Что изготавливают из железа

На что похоже железо?

: образец железа из метеорита

Вы можете думать о железе как о твердом, прочном металле, достаточно прочном, чтобы поддерживать мосты и здания , но это не чистое железо. У нас есть сплавы железа (железо в сочетании с углеродом и другими элементами), которые мы объясним более подробно чуть позже. Другое дело — чистое железо. Учитывайте его физические свойства (как он ведет себя сам по себе) и его химические свойства (как он сочетается и реагирует с другими элементами и соединениями).

Галилео. Металлургия (часть 1)

Физические свойства

Чистое железо — это серебристо-белый металл, с которым легко работать и формировать, и он достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать (с некоторыми трудностями) ножом. Вы можете расколоть железо на листы и протянуть его в проволоку. Как и большинство металлов, железо очень хорошо проводит электричество и тепло и очень легко намагничивается .

Химические свойства

Причина, по которой мы так редко видим чистое железо, заключается в том, что оно легко соединяется с кислородом (из воздуха). Действительно, основным недостатком железа как строительного материала является то, что оно вступает в реакцию с влажным воздухом (в процессе, называемом коррозией ) с образованием чешуйчатого красновато-коричневого оксида, который мы называем ржавчиной . Железо реагирует и множеством других способов — с элементами от углерода, серы и кремния до галогенов, таких как хлор.

Железо в действии. Скорее всего, вы прямо сейчас используете на жестком диске вашего компьютера магнитный оксид железа (III).

В целом, соединения железа можно разделить на две группы, известные как двухвалентное и трехвалентное (старые названия) или железо (II) и железо (III) ; в названиях соединений всегда можно заменить «железо (II)» на «железо» и «железо (III)» на «трехвалентное».

· В соединениях железа (II) железо имеет валентность (способность к химическому соединению) +2. Примеры включают оксид железа (II) (FeO), пигмент (красящий химикат); хлорид железа (II) (FeCl 2 ), применяемый в медицине как «настойка железа»; и важное химическое вещество для окрашивания, называемое сульфатом железа (II) (FeSO 4 ).

· В соединениях железа (III) валентность железа равна +3. Примеры включают оксид железа (III) (Fe 2 O 3 ), используемый в качестве магнитного материала в таких вещах, как кассеты и жесткие диски компьютеров, а также как пигмент краски ; и хлорид железа (III) (FeCl 3 ), используемый для производства многих промышленных химикатов.

· Иногда железо (II) и железо (III) присутствуют в одном и том же соединении. Пигмент краски, называемый берлинской лазурью, на самом деле представляет собой сложное соединение железа (II), железа (III) и цианида с химической формулой Fe 4 [Fe (CN) 6 ] 3 .

Откуда железо?

Железо является четвертым по распространенности элементом в земной коре (после кислорода, кремния и алюминия ) и вторым по распространенности металлом (после алюминия), но, поскольку оно так легко реагирует с кислородом, его никогда не добывают в чистом виде (хотя метеориты могут быть изредка обнаруживают, что содержат образцы чистого железа). Как и алюминий, большая часть железа, «запертого» внутри Земли, существует в форме оксидов (соединений железа и кислорода). Оксиды железа существуют в семи основных рудах (сырые, каменистые минералы, добываемые с Земли):

· Гематит (самый обильный)

· Лимонит (также называемый коричневой рудой или болотным железом)

· Магнетит (черная руда; магнитный тип оксида железа, также называемый магнитом)

· Таконит (сочетание гематита и магнетита).

Разные руды содержат разное количество железа. Гематит и магнетит содержат около 70 процентов железа, лимонит — около 60 процентов, пирит и сидерит — 50 процентов, а таконит — только 30 процентов. Используя сочетание как глубокой добычи (под землей), так и открытой разработки (на поверхности), мир ежегодно производит около 1000 миллионов тонн железной руды, причем Китай отвечает за чуть более половины этой добычи.

Виды железа

Чистое железо слишком мягкое и реактивное, чтобы его можно было найти в реальной жизни, поэтому большая часть «железа», которое мы обычно используем в повседневных целях, на самом деле находится в форме сплавов железа: железо, смешанное с другими элементами (особенно углеродом), чтобы сделать их прочнее более упругие формы металла, в том числе стали. Вообще говоря, сталь — это сплав железа, который содержит примерно до 2 процентов углерода, тогда как другие формы железа содержат примерно 2–4 процента углерода. Фактически, существуют тысячи различных видов железа и стали, каждая из которых содержит несколько разное количество других легирующих элементов.

Основное сырое железо называется чугунной чушкой, потому что она производится в виде глыбовых формованных блоков. Чугун получают путем нагревания железной руды (богатой оксидом железа) в доменной печи: огромном промышленном камине в форме цилиндра, в который вводятся огромные потоки горячего воздуха.

Доменные печи часто впечатляюще огромны: некоторые из них имеют высоту 30–60м , вмещают десятки грузовиков с сырьем и часто работают непрерывно годами без отключения и охлаждения. Внутри печи железная руда вступает в химическую реакцию с коксом (богатая углеродом форма угля) и известняком. Кокс «крадет» кислород у оксида железа (в химическом процессе, называемом восстановлением ), оставляя после себя относительно чистое жидкое железо, в то время как известняк помогает удалить другие части каменистой руды (включая глину, песок и мелкие камни), которые образуют шлак . Железо, полученное в доменной печи, представляет собой сплав, содержащий около 90–95 процентов железа, 3–4 процента углерода и следы других элементов, таких как кремний, марганец и фосфор, в зависимости от используемой руды. Чугун намного тверже, чем 100-процентное чистое железо, но все же слишком слаб для большинства повседневных целей.

Чугунный купол Капитолия США.

Кованое железо

Углеродистые стали

Легированные стали

Помимо железа и углерода, легированные стали содержат один или несколько других элементов, таких как хром, медь , марганец, никель, кремний или ванадий. В легированных сталях именно эти дополнительные элементы имеют значение и обеспечивают некоторые важные дополнительные свойства или улучшенные свойства по сравнению с обычными углеродистыми сталями. Легированные стали обычно прочнее, тверже, жестче и долговечнее углеродистой стали.

Инструментальные стали

Инструментальные стали — это особенно твердосплавные стали, используемые для изготовления инструментов, штампов и деталей машин. Они сделаны из железа и углерода с добавлением таких элементов, как никель, молибден или вольфрам, чтобы придать им дополнительную твердость и устойчивость к износу. Инструментальная сталь также упрочняется с помощью процесса, называемого отпуском , при котором сталь сначала нагревается до высокой температуры, затем очень быстро охлаждается, а затем снова нагревается до более низкой температуры.

Нержавеющая сталь

Сталь, которую вы, вероятно, видите чаще всего, это нержавеющая сталь, используемая в бытовых столовых приборах, ножницах и медицинских инструментах. Нержавеющие стали содержат большое количество хрома и никеля, очень устойчивы к коррозии и другим химическим реакциям, их легко чистить, полировать и стерилизовать. Они устойчивы к коррозии, потому что атомы хрома реагируют с кислородом в воздухе, образуя своего рода защитную внешнюю оболочку, которая не позволяет кислороду и воде атаковать уязвимые атомы железа внутри.

Производство стали

Производство стального изделия состоит из трех основных этапов. Сначала вы делаете сталь из железа. Во-вторых, вы обрабатываете сталь для улучшения ее свойств (например, путем отпуска или покрытия другим металлом). Наконец, вы прокатываете или иным образом формуете сталь в готовое изделие.

Изготовление стали из железа

Источник: dzen.ru

Применение железа: от арматуры фундамента до магнитопривода

Железо как материал стало известно с 3–4 тыс. до н. э. Поначалу в поле зрения человека попало метеоритное железо, так что в те времена оно ценилось выше золота. Затем хетты освоили разработку осадочных месторождений, а римляне научились плавить чугун.

С тех пор область использования металла только расширялась. И поэтому сегодня мы поговорим о применении железа и его соединений в жизни человека: в быту, народном хозяйстве, промышленности и об использовании металла в иных сферах.

Области применения железа и его сплавов

Итак, давайте узнаем, почему железо получило наибольшее применение в металлургии.

Под железом зачастую подразумевают вовсе не вещество как таковое, а низкоуглеродистую электротехническую сталь – так называется сплав металла по ГОСТ. Действительно чистое железо получить непросто, и используется оно исключительно для производства магнитных материалов.

Железо является ферромагнетиком, то есть, намагничивается в присутствии магнитного поля. Однако это его свойство сильно зависит от примесей и структуры металла. Магнитные свойства абсолютного чистого железа в 100–200 раз превышают аналогичные показатели технической стали. То же самое можно сказать о величине зерна: чем крупнее зерно, тем лучше магнитные свойства вещества.

