Metalliprofiili: Raudan ominaisuudet ja ominaisuudet

Raudan käyttö ihmisissä on peräisin noin 5000 vuotta. Se on maapallonkuoreen toiseksi runsas metallielementti ja sitä käytetään pääasiassa tuotantoon teräs, yksi tärkeimmistä rakennusmateriaaleista maailmassa.

Ennen kuin syventämme raudan historiaa ja nykyaikaisia ​​käyttötarkoituksia, tutkitaan perusteet:

• Atomisymboli: Fe
• Atominumero: 26
• Alkukategoria: Siirtymämetalli
• Tiheys: 7,884 g / cm³
• Sulamispiste: 1538 ° C (2800 ° F).
• Kiehumispiste: 2862 ° C (5182 ° F)
• Mohin kovuus: 4

Puhdas rauta on hopeanvärinen metalli, joka johtaa lämpöä ja sähköä hyvin. Rauta on liian reaktiivinen ollakseen yksinään, joten sitä esiintyy luonnossa maankuoressa vain rautamalmeina, kuten hematiitti, magnetiitti ja sideriitti.

Yksi raudan tunnistusominaisuuksista on, että se on vahvasti magneettinen. Voimakkaalle magneettikentälle alttiina kaikki rautapalat voidaan magnetoida. Tutkijoiden mielestä maapallon ydin koostuu noin 90-prosenttisesti raudasta. Tämän raudan tuottama magneettinen voima luo magneettisen pohjoisen ja eteläisen navan.

Rauta löydettiin ja uutettiin todennäköisesti alun perin puun palamisen seurauksena rautaa sisältävien malmien päälle.Puussa oleva hiili olisi reagoinut malmin hapen kanssa jättäen taakse pehmeän, taottava rautametallia. Raudan sulaminen ja raudan käyttö työkalujen ja aseiden valmistukseen alkoivat Mesopotamiassa (nykyinen Irak) välillä 2700–300 eaa. Seuraavan 2000 vuoden aikana raudan sulatusta koskeva tieto levisi itään Eurooppaan ja Afrikkaan rautakaudella tunnetulla ajanjaksolla.

1700-luvulta saakka, kunnes 1800-luvun puolivälissä löydettiin tehokas menetelmä teräksen tuottamiseksi, rautaa käytettiin yhä enemmän rakennusmateriaalina alusten, siltojen ja rakennusten valmistukseen. Vuonna 1889 rakennettu Eiffel-torni valmistettiin käyttämällä yli 7 miljoonaa kiloa takorautaa.

Raudan ongelmallisin ominaisuus on sen taipumus muodostaa ruostetta. Ruoste (tai rautaoksidi) on ruskea, mureneva yhdiste, joka syntyy, kun rauta altistuu happea. Veden sisältämä happikaasu nopeuttaa prosessia korroosio. Ruosteen määrä - kuinka nopeasti rauta muuttuu rautaoksidiksi - määräytyy veden happipitoisuuden ja raudan pinta-alan perusteella. Suolainen vesi sisältää enemmän happea kuin makea vesi, minkä vuoksi suolavesi ruostuu rautaa nopeammin kuin makea vesi.

Ruoste voidaan estää päällystämällä rauta muilla metalleilla, jotka ovat kemiallisesti houkuttelevammat hapelle, kuten sinkki (prosessiin, jolla pinnoitetaan rauta sinkillä, viitataan "galvanointiin"). Tehokkain tapa suojautua ruosteelta on kuitenkin teräksen käyttö.

Teräs on metalliseos raudan ja useiden muiden metallien, joita käytetään parantamaan raudan ominaisuuksia (lujuus, korroosionkestävyys, lämmönkestävyys jne.). Raudella seostettujen elementtien tyypin ja määrän muuttaminen voi tuottaa erityyppisiä teräksiä.

Yleisimmät teräkset ovat:

• Hiiliteräkset, jotka sisältävät 0,5% - 1,5% hiiltä: Tämä on yleisin terästyyppi, jota käytetään autojen runkoihin, alusten runkoihin, veitsiin, koneisiin ja kaikenlaisiin rakennetukiin.
• Matala seosterästä, jotka sisältävät 1-5% muita metalleja (usein nikkeli tai volframi): Nikkeliteräs kestää suuria jännitteitä ja sitä käytetään siksi usein siltojen rakentamisessa ja polkupyöräketjujen valmistuksessa. Volframiteräkset pitävät muodonsa ja lujuutensa korkeissa lämpötiloissa, ja niitä käytetään iskuissa, pyörivissä sovelluksissa, kuten poranterissä.
• Korkea seosterästä, jotka sisältävät 12-18% muita metalleja: Tällaista terästä käytetään korkeissa kustannuksissaan vain erikoissovelluksissa. Yksi esimerkki korkeametalliseoksesta valmistetusta teräksestä on ruostumaton teräs, joka usein sisältää kromi ja nikkeli, mutta se voidaan seostaa myös useiden muiden metallien kanssa. Ruostumaton teräs on erittäin vahva ja erittäin korroosionkestävä.

Suurin osa raudasta tuotetaan malmista, joita löytyy lähellä maan pintaa.Nykyaikaisissa uuttamistekniikoissa käytetään masuuneja, joille on tunnusomaista korkeat pinot (savupiirin kaltaiset rakenteet). Rauta kaadetaan pinoihin yhdessä koksin (hiilirikas kivihiili) ja kalkkikiven (kalsiumkarbonaatin) kanssa. Nykyään rautamalmi menee normaalisti läpi sintrausprosessin ennen pinoon tuloa. Sintrausprosessi muodostaa malmipalat, joiden koko on 10-25 mm, ja nämä osat sekoitetaan sitten koksin ja kalkkikiven kanssa.

Sitten sintrattu malmi, koksi ja kalkkikivi kaadetaan pinoon, jossa se palaa 1800 asteessa. Koksi palaa lämmönlähteenä ja auttaa uuniin syötetyn hapen mukana muodostamaan pelkistävän kaasun hiilimonoksidin. Kalkkikivi sekoittuu raudan epäpuhtauksien kanssa kuonaksi. Kuona on sulaa rautamalmia kevyempi, joten se nousee pinnalle ja on helposti poistettavissa. Kuuma rauta kaadetaan sitten muotteihin harkkoraudan tuottamiseksi tai valmistetaan suoraan teräksen tuotantoa varten.

Harkkorauta sisältää edelleen 3,5 - 4,5% hiiltä,yhdessä muiden epäpuhtauksien kanssa, ja se on hauras ja vaikea työskennellä. Harjoraudan fosfori- ja rikkiepäpuhtauksien alentamiseksi ja valuraudan tuottamiseksi käytetään erilaisia ​​menetelmiä. Takorauta, joka sisältää vähemmän kuin 0,25% hiiltä, ​​on sitkeää, muovattavaa ja helposti hitsattavaa, mutta sen tuottaminen on paljon työläämpää ja kalