Каковы основные недостатки черных металлов

Обновлено: 20.09.2024

7.Способность работать при высоких и низких температурах.

Недостатки:

1.Высокая плотность (для легких не более 3000 кг/м 3 , для тяжелых более 7000 кг/м 3

2.Подвергаются коррозии под действием различных газов и влаги.

Корозия металлов. Защита от коррозии.

Коррозия -процесс хим. или электрохимического разрушения металлов под действием окружающей среды.

Хим. коррозия- возникает при действии на металл при высоких t сухих газов, бензина, керосина, окислителей, кислорода, воздуха.

Электрохимическая коррозия- возникает при действии на металл растворение кислот и щелочей, в результате чего на поверхности металла возникает множество микрогальванических элементов, вырабатывает электрический ток. При этом металл отдает свои ионы электролиту, а сам постепенно разрушается. 3 вида:

- местная- разрушение идет на отдельных участках;

-равномерная- одинаково разрушается по всей поверхности;

-меткристаллическая - разрушение идет по границам зерен.

Защита:

-покрытие металла различными красками, эмалями, лаками, полимерными материалами.

-воронение – получение на поверхности металла защитного слоя, состоящего из оксидов данного металла.

-покрытие металла пленкой из другого металла, менее подверженного коррозии в данных условиях.

-оксидирование - создание на поверхности металла пассивирующей пленки в кислой или щелочной среде в присутствии сильных окислителей. Катодное окисление.

Достоинства и недостатки древесины.

Достоинства:

Защита древесины от гниения, поражения насекомыми и возгорания.

Защита от гниения:

-конструктивные меры: *изоляция от грунта

*защита от атмосферных осадков

-пропитывание антисептиками-хим вещество убивающие грибы и создающие среду, в которой их жизнедеятельность становится невозможной.

Защита от возгорания:

-удаление от источника возгорания

-покрытие облицовкой или штукатуркой

-окрашивание огнеупорной краской

огнезащитное действие основано на том, что один из них при нагревании древесины создает оплавлен пленку, закрывая доступ кислорода.

Защита от поражения насекомыми:

Используют антисептики — химические вещества, которые убивают грибы, вызывающие гнили, или создают среду, в которой их жизнедеятельность прекращается. Антисептики должны обладать токсичностью только по отношению к грибам и быть безвредными для людей и животных, не ухудшать качества древесины, по возможности не вызывать коррозию металлических креплений.

Материалы и изделия из древесины. Классификация.

Материалы и изделия:

-круглые лесоматериалы (бревна)

-пиломатериалы (брус, доски)

-заготовки (плинтус, вагонка)

-столярные изделия (окна, двери)

-композиционные материалы (ДВП, ДСП,ФАНЕРА)

Классификация:

1.Хвойные — лиственница, сосна, ель, кедр, пихта.

2. Лиственные — дуб, берёза, липа, осина.

Качество древесины во многом зависит от наличия у неё пороков, к которым относят свилеватость, косослой, сучковатость, трещины, повреждения насекомыми, гниль.

Пластмассы. Сырьевые материалы и их назначение.

Пластмассы- материалы, содержащие в качестве важной составной части высокомолекулярные соединения-полимеры и образованием пластичности на определенном этапе производства, которая полностью или частично теряется после отвердения полимера.

Сырьевые материалы:

1.Полимеры- высокомолекулярные соединения, в которых молекулы, состоящие из элементарных многократный повтор звеньев одинаковой структуры.

-Природные(крахмал, янтарь, шерсть)

-Синтетические (2 группы)

*Полимеры, полученные ценной полимеризацией – процесс, в результате которого молекулы низкомолекулярных соединений, соединены друг с другом при помощи ковалентной связи, без побочных продуктов.

*Полимеры, полученные поликонденсацией - процесс образования полимеров из низкомолекулярных соединений, содержащие 2 и несколько функциональных групп сопровождающиеся выделением побочных веществ

2.Наполнители – представляют собой орган и неорганических, порошки и волокна, значительно уменьшает потребность в дорогом полимере и тем самым удешевляет стоимость изделий. ( улучшение свойств: прочность, теплоемкость)

3.Пластификаторы- для повышения пластичности, уменьшение хрупкости, должна быть химически инертным и малолетучим.

4.Стабилизаторы- способствует сохранению свойств, и структуры пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение при воздействии солнечного света, кислорода.

5.Катализаторы- вводят для сокращения времени твердения пластмасс.

6.Красители- для придания определенного цвета.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.007)

Чёрные металлы – свойства и классификация чермета

Эти черные металлы стали неотъемлемым компонентом нашей цивилизации. Без стали и чугуна сложно представить и повседневную жизнь, и высокие технологии.

Что такое черные металлы

Под термином « черные металлы » понимаются железо и сплавы с ним как основным компонентом (стали, чугуны).

По некоторым классификациям к черным металлам относятся марганец, ванадий, хром. Это сырье при производстве чугунов и сталей.

Основные железистые сплавы – чугуны, стали, ферросплавы. Они составляют 90% объема продукции металлургических предприятий. Остальное добирают цветные металлы.

Почти все металлы (90+%), востребованные экономикой, относятся к «черному» сегменту.

Неофициальное наименование сегмента черных металлов – чермет.

Классификация

Главные продукты чермета – сталь и чугун. Это сплавы железа, углерода плюс легирующие присадки, улучшающие утилитарные характеристики продукта.

Сталь и чугун различает доля углерода в составе. У стали его менее 2,14%, у чугуна – больше, у некоторых марок до 5,9%.

Данные сплавы черных металлов также классифицируются на основе физических параметров и химического состава.

Чугуны

Главная разновидность чугуна – литейный. Другие виды:

антифрикционный;
передельный;
низко-, высоко-, просто легированный;
с графитом (шаровидным либо вермикулярным).

По другой классификации чугуны подразделяют на белые, серые, ковкие.

Стали

Подразделяются на простые (нелегированные) и легированные:

Основной компонент нелегированных сталей – углерод, поэтому их называют также углеродистыми. В зависимости от количества углерода (%) различают низко- (менее 0,25), высоко- (0,6+), просто углеродистый (0,25-0,6) сплав.
Свойства легированных определяют добавки из других элементов. Их доли микроскопичны, но свойства (стойкость к коррозии, твердость, прочность) меняются существенно.

Традиционные добавки-лигатуры к чугуну, стали: вольфрам, кремний, марганец, медь, хром, никель.

При переработке руды избавляют от азота, кислорода, серы, фосфора, других вредных примесей.

Самые известные виды легированной стали – нержавеющая и оцинкованная.

Технология получения продукции

Продукцию получают на металлургических комбинатах из двух источников : руды (первичное производство) и металлического лома (метод вторичной переработки).

Первичное производство

Исходник для получения черных металлов – железная руда.

С месторождения ее отправляют на металлургические комбинаты, где подвергают многоступенчатой обработке:

Сырьем загружают доменную печь. Добавляют кокс, известняк.
Смесь переплавляют.
Железо поглощает углерод. Затвердев, становится очень твердым, но хрупким. Это чугун.
Часть чугуна отправляют на механическую обработку и изготовление изделий.
Основная масса направляется в сталеплавильную печь.
Здесь излишек углерода выжигается. Получается сталь.

Из расплава формируют чушки, прокат, болванки, другие виды заготовок для промышленности.

Чугун, отлитый в виде чушек

Второй способ – кислородно-конвертерный. Процесс проходит в конвертере – стальной печи, выложенной изнутри огнеупорным кирпичом. Здесь на избыточный углерод, другие примеси чугуна воздействуют кислородом. То есть продувают его сквозь массив чугунного расплава под давлением.

Процессы идут при температурах, исчисляемых тысячами градусов по Цельсию. Они плохо совместимы с экологией, поскольку загрязняют атмосферу, воду, почву.

Вторичная переработка

В широком понимании черный металлолом – это некондиционные, утратившие первоначальные свойства изделия из чугуна или стали.

изношенное промышленное оборудование;
металлические конструкции;
отходы производства (включая стружку);
бытовые приборы;
обезвреженные боеприпасы;
другие виды лома.

Лом черного металла – востребованное сырье. В пункты приема берут все – от стружки до крупных конструкций.

