โลหะเหล็ก: โครงสร้างประเภทลักษณะ - เคมี - 2026

โลหะเหล็กเป็นผู้ที่มีธาตุเหล็ก (Fe) เช่นเดียวกับจำนวนเงินขนาดเล็กของโลหะอื่น ๆ ที่มีการเพิ่มเพื่อให้คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์บางอย่างที่จะโลหะผสม แม้ว่าเหล็กจะมีอยู่ในสถานะออกซิเดชันต่างๆ แต่ +2 (เหล็ก) และ +3 (เฟอร์ริก) เป็นสิ่งที่พบบ่อยที่สุด

อย่างไรก็ตามคำว่า "เหล็ก" หมายถึงการมีอยู่ของเหล็กโดยไม่คำนึงถึงสถานะออกซิเดชั่นในวัสดุ ธาตุเหล็กเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับ 4 ของเปลือกโลก แต่เป็นองค์ประกอบหลักของโลก ดังนั้นในอดีตและในทางอุตสาหกรรมโลหะเหล็กจึงมีส่วนร่วมในวิวัฒนาการของมนุษย์

เป็นกรณีนี้เนื่องจากมีคุณสมบัติมากมายและสามารถปรับเปลี่ยนได้ โลหะเหล็กเหล่านี้เริ่มต้นจากการสกัดเหล็กจากแหล่งแร่วิทยาเช่นเฮมาไทต์ (Fe ₂ O ₃ ) แมกไนต์(Fe ₃ O ₄ ) และไซเดอไรต์ (FeCO ₃ ) เนื่องจากประสิทธิภาพออกไซด์เหล่านี้เป็นที่ต้องการมากที่สุดในกระบวนการแปรรูปเหล็ก

ภาพด้านบนแสดง "ลิ้นไฟ" เหล็กหล่อที่มีไส้ ในบรรดาโลหะเหล็กทั้งหมดสิ่งที่สำคัญที่สุดประกอบด้วยโลหะผสมเหล็กที่มีการเติมคาร์บอนเล็กน้อย: เหล็ก

โครงสร้าง

เนื่องจากเหล็กเป็นองค์ประกอบหลักของโลหะเหล็กโครงสร้างจึงประกอบด้วยการเปลี่ยนรูปแบบผลึกของของแข็งบริสุทธิ์

ดังนั้นโลหะผสมเหล็กเช่นเหล็กจึงไม่มีอะไรมากไปกว่าการรวมระหว่างอะตอมอื่น ๆ ในการจัดเรียงผลึกของเหล็ก

การจัดเรียงนี้คืออะไร? เหล็กก่อตัวเป็น allotropes (โครงสร้างของแข็งที่แตกต่างกัน) ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สัมผัสเปลี่ยนคุณสมบัติแม่เหล็ก ดังนั้นที่อุณหภูมิห้องจะมีการจัดเรียง bcc หรือที่เรียกว่า alpha-iron (ลูกบาศก์ทางด้านซ้ายภาพบนสุด)

ในทางกลับกันในช่วงอุณหภูมิสูง (912-1394 (ºC)) จะแสดงการจัดเรียง ccp หรือ fcc: เหล็ก - แกมมา (ลูกบาศก์ทางด้านขวา) เมื่ออุณหภูมิเกินนี้เหล็กจะกลับสู่รูป bcc เพื่อละลายในที่สุด

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างแอลฟาแกมมานี้เรียกว่าการแปลงเฟส เฟสแกมมาสามารถ "ดักจับ" อะตอมของคาร์บอนได้ในขณะที่เฟสอัลฟาไม่ได้

ดังนั้นในกรณีของเหล็กโครงสร้างของมันสามารถมองเห็นได้เป็นชุดของอะตอมของเหล็กที่อยู่รอบ ๆ อะตอมของคาร์บอน

ด้วยวิธีนี้โครงสร้างของโลหะเหล็กขึ้นอยู่กับการกระจายของเฟสของเหล็กและอะตอมของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ในของแข็ง

