Общие
Май 02, 2022
9 мин. на чтение
Содержание:
Что такое температура кипения железа: точное значение для элемента + анализ температур плавления 6 популярных сплавов на основе железа + преимущества/недостатки железа + 5 фаз существования элемента + 6 основных характеристик металла + 4 метода производства для сплавов на основе железа.
Железо — один из самых распространенных металлов на земле. Он популярен не только для больших запасов, но и для промышленного и домашнего применения. Оглянитесь вокруг, и вы обязательно найдете предмет, в составе которого есть железо.
Сегодня мы расскажем вам, что такое температура кипения железа, его температура плавления + и другие свойства чистого вещества, а также дадим краткую характеристику металла в целом.
Что такое железо?
С промышленной точки зрения железо является основным строительным материалом в мире. Его используют везде, от дверных ручек до межпланетных ракетных двигателей. Причина такой популярности проста – распространенность и дешевизна сырья, ведь железо занимает второе место по доле в земной коре после алюминия. Является ли символ железа "Вера"? а его порядковый номер по Менделееву — 26.
Важно: не путайте сталь и железо, это совершенно разные термины. Железо — это чистый химический элемент, а сталь — это сплав железа и углерода.
Иногда железом в промышленности называют высококонцентрированный сплав с долей примесей менее 0,7 % от общей массы. При этом физические свойства вещества почти не теряются. Большинство сплавов на основе железа относятся к черным металлам.
| Преимущества железа | Недостатки металлов |
|---|---|
| Сохранение свойств упругости при повышении прочности металла - это когда речь идет о высококонцентрированных сплавах железа. | Слабая устойчивость к коррозии. Проблема может быть исправлена, но стоимость производства увеличивается. |
| Обилие ферритов позволяет производить материалы на основе железа для любых бытовых и промышленных задач. При этом изменение свойств происходит даже при минимальных включениях примесей. | Из-за накопления электричества железо подвержено коррозии электрохимического типа. По этой причине железные детали должны быть защищены экранами, катодами и другими средствами защиты. |
| Он легко обрабатывается, что увеличивает разнообразие форм и типов изделий. | Удельный вес чистого железа делает конструкции из него чрезвычайно тяжелыми. |
| Магнитные свойства металла позволяют получать от него магнитные импульсы. Высокая ковкость железа позволяет изготавливать из него множество декоративных элементов. |
В чистом виде железо обладает хорошей пластичностью, поэтому его легко ковать, но трудно отливать. Структура металла состоит из 5 фаз, каждая из которых имеет свою кристаллическую структуру и параметры решетки. Подробнее в следующей таблице.
| Фаза | Особенности |
|---|---|
| α | Тип решетки: Кубическая форма, центрированная по телу Фаза стабильности: до 770 градусов по Цельсию. Физическая характеристика - ферромагнитные свойства. |
| β | Существование фазы протекает в пределах температур от 770 до 918 градусов Цельсия. Полное сохранение физических и химических свойств, кроме намагниченности. Железо становится парамагнитным. Структура аналогична предыдущей фазе, но параметры сети немного отличаются. |
| γ | Температурные пределы существования от 918 градусов до 1395 градусов. Ключевым отличием является гранецентрированная кубическая сеть + тип. |
| д | Есть только нижний температурный предел в 1395 градусов. Верхнего предела нет. Тип решетчатой структуры объемно-центрированный. |
| ε | Фаза не имеет четких температурных границ, но необходимым условием ее существования является высокое давление + соединение компонентов сплава с чистым железом. Тип решетки: шестиугольная с плотным расположением кристаллов. |
Физические характеристики железа напрямую зависят от чистоты вещества. Помимо полезных компонентов сплава, положительно влияющих на свойства металла, имеются и отрицательные элементы, способные ухудшить его характеристики. Примерами этого может быть та же сера с фосфором, которая снижает пластичность, а не придает сплаву каких-либо положительных свойств.
Основные характеристики железа:
- переменная плотность в зависимости от фазы пребывания металла. Общий разрыв составляет от 7,4 до 7,9 г/см3;
- сопротивление железа в чистом виде низкое. Предел прочности обычного технического железа составляет 299 МПа, но если речь идет о быстрорежущей стали, то здесь предел прочности увеличивается до значения 2,7 ГПа;
- чистое железо по шкале Мооса оценивается в 4 балла;
- проводимость чистой сыворотки меньше, чем у алюминия/меди – 9,7*10^(-8);
- металл можно выковать, но в чистом виде его нельзя отлить;
- низкая токсичность, но нет биологической инертности.
Усвоение железа человеческим организмом составляет лишь половину от поступающего, что делает металл менее опасным для человека, чем другие элементы из группы металлов. Основной вред окружающей среде наносит не железо в чистом виде, а отходы производства – выделяющиеся газы и шлаки. Более подробно о производстве, тепловых характеристиках и областях применения будет рассказано ниже.
Технология плавки сплавов + какова температура кипения железа?
По оценкам экспертов, запасы железа во всем мире составляют почти 200 миллиардов тонн. Любая страна с более или менее развитой экономикой налаживает в рамках промышленности собственную добычу железной руды с дальнейшей ее переработкой в железо.
Но и здесь есть нишевые лидеры: Бразилия, США и Австралия, обладающие наибольшими запасами железа вблизи земной поверхности. Кстати, ядро нашей планеты на 86% состоит из чистого железа, но проблема в том, что при нынешнем уровне промышленных технологий добыть его оттуда физически нереально.