Учитывая массивность изделий (чугунные радиаторы отопления, ванны, ограды), заработать можно и на простом ломе. Заодно очистить пространство от хлама.

Вторичная переработка лома выгодна и производителям. Процесс впятеро дешевле получения продукта из руды. Кратно уменьшаются выбросы, а значит и штрафы за загрязнение окружающей среды.

Сферы использования

Сталь и чугун – традиционный материал промышленности.

Этому способствуют его прочность, твердость, устойчивость к внешним воздействиям, долговечность, легкость обработки, ценовая доступность (по сравнению с цветметом). Такие кондиции присущи материалу независимо от способа получения – из руды или лома.

В промышленности это материал деталей механизмов, конструкций, инструментария:

Из чугуна получаются эстетичные ажурные решетки, ворота, другой декор для открытых пространств и интерьеров.

Чугунный забор

Сталь в строительстве – это прочные крыши, перекрытия, лестницы, шахты лифтов.

Еще одна сфера применения вторичных черных металлов – полезные вещи, сделанные своими руками либо в маленьких мастерских. Самые востребованные: летний душ, мангал, пресс, буржуйка, аксессуары для рыбалки, накопитель воды на дачном участке. Дизайнеры создают инсталляции, которые становятся музейными экспонатами либо пополняют частные коллекции.

Чугунная печь — буржуйка

Бизнес проектом может стать и пункт приема вторсырья, и создание артефактов из лома черных металлов.

Черные и цветные металлы, свойства и применение

Источником почти всех материалов, используемых человеком, является верхний слой земной коры толщиной до 10 км. Самым распространенным элементом земной коры является кислород (47 %). Второе место занимает кремний (29 %), затем следуют алюминий (8 %), железо (4,6 %), кальций, натрий, калий, магний и водород. Эти девять элементов составляют более 98 % массы земной коры, так что на долю всех остальных приходится менее 2 %. В эти 2 % входят и такие широко применяемые в народном хозяйстве элементы, как медь, цинк, свинец, никель, сера, фосфор и др.

В 2008 г. примерный объем (в млн т) производства различных материалов в мире составил:

I. Цемент (2900), лидеры – Китай (1450), Индия (175), США (89);

II. Чугун и сталь (1330), лидеры – Китай (502), Япония (119), США (92);

III. Полимеры и пластмассы (245), лидеры – NAFTA[1] (58), Китай (36), Германия (20);

IV. Алюминий и его сплавы (39,7), лидеры – Китай (13,5), Россия (4,2), Канада (3,1).

В годы устойчивого развития структура потребления различных материалов и сырья в Российской Федерации в стоимостном выражении была примерно следующая:

- металлические материалы – 27 %,

- материалы химического производства – 20 %,

- материалы лесной и деревообрабатывающей промышленности – 17 %,

- строительные материалы (цемент, асбест и др.) – 13 %,

- газ, торф, сланцы – 3 %.

Наиболее распространенными конструкционными материалами во всем развитом мире являются сталь и чугун, представляющие собой сплавы на основе железа и углерода. Самые дешевые марки этих материалов в России в 2008 г. (до экономического кризиса) продавались по цене около 1000 $/т, а нержавеющие – на порядок дороже. Цены на металлы и сплавы непрерывно меняются в зависимости от конъюнктуры. Если за единицу принять рядовую сталь, то алюминий дороже, примерно, в 6 раз; медь – в 7,5 раз; никель – в 17 раз; вольфрам – в 75 раз; титан – в 50 раз; серебро – в 290 раз; золото – в 11000 раз; платина – в 27000 раз. Самым дорогим металлом является родий – он дороже стали в 45000 раз, а самым редким – рений (он дороже только в 12000 раз, т. к. залегает более компактно, чем рений).

Из более чем 100 элементов, представленных в периодической системе Д.И. Менделеева*, около 80 % составляют металлы. Добываемые и используемые в промышленности металлы принято делить на черные и цветные.

