JÄRNMETALLER: STRUKTUR, TYPER, EGENSKAPER - KEMI - 2026

De järnmetaller är de som innehåller järn (Fe) liksom små mängder av andra metaller som tillsätts för att ge vissa fördelaktiga egenskaper till dess legeringar. Även om järn kan existera i olika oxidationstillstånd är +2 (järn) och +3 (järn) de vanligaste.

Emellertid avser termen "järnhalt" närvaron av järn oavsett dess oxidationstillstånd i materialet. Järn är det fjärde vanligaste elementet i jordskorpan, men globalt sett är det det viktigaste jordelementet. Därför har järnmetaller historiskt och industriellt deltagit i människans utveckling.

Detta har varit fallet på grund av dess stora överflöd och modifierbara egenskaper. Dessa järnhaltiga metaller startar från utvinning av järn från mineralogiska källor, såsom: hematit (Fe ₂ O ₃ ), magnetit (Fe ₃ O ₄ ) och siderit (FeCO ₃ ). På grund av prestanda är dessa oxider mest önskvärda vid järnbehandling.

Den översta bilden visar en glödande gjutjärn "tong av eld". Av alla järnmetaller består den viktigaste av en järnlegering med små mängder kol tillsatt: stål.

Strukturera

Eftersom järn är huvudkomponenten i järnmetaller består deras strukturer av kristallina deformationer av deras rena fasta substans.

Följaktligen är järnlegeringar som stål inget annat än interstitiell inkludering av andra atomer i kristallarrangemanget av järn.

Vad är det här arrangemanget? Järn bildar allotroper (olika fasta strukturer) beroende på temperaturen för vilken det utsätts och ändrar dess magnetiska egenskaper. Således, vid rumstemperatur presenterar det ett bcc-arrangemang, även känt som alfa-järn (kuben till vänster, övre bilden).

Å andra sidan, i en rad höga temperaturer (912-1394 (ºC)), visar det ccp- eller fcc-arrangemanget: järn-gamma (kuben till höger). När denna temperatur har överskridits återgår järnet till bcc-formen för att slutligen smälta.

Denna förändring i alfa-gamma-struktur är känd som fasomvandling. Gammafasen kan "fånga" kolatomer, medan alfas inte är det.

När det gäller stål kan sålunda strukturen visualiseras som uppsättningar av järnatomer som omger en kolatom.

På detta sätt beror strukturen för järnmetaller på fördelningen av faserna av järn och atomerna från andra arter i det fasta ämnet.

Egenskaper och egenskaper

Rent järn är en mjuk och mycket duktil metall, mycket känslig för korrosion och oxidation från yttre faktorer. Men när den innehåller olika proportioner av en annan metall eller kol, får den nya egenskaper och egenskaper.

I själva verket är det dessa förändringar som gör järnmetaller användbara för många applikationer.

Järnlegeringar är generellt starka, hållbara och tuffa med ljusa gråaktiga färger och magnetiska egenskaper.

exempel

Smidesjärn eller söt

Den har en kolhalt på mindre än 0,03%. Det är silverfärgat, rostar lätt och spricker internt. Dessutom är den mjuk och formbar, en god elektrisk ledare och svår att svetsa.

Det är den typen av järnmetall som människan först använde vid tillverkning av vapen, redskap och byggnader. Det används för närvarande i plattor, nitar, spaljéer, etc. Eftersom det är en bra elektrisk ledare, används den i kärnan av elektromagneter.

Grovt järn eller gjutjärn

I den ursprungliga masugnsprodukten innehåller den 3-4% kol och spår av andra element som kisel, magnesium och fosfor. Dess huvudsakliga användning är att ingripa i produktionen av andra järnmetaller.

Rent järn

Det är en gråvit metall med magnetiska egenskaper. Trots sin hårdhet är den ömtålig och spröd. Dess smältpunkt är hög (1500 ºC) och oxiderar snabbt.

Det är en bra elektrisk ledare, varför den används i elektriska och elektroniska komponenter. Annars är det till liten nytta.

Gjut- eller gjutjärn (gjuterier)

De har en hög kolhalt (mellan 1,76% och 6,67%). De är hårdare än stål men mer spröda. De smälter vid en lägre temperatur än rent järn, cirka 1100 ºC.

Eftersom det är formbart kan det användas för att tillverka bitar av olika storlekar och komplexitet. I denna typ av järn används gjutjärn av gråttyp, vilket ger det stabilitet och formbarhet.

De har högre korrosionsbeständighet än stål. De är också billiga och täta. De uppvisar fluiditet vid relativt låga temperaturer och kan fylla formarna.

De har också goda komprimeringsegenskaper, men de är spröda och går sönder innan de böjs, så de är inte lämpliga för mycket detaljerade bitar.

Grått järn

Det är det vanligaste gjutjärnet, vars grå nyans beror på förekomsten av grafit. Den har en kolkoncentration mellan 2,5% och 4%; dessutom innehåller den 1-3% silikon för att stabilisera grafiten.

Den har många av attributen hos grundläggande gjutjärn och är mycket flytande. Det är oflexibelt och böjer sig kort innan det går sönder.

Ductil järn

Kol tillsätts, i form av sfärisk granit, i en koncentration mellan 3,2% och 3,6%. Den sfäriska formen av grafit ger den större slaghållfasthet och formbarhet än grått järn, vilket gör att den kan användas i detaljerade och kantade mönster.

stål

Kolinnehåll mellan 0,03% och 1,76%. Bland dess egenskaper är hårdhet, uthållighet och motståndskraft mot fysiska ansträngningar. I allmänhet rostar de lätt. De är svetsbara och kan bearbetas i smide eller mekaniskt.

De har också större hårdhet och mindre flytande än gjutjärn. Av denna anledning behöver de höga temperaturer för att rinna i formarna.

Stål och dess tillämpningar

Det finns flera typer av stål, var och en med olika tillämpningar:

Kol eller konstruktionsstål

Kolkoncentrationen kan variera genom att skapa fyra former: mjukt stål (0,25% kol), halvsöt stål (0,35% kol), halvhårt stål (0,45% kol) och hårt (0,5%) ).

Det används för tillverkning av verktyg, stålplåtar, järnvägsfordon, spikar, skruvar, bilar och båtar.

Silikonstål

Kallas också elektriskt stål eller magnetiskt stål. Dess kiselkoncentration varierar mellan 1% och 5%, Fe varierar mellan 95% och 99%, och kol har 0,5%.

Dessutom tillsätts mindre mängder mangan och aluminium. Den har stor hårdhet och hög elektrisk motstånd. Det används för tillverkning av magneter och elektriska transformatorer.

Galvaniserat stål

Den är belagd med en zinkbeläggning som skyddar den mot rost och korrosion. Därför är det användbart för tillverkning av rördelar och verktyg.

Rostfritt stål

Den har en sammansättning av Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) och C (0,2%). Det är motståndskraftigt mot rost och korrosion. Det används för tillverkning av bestick såväl som skärmaterial.

Manganstål

Dess sammansättning är Mn (10-18%), Fe (82-90%) och C (1,12%). Den är hård och slitstark. Används på tågskenor, kassaskåp och rustningar.

Invar stål

Den har 36% Ni, 64% Fe och 0,5% kol. Den har en låg expansionskoefficient. Det används vid konstruktion av indikatorskalor; till exempel: måttband.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. 8: e upplagan, CENGAGE Learning.
2. Administration. (19 september 2017). Vad är järn, var kommer det ifrån och hur många typer av järn finns det. Hämtad 22 april 2018 från: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Järn. Hämtad 22 april 2018 från: en.wikipedia.org
4. Metaller. Generella egenskaper. Extraktion och klassificering av metaller. Hämtad 22 april 2018 från: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Januari 2018). Metallurgisk karaktärisering av järnhaltiga och icke-järnhaltiga material. Hämtad 22 april 2018 från: steemit.com
6. Uppsatser, Storbritannien. (November 2013). Grundläggande strukturer av järnmetaller. Hämtad den 22 april 2018 från: ukessays.com
7. Cdang. (7 juli 2011). Iron Alpha & Iron Gamma. . Hämtad den 22 april 2018 från: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (15 juni 2008). Rostfritt stål flätor. . Hämtad den 22 april 2018 från: commons.wikimedia.org