מתכות ברזליות: מבנה, סוגים, מאפיינים - כִּימִיָה - 2025

מתכות ברזליות הם אלה המכילים ברזל (Fe), כמו גם כמויות קטנות של מתכות אחרות מתווספות לתת תכונות מועילות מסוימות וסגסוגות שלה. למרות שברזל יכול להתקיים במצבי חמצון שונים, 2 + (ברזליות) ו- +3 (ברז) הם הנפוצים ביותר.

עם זאת, המונח "ברזלי" מתייחס לנוכחות ברזל ללא קשר למצב החמצון שלו בחומר. ברזל הוא היסוד הרביעי בשפע בקרום כדור הארץ, אך באופן גלובלי הוא יסוד האדמה העיקרי. לכן, באופן היסטורי ותעשייתי, מתכות ברזליות השתתפו בהתפתחות האדם.

זה היה המקרה בגלל השפע הגדול והתכונות הניתנות לשינוי. מתכות ברזליות אלה מתחילות במיצוי ברזל ממקורות מינרלוגיים, כגון: המטיט (Fe ₂ O ₃ ), מגנטיט (Fe ₃ O ₄ ) וסידראיט (FeCO ₃ ). בשל הביצועים, תחמוצות אלה הן המבוקשות ביותר בעיבוד ברזל.

בתמונה העליונה נראה "לשון אש" מברזל יצוק. מבין כל המתכות הברזל, החשוב ביותר מורכב מסגסוגת ברזל עם הוספת כמויות קטנות של פחמן: פלדה.

מִבְנֶה

מכיוון שברזל הוא המרכיב העיקרי במתכות ברזליות, המבנים שלהם מורכבים מעיוותים גבישיים של המוצק הטהור שלהם.

כתוצאה מכך, סגסוגות ברזליות כמו פלדה אינן אלא הכללתן הביניים של אטומים אחרים בסידור הגביש של הברזל.

מה הסידור הזה? ברזל יוצר אלוטרופים (מבנים מוצקים שונים) בהתאם לטמפרטורה אליה הוא חשוף, ומשנה את תכונותיו המגנטיות. לפיכך, בטמפרטורת החדר הוא מציג סידור bcc, המכונה גם אלפא-ברזל (הקוביה משמאל, תמונה עליונה).

לעומת זאת, בטווח טמפרטורות גבוהות (912-1394 (ºC)) הוא מראה את סידור ה- ccp או fcc: הברזל-גאמה (הקוביה מימין). לאחר חריגה מהטמפרטורה הזו, הברזל חוזר לצורת bcc כדי להמיס לבסוף.

שינוי זה במבנה אלפא-גמא ידוע כטרנספורמציית פאזות. שלב הגמא מסוגל "ללכוד" אטומי פחמן, בעוד שלב האלפא אינו.

כך, במקרה של פלדה, ניתן לדמיין את מבנהו כסטים של אטומי ברזל המקיפים אטום פחמן.

באופן זה, מבנה המתכות הברזל תלוי בהתפלגות שלבי הברזל והאטומים של מינים אחרים במוצק.

מאפיינים ותכונות

ברזל טהור הוא מתכת עדינה ורכה מאוד, רגישה מאוד בפני קורוזיה וחמצון מגורמים חיצוניים. עם זאת, כאשר הוא כולל פרופורציות שונות של מתכת או פחמן אחרת, הוא רוכש מאפיינים ותכונות חדשים.

למעשה, השינויים הללו הם שהופכים מתכות ברזליות לשימושיות ליישומים רבים.

סגסוגות ברזליות הן בדרך כלל חזקות, עמידות וקשיחות, עם צבעים אפרפרים בהירים ותכונות מגנטיות.

דוגמאות

ברזל יצוק או מתוק

יש לו תכולת פחמן של פחות מ- 0.03%. צבעו כסוף, מחליד בקלות וסדקים פנימיים. בנוסף, הוא רקיע ועיצוב, מוליך חשמל טוב וקשה לריתוך.

זהו סוג המתכת הברזל שהאדם השתמש בה לראשונה בייצור כלי נשק, כלים ומבנים. הוא משמש כיום בצלחות, מסמרות, טרליזות וכו '. מכיוון שהוא מוליך חשמלי טוב, הוא משמש בליבת האלקטרומגנטים.

ברזל מחוספס או ברזל יצוק

במוצר הכבשן הראשוני הוא מכיל 3-4% פחמן ועקבות של אלמנטים אחרים כמו סיליקון, מגנזיום וזרחן. השימוש העיקרי בו הוא להתערב בייצור מתכות ברזליות אחרות.

ברזל טהור

זוהי מתכת לבנה אפרפרה בעלת תכונות מגנטיות. למרות הקשיות שלו, הוא שביר ושברירי. נקודת ההיתוך שלו גבוהה (1500 מעלות צלזיוס) והיא מתחמצנת במהירות.

זהו מוליך חשמלי טוב וזו הסיבה שהוא משמש ברכיבים חשמליים ואלקטרוניים. אחרת זה לא מועיל.

ברזל יצוק או יצוק (יציקה)

יש להם תכולת פחמן גבוהה (בין 1.76% ל 6.67%). הם קשים יותר מפלדה אך שבירים יותר. הם נמסים בטמפרטורה נמוכה יותר מברזל טהור, סביב 1100 מעלות צלזיוס.

מכיוון שהוא ניתן לעיצוב, ניתן להשתמש בו לייצור חלקים בגדלים שונים ובמורכבות שונה. בסוג זה של ברזל משתמשים בברזל יצוק מסוג אפור, מה שמקנה לו יציבות ועיצוב.

יש להם עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה מאשר פלדה. כמו כן, הם זולים וצפופים. הם מציגים נזילות בטמפרטורות נמוכות יחסית, ויכולים למלא את התבניות.

יש להם גם תכונות דחיסה טובות, אך הם שבירים ונשברים לפני הכיפוף, ולכן הם אינם מתאימים לחתיכות מורחבות במיוחד.

ברזל אפור

זהו הברזל הנפוץ ביותר, הגוון האפור שלו נובע מנוכחות גרפיט. יש לו ריכוז פחמן בין 2.5% ל -4%; בנוסף, הוא מכיל 1-3% סיליקון לייצוב הגרפיט.

יש לו הרבה מהתכונות של ברזל יצוק בסיסי, שהוא נוזל ביותר. זה לא גמיש ומתכופף מעט לפני השבירה.

ברזל דוקטיל

נוסף פחמן, בצורת גרניט כדורית, בריכוז שבין 3.2% ל -3.6%. צורתו הכדורית של גרפיט מעניקה לו עמידות גבוהה יותר בפני השפעה וכושר גמישות מאשר ברזל אפור, ומאפשרת להשתמש בו בעיצובים מפורטות וקצוות.

פלדות

תכולת הפחמן בין 0.03% ל- 1.76%. בין תכונותיו ניתן למצוא קשיות, עקשנות והתנגדות למאמצים גופניים. באופן כללי הם מחלידים בקלות. הם ניתנים לריתוך וניתנים לעיבוד בזיוף או באופן מכני.

יש להם גם קשיות רבה יותר ופחות נזילות מאשר מגהצים יצוקים. מסיבה זו הם זקוקים לטמפרטורות גבוהות כדי לזרום בתבניות.

פלדה ויישומיה

ישנם מספר סוגים של פלדה, שלכל אחד מהם יישומים שונים:

פלדת פחמן או בנייה

ריכוז הפחמן יכול להשתנות, ויצר ארבע צורות: פלדה עדינה (0.25% פחמן), פלדה מתוקה למחצה (0.35% פחמן), פלדה חצי קשה (0.45% פחמן) וקשה (0.5% ).

הוא משמש בייצור כלים, יריעות פלדה, רכבות רכבת, מסמרים, ברגים, מכוניות וסירות.

פלדת סיליקון

נקרא גם פלדה חשמלית או פלדה מגנטית. ריכוז הסיליקון שלו משתנה בין 1% ל- 5%, Fe משתנה בין 95% ל 99%, ולפחמן יש 0.5%.

בנוסף, כמויות קטנות של מנגן ואלומיניום. יש לו קשיות רבה והתנגדות חשמלית גבוהה. הוא משמש בייצור מגנטים ושנאים חשמליים.

פלדה מגולוונת

הוא מצופה בציפוי אבץ המגן עליו מפני חלודה וקורוזיה. לכן, זה שימושי לייצור חלקי צינור וכלים.

פלדת אל - חלד

יש לו הרכב של Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) ו- C (0.2%). הוא עמיד בפני חלודה וקורוזיה. הוא משמש בייצור סכו"ם כמו גם בחיתוך.

פלדה מנגנית

הרכבו הוא Mn (10-18%), Fe (82-90%) ו- C (1.12%). הוא קשה ועמיד בפני שחיקה. משמש על מסילות רכבת, כספות ושריון.

פלדת Invar

יש לו 36% ניקל, 64% פה ו -0.5% פחמן. יש לו מקדם התרחבות נמוך. הוא משמש בבניית סולמות מחוון; לדוגמה: אמצעי קלטת.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה. מהדורה 8, לימוד CENGAGE.
2. מנהל. (19 בספטמבר 2017). מה זה ברזל, מאיפה זה מגיע וכמה סוגים של ברזל יש. הוחזר ב 22 באפריל 2018 מ: termiser.com
3. ויקיפדיה. (2018). בַּרזֶל. הוחזר ב 22 באפריל 2018 מ: en.wikipedia.org
4. מתכות. נכסים כלליים. מיצוי וסיווג מתכות. הוחזר ב 22 באפריל 2018 מ: edu.xunta.gal
5. חוסה פרר. (ינואר 2018). אפיון מטלורגי של חומרים ברזליות ולא ברזליות. הוחזר ב 22 באפריל 2018 מ: steemit.com
6. מאמרים, בריטניה. (נובמבר 2013). מבנים בסיסיים של מתכות ברזליות. הוחזר ב 22 באפריל 2018 מ: ukessays.com
7. Cdang. (7 ביולי 2011). ברזל אלפא וברזל גמא. . הוחזר ב 22 באפריל 2018 מ: commons.wikimedia.org
8. וולודי. (15 ביוני 2008). צמות נירוסטה. . הוחזר ב 22 באפריל 2018 מ: commons.wikimedia.org