К чернымметаллам относят сплавы на основе железа: чугун, сталь и ферросплавы: ферромарганец, ферроникель, феррохром и т. п. Ферросплавы используются при выплавке легированных чугунов и сталей. Производство черных металлов примерно в 15 раз превосходит производство всех остальных металлов вместе взятых, т. к. стали и чугуны являются самыми распространенными конструкционными материалами – из них изготавливают различные морские и речные суда, мосты, строительные конструкции, трубопроводы, буровые платформы, станки, машины, механизмы и т. д.

К цветным металлам относятся все остальные металлы и их принято классифицировать по ряду общих признаков.

1. По плотности различают:

· легкие металлы имеют плотность меньше чем у железа (7,88 г/см 3 ), обычно, до 5 г/см 3 . Наибольшее применение нашли легкие сплавы на основе Mg, Be, Al, Ti, которые эффективны при изготовлении транспортных средств и особенно летательных аппаратов, т. к. позволяют снизить массу машин и затраты на топливо.

- щелочные и щелочноземельные металлы относятся к сверхлегким. Например, Na, К, Li, Ca применяют в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах; натрий используют в качестве катализатора при производстве искусственного каучука, а литий – при изготовлении аккумуляторов и для создания сверхлегких алюминиевых сплавов авиаракетной техники.

· тяжелые металлы Ni, Co, Cu, Mo, W и др. имеют плотность больше, чем у железа. Тяжелые цветные металлы широко используются для легирования сталей и чугунов, изготовления сплавов с особыми физическими свойствами; медь незаменима в электротехнике и радиоэлектронике. В группу тяжелых металлов также входят:

- радиоактивные металлы (или актиноиды) Th, U, Pu и др. используются в атомной технике, в т. ч. в качестве ядерного топлива;

- благородные (или драгоценные) металлы Ag, Аu, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt имеют плотность от 10,5 до 22,5 г/см 3 , отличаются высокой устойчивостью против коррозии и др. уникальными свойствами; используются в радиоэлектронике, измерительной технике, химической, автомобильной и ювелирной промышленности.

2. По температуре плавления различают:

- легкоплавкие металлы Ga, Sn, Bi, Tl, Pb, Zn имеют температуру плавления от 29,7 до 419,5 °С и поэтому используются для изготовления мягких припоев, покрытий и т. п.;

- тугоплавкие металлы Cr, Nb, Mo, Ta и W (с температурой плавления существенно выше, чем у железа – 1536 °С) незаменимы при создании материалов со специальными свойствами, в том числе, жаропрочных.

3. По объему производства и использования выделяют редкие металлы, к которым относят:

- рассеянные металлы Ga, In, Tl, применяются в полупроводниковой технике и для изготовления легкоплавких сплавов;

- редкоземельные металлы (РЗМ) Sc, Y, La и все лантаноиды, применяются для модифицирования сталей и сплавов с особыми физическими свойствами;

- все радиоактивные металлы;

- бóльшую часть тугоплавких и некоторые легкие металлы.

4(4). Сталь как важнейший конструкционный материал

Сталью[2] называют сплавы, созданные на основе железа и углерода. С середины XVIII в., когда началось ее промышленное производство, сталь была и остается ведущим конструкционным материалом в силу неоспоримых технико-экономических преимуществ:

- доступность, распространенность и дешевизна сырья;

- высокая прочность, жесткость (высокий модуль Юнга) и теплостойкость, сочетающиеся с достаточной пластичностью и вязкостью;

- технологичность (хорошая способность к литью, ковке, штамповке, прокатке, сварке, обработке резанием и др.);

- возможность управления свойствами в широких пределах с помощью легирования, деформационной, термической, химико-термической и др. видов обработки;

- высокая степень рециркуляции.

Наряду с этим стальные конструкции обладают относительно высоким удельным весом, а также недостаточной коррозионной стойкостью (если не приняты специальные меры защиты).

Черный металл: основные характеристики, производство и применение железа

Железо – основной конструкционный материал. Металл используется буквально везде – от ракет и подводных лодок до столовых приборов и кованых украшений на решетке. В немалой степени этому способствует элемент в природе. Однако истинной причиной является, все же, его прочность и долговечность.

В данной статье нами будет дана характеристика железа как металла, указаны его полезные физические и химические свойства. Отдельно мы рассказываем, почему железо называют черным металлом, чем оно отличается от других металлов.

Что такое железо

Как не странно, но до сих пор иногда возникает вопрос о том, железо — это металл или неметалл. Железо – элемент 8 группы, 4 периода таблицы Д. И. Менделеева. Молекулярная масса 55,8, что довольно много.

Это металл серебристо-серого цвета, довольно мягкий, пластичный, обладающий магнитными свойствами. На деле чистое железо встречается и используется крайне редко, поскольку металл химически активен и вступает в разнообразные реакции.

О том, что такое железо, расскажет это видео:

Понятие и особенности

Железом обычно называют сплав с небольшой долей примесей – до 0,8%, который сохраняет практически все свойства металла. Повсеместное применение находит даже не этот вариант, а сталь и чугун. Свое наименование – черный металл, железо, а, вернее говоря, все тот же чугун и сталь, получили благодаря цвету руды – черному.

Сегодня черными металлами называют сплавы железа: сталь, чугун, феррит, а также марганец, и, иногда, хром.

Железо – очень распространенный элемент. По содержанию в земной коре он занимает 4 место, уступая кислороду, кремнию и алюминию. В ядре Земли находится 86% железа, и всего 14% – в мантии. В морской воде вещества содержится очень мало – до 0,02 мг/л, в речной воде несколько больше – до 2 мг/л.

Железо – типичный металл, к тому же довольно активный. Он взаимодействует с разбавленными и концентрированными кислотами, но под действием очень сильных окислителей может образовать соли железной кислоты. На воздухе железо быстро покрывается оксидной пленкой, предупреждающей дальнейшую реакцию.

Однако в присутствии влаги вместо оксидной пленки появляется ржавчина, которая благодаря рыхлой структуре дальнейшему окислению не препятствует. Эта особенность – корродирование в присутствии влаги, является главным недостатком железных сплавов. Стоит отметить, что провоцируют коррозии примеси, в то время как химически чистый металл устойчив к воде.

Важные параметры

Чистый металл железо довольно пластичен, хорошо поддается ковке и плохо литью. Однако небольшие примеси углерода значительно увеличивают его твердость и хрупкость. Это качество и стало одной из причин вытеснения бронзовых орудий труда железными.

Если сравнить железные сплавы и бронзу, из тех, что были известны в древнем мире, очевидно, что бронза превосходила их и по прочности, и по коррозийной стойкости, а, значит, и по долговечности. Однако массовое изготовление бронзовых предметов привело к истощению оловянных рудников. А, так как олово распространено значительно меньше, чем медь, перед металлургами прошлого оставался вопрос о замене. И железо заменило бронзу. Полностью последняя была вытеснена, когда появились стали: такого сочетания твердости и упругости, бронза не дает.
Железо образует с кобальтом и никелем триаду железа. Свойства элементов очень близки, ближе, чем у их же аналогов с таким же строение внешнего слоя. Все металлы обладают прекрасными механическими свойствами: легко обрабатываются, прокатываются, протягиваются, их можно ковать и штамповать. Кобальт и никель не столь реакционноспособны и более устойчивы к коррозии, чем железо. Однако меньшая распространенность этих элементов не позволяет использовать их так же широко, как и железо.
Главным «конкурентом» железу по области использования выступает алюминий и его сплавы. Но на деле оба материала обладают совершенно разными качествами. Алюминий далеко не столь прочен, как железо, хуже вытягивается, не поддается ковке. С другой стороны, металл отличается, куда меньшим весом, что заметно облегчает конструкции.

Электропроводность железа весьма средняя, в то время как алюминий по этому показателю уступает лишь серебру, меди и золоту. Железо является ферромагнетиком, то есть, сохраняет намагниченность при отсутствии магнитного поля, а алюминий – типичный парамагнетик и втягивается в магнитное поле.

Столь разные свойства обуславливают абсолютно разные области применения, так что «сражаются» конструкционные материалы очень редко, например, в производстве мебели, где легкость алюминиевого профиля противопоставляется прочности стального.

Преимущества и недостатки железа рассмотрены далее.

Плюсы и минусы

Главное преимущество железа по сравнению с другими конструкционными металлами – распространенность и относительная простота выплавки. Но, учитывая в каком количестве используется железо, это весьма немаловажный фактор.

Преимущества

К плюсам металла относят и другие качества.

Прочность и твердость при сохранении упругости – речь идет не о химически чистом железе, а о сплавах. Причем качества эти варьируются в довольно широких пределах в зависимости от марки стали, способа термообработки, метода получения и так далее.
Разнообразие сталей и ферритов позволяет создать и подобрать материал буквально для любой задачи – от каркаса моста до режущего инструмента. Возможность получения заданных свойств при добавлении очень незначительных примесей – необычайно большое достоинство.
Легкость механической обработки позволяет получить продукцию самого разного вида: прутки, трубы, фасонные изделия, балки, листовое железо и так далее.
Магнитные свойства железа таковы, что металл является основным материалом при получении магнитоприводов.
Стоимость сплавов зависит, конечно, от состава, но все равно значительно ниже, чем у большинства цветных, пусть и с более высокими прочностными характеристиками.
Ковкость железа обеспечивает материалу очень высокие декоративные возможности.

Недостатки

Минусы железных сплавов значительны.

В первую очередь это недостаточная коррозийная стойкость. Специальные виды сталей – нержавеющие, обладают этим полезным качеством, но и стоят намного дороже. Значительно чаще металл защищают с помощью покрытия – металлического или полимерного.
Железо способно накапливать электричество, поэтому изделия из его сплавов подвергаются электрохимической коррозии. Корпуса приборов и машин, трубопроводы должны каким-то образом защищаться – катодная защита, протекторная и так далее.
Металл тяжелый, поэтому железные конструкции заметно утяжеляют объект строительства – здание, железнодорожный вагон, морское судно.

Состав и структура

Железо существует в 4 различных модификациях, отличающихся друг от друга параметрами решетки и структурой. Наличие фаз имеет действительно решающее значение для выплавки, поскольку именно фазовые переходы и их зависимость от легирующих элементов обеспечивает само течение металлургических процессов в этом мире. Итак, речь идет о следующих фазах:

Выделяют также ε-модификацию, которая появляется при высоком давлении, а также в результате легирования некоторыми элементами. ε -фаза обладает плотноупакованной гексагонической решеткой.

Далее мы расскажем, какова плотность, и чему равна удельная теплоемкость железа.

Про физические и химические свойства железа поведает этот видеоролик:

Свойства и характеристики

Физические качества металла очень сильно зависят от его чистоты. Разница между свойствами химически чистого железа и обычного технического, а тем более легированной стали, весьма существенна. Как правило, физические характеристики приводят для технического железа с долей примесей 0,8%.

Необходимо отличать вредные примеси от легирующих добавок. Первые – сера и фосфор, например, придают сплаву хрупкость, не увеличивая твердость или механическую стойкость. Углерод в стали увеличивает эти параметры, то есть, является полезным компонентом.

Плотность железа (г/см3) в некоторой степени зависит от фазы. Так, α-Fe имеет плотность равную 7,87 г/куб. см при нормальной температуре и 7,67 г/куб. см при +600 С. Плотность γ-фазы ниже – 7,59 г/куб. см. а δ-фазы еще меньше – 7,409 г/куб.см.
Температура плавления вещества – +1539 С. Железо относится к умеренно тугоплавким металлам.
Температура кипения – +2862 С.
Прочность, то есть стойкость к нагрузкам разного рода – давление, растяжение, изгиб, регламентируется для каждой марки стали, чугуна и феррита, так что об этих показателях говорить в общем сложно. Так, быстрорежущие стали имеет предел прочности на изгиб равный 2,5–2,8 ГПа. А тот же параметр обычного технического железа составляет 300 МПА.
Твердость по шкале Мооса – 4–5. Специальные стали и химически чистое железо достигают куда более высоких показателей.
Удельное электрическое сопротивление 9,7·10-8 ом·м. Железо проводит ток куда хуже меди или алюминия.
Теплопроводность тоже ниже, чем у этих металлов и зависит от фазового состава. При 25 С составляет 74,04 вт/(м·К)., при 1500 С — 31,8 [Вт/(м.К)].
Железо прекрасно куется, причем как при нормальной, так и повышенной температуре. Чугун и сталь поддаются литью.
Биологически инертным вещество назвать нельзя. Однако токсичность его очень низкая. Связано это, правда, не столько с активностью элемента, сколько с неспособностью человеческого организма хорошо его усвоить: максимум составляет 20% от получаемой дозы.

