Kim loại màu: Cấu trúc, loại, đặc điểm, tính chất và ví dụ
Kim loại màu là những kim loại có chứa sắt (Fe), cũng như một lượng nhỏ kim loại khác được thêm vào để mang lại những đặc tính có lợi nhất định cho hợp kim của chúng. Mặc dù sắt có thể tồn tại ở các trạng thái oxy hóa khác nhau, +2 (kim loại) và +3 (sắt) là phổ biến nhất.
Tuy nhiên, thuật ngữ "kim loại" dùng để chỉ sự hiện diện của sắt bất kể trạng thái oxy hóa của nó trong vật liệu. Sắt là nguyên tố phổ biến thứ tư trong lớp vỏ trái đất, nhưng trên toàn cầu, đây là nguyên tố chính trên mặt đất. Do đó, kim loại màu trong lịch sử và công nghiệp đã có một phần trong sự tiến hóa của con người.
Đây là trường hợp do sự phong phú và tính chất có thể sửa đổi lớn của nó. Các kim loại màu này bắt đầu từ việc khai thác sắt từ các nguồn khoáng vật học, như: hematit (Fe 2 O 3 ), Magnetite (Fe 3 O 4 ) và siderit (FeCO 3 ). Do năng suất, các oxit này được mong muốn hơn trong chế biến sắt.
Hình ảnh phía trên cho thấy một "lưỡi lửa" bằng sợi đốt. Trong tất cả các kim loại màu, quan trọng nhất bao gồm một hợp kim sắt với một lượng nhỏ carbon bổ sung: thép.
Cấu trúc
Bởi vì sắt là thành phần chính của kim loại đen, cấu trúc của chúng bao gồm các biến dạng tinh thể của chất rắn nguyên chất của chúng.
Do đó, các hợp kim màu như thép không nhiều hơn sự bao gồm giữa các nguyên tử khác trong sự sắp xếp tinh thể của sắt.
Sự sắp xếp này là gì? Sắt hình thành các đồng vị (cấu trúc rắn khác nhau) theo nhiệt độ mà nó tiếp xúc, thay đổi tính chất từ của nó. Do đó, ở nhiệt độ phòng, nó thể hiện một mảng bcc, còn được gọi là alpha-iron (khối lập phương ở bên trái, hình trên cùng).
Tuy nhiên, trong một phạm vi nhiệt độ cao (912-1394 (ºC)), sự sắp xếp cho thấy ccp hoặc fcc: sắt-gamma (khối lập phương bên phải). Khi nhiệt độ này vượt quá, bàn ủi trở về dạng bcc để cuối cùng tan chảy.
Sự thay đổi cấu trúc alpha-gamma này được gọi là biến đổi pha. Pha gamma có thể "giam cầm" các nguyên tử carbon, trong khi pha alpha thì không.
Do đó, trong trường hợp của thép, cấu trúc của nó có thể được hình dung như các bộ nguyên tử sắt bao quanh một nguyên tử carbon.
Theo cách này, cấu trúc của kim loại màu phụ thuộc vào sự phân bố các pha sắt và nguyên tử của các loài khác trong chất rắn.
Đặc điểm và tính chất
Sắt nguyên chất là một kim loại mềm và rất dễ uốn, rất nhạy cảm với sự ăn mòn và oxy hóa của các yếu tố bên ngoài. Tuy nhiên, khi nó bao gồm các tỷ lệ khác nhau của kim loại hoặc carbon khác, nó có được các đặc tính và tính chất mới.
Trên thực tế, chính những thay đổi này làm cho kim loại đen trở nên hữu ích cho vô số ứng dụng.
Các hợp kim màu nói chung có khả năng chịu lực, bền và ngoan cường, có màu xám sáng và có đặc tính từ tính.
Ví dụ
Sắt rèn hoặc ngọt
Nó có hàm lượng carbon dưới 0, 03%. Nó có màu bạc, dễ bị oxy hóa và nứt bên trong. Ngoài ra, nó dễ uốn và dễ uốn, một chất dẫn điện tốt và khó hàn.
Nó là loại kim loại màu mà con người sử dụng đầu tiên trong sản xuất vũ khí, đồ dùng và công trình. Hiện đang được sử dụng trong các tấm, đinh tán, lưới, vv Vì nó là một chất dẫn điện tốt, nó được sử dụng trong lõi của nam châm điện.
Sắt trong gang hoặc gang
Trong sản phẩm ban đầu của lò cao, nó chứa 3-4% carbon và dấu vết của các nguyên tố khác như silicon, magiê và phốt pho. Công dụng chính của nó là can thiệp vào việc sản xuất các kim loại màu khác.