ลักษณะและคุณสมบัติ

เหล็กบริสุทธิ์เป็นโลหะที่อ่อนนุ่มและเหนียวมากมีความไวสูงต่อการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชั่นจากปัจจัยภายนอก อย่างไรก็ตามเมื่อมีสัดส่วนที่แตกต่างกันของโลหะหรือคาร์บอนอื่นก็จะได้รับลักษณะและคุณสมบัติใหม่

ในความเป็นจริงการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้โลหะเหล็กมีประโยชน์ต่อการใช้งานมากมาย

โลหะผสมเหล็กโดยทั่วไปมีความแข็งแรงทนทานและเหนียวมีสีเทาสว่างและคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก

ตัวอย่าง

เหล็กดัดหรือหวาน

มีปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 0.03% เป็นสีเงินเป็นสนิมง่ายและมีรอยแตกภายใน นอกจากนี้ยังมีความเหนียวและขึ้นรูปได้เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีและเชื่อมได้ยาก

เป็นโลหะประเภทเหล็กที่มนุษย์ใช้เป็นครั้งแรกในการผลิตอาวุธเครื่องใช้และอาคาร ปัจจุบันใช้ในจานหมุดย้ำโครงไม้ระแนง ฯลฯ เนื่องจากเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีจึงใช้ในแกนกลางของแม่เหล็กไฟฟ้า

เหล็กหยาบหรือเหล็กหล่อ

ในผลิตภัณฑ์เตาหลอมเริ่มต้นประกอบด้วยคาร์บอน 3-4% และมีองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นซิลิกอนแมกนีเซียมและฟอสฟอรัส การใช้งานหลักคือการแทรกแซงการผลิตโลหะเหล็กอื่น ๆ

เหล็กบริสุทธิ์

เป็นโลหะสีขาวอมเทาที่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก แม้จะมีความแข็ง แต่ก็เปราะบางและเปราะ จุดหลอมเหลวสูง (1500 ºC.) และออกซิไดซ์อย่างรวดเร็ว

เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีซึ่งเป็นสาเหตุที่ใช้ในชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ มิฉะนั้นจะมีประโยชน์น้อย

เหล็กหล่อหรือเหล็กหล่อ (โรงหล่อ)

มีปริมาณคาร์บอนสูง (ระหว่าง 1.76% ถึง 6.67%) แข็งกว่าเหล็ก แต่เปราะกว่า พวกเขาละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่าเหล็กบริสุทธิ์ประมาณ1100ºC

เนื่องจากสามารถขึ้นรูปได้จึงสามารถใช้ผลิตชิ้นงานที่มีขนาดและความซับซ้อนแตกต่างกันได้ ในเหล็กประเภทนี้จะใช้เหล็กหล่อสีเทาซึ่งให้ความเสถียรและความสามารถในการขึ้นรูป

มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนสูงกว่าเหล็ก นอกจากนี้ยังมีราคาถูกและหนาแน่น มีความลื่นไหลที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำสามารถเติมแม่พิมพ์ได้

นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติในการบีบอัดที่ดี แต่จะเปราะและแตกก่อนที่จะงอดังนั้นจึงไม่เหมาะกับชิ้นงานที่มีความซับซ้อนมาก

เหล็กสีเทา

เป็นเหล็กหล่อที่พบมากที่สุดโดยมีสีเทาเนื่องจากมีกราไฟต์ มีความเข้มข้นของคาร์บอนระหว่าง 2.5% ถึง 4% นอกจากนี้ยังมีซิลิโคน 1-3% เพื่อทำให้กราไฟท์คงตัว

มีคุณสมบัติหลายประการของเหล็กหล่อพื้นฐานมีความลื่นไหลสูง ไม่ยืดหยุ่นและโค้งงอไม่นานก่อนที่จะแตก

เหล็ก Ductil

เติมคาร์บอนในรูปของหินแกรนิตทรงกลมที่ความเข้มข้นระหว่าง 3.2% ถึง 3.6% รูปทรงกลมของกราไฟต์ให้ความต้านทานแรงกระแทกและความอ่อนตัวได้ดีกว่าเหล็กสีเทาทำให้สามารถใช้ในการออกแบบที่ละเอียดและมีขอบ

