철 금속 : 구조, 유형, 특성 - 화학

철 금속은 철 (Fe)과 그 합금 특정 유리한 특성을 제공하는 추가 된 다른 금속을 소량 함유하는 것들이다. 철은 다양한 산화 상태로 존재할 수 있지만 +2 (철) 및 +3 (철)이 가장 일반적입니다.

그러나 "철"이라는 용어는 재료의 산화 상태에 관계없이 철의 존재를 나타냅니다. 철은 지각에서 네 번째로 풍부한 원소이지만 전 세계적으로 주요 지구 원소입니다. 따라서 역사적으로나 산업적으로 철 금속은 인간의 진화에 참여했습니다.

이것은 풍부하고 수정 가능한 속성으로 인해 발생했습니다. 이러한 철 금속은 적철광 (Fe ₂ O ₃ ), 자철광 (Fe ₃ O ₄ ) 및 사이드 라이트 (FeCO ₃ ) 와 같은 광물 출처에서 철을 추출하는 데서 시작됩니다 . 성능으로 인해 이러한 산화물은 철 가공에서 가장 바람직합니다.

상단 이미지는 백열 주철 "불의 혀"를 보여줍니다. 모든 철 금속 중에서 가장 중요한 것은 소량의 탄소가 첨가 된 철 합금 인 강철입니다.

구조

철은 철 금속의 주성분이기 때문에 그 구조는 순수한 고체의 결정 변형으로 구성됩니다.

결과적으로 강철과 같은 철 합금은 철의 결정 배열에 다른 원자를 삽입하는 것에 지나지 않습니다.

이 배열은 무엇입니까? 철은 노출되는 온도에 따라 동소체 (다른 고체 구조)를 형성하여 자기 특성을 변화시킵니다. 따라서 실온에서 알파-철 (왼쪽 상단 이미지의 큐브)이라고도하는 bcc 배열을 제공합니다.

반면 고온 (912 ~ 1394 (ºC)) 범위에서는 ccp 또는 fcc 배열 인 철-감마 (오른쪽 큐브)를 보여줍니다. 이 온도를 초과하면 철은 bcc 형태로 돌아가 마침내 녹습니다.

알파-감마 구조의 이러한 변화를 위상 변환이라고합니다. 감마상은 탄소 원자를 "포착"할 수있는 반면 알파상은 그렇지 않습니다.

따라서 강철의 경우 구조는 탄소 원자를 둘러싼 철 원자의 집합으로 시각화 될 수 있습니다.

이런 식으로 철 금속의 구조는 철의 상 분포와 고체에서 다른 종의 원자에 의존합니다.

특성 및 특성

순철은 부드럽고 매우 연성 금속으로 외부 요인의 부식 및 산화에 매우 민감합니다. 그러나 다른 금속이나 탄소의 다른 비율을 포함하면 새로운 특성과 특성을 얻습니다.

사실, 철 금속이 무수한 응용 분야에 유용하게 사용되는 것은 바로 이러한 변화입니다.

철 합금은 일반적으로 강하고 내구성이 있으며 강하며 밝은 회색 색상과 자기 특성이 있습니다.

예

단철 또는 단철

탄소 함량은 0.03 % 미만입니다. 색상은 은색이며 쉽게 녹슬고 내부에 균열이 있습니다. 또한 연성 및 성형이 가능하며 전기 전도체가 좋고 용접하기가 어렵습니다.

인간이 무기, 도구 및 건물 제조에 처음 사용한 철 금속 유형입니다. 현재 플레이트, 리벳, 격자 등에 사용됩니다. 좋은 전기 전도체이기 때문에 전자석의 핵심에 사용됩니다.

거친 철 또는 주철

초기 고로 제품에는 3 ~ 4 %의 탄소와 실리콘, 마그네슘, 인과 같은 미량의 기타 원소가 포함되어 있습니다. 주요 용도는 다른 철 금속 생산에 개입하는 것입니다.

순수한 철

자기 특성을 가진 회백색 금속입니다. 경도에도 불구하고 깨지기 쉽고 부서지기 쉽습니다. 녹는 점이 높고 (1500ºC) 빠르게 산화됩니다.

