всяка с различни приложения:

Въглеродна или строителна стомана

Концентрацията на въглерод може да варира, установявайки четири форми: мека стомана (0,25% въглерод), полусладка стомана (0,35% въглерод), полутвърда стомана (0,45% въглерод) и твърда (0,5%).

Използва се при производството на инструменти, стоманени листове, железопътни превозни средства, пирони, винтове, автомобили и лодки.

Силиконова стомана

Нарича се още електрическа стомана или магнитна стомана. Неговата концентрация на силиций варира между 1% и 5%, Fe варира между 95% и 99%, а въглеродът е 0,5%.

Освен това се добавят малки количества манган и алуминий. Има голяма твърдост и висока електрическа устойчивост. Използва се при производството на магнити и електрически трансформатори.

Поцинкована стомана

Той е покрит с цинково покритие, което го предпазва от ръжда и корозия. Затова е полезно за производството на тръбни части и инструменти.

Неръждаема стомана

Той има състав на Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) и С (0.2%). Устойчив е на ръжда и корозия. Използва се при производството на прибори за хранене, както и за рязане на материал.

Манганова стомана

Съставът му е Mn (10-18%), Fe (82-90%) и С (1,12%). Той е твърд и устойчив на износване. Използва се за влакови релси, сейфове и броня.

Инварна стомана

Той има 36% Ni, 64% Fe и 0,5% въглерод. Той има нисък коефициент на разширение. Използва се при изграждането на индикаторни везни; например: лентови мерки.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. (2008 г.). Химия. 8-мо издание, CENGAGE Обучение.
2. Admin. (19 септември 2017 г.). Какво е желязото, откъде идва и колко видове желязо има. Произведено на 22 април 2018 г. от: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Желязо. Произведено на 22 април 2018 г. от: en.wikipedia.org
4. Метали. Общи свойства. Добив и класификация на метали. Произведено на 22 април 2018 г. от: edu.xunta.gal
5. Хосе Ферер. (Януари 2018 г.). Металургична характеристика на черни и цветни материали. Произведено на 22 април 2018 г. от: steemit.com
6. Есета, Великобритания. (Ноември 2013 г.). Основни конструкции на черни метали. Произведено на 22 април 2018 г. от: ukessays.com
7. Cdang. (7 юли 2011 г.). Желязна Алфа и Желязна Гама., Произведено на 22 април 2018 г. от: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (15 юни 2008 г.). Плитки от неръждаема стомана, Произведено на 22 април 2018 г. от: commons.wikimedia.org