เหล็ก

ปริมาณคาร์บอนระหว่าง 0.03% ถึง 1.76% คุณสมบัติของมันคือความแข็งความดื้อรั้นและความต้านทานต่อความพยายามทางกายภาพ โดยทั่วไปมักเกิดสนิมได้ง่าย สามารถเชื่อมได้และสามารถแปรรูปในการปลอมหรือเครื่องจักรได้

นอกจากนี้ยังมีความแข็งมากกว่าและความลื่นไหลน้อยกว่าเหล็กหล่อ ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงต้องการอุณหภูมิสูงในการไหลในแม่พิมพ์

เหล็กและการใช้งาน

เหล็กมีหลายประเภทแต่ละประเภทมีการใช้งานที่แตกต่างกัน:

คาร์บอนหรือเหล็กก่อสร้าง

ความเข้มข้นของคาร์บอนอาจแตกต่างกันไปโดยมี 4 รูปแบบ ได้แก่ เหล็กอ่อน (คาร์บอน 0.25%) เหล็กกึ่งหวาน (คาร์บอน 0.35%) เหล็กกึ่งแข็ง (คาร์บอน 0.45%) และแข็ง (0.5% )

ใช้ในการผลิตเครื่องมือเหล็กแผ่นรถไฟตะปูสกรูรถยนต์และเรือ

ซิลิคอนสตีล

เรียกอีกอย่างว่าเหล็กไฟฟ้าหรือเหล็กแม่เหล็ก ความเข้มข้นของซิลิกอนแตกต่างกันไประหว่าง 1% ถึง 5% Fe แตกต่างกันไประหว่าง 95% ถึง 99% และคาร์บอนมี 0.5%

นอกจากนี้ยังมีการเติมแมงกานีสและอะลูมิเนียมเล็กน้อย มีความแข็งสูงและมีความต้านทานไฟฟ้าสูง ใช้ในการผลิตแม่เหล็กและหม้อแปลงไฟฟ้า

เหล็กชุบสังกะสี

เคลือบด้วยสังกะสีเคลือบเพื่อป้องกันสนิมและการกัดกร่อน ดังนั้นจึงมีประโยชน์สำหรับการผลิตชิ้นส่วนท่อและเครื่องมือ

เหล็กกล้าไร้สนิม

มีองค์ประกอบของ Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) และ C (0.2%) ทนต่อสนิมและการกัดกร่อน ใช้ในการผลิตช้อนส้อมและวัสดุตัด

เหล็กแมงกานีส

องค์ประกอบคือ Mn (10-18%), Fe (82-90%) และ C (1.12%) มีความแข็งและทนต่อการสึกหรอ ใช้กับรางรถไฟตู้เซฟและเสื้อเกราะ

Invar เหล็ก

มี 36% Ni, 64% Fe และ 0.5% คาร์บอน มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำ ใช้ในการสร้างเครื่องชั่งตัวบ่งชี้ ตัวอย่างเช่นเทปวัด

อ้างอิง

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี. 8th ed., CENGAGE Learning.
2. ผู้ดูแลระบบ (19 กันยายน 2560). เหล็กคืออะไรมาจากไหนและเหล็กมีกี่ประเภท สืบค้นเมื่อ 22 เมษายน 2018 จาก: termiser.com
3. วิกิพีเดีย (2018) เหล็ก. สืบค้นเมื่อ 22 เมษายน 2561 จาก: en.wikipedia.org
4. โลหะ คุณสมบัติทั่วไป. การสกัดและการจำแนกโลหะ สืบค้นเมื่อ 22 เมษายน 2561 จาก: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer (มกราคม 2561). ลักษณะทางโลหะวิทยาของวัสดุที่เป็นเหล็กและไม่ใช่เหล็ก สืบค้นเมื่อ 22 เมษายน 2561 จาก: steemit.com
6. บทความสหราชอาณาจักร (พฤศจิกายน 2556). โครงสร้างพื้นฐานของโลหะเหล็ก สืบค้นเมื่อ 22 เมษายน 2561 จาก: ukessays.com
7. Cdang (7 กรกฎาคม 2554). Iron Alpha & Iron Gamma . สืบค้นเมื่อ 22 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org
8. วโลดี้ (15 มิถุนายน 2551). Braids สแตนเลส . สืบค้นเมื่อ 22 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org