Черни метали: структура, типове, характеристики, свойства и пример

Черните метали са тези, които съдържат желязо (Fe), както и малки количества други метали, които се добавят, за да дадат определени полезни свойства на техните сплави. Въпреки че желязото може да съществува в различни окислителни състояния, най-често се срещат +2 (железни) и +3 (железни).

Обаче терминът "железен" 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 той е основният наземен елемент. Следователно исторически и индустриално черни метали имат дял в еволюцията на човека.

Такъв е случаят поради голямото му изобилие и модифицируеми 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 добива, тези оксиди са по-желани при обработката на желязо.

Горното изображение показва желязо с нажежен цвят. От всички черни метали най-важното се състои от желязна сплав с малки количества добавен въглерод: стомана.

структура

Тъй като желязото е основният компонент на черните метали, техните структури се състоят от кристални деформации на тяхното чисто твърдо вещество.

Следователно, железните сплави като стоманата не са нищо повече от интерстициалното включване на други атоми в кристалната подредба на желязото.

Какво е това споразумение? Желязото образува алотропи (различни твърди структури) според температурата, при която е изложена, като променя магнитните си свойства. По този начин, при стайна температура тя представлява АЦК масив, известен също като алфа-желязо (кубът отляво, отгоре изображение).

Въпреки това, в диапазон от високи температури (912-1394 (ºC)), подредбата показва ccp или fcc: желязната гама (кубът вдясно). След като тази температура бъде превишена, желязото се връща към ОЦК форма, за да се разтопи.

Тази промяна на алфа-гама структурата е известна като фазова трансформация. Гама-фазата е в състояние да "затвори" въглеродните атоми, докато алфа-фазата не.

Така, в случая на стомана, неговата структура може да бъде визуализирана като множества от железни атоми, заобикалящи въглероден атом.

По този начин структурата на черните метали зависи от разпределението на железните фази 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 на външни фактори. Когато обаче той 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.

Желязните сплави са като цяло устойчиви, издръжливи и жилави, с ярки сиви цветове и с магнитни свойства.

Примери

Ковано желязо или сладко

Той има въглеродно съдържание по-малко от 0, 03%. Той е сребрист цвят, лесно се оксидира и се напуква вътрешно. В допълнение, той е пластичен и формован, добър проводник на електроенергия и труден за заваряване.

Това е видът черни метали, които човекът използва за производство на оръжия, прибори и конструкции. В момента се използва в плочи, нитове, решетки и др. Тъй като е добър електрически проводник, той се използва в сърцевината на електромагнитите.

Желязо в груб или чугун

В първоначалния продукт на доменните пещи той съдържа 3-4% въглерод и следи от други елементи като силиций, магнезий и фосфор. Основното му предназначение е да се намесва в производството на други черни метали.

Чисто желязо

Това е сиво-бял метал с магнитни свойства. Въпреки своята твърдост е крехка и крехка. Точката на топене е висока (1500 ° С) и бързо се окислява.

Той е добър електрически проводник, така че се използва в електрически и електронни компоненти. За останалото не е от голяма полза.

Чугун или чугун (леярни)

Те имат високо съдържание на въглерод (между 1.76% и 6.67%). Те са по-твърди от стомана, но са по-крехки. Те се топят при по-ниска температура от чистото желязо, около 1100 ° С.

Тъй като е формован, с него могат да бъдат произведени парчета с различни размери и сложност. В този тип желязо се използва сив чугун, който му придава стабилност и гъвкавост.

Те имат по-голяма устойчивост на корозия от стомана. Освен това те са евтини и плътни. Те представят течливост при сравнително ниски температури, като могат да запълнят формите.

Също така те притежават добри компресионни свойства, но са крехки и се счупят преди огъването, така че не са полезни за много сложни парчета.

Сива желязо

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

Той представя много от характеристиките на основните чугуни, които са с висока флуидност. Тя е гъвкава и се огъва малко преди счупване.

Студено желязо

Добавя се въглерод под формата на сферичен гранит при концентрация между 3, 2% и 3, 6%. Сферичната форма на графита му придава по-голяма устойчивост на удари и пластичност, отколкото сивото желязо, което позволява използването му в подробни проекти и с граници.

стомани

Съдържание на въглерод между 0.03% и 1.76%. Сред неговите качества са твърдост, издръжливост и устойчивост на физически усилия. Като цяло те лесно се окисляват. Те са заваряеми и могат да бъдат обработвани в ковачницата или механично.

Също така те имат по-голяма твърдост и по-малко течливост от чугуните. Поради тази причина те се нуждаят от високи температури, които да текат в матриците.

Стомана и нейните приложения

Има няколко вида стомана, всеки от които с различни приложения:

Въглеродна стомана или конструкция

Концентрацията на въглерод може да варира, като се установяват четири форми: мека стомана (0.25% въглерод), полусладката стомана (0.35% въглерод), полутвърдата стомана (0.45% въглерод) и твърдата (0.5%) ).

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

Силиконова стомана

Нарича се още електрическа стомана или магнитна стомана. Концентрацията 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 в производството на магнити и електрически трансформатори.

Поцинкована стомана

Покрит е с цинково покритие, което го предпазва от окисление и корозия. Следователно, той е полезен за производството на тръбни части и инструменти.

Неръждаема стомана

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

Манганова стомана

Неговият състав е Mn (10-18%), Fe (82-90%) и C (1.12%). Тя е твърда и устойчива на износване. Използва се за влакове, сейфове и броня.

Инвар стомана

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