MELNIE METĀLI: STRUKTŪRA, VEIDI, RAKSTURLIELUMI - ĶĪMIJA - 2025

Par krāsaino metālu , ir tie, kas satur dzelzs (Fe), kā arī nelielu daudzumu citu metālu, kas tiek pievienotas, lai sniegtu noteiktus derīgās īpašības tā sakausējumiem. Kaut arī dzelzs var pastāvēt dažādos oksidācijas stāvokļos, visbiežāk ir +2 (melnais) un +3 (dzelzs).

Tomēr termins "melnais" attiecas uz dzelzs klātbūtni neatkarīgi no tā oksidācijas stāvokļa materiālā. Dzelzs ir ceturtais bagātīgākais elements zemes garozā, bet visā pasaulē tas ir galvenais zemes elements. Tāpēc vēsturiski un rūpnieciski melnie metāli ir piedalījušies cilvēka evolūcijā.

Tas ir noticis tā lielā pārpilnības un modificējamo īpašību dēļ. Šie melnie metāli sākas ar dzelzs ieguvi no mineraloģiskiem avotiem, piemēram: hematīta (Fe ₂ O ₃ ), magnīta (Fe ₃ O ₄ ) un siderīta (FeCO ₃ ). Veiktspējas dēļ šie oksīdi ir visvairāk vēlami dzelzs apstrādē.

Augšējā attēlā ir redzama kvēlspīles “uguns mēle”. No visiem melnajiem metāliem vissvarīgākais ir dzelzs sakausējums, kam pievienots neliels oglekļa daudzums: tērauds.

Uzbūve

Tā kā dzelzs ir melno metālu galvenā sastāvdaļa, to struktūras sastāv no to tīras cietas vielas kristāliskajām deformācijām.

Līdz ar to melnie sakausējumi, piemēram, tērauds, nav nekas cits kā citu atomu intersticiāla iekļaušana dzelzs kristāla izkārtojumā.

Kāda ir šī kārtība? Dzelzs veido allotropus (dažādas cietas struktūras) atkarībā no temperatūras, kurai tas tiek pakļauts, mainot tā magnētiskās īpašības. Tādējādi istabas temperatūrā tas attēlo ccc-secību, ko sauc arī par alfa-dzelzi (kubs kreisajā pusē, augšējais attēls).

No otras puses, augstā temperatūru diapazonā (912–1394 (ºC)) tas parāda ccp vai fcc izkārtojumu: dzelzs gamma (kubs labajā pusē). Kad šī temperatūra ir pārsniegta, dzelzs atgriežas BCC formā, lai tā beidzot izkustu.

Šīs izmaiņas alfa-gamma struktūrā ir zināmas kā fāzu transformācija. Gamma fāze spēj "notvert" oglekļa atomus, bet alfa fāze nav.

Tādējādi tērauda gadījumā tā struktūru var vizualizēt kā dzelzs atomu kopas, kas ieskauj oglekļa atomu.

Tādā veidā melno metālu struktūra ir atkarīga no dzelzs fāžu un citu sugu atomu sadalījuma cietajā vielā.

Raksturojums un īpašības

Tīrs dzelzs ir mīksts un ļoti kaļams metāls, kas ir ļoti jutīgs pret koroziju un oksidāciju no ārējiem faktoriem. Tomēr, ja tas ietver dažādas citas metāla vai oglekļa proporcijas, tas iegūst jaunas īpašības un īpašības.

Faktiski tieši šīs izmaiņas padara melnos metālus noderīgus daudzām lietojumprogrammām.

Dzelzs sakausējumi parasti ir stipri, izturīgi un izturīgi, ar spilgti pelēcīgu krāsu un magnētiskām īpašībām.

Piemēri

Kalta dzelzs vai salda

Tā oglekļa saturs ir mazāks par 0,03%. Tas ir sudraba krāsā, viegli sarūsē un iekšēji saplaisā. Turklāt tas ir kaļams un formējams, labs elektrības vadītājs un grūti metināms.

Tas ir melno metālu tips, ko cilvēks pirmo reizi izmantoja ieroču, piederumu un ēku ražošanā. Pašlaik to izmanto plāksnēs, kniedēs, trellises utt. Tā kā tas ir labs elektrības vadītājs, to izmanto elektromagnētu kodolā.

Neapstrādāts vai čuguns

Sākotnējā domnas izstrādājumā tas satur 3-4% oglekļa un citu elementu pēdas, piemēram, silīciju, magniju un fosforu. Tās galvenais pielietojums ir iejaukšanās citu melno metālu ražošanā.

Tīrs dzelzs

Tas ir pelēcīgi balts metāls ar magnētiskām īpašībām. Neskatoties uz cietību, tas ir trausls un trausls. Tā kušanas temperatūra ir augsta (1500 ºC), un tā ātri oksidējas.

Tas ir labs elektriskais vadītājs, tāpēc to izmanto elektriskajos un elektroniskajos komponentos. Citādi tam nav lielas nozīmes.

Čuguns vai čuguns (lietuves)

Viņiem ir augsts oglekļa saturs (no 1,76% līdz 6,67%). Tie ir cietāki nekā tērauds, bet trauslāki. Viņi kūst zemākā temperatūrā nekā tīrs dzelzs, aptuveni 1100ºC.

