KIM LOẠI ĐEN: CẤU TRÚC, CHỦNG LOẠI, ĐẶC ĐIỂM - HÓA HỌC - 2026

Các kim loại đen là những loại có chứa sắt (Fe) cũng như một lượng nhỏ các kim loại khác được thêm vào cho đặc tính có lợi nhất định để các hợp kim của nó. Mặc dù sắt có thể tồn tại ở các trạng thái oxy hóa khác nhau, nhưng +2 (sắt) và +3 (sắt) là phổ biến nhất.

Tuy nhiên, thuật ngữ "sắt" đề cập đến sự hiện diện của sắt bất kể trạng thái oxy hóa của nó trong vật liệu. Sắt là nguyên tố phong phú thứ tư trong vỏ trái đất, nhưng trên toàn cầu, nó là nguyên tố chính của đất. Do đó, về mặt lịch sử và công nghiệp, kim loại đen đã tham gia vào quá trình tiến hóa của con người.

Điều này đã xảy ra do tính chất phong phú và có thể sửa đổi của nó. Các kim loại đen này bắt đầu từ việc khai thác sắt từ các nguồn khoáng sản, chẳng hạn như: hematit (Fe ₂ O ₃ ), magnetit (Fe ₃ O ₄ ) và siderit (FeCO ₃ ). Do hiệu suất, những oxit này được mong muốn nhất trong quá trình chế biến sắt.

Hình ảnh trên cho thấy một "lưỡi lửa" bằng gang nóng sáng. Trong tất cả các kim loại đen, kim loại quan trọng nhất bao gồm hợp kim sắt với một lượng nhỏ cacbon được thêm vào: thép.

Kết cấu

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.

Do đó, các hợp kim đen như thép không hơn gì sự xen kẽ của các nguyên tử khác trong sự sắp xếp tinh thể của sắt.

Sự sắp xếp này là gì? Sắt tạo thành các dạng thù hình (cấu trúc rắn khác nhau) tùy thuộc vào nhiệt độ mà nó tiếp xúc, làm thay đổi tính chất từ ​​của nó. Do đó, ở nhiệt độ phòng, nó thể hiện sự sắp xếp bcc, còn được gọi là sắt alpha (hình lập phương bên trái, hình trên).

Mặt khác, trong phạm vi nhiệt độ cao (912-1394 (ºC)), nó cho thấy sự sắp xếp ccp hoặc fcc: gamma sắt (hình lập phương bên phải). Khi vượt quá nhiệt độ này, sắt sẽ trở lại dạng bcc để cuối cùng nóng chảy.

Sự thay đổi cấu trúc alpha-gamma này được gọi là sự biến đổi pha. Pha gamma có khả năng "bẫy" các nguyên tử cacbon, trong khi pha alpha thì không.

Do đó, trong trường hợp của thép, cấu trúc của nó có thể được hình dung như một tập hợp các nguyên tử sắt bao quanh một nguyên tử cacbon.

Theo cách này, cấu trúc của kim loại đen phụ thuộc vào sự phân bố các pha của sắt và các nguyên tử của các loại khác trong chất rắn.

Đặc điểm và tính chất

Sắt nguyên chất là kim loại mềm và rất dẻo, rất nhạy cảm với sự ăn mòn và oxy hóa từ các yếu tố bên ngoài. Tuy nhiên, khi nó bao gồm các tỷ lệ khác nhau của một kim loại hoặc cacbon khác, nó sẽ có những đặc điểm và tính chất mới.

Trên thực tế, chính những thay đổi này đã làm cho kim loại đen trở nên hữu ích cho vô số ứng dụng.

Các hợp kim sắt nói chung rất mạnh, bền và dẻo dai, với màu xám sáng và tính chất từ ​​tính.

Ví dụ

Sắt rèn hoặc ngọt

Nó có hàm lượng carbon dưới 0,03%. Nó có màu bạc, dễ bị rỉ sét và nứt vỡ bên trong. Ngoài ra, nó có tính dẻo và dễ đúc, là chất dẫn điện tốt và khó hàn.

Đây là loại kim loại đen mà con người sử dụng đầu tiên trong sản xuất vũ khí, đồ dùng và các tòa nhà. Nó hiện đang được sử dụng trong các tấm, đinh tán, giàn, v.v. Vì nó là một chất dẫn điện tốt, nó được sử dụng trong lõi của nam châm điện.

Gang thô hoặc gang

Trong sản phẩm lò cao ban đầu, nó chứa 3-4% cacbon và các vết của các nguyên tố khác như silic, magiê và phốt pho. Công dụng chính của nó là can thiệp vào quá trình sản xuất các kim loại đen khác.

Sắt nguyên chất

Nó là một kim loại màu trắng xám có tính chất từ ​​tính. Mặc dù độ cứng của nó, nó dễ vỡ và giòn. Điểm nóng chảy của nó cao (1500 ºC.) Và nó bị oxy hóa nhanh chóng.

Nó là một chất dẫn điện tốt, đó là lý do tại sao nó được sử dụng trong các linh kiện điện và điện tử. Nếu không thì nó chẳng có ích gì.

Đúc hoặc gang (xưởng đúc)

Chúng có hàm lượng carbon cao (từ 1,76% đến 6,67%). Chúng cứng hơn thép nhưng giòn hơn. Chúng nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn sắt nguyên chất, khoảng 1100ºC.

Bởi vì nó có thể đúc được, nó có thể được sử dụng để sản xuất các mảnh có kích thước và độ phức tạp khác nhau. Trong loại sắt này, gang loại xám được sử dụng, mang lại sự ổn định và khả năng làm khuôn.

Chúng có khả năng chống ăn mòn cao hơn thép. Ngoài ra, chúng rẻ và dày đặc. Chúng có tính lưu động ở nhiệt độ tương đối thấp, có thể lấp đầy khuôn.

Chúng cũng có đặc tính nén tốt, nhưng giòn và gãy trước khi uốn, vì vậy chúng không thích hợp với những tác phẩm quá phức tạp.

Sắt xám

Nó là loại gang phổ biến nhất, màu xám của nó là do sự hiện diện của than chì. Nó có nồng độ carbon từ 2,5% đến 4%; Ngoài ra, nó chứa 1-3% silicone để ổn định than chì.

Nó có nhiều thuộc tính của gang cơ bản, có tính linh hoạt cao. Nó không linh hoạt và uốn cong một thời gian ngắn trước khi gãy.

Sắt Ductil

Carbon được thêm vào, ở 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 độ dẻo cao hơn so với sắt xám, cho phép nó được sử dụng trong các thiết kế chi tiết và có viền.

Thép

Hàm lượng cacbon từ 0,03% đến 1,76%. Trong số các phẩm chất của nó là độ cứng, sự bền bỉ và khả năng chống lại những nỗ lực thể chất. Nói chung chúng dễ bị rỉ sét. Chúng có thể hàn và có thể được gia công trong quá trình rèn hoặc cơ khí.

Chúng cũng có độ cứng lớn hơn và ít chảy hơn so với gang. Vì lý do này, chúng cần nhiệt độ cao để chảy trong khuôn.

Thép và các ứng dụng của nó

Có một số loại thép, mỗi loại có các ứng dụng khác nhau:

Carbon hoặc thép xây dựng

Nồng độ carbon có thể khác nhau, thiết lập bốn dạng: thép nhẹ (0,25% carbon), thép nửa mềm (0,35% carbon), thép bán cứng (0,45% carbon) và cứng (0,5% ).

Nó được sử dụng trong sản xuất công cụ, thép lá, phương tiện giao thông đường sắt, đinh, vít, ô tô và tàu thuyền.

Thép silic

Còn 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 cacbon có 0,5%.

Ngoài ra, một lượng nhỏ mangan và nhôm được thêm vào. Nó có độ cứng lớn và khả năng chống điện cao. Nó được sử dụng trong sản xuất nam châm và máy biến điện.

Thép mạ kẽm

Nó được phủ một lớp kẽm bảo vệ nó khỏi bị gỉ và ăn mòn. Do đó, nó rất hữu ích cho việc sản xuất các bộ phận và dụng 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 gỉ 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 cứng và có khả năng chống mài mòn. Được sử dụng trên đường ray xe lửa, két sắt và áo giáp.

Thép Invar

Nó có 36% Ni, 64% Fe và 0,5% cacbon. Nó có hệ số giãn nở thấp. Nó được sử dụng trong việc xây dựng các thang đo chỉ số; ví dụ: thước dây.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học. Xuất bản lần thứ 8, Học tập CENGAGE.
2. Quản trị viên. (Ngày 19 tháng 9 năm 2017). Sắt là gì, nguồn gốc từ đâu và có bao nhiêu loại sắt. Được lấy vào ngày 22 tháng 4 năm 2018, từ: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Bàn là. Truy cập ngày 22 tháng 4 năm 2018, từ: en.wikipedia.org
4. Kim loại. Thuộc tính chung. Chiết xuất và phân loại kim loại. Được lấy vào ngày 22 tháng 4 năm 2018, từ: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Tháng 1 năm 2018). Đặc điểm luyện kim loại của vật liệu sắt và phi sắt. Được lấy vào ngày 22 tháng 4 năm 2018, từ: steemit.com
6. Bài luận, Vương quốc Anh. (Tháng 11 năm 2013). Cấu trúc cơ bản của kim loại đen. Được lấy vào ngày 22 tháng 4 năm 2018, từ: ukessays.com
7. Cdang. (Ngày 7 tháng 7 năm 2011). Sắt Alpha & Sắt Gamma. . Truy cập ngày 22 tháng 4 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (Ngày 15 tháng 6 năm 2008). Bện bằng thép không gỉ. . Truy cập ngày 22 tháng 4 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org