Sắt nguyên chất
Nó là một kim loại màu trắng xám với đặc tính từ tính. Mặc dù độ cứng của nó rất dễ vỡ và dễ vỡ. Điểm nóng chảy của nó cao (1500 ºC.) Và oxy hóa nhanh chóng.
Nó là một chất dẫn điện tốt, vì vậy nó được sử dụng trong các linh kiện điện và điện tử. Đối với phần còn lại, nó là ít sử dụng.
Gang hoặc gang (đúc)
Chúng có hàm lượng carbon cao (từ 1, 76% đến 6, 67%). Chúng cứng hơn thép nhưng dễ vỡ hơn. Chúng nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn sắt nguyên chất, khoảng 1100 ºC.
Bởi vì nó có thể đúc được, các mảnh có kích thước và độ phức tạp khác nhau có thể được sản xuất cùng với nó. Gang loại xám được sử dụng trong loại sắt này, mang lại sự ổn định và dễ bị mốc.
Chúng có khả năng chống ăn mòn cao hơn thép. Ngoài ra, chúng rẻ và dày đặc. Chúng thể hiện tính lưu động ở nhiệt độ tương đối thấp, có thể lấp đầy các khuôn.
Ngoài ra, chúng có đặc tính nén tốt, nhưng chúng dễ vỡ và vỡ trước khi uốn, vì vậy chúng không hữu ích cho các mảnh rất phức tạp.
Sắt xám
Nó là gang phổ biến nhất, màu xám của nó do sự hiện diện của than chì. Nó có nồng độ carbon từ 2, 5% đến 4%; Ngoài ra, nó có chứa 1-3% silicone để ổn định than chì.
Nó trình bày nhiều thuộc tính của bàn là đúc cơ bản, có tính lưu động cao. Nó không linh hoạt và uốn cong ngay trước khi phá vỡ.
Sắt dễ uốn
Carbon được thêm vào, dưới dạng đá granit hình cầu, với nồng độ từ 3, 2% đến 3, 6%. Hình dạng hình cầu của than chì mang lại cho nó khả năng chống va đập và dễ uốn hơn so với sắt xám, cho phép sử dụng nó trong các thiết kế chi tiết và có viền.
Thép
Hàm lượng carbon trong khoảng 0, 03% đến 1, 76%. Trong số các phẩm chất của nó là độ cứng, độ bền và khả năng chống lại các nỗ lực thể chất. Nói chung, chúng dễ bị oxy hóa. Chúng có thể hàn và có thể được xử lý trong lò rèn hoặc cơ khí.
Ngoài ra, chúng có độ cứng lớn hơn và ít trôi chảy hơn so với bàn là đúc. Vì lý do này, họ cần nhiệt độ cao để chảy trong khuôn.
Thép và các ứng dụng của nó
Có một số loại thép, mỗi loại có ứng dụng khác nhau:
Thép carbon hoặc xây dựng
Nồng độ của carbon có thể thay đổi, tạo thành bốn dạng: thép nhẹ (0, 25% carbon), thép nửa ngọt (0, 35% carbon), thép bán cứng (0, 45% carbon) và cứng (0, 5%) ).
Nó được sử dụng trong sản xuất dụng cụ, thép tấm, xe lửa, đinh, ốc vít, ô tô và thuyền.
Thép silic
Cũng được gọi là thép điện hoặc thép từ tính. Nồng độ silic của nó thay đổi từ 1% đến 5%, Fe thay đổi từ 95% đến 99% và carbon có 0, 5%.
Ngoài ra, một lượng nhỏ mangan và nhôm được thêm vào. Nó có độ cứng lớn và điện trở cao. Nó được sử dụng trong sản xuất nam châm và máy biến thế điện.
Thép mạ kẽm
Nó được phủ một lớp kẽm bảo vệ nó khỏi quá trình oxy hóa và ăn mòn. Do đó, nó rất hữu ích cho việc sản xuất các bộ phận và công cụ đường ống.
Thép không gỉ
Nó có thành phần gồm Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) và C (0, 2%). Nó có khả năng chống oxy hóa và ăn mòn. Nó được sử dụng trong sản xuất dao kéo cũng như vật liệu cắt.
Thép mangan
Thành phần của nó là Mn (10-18%), Fe (82-90%) và C (1.12%). Nó là cứng và chống mặc. Nó được sử dụng trên đường ray xe lửa, két và áo giáp.
Thép Invar
Nó thể hiện 36% Ni, 64% Fe và 0, 5% carbon. Nó có một hệ số mở rộng thấp. Nó được sử dụng trong việc xây dựng các thang chỉ số; ví dụ: các biện pháp băng.