그것은 좋은 전기 전도체이기 때문에 전기 및 전자 부품에 사용됩니다. 그렇지 않으면 거의 쓸모가 없습니다.

주철 또는 주철 (파운드리)

탄소 함량이 높습니다 (1.76 %에서 6.67 % 사이). 그들은 강철보다 단단하지만 더 부서지기 쉽습니다. 순수한 철보다 낮은 온도 (약 1100ºC)에서 녹습니다.

성형이 가능하기 때문에 크기와 복잡성이 다른 조각을 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 이 유형의 철은 회색 유형의 주철을 사용하여 안정성과 성형 성을 제공합니다.

그들은 강철보다 부식에 대한 저항력이 높습니다. 또한 저렴하고 밀도가 높습니다. 상대적으로 낮은 온도에서 유동성을 나타내며 금형을 채울 수 있습니다.

또한 압축 특성이 좋지만 구부리기 전에 부서지기 쉽고 부서지기 때문에 매우 정교한 조각에는 적합하지 않습니다.

그레이 아이언

가장 일반적인 주철이며 흑연이 존재하기 때문에 회색 색조입니다. 탄소 농도는 2.5 %에서 4 % 사이입니다. 또한 흑연을 안정화시키기 위해 1-3 %의 실리콘을 함유하고 있습니다.

그것은 매우 유동적 인 기본 주철의 많은 속성을 가지고 있습니다. 융통성이없고 부서지기 직전에 구부러집니다.

Ductil 철

탄소는 구형 화강암 형태로 3.2 %에서 3.6 % 사이의 농도로 첨가됩니다. 구형 흑연은 회주철보다 내충격 성과 가단성이 뛰어나 섬세하고 날카로운 디자인에 사용할 수 있습니다.

강철

0.03 %에서 1.76 % 사이의 탄소 함량. 그 특성 중에는 단단함, 끈기 및 신체적 노력에 대한 저항이 있습니다. 일반적으로 쉽게 녹슬 수 있습니다. 용접이 가능하며 단조 또는 기계적으로 가공 할 수 있습니다.

또한 주철보다 경도가 높고 유동성이 적습니다. 이러한 이유로 금형에 흐르려면 고온이 필요합니다.

철강 및 그 응용

각기 다른 용도를 가진 여러 유형의 강철이 있습니다.

탄소 또는 건설 용 강철

탄소 농도는 다양 할 수 있으며 연강 (0.25 % 탄소), 반-단강 (0.35 % 탄소), 반-경질 강철 (0.45 % 탄소) 및 경질 (0.5 % ).

공구, 강판, 철도 차량, 못, 나사, 자동차 및 보트 제조에 사용됩니다.

실리콘 스틸

전기 강 또는 자기 강이라고도합니다. 실리콘 농도는 1 % ~ 5 %, Fe는 95 % ~ 99 %, 탄소는 0.5 %입니다.

또한 소량의 망간과 알루미늄이 추가됩니다. 경도가 높고 전기 저항이 높습니다. 자석 및 전기 변압기 제조에 사용됩니다.

아연 도금 강판

녹과 부식으로부터 보호하는 아연 코팅으로 코팅되어 있습니다. 따라서 파이프 부품 및 도구 제조에 유용합니다.

스테인리스 강

Cr (14-18 %), Ni (7-9 %), Fe (73-79 %) 및 C (0.2 %)의 조성을 가지고 있습니다. 녹 및 부식에 강합니다. 칼 붙이 및 절단 재료 생산에 사용됩니다.

망간강

그 구성은 Mn (10-18 %), Fe (82-90 %) 및 C (1.12 %)입니다. 단단하고 마모에 강합니다. 기차 레일, 금고 및 갑옷에 사용됩니다.

Invar 강철

36 % Ni, 64 % Fe 및 0.5 % 탄소가 있습니다. 팽창 계수가 낮습니다. 지표 척도의 구성에 사용됩니다. 예 : 줄자.

참고 문헌

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