Metalo profilis: geležies savybės ir charakteristikos

Žmonės geležį naudoja maždaug 5000 metų. Tai yra antrasis gausiausias metalo elementas žemės plutoje ir pirmiausia naudojamas gaminti plienas, viena iš svarbiausių konstrukcinių medžiagų pasaulyje.

Prieš gilindamiesi į geležies istoriją ir šiuolaikinius naudojimo būdus, apžvelkime pagrindus:

• Atominis simbolis: Fe
• Atominis skaičius: 26
• Elemento kategorija: Pereinamasis metalas
• Tankis: 7,874 g / cm³
• Lydymosi temperatūra: 1538 ° C (2800 ° F).
• Virimo temperatūra: 2862 ° C (5182 ° F)
• Moho kietumas: 4

Gryna geležis yra sidabro spalvos metalas, gerai praleidžiantis šilumą ir elektrą. Geležis yra per daug reaktyvi, kad egzistuotų atskirai, todėl Žemės plutoje ji atsiranda tik natūraliai kaip geležies rūdos, tokios kaip hematitas, magnetitas ir sideritas.

Viena iš geležį identifikuojančių savybių yra ta, kad ji yra stipri magnetinis. Bet kokį geležies gabalą gali įmagnetinti stiprus magnetinis laukas. Mokslininkai mano, kad Žemės šerdį sudaro maždaug 90% geležies. Šio geležies sukuriama magnetinė jėga sukuria magnetinius šiaurės ir pietų polius.

Gali būti, kad iš pradžių geležis buvo rasta ir išgauta medienai degant ant geležies turinčių rūdų.Medyje esanti anglis būtų reagavusi su rūdos deguonimi, palikdama minkštą, kaliojo geležies metalas. Geležies lydymas ir geležies naudojimas įrankiams ir ginklams gaminti buvo pradėtas Mesopotamijoje (dabartiniame Irake) nuo 2700 iki 3000 Kr. Per kitus 2000 metų žinios apie geležies lydymą pasklido rytuose į Europą ir Afriką, vadinamu geležies amžiumi.

Nuo XVII amžiaus, kol XIX amžiaus viduryje nebuvo rastas efektyvus plieno gamybos būdas, geležis buvo naudojama kaip konstrukcinė medžiaga laivams, tiltams ir pastatams gaminti. Eifelio bokštas, pastatytas 1889 m., Buvo pagamintas naudojant daugiau nei 7 milijonus kilogramų kaltinės geležies.

Labiausiai varginanti geležies savybė yra jos polinkis formuotis rūdims. Rūdys (arba geležies oksidas) yra rudas, purus junginys, kuris susidaro, kai geležis yra veikiama deguonies. Vandenyje esančios deguonies dujos pagreitina korozija. Rūdžių greitį - kaip greitai geležis virsta geležies oksidu - lemia deguonies kiekis vandenyje ir geležies paviršiaus plotas. Sūriame vandenyje yra daugiau deguonies nei gėlame vandenyje, todėl sūrus vanduo geležį rūdo greičiau nei gėlas vanduo.

Rūdžių galima išvengti padengiant geležį kitais metalais, kurie chemiškai yra patrauklesni deguoniui, tokiais kaip cinko (geležies padengimo cinku procesas yra vadinamas "cinkavimu"). Tačiau efektyviausias apsisaugojimo nuo rūdžių būdas yra plieno naudojimas.

Plienas yra lydinys geležies ir įvairių kitų metalų, kurie naudojami geležies savybėms (stiprumui, atsparumui korozijai, šilumos tolerancijai ir kt.) pagerinti. Pakeitus geležimi legiruotų elementų tipą ir kiekį, galima gauti įvairių rūšių plieno.

Dažniausiai naudojami plienai:

• Anglies plienas, kurių sudėtyje yra nuo 0,5% iki 1,5% anglies: Tai yra labiausiai paplitęs plieno tipas, naudojamas automobilių kėbulams, laivų korpusams, peiliams, mašinoms ir visų tipų konstrukcinėms atramoms.
• Žemo legiruotojo plieno, kuriuose yra 1-5% kitų metalų (dažnai nikelio arba volframo): Nikelio plienas gali atlaikyti aukštą įtampą, todėl yra dažnai naudojamas statant tiltus ir gaminant dviračių grandines. Volframo plienas išlaiko savo formą ir stiprumą aukštoje temperatūroje, ir jis yra naudojamas smūginiuose, sukamuosiuose įrenginiuose, tokiuose kaip grąžtai.
• Labai legiruoti plienai, kurių sudėtyje yra 12-18% kitų metalų: Šis plienas naudojamas tik specialiems tikslams dėl savo didelių sąnaudų. Vienas iš legiruotojo plieno pavyzdžių yra nerūdijantis plienas, kuriame dažnai yra chromas ir nikelis, tačiau jis taip pat gali būti legiruojamas su įvairiais kitais metalais. Nerūdijantis plienas yra labai stiprus ir labai atsparus korozijai.

Daugiausia geležies gaunama iš rūdų, esančių netoli Žemės paviršiaus.Šiuolaikiški ištraukimo būdai naudoja aukštakrosnes, kurioms būdingos aukštos rietuvės (į kaminą panašios konstrukcijos). Į kaminus pilama geležies kartu su koksu (anglimis turtinga anglimi) ir kalkakmeniu (kalcio karbonatu). Šiais laikais geležies rūda paprastai patenka į sukepinimo procesą prieš įeinant į rietuvę. Sukepinimo būdu susidaro rūdos gabalėliai, kurių storis yra 10–25 mm, ir šie gabalėliai sumaišomi su koksu ir kalkakmeniu.

Sukepinta rūda, koksas ir kalkakmenis pilamas į rietuvę, kur dega 1800 laipsnių Celsijaus. Koksas dega kaip šilumos šaltinis ir kartu su deguonimi, kuris įmetamas į krosnį, padeda susidaryti redukuojančiam anglies monoksidui. Kalkakmenis susimaišo su geležies priemaišomis, sudarydamas šlaką. Šlakas yra lengvesnis nei išlydyta geležies rūda, todėl jis kyla į paviršių ir gali būti lengvai pašalintas. Tada karšta geležis supilama į formas, kad būtų gaunama ketaus, arba tiesiogiai paruošiama plieno gamybai.

Iš ketaus vis dar yra nuo 3,5% iki 4,5% anglies,kartu su kitomis priemaišomis, ir su tuo trapus ir sunku dirbti. Fosforo ir sieros priemaišoms ketaus geležyje sumažinti ir ketaus gamybai naudojami įvairūs procesai. Kalvystė, kurioje yra mažiau kaip 0,25% anglies, yra tvirta, kalta ir lengvai suvirinama, tačiau gaminti daug daugiau darbo ir brangiau nei mažai anglinio plieno.

2010 m. Pasaulinė geležies rūdos gamyba sudarė apie 2,4 milijardo tonų. Kinija, didžiausia gamintoja, pagamino apie 37,5% visos produkcijos, o kitos pagrindinės gaminančios šalys yra Australija, Brazilija, Indija ir Rusija. JAV geologijos tarnybos vertinimu, 95% viso pasaulyje pagaminamo metalo kiekio yra geležis arba plienas.

Kadaise geležis buvo pagrindinė konstrukcinė medžiaga, tačiau nuo to laiko ji buvo pakeista plienu. Nepaisant to, ketaus vis dar naudojamas vamzdžiuose ir automobilių dalyse, tokiose kaip cilindrų galvutės, cilindrų blokai ir reduktorių dėklai. Kalvystė vis dar naudojama gaminant namų dekoro elementus, tokius kaip vyno lentynos, žvakidės ir užuolaidų strypai.