К экологическим веществам железо отнести нельзя. Однако основной вред окружающей среде причиняет не его отходы, поскольку железо ржавеет и довольно быстро, а отходы производства – шлаки, выделяющиеся газы.

Производство

Железо относится к весьма распространенным элементам, так что его добыча относительно проста и не требует больших расходов. Разрабатываются месторождения как открытым, так и шахтным методом. По сути, все горные руды включают в состав железо, но разрабатываются лишь те, где доля металла достаточно велика. Это богатые руды – красный, магнитный и бурый железняк с долей железо до 74 %, руды со средним содержанием – марказит, например, и бедные руды с долей железа не менее 26% – сидерит.

Богатая руда сразу же отправляется на завод. Породы со средним и низким содержанием обогащаются.

Существует несколько методов получения железных сплавов. Как правило, выплавка любой стали включает получение чугуна. Его выплавляют в доменной печи при температуре 1600 С. Шихту – агломерат, окатыши, загружают вместе с флюсом в печь и продувают горячим воздухом. При этом металл плавится, а кокс горит, что позволяет выжечь нежелательные примеси и отделить шлак.

Для получения стали обычно используют белый чугун – в нем углерод связан в химическое соединение с железом. Наиболее распространены 3 способа:

мартеновский – расплавленный чугун с добавкой руды и скрапа плавят при 2000 С с тем, чтобы уменьшить содержание углерода. Дополнительные ингредиенты, если они есть, добавляют в конце плавки. Таким образом получают самую высококачественную сталь.
кислородно-конвертерный – более производительный способ. В печи толщу чугуна продувают воздухом под давлением в 26 кг/кв. см. Может использоваться смесь кислорода с воздухом или чистый кислород с целью улучшить свойства стали;
электроплавильный – чаще применяется для получения специальных легированных сталей. Чугун палят в электрической печи при температуре в 2200 С.

Сталь можно получить и прямым методом. Для этого в шахтную печь загружают окатыши с большим содержанием железа и при температуре в 1000 С продувают водородом. Последний восстанавливает железо из оксида без промежуточных стадий.

В связи со спецификой черной металлургии на продажу попадает либо руда с определенным содержанием железа, либо готовая продукция – чугун, сталь, феррит. Цена их очень сильно отличается. Средняя стоимость железной руды в 2016 году – богатой, с содержанием элементов более 60%, составляет 50$ за тонну.

Стоимость стали зависит от множества факторов, что порой делает взлеты и падение цен совершено непредсказуемо. Осенью 2016 стоимость арматуры, горяче- и холоднокатаной стали резко возросла благодаря не менее резкому подъему цен на коксующийся уголь – непременного участника выплавки. В ноябре европейские компании предлагает рулон горячекатаной стали по 500 Евро за т.

Область применения

Сфера использования железа и железных сплавов огромна. Проще указать, где металл не применяется.

Строительство – сооружение всех видов каркасов, от несущего каркаса моста, до коробки декоративного камина в квартире, не может обойтись без стали разных сортов. Арматура, прутки, двутавры, швеллеры, уголки, трубы: абсолютно вся фасонная и сортовая продукция используется в строительстве. То же самое касается и листового проката: из него изготавливают кровлю, металлочерепицу, профнастил и так далее.
Машиностроение – по прочности и стойкости к износу со сталью очень мало, что может сравниться, так что детали корпуса абсолютного большинства машин изготавливаются из сталей. Тем более в тех случаях, когда оборудование должно работать в условиях высоких температур и давления.
Инструменты – с помощью легирующих элементов и закалки металлу можно придать твердость и прочность близкую к алмазам. Быстрорежущие стали – основа любых обрабатывающих инструментов.
В электротехнике использование железа более ограничено, именно потому, что примеси заметно ухудшают его электрические свойства, а они и так невелики. Зато металл незаменим в производстве магнитных частей электрооборудования.
Трубопровод – из стали и чугуна изготавливают коммуникации любого рода и вида: отопление, водопроводы, газопроводы, включая магистральные, оболочки для силовых кабелей, нефтепроводы и так далее. Только сталь способна выдерживать столь огромные нагрузки и внутреннее давление.
Бытовое использование – сталь применяется везде: от фурнитуры и столовых приборов до железных дверей и замков. Прочность металла и износостойкость делают его незаменимым.