Tā kā tas ir formējams, to var izmantot dažāda lieluma un sarežģītības gabalu ražošanai. Šāda veida dzelžos tiek izmantots pelēkā tipa čuguns, kas tam piešķir stabilitāti un formējamību.

Viņiem ir augstāka izturība pret koroziju nekā tēraudam. Turklāt tie ir lēti un blīvi. Tie nodrošina plūstamību relatīvi zemā temperatūrā, lai varētu piepildīt veidnes.

Viņiem ir arī labas saspiešanas īpašības, taču tie ir trausli un pirms saliekšanas saplīst, tāpēc tie nav piemēroti ļoti sarežģītiem gabaliem.

Pelēks dzelzs

Tas ir visizplatītākais čuguns, tā pelēkā nokrāsa rodas grafīta klātbūtnes dēļ. Tā oglekļa koncentrācija ir no 2,5% līdz 4%; papildus tam ir 1-3% silikona grafīta stabilizēšanai.

Tam ir daudz čuguna pamata īpašību, tas ir ļoti šķidrs. Tas ir neelastīgs un nedaudz saliecas pirms sabrukšanas.

Ductil dzelzs

Sfēriska granīta formā pievieno oglekli koncentrācijā no 3,2% līdz 3,6%. Grafīta sfēriskā forma tai piešķir lielāku triecienizturību un elastību nekā pelēkais dzelzs, ļaujot to izmantot sīki izstrādātā un griezīgā dizainā.

Tēraudi

Oglekļa saturs ir no 0,03% līdz 1,76%. Starp tā īpašībām ir cietība, izturība un izturība pret fiziskām piepūlēm. Parasti tie viegli rūsa. Tie ir metināmi un var tikt apstrādāti kalumā vai mehāniski.

Viņiem ir arī lielāka cietība un mazāka plūstamība nekā lietie gludekļi. Šī iemesla dēļ viņiem nepieciešama augsta temperatūra, lai plūst veidnēs.

Tērauds un tā pielietojumi

Ir vairāki tērauda veidi, katrs ar atšķirīgu pielietojumu:

Oglekļa vai celtniecības tērauds

Oglekļa koncentrācija var mainīties, izveidojot četras formas: maigais tērauds (0,25% oglekļa), daļēji saldais tērauds (0,35% ogleklis), puscietais tērauds (0,45% ogleklis) un cietais (0,5%) ).

To izmanto instrumentu, tērauda loksņu, dzelzceļa transportlīdzekļu, naglu, skrūvju, automašīnu un laivu ražošanā.

Silīcija tērauds

Saukts arī par elektrisko tēraudu vai magnētisko tēraudu. Tā silīcija koncentrācija svārstās no 1% līdz 5%, Fe svārstās no 95% līdz 99%, un oglekļa ir 0,5%.

Turklāt pievieno nelielu daudzumu mangāna un alumīnija. Tam ir liela cietība un augsta elektriskā pretestība. To izmanto magnētu un elektrisko transformatoru ražošanā.

Cinkots tērauds

Tas ir pārklāts ar cinka pārklājumu, kas aizsargā to no rūsas un korozijas. Tāpēc tas ir noderīgi cauruļu detaļu un instrumentu ražošanā.

Nerūsējošais tērauds

Tam ir Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) un C (0,2%) sastāvs. Tas ir izturīgs pret rūsu un koroziju. To izmanto galda piederumu, kā arī griešanas materiāla ražošanā.

Mangāna tērauds

Tās sastāvs ir Mn (10-18%), Fe (82-90%) un C (1,12%). Tas ir ciets un izturīgs pret nodilumu. Izmanto vilcienu sliedēs, seifos un bruņās.

Invar tērauds

Tam ir 36% Ni, 64% Fe un 0,5% oglekļa. Tam ir zems izplešanās koeficients. To izmanto indikatoru skalas konstruēšanā; piemēram: mērlentes.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. 8. izdevums, CENGAGE mācīšanās.
2. Administrator. (2017. gada 19. septembris). Kas ir dzelzs, no kurienes tas nāk un cik daudz dzelzs ir? Saņemts 2018. gada 22. aprīlī no vietnes termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Dzelzs. Saņemts 2018. gada 22. aprīlī no: en.wikipedia.org
4. Metāli. Vispārīgās īpašības. Metālu ieguve un klasifikācija. Saņemts 2018. gada 22. aprīlī no: edu.xunta.gal
5. Hosē Ferrers. (2018. gada janvāris). Melno un krāsaino metālu metalurģiskais raksturojums. Saņemts 2018. gada 22. aprīlī no vietnes steemit.com
6. Eseja, Lielbritānija. (2013. gada novembris). Melno metālu pamatkonstrukcijas. Saņemts 2018. gada 22. aprīlī no: ukessays.com
7. Cdang. (2011. gada 7. jūlijs). Dzelzs alfa un dzelzs gamma. . Saņemts 2018. gada 22. aprīlī no vietnes: commons.wikimedia.org
8. Volodi. (2008. gada 15. jūnijs). Nerūsējošā tērauda pinumi. . Saņemts 2018. gada 22. aprīlī no vietnes: commons.wikimedia.org