Имеет значение и механическая обработка, хотя ее влияние и не столь впечатляющее. Только такое железо применяют для получения всех магнитных материалов для электротехники и магнитоприводов.

Во всех остальных областях народного хозяйства находит свое применение сталь и чугун, так что, говоря о применении железа, говорят об использовании стали.

Про способы применения сплавов железа расскажет видеоролик ниже:

Соединения

Все металлы, используемые в производстве, делят на цветные и черные. Черные – это сплавы железа, в частности, сталь и чугун, остальные – медные, никелевые, серебряные, относятся к цветным. Соответственно, производство, занимающееся выплавкой чугуна и стали, называется черной металлургией, а всех остальных – цветной. На долю черной металлургии приходится 95% всех металлургических процессов. Разделяются черные сплавы таким образом:

Про методы применения железа в виде стали читайте ниже.

Стали

Конечно, наибольшее применение находят сталь и чугун, а их использование зависит от доли углерода в составе. По этому признаку различают углеродистые и легированные стали. В первом случае примеси носят постоянный характер, то есть, попадают в сплав из-за особенностей процесса выплавки. В легированные добавки вводят специально для придания материалу особых свойств. В качестве легирующих элементов применяют ванадий, титан, хром, никель и так далее.

Углеродистые стали разделяются на 3 группы:

Легированные стали тоже составляют собой 3 группы:

Легированные стали обычно являются материалом для инструментов и машинных узлов, так как введение дополнительных ингредиентов повышает прочность сплава, придает ему жаростойкость или коррозионную стойкость. Углеродистые, в основном, применяют для каркасных сооружений, изготовления водопровода и так далее.

Все стали можно разделить по назначению:

Применение легированных сталей определяется их качествами.

• Так, нержавеющая сталь используется в строительстве и машиностроении, где требуется более высокая, чем обычно стойкость к коррозии.
• Жаропрочные сплавы «работают» в условиях высоких температур – турбины, магистрали отопления. Жаростойкие – не окисляются при высоких температурах, что важно для многих рабочих узлов в теплотехнике.

О применении чугуна и стали расскажет видео ниже:

Чугун

Применение чугуна не намного меньше, поскольку его механические качества вполне сопоставимы со многими марками стали. В соответствии с категорией чугуна различается и применение:

• серый чугун – углерод в железе находится в виде графитовых пластинок. Отличается хорошими литьевыми свойствами и малой усадкой. Но наиболее примечательное его качество – стойкость к переменным нагрузкам. Серый чугун используют при изготовлении прокатных станков, станин, подшипников, маховиков, поршневых колец, деталей тракторных и автомобильных двигателей, корпусов и так далее;
• белый чугун – углерод связан с железом. Почти целиком используется для получения стали;
• высокопрочный чугун – углерод находится в виде включений шаровидной формы. Такая форма обеспечивает высокую стойкость к нагрузке на растяжение и изгиб. Из чугуна изготавливают детали турбин, коленчатые валы тракторов и автомобилей, шестерни, изложницы и так далее.

Чугун также можно легировать и получать сплав с самыми разными свойствами.

• Износостойкий чугун применяется для изготовления насосных деталей, тормозов, дисков сцепления.
• Жаростойкий применяется при сооружении доменных, мартеновских, термических печей.
• Жаропрочный используется при сооружении газовых печей, при изготовлении компрессорного оборудования, дизельных двигателей.

Далее рассмотрено практическое применение железа на основе его физических свойств в строительной сфере.

Использование в строительстве

Сталь и чугун уникальным образом сочетают прочность, эксплуатационную долговечность и доступную стоимость. Поэтому заменить его каким-либо другим конструкционным материалом не представляется возможным. В строительстве продукция металлопроката является базовой наряду с бетоном и кирпичом.

Капитальное строительство

Металлу можно придать любую форму: от самой простой – прут, до причудливой сложной – кованое железо. В строительстве находят применение для всех вариантов.

Кроме того, что сталь сама по себе отличается прочностью, тем более после специальной обработки, в этой области активно применяется и еще одна особенность. Дело в том, что профильные изделия из металла ничем не уступают по прочности цельной детали таких же размеров и формы. А это значительно уменьшает материалоемкость строительных элементов, уменьшает их стоимость, снижает вес и так далее. В строительстве такое сочетание исключительно важно.

Применяемый металлопрокат разделяют на 3 основные группы.

• Фасонный – швеллеры, двутавры, угловой и обычный профиль, а также перфорированный. Сюда же относят и специальный профиль, применяемый, например, в шахтных выработках. Фасонный металлопрокат применяют при возведении всех типов каркасов для любого сооружения – от зданий до мостов и плотин. Его же используют при необходимости усилить конструкцию.
• Сортовой – арматура, балки, трубы, круги и прочее. Эти элементы используются едва ли не чаще, чем фасонный и очень многообразны:

• арматура – стальные прутья разного диаметра, гладкие и с ребрами. Арматура предназначена для повышения прочности здания, причем показателем является не только стойкость к стационарной нагрузке, но и повышение прочности при нагрузке на растяжение и изгиб. Арматуру используют при возведении фундамента, перекрытий, железобетонных плит, усиления стен, а также при упрочнении кирпичной кладки и других конструктивных узлов – лестниц, например;
• трубы – причем используются и круглые, и профильные. Предпочтительнее трубы прямоугольного квадратного сечения, поскольку их сварка и крепление более проста, чем в случае круглых, а стойкость к нагрузкам такая же;
• балка – вариант цельнолитого изделия, когда требуется прочность при самых высоких нагрузках.

• Листовой прокат – листы горячего и холодного проката с покрытием и без. Это кровельные листы, профнастил, металлочерепица и так далее. Профнастил применяют не только для устройства кровли, но и при сооружении разнообразных ограждений, поскольку материал соединяет относительную легкость с высокой прочностью и стойкостью к перепадам температур.

В строительстве чаще используют листы с покрытием – оцинкованные, например, или с полимерным защитным слоем. Такой вариант намного долговечнее, так как не подвержен коррозии.

Нержавеющие стали для листового проката применяют редко, поскольку стоимость сплава выше.

Отделочные работы

Основой их часто выступают металлические изделия – и трубы, и профиль, и листовое железо.

• Трубы необычных форм активно применяют в современных интерьерах. Из них сооружают спальные блоки, перекрытия и перегородки в комнате, ограждения как лестничные, так и уличные, используют даже в производстве мебели. Здесь трубы, конечно, подбирают с красивым покрытием – никель, хром, хотя встречаются и окрашенные изделия.
• Профиль – ниши и декоративные выступы, колонны и потолки, отделка стен и каминов и прочее и прочее. Все, что обшивается и облицовывается гипсокартоном, пленкой, плиткой, вагонкой, панелями – абсолютно все имеет каркас из металлического профиля. В изготовлении мебели – шкафов-купе, например, также применяется специализированный профиль. Стальной по сравнению с алюминиевым отличается куда большей прочностью и долговечностью.
• Металл может выступать не только каркасом, но отделочным материалом. Реечные, кассетные, панельные потолки исключительно разнообразны, интересны и долговечны. И рейки, и панели могут изготавливаться из алюминия, но если требуется долговечное и прочное решение – например, для отделки потолка железнодорожного вокзала, где требуется стойкость к вибрациям, используется, конечно же, сталь.
• Двери – к отделочным работам уже не относятся, а выступают, скорее, элементом системы защиты. Входные двери из стали достаточной толщины являются самым популярным и надежным способом предупредить взлом жилища. То же самое можно сказать о гаражных воротах, например, или воротах во двор.
• Лестничные конструкции – металлические лестницы очень разнообразны: от приставной или складной мансардной, до капитального сооружения на 2 этаж. Такой вариант прочен и надежен, при этом может быть очень красив. Современные модульные лестницы комбинируются со стеклом, прозрачным пластиком или даже деревом, а каменную лестницу могут украсить кованые перила.

Коммуникации

Несмотря на то что стальной трубопровод активно вытесняет пластиковые и металлопластиковые, до полной сдачи позиций еще чрезвычайно далеко. Причина проста: с прочностью и стойкостью стали мало что сравнится.

• Водопровод и канализация – если для обслуживания частного дома или квартиры можно подключать пластиковые изделия, то о магистрали и даже трубопроводе, обслуживающем многоквартирный дом этого сказать нельзя. Допускаются только железные трубы, причем соответствующие твердо установленным стандартам.
• Газопровод – вариантов нет, используется только сталь.
• Системы отопления – в здании система может включать пластиковые трубы. Городские и районные магистрали, не говоря уже о трубопроводе, непосредственно обслуживающем котельную, могут быть только железными. Начальная температура нагретой воды намного выше той, которую может выдержать пластиковые водоводы, не говоря уж о давлении.
• Батареи и радиаторы, как правило, тоже используются железные или чугунные – у чугуна выше теплоемкость и стойкость к гидроударам. Какими бы современными вариантами отопители не заменялись, сталь в конструкции все равно наличествует. Электрические радиаторы – конвекторные, масляные, всегда изготавливаются из стали, поскольку последняя, обладая высокой теплопроводностью, моментально отдает тепло воздуху.
• Кабели – проводку в доме чаще всего прячут в пластиковые короба. Однако силовые кабели с большим сечением защищаются металлическими трубами.
• Дымоходы – стальные трубы являются вариантом самым простым, доступным и легким. Для их изготовления применяют специальную жаростойкую сталь, причем устойчивую к коррозии.

Оборудование и предметы быта

Любая техника, устанавливаемая в доме, производится из стали.

• Отопительные котлы – на каком бы топливе аппараты не работали, корпуса их всегда изготавливаются из стали. В твердотопливных печах есть чугунные детали.
• Кухонное оборудование – плиты, духовки, микроволновки, пароварки и так далее имеют стальные корпуса и детали. На кухне сталь является и востребованным отделочным материалом: рабочие столешницы, например, отделка фартука. Сталь – материал очень декоративный и лишь кажется простым.
• Стиральные машины, сушилки и посудомойки также не обходятся без железа.
• Сантехника из стали применяется редко – из-за высокой теплопроводности, а вот чугунные ванны и умывальники устанавливают до сих пор. Материал лучше хранит тепло и очень долговечен.
• Посуда и столовые приборы, подставки и вазы, держатели и фурнитура, электрооборудование и мелкие аксессуары – места, где железо не используется, на пальцах можно пересчитать.
• Кованое железо – декоративные предметы такого рода являются настоящим произведением искусства, особенно когда речь идет о горячей ковке, при которой каждое изделие, каждая деталь изготавливается вручную и только один раз. Кованые решетки, перила, камины, ограждения украшают дворцы и современные павильоны, и, конечно, жилые квартиры.

Железо – главный конструкционный материал. В строительстве сталь и чугун являются базовыми материалами наряду со строительным камнем. Применение и разнообразие сплавов не поддается описанию.

Еще больше полезной информации по вопросу применения железа содержится в этом видео:

Источник: stroyres.net

Железо, сталь, ржавчина: описание, фото и видео

Планета Земля

В природе железо встречается только в виде руды, то есть с примесью минералов. Ещё в древности люди научились извлекать металл из руды, плавя её в специальных доменных печах при очень высокой температуре. Жидкий металл разливают по формам и охлаждают. Так получают чугунные заготовки для рельсов, оград, ванн, батарей отопления и даже сковородок. Но чугун непрочен, он может треснуть от сильного удара.

Сталь

150 лет назад изобрели мартеновскую печь, где чугун снова расплавляют, обогащают специальными добавками и получают сталь — металл более прочный, чем чугун, и в то же время упругий. Из него изготавливают множество разных вещей.

Ржавчина

Если железный предмет постоянно соприкасается с водой или влажным воздухом, его разъедает ржавчина. Ученые придумали, как выплавить нержавеющую сталь, чтобы она не портилась от времени и всегда блестела. Из нержавейки делают, к примеру, кастрюли и столовые приборы.

Интересный факт: Чтобы предметы из железа не ржавели, их покрывают лаком или особой красной краской — суриком, а чтобы чугунная ванна не ржавела, её покрывают эмалью, а изделия из стали (например кузов машины) другим металлом — цинком.

От булавки до самолёта

Невозможно перечислить, сколько разных вещей делают из железа: от самых маленьких — до самых больших. Из чугуна и стали производят автомобили и автобусы, опоры для семафоров, дорожные указатели, двери, трамвайные рельсы, поезда, корабли и двигатели самолётов. Железо входит в состав железобетона, из которого строят мосты и небоскрёбы.

Интересный факт: Первобытные люди не знали железа. Чтобы защищаться от диких зверей и охотиться на них, к толстой палке привязывали тяжёлый или заострённый камень. Получались булава или копьё.

Интересное видео о железе

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: kipmu.ru