1) Какова температура плавления/кипения железа: точное значение для элемента и сплавов
В чистом виде железо применяется редко, поскольку металл не обладает качественными свойствами относительно каких-либо физических характеристик. Более 95% металла используется для производства сплавов.
Термодинамические характеристики чистой сыворотки:
- 1539 по Цельсию или 1812 по Кельвину - температура плавления;
- 2861 по Цельсию или 3134 по Кельвину – температура кипения;
- 14 кДж/моль - удельная теплота плавления;
- 240 кДж/моль - удельная теплота испарения;
- 25 Дж/(Кельвин*моль) - молярная теплоемкость.
По состоянию на 2020 год насчитывается около 15 разновидностей сплавов на основе железа, имеющих промышленное значение. Каждый из них имеет свой набор характеристик по отношению к физике и химии. Подробнее о самых популярных в следующей таблице.
Технология и температура закалки стали 45
| Сплав | Температура плавления (в градусах Цельсия) | Особенности |
|---|---|---|
| Стали | 1450-1520 гг | В его основе железо + углерод, а фракционное содержание второго не превышает 2,2% от общей массы. Маркировка сталей по ГОСТу разнообразна, и для разбора ее видов понадобится не одна статья. Более подробно изучить тему вы можете в рамках нашего сайта в других разделах. |
| Расплавленное железо | 1150 – 1200 | Чрезвычайно популярный сплав с долей углерода 3,5% от общей массы. Кроме железа есть марганец, сера и фосфор. |
| Перлит | 1100- 1200 | Доля углерода составляет менее 0,8%. Сам сплав относится к природным: это горная порода вулканического происхождения. |
| Феррит | 1 100 | Ферромагнитные соединения оксида железа с основными оксидами других металлов. Примесь углерода занимает всего 0,04 % от общей массы вещества. |
| Цементит | 1250 | Химическое соединение углерода и железа. Сплав имеет твердость 800 HB и чрезвычайно низкую пластичность. |
| Аустенит | 730-1 550 | Долевое содержание углерода составляет 2,14%. Особенностью материала является возможность существования только при высоких температурах. |
Все указанные сплавы относятся к черной металлургии. Наиболее широко используются чугун и сталь, за ними следуют перлит и феррит. По добыче/объемам добычи выделяются те же страны, которые занимаются разработкой месторождений железной руды.
Описание процесса извлечения и плавки железа с использованием графитового тигля:
2) Промышленные технологии плавки железа + применение металла
Месторождения железа разрабатываются 2 способами: шахтным и открытым. Хотя железо содержится абсолютно во всех горных породах, экономически целесообразно разрабатывать только те месторождения, где концентрация этого химического элемента выше.
Богатые железом полезные ископаемые включают железную руду (до 75% Fe), марказит (до 40% Fe) и более бедный вариант, сидерит (более 25% железа). При переработке железной руды ее сразу отправляют на фабрики, а руды со средним и низким содержанием железа искусственно обогащают. Большая часть сыворотки идет на производство 2 сплавов: чугун стальной. Поэтому необходимо рассмотреть методы производства этих двух лидеров отрасли.
Особенности термической обработки стали 40х
| Метод | Описание | Популярность (из 5) |
|---|---|---|
| Прямой | Для производства используется шахтная печь, где железорудные окатыши продуваются смесью угарного газа с аммиаком и кислородом. Рабочая температура - 1000 градусов Цельсия. | |
| Мартеновский | Основное оборудование – мартеновская печь, где белый чугун со ломом плавится при температуре 2000 градусов Цельсия для удаления лишнего углерода. В результате получается высококачественная сталь. | |
| Электромуфта | Основное оборудование – электрическая духовка. Рабочая температура колеблется от 2150 до 2250 градусов Цельсия. Чугун с примесями при этой температуре становится качественной легированной сталью. | |
| Кислородный преобразователь | Производственный вариант с более высокой производительностью. В специализированных печах сырье продувается под давлением 25 килограммов на квадратный сантиметр. Для улучшения результата стали можно использовать чистый кислород. |
В силу особенностей черной металлургии как направления на рынке представлено 2 вида продукции: либо руда, либо готовая продукция. Стальные заготовки редко бывают в наличии, поэтому при ведении бизнеса в этой сфере нужно будет наладить производство от А до Я».
Где используется железо:
- ключевой компонент для производства всех типов стали и других сплавов, используемых в конструкционных целях;
- магнетит используется в вычислительной технике, а именно в запоминающих устройствах;
- добавка в порошковые принтеры;
- электротехника. Железо: в качестве магнитопровода для трансформаторов и электродвигателей;
- травление печатной платы;
- как средство борьбы с грибками в строительстве и садоводстве;
- анод в батареях;
- коагулянты в очистке сточных вод.
Железо важно для человека, и биологически оно является катализатором процесса кислородного обмена. В организме человека всегда содержится от 2 до 4 граммов железа, из которых 95% находится в плазме крови. Недостаток сыворотки в организме приводит к анемии, избыток — к гемохроматозу.
Вот и все. Сегодня мы не только узнали, что такое температура кипения железа, но и дали краткую характеристику самого металла. Надеемся, предоставленная информация будет полезной. Удачи!
