JERNHOLDIGE METALLER: STRUKTUR, TYPER, EGENSKAPER - KJEMI - 2026

De jernholdige metaller er de som inneholder jern (Fe), samt små mengder av andre metaller som er tilsatt for å gi visse fordelaktige egenskaper til dets legeringer. Selv om jern kan eksistere i forskjellige oksidasjonstilstander, er +2 (jernholdig) og +3 (jernholdig) det vanligste.

Imidlertid refererer uttrykket "jernholdig" tilstedeværelsen av jern uavhengig av oksydasjonstilstanden i materialet. Jern er det fjerde rikeste elementet i jordskorpen, men globalt er det hovedjordelementet. Derfor har jernmetaller historisk og industrielt deltatt i utviklingen av mennesket.

Dette har vært tilfelle på grunn av sin store overflod og modifiserbare egenskaper. Disse jernholdige metaller starte fra utvinning av jern fra mineralogiske kilder, for eksempel: hematitt (Fe ₂ O ₃ ), magnetitt (Fe ₃ O ₄ ) og sideritt (FECO ₃ ). På grunn av ytelse er disse oksydene mest ønsket i jernbehandling.

Det øverste bildet viser en glødende støpejern “tungen av ild”. Av alle jernholdige metaller består den viktigste av en jernlegering med små mengder karbon tilsatt: stål.

Struktur

Fordi jern er hovedkomponenten i jernholdige metaller, består strukturer av krystallinske deformasjoner av det rene faste stoffet.

Følgelig er jernholdige legeringer som stål ikke annet enn den interstitielle inkluderingen av andre atomer i krystallarrangementet av jern.

Hva er denne ordningen? Jern danner allotropes (forskjellige faste strukturer) avhengig av temperaturen det blir utsatt for, og endrer dets magnetiske egenskaper. Ved romtemperatur presenterer den således et bcc-arrangement, også kjent som alfa-jern (kuben til venstre, toppbildet).

På den annen side, i en rekke høye temperaturer (912-1394 (ºC)), viser den ccp- eller fcc-arrangementet: iron-gamma (kuben til høyre). Når denne temperaturen er overskredet, kommer jernet tilbake til bcc-formen for endelig å smelte.

Denne endringen i alfa-gamma-struktur er kjent som fase-transformasjon. Gamfasen er i stand til å "fange" karbonatomer, mens alfasen ikke er det.

Når det gjelder stål, kan dens struktur således visualiseres som sett med jernatomer som omgir et karbonatom.

På denne måten avhenger strukturen av jernholdige metaller av fordelingen av fasene av jern og atomene til andre arter i det faste stoffet.

Kjennetegn og egenskaper

Rent jern er et mykt og veldig duktilt metall, svært følsomt for korrosjon og oksidasjon fra eksterne faktorer. Når det inkluderer forskjellige proporsjoner av et annet metall eller karbon, får det imidlertid nye egenskaper og egenskaper.

Det er faktisk disse endringene som gjør jernholdige metaller nyttige for mange applikasjoner.

Jernholdige legeringer er generelt sterke, holdbare og seige, med lyse gråaktige farger og magnetiske egenskaper.

eksempler

Smijern eller søtt

Den har et karboninnhold på mindre enn 0,03%. Det er sølvfarget, ruster lett og sprekker internt. I tillegg er den smidig og støpbar, en god leder for elektrisitet og vanskelig å sveise.

Det er den typen jernholdig metall som mennesket først brukte i produksjonen av våpen, redskaper og bygninger. Den brukes for tiden i plater, nagler, trelliser, etc. Siden det er en god elektrisk leder, brukes den i kjernen av elektromagneter.

Grovt jern eller støpejern

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

Rent jern

Det er et gråhvit metall med magnetiske egenskaper. Til tross for hardheten er den skjør og sprø. Smeltepunktet er høyt (1500 ºC), og det oksiderer raskt.

Det er en god elektrisk leder, og det er derfor den brukes i elektriske og elektroniske komponenter. Ellers nytter det lite.

Støpe- eller støpejern (støperi)

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

Fordi det er støpbart, kan det brukes til å produsere deler av forskjellige størrelser og kompleksitet. I denne typen jern brukes støpejern av grå type, noe som gir det stabilitet og formbarhet.

De har høyere motstand mot korrosjon enn stål. Dessuten er de billige og tette. De har flytbarhet ved relativt lave temperaturer og er i stand til å fylle formene.

De har også gode komprimeringsegenskaper, men de er sprø og går i stykker før de bøyes, så de er ikke egnet for veldig forseggjorte stykker.

Grått jern

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

Det har mange av egenskapene til grunnleggende støpejern, og er veldig flytende. Det er ufleksibelt og bøyer seg kort før brudd.

Ductil jern

Karbon tilsettes i form av sfærisk granitt i en konsentrasjon mellom 3,2% og 3,6%. Den sfæriske formen til grafitt gir den større slagfasthet og formbarhet enn grått jern, slik at den kan brukes i detaljerte og kantede design.

stål

Karboninnhold mellom 0,03% og 1,76%. Blant dens egenskaper er hardhet, utholdenhet og motstand mot fysisk anstrengelse. Generelt ruster de lett. De er sveisbare og kan bearbeides i smiingen eller mekanisk.

De har også større hardhet og mindre flyt enn støpejern. Av denne grunn trenger de høye temperaturer for å strømme i formene.

Stål og dens applikasjoner

Det er flere typer stål, med forskjellige bruksområder:

Karbon eller konstruksjonsstål

Karbonkonsentrasjonen kan variere ved å etablere fire former: mildt stål (0,25% karbon), halvsøtt stål (0,35% karbon), halvhardt stål (0,45% karbon) og hardt (0,5%) ).

Det brukes i produksjon av verktøy, stålplater, jernbanekjøretøyer, spiker, skruer, biler og båter.

Silisiumstål

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

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

Galvanisert stål

Den er belagt med et sinkbelegg som beskytter det mot rust og korrosjon. Derfor er det nyttig for fremstilling 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 rust og korrosjon. Det brukes i produksjon av bestikk så vel som skjæremateriale.

Manganstål

Sammensetningen er Mn (10-18%), Fe (82-90%) og C (1,12%). Den er hard og motstandsdyktig mot slitasje. Brukes på togskinner, safer og rustninger.

Invar stål

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

referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. 8. utg., CENGAGE Learning.
2. Admin. (19. september 2017). Hva er jern, hvor kommer det fra og hvor mange jerntyper er det. Hentet 22. april 2018, fra: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Jern. Hentet 22. april 2018, fra: en.wikipedia.org
4. Metaller. Generelle egenskaper. Ekstraksjon og klassifisering av metaller. Hentet 22. april 2018, fra: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Januar 2018). Metalurgisk karakterisering av jernholdige og ikke-jærlige materialer. Hentet 22. april 2018, fra: steemit.com
6. Essays, UK. (November 2013). Grunnleggende strukturer av jernholdige metaller. Hentet 22. april 2018, fra: ukessays.com
7. Cdang. (7. juli 2011). Iron Alpha & Iron Gamma. . Hentet 22. april 2018, fra: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (15. juni 2008). Rustfrie stålfletter. . Hentet 22. april 2018, fra: commons.wikimedia.org