Железо и его сплавы сочетают в себе прочность, долговечностью стойкость к износу. Кроме того, металл относительно дешев в производстве, что и делает его незаменимым материалом для современного народного хозяйства.

Про сплавы железа с цветными металлами и тяжелыми черными расскажет это видео:

Применение черных металлов

1.1 Физико-химические свойства железа.

Железо представляет собой твёрдый светло-серебристый металл, легко поддающийся ковке, прокатке, штампованию и волочению.

Железо (Ferrum) – принадлежит к 8 группе химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, атомная масса 55,847, атомный номер 26, плотность 7,874 г/см 3 , серебристо – белый блестящий пластичный металл, температура плавления 1535 o С.

Железо достаточно распространено в земле (4 место) находится на 2 месте после алюминия. Процентное содержание 4,65 %.

Техническое железо и его сплавы коррозируют в атмосфере паров воды, оксида углерода (IV) и кислорода с образованием пористого слоя гидратированного оксида железа (II).

НО: В отсутствии влаги чистый металл химически стоек, не реагирует с кислородом, серой, галогенами, однако в высокодисперсном состоянии пирофорен.

В соответствии с промышленной классификацией металлов к чёрным металлам относится железо и его сплавы с углеродом – железоуглеродистые сплавы. Название «черный металл» произошло от черного цвета окалины, образующейся на поверхности при нагревании.

В основу классификации черных металлов положен их химический состав. На основании содержания углерода все железные сплавы делят на чугуны и стали. Сталями называют железные сплавы с содержанием углерода до 2.14 %, а чугунами – с содержанием углерода более 2.14 % (обычно от 3.5 до 4.5 %). В общем случае черные металлы — это сложные системы, которые помимо железа и углерода содержат разнообразные примеси (серу, азот, фосфор, кремний и др.), вносимые в металл из исходного сырья в процессе производства, а также металлы целенаправленно добавляемые с целью придания сплаву определенных свойств.

Стали делят на углеродистые, в которых другие металлы содержатся в незначительных количествах и не влияют на их свойства и легированные, в состав которых введены такие металлы, как хром, никель, вольфрам, ванадий, молибден, и др. для придания им определенных свойств. По содержанию углерода углеродистые стали делят на низко , средне- и высокоуглеродистые.

Чугуны делят на белые (передельные), серые (литейные) и модифицированные.

Белые чугуны содержат углерод в форме карбида железа FeС (цементита) и образуются при кристаллизации расплавов.

В серых чугунах углерод находится частично в виде графитовых включений различной конфигурации, выделяющихся из жидкой или твердой фазы при медленном охлаждении (графитизация).

Модифицированные чугуны содержат добавки, улучшающие распределение графита и структуру чугунов (кремний, магний, алюминий).

Особую группу черных металлов составляют ферросплавы — малоуглеродистые сплавы железа с высокой концентрацией других элементов: ферромарганец, ферросилиций, феррохром и т.п.

На рис. 9.1 представлена классификация черных металлов по химическому составу.

Рис. 9.1 Классификация черных металлов по химическому составу.

Область применения чёрных металлов как конструкционных материалов чрезвычайно разнообразна и практически неограниченна.

Широкое использование черных металлов обусловлено:

– богатой сырьевой базой,

– относительной простотой производства

– высокими механическими свойствами. Различные железоуглеродные сплавы составляют около 92% от всех производимых металлов.

По данным ЮНЕСКО мировое производство чугуна в 2000 году достигло
~ 1000 млн. тонн, а стали – 1200 млн. тонн, что составило 500-700 кг на душу населения земли.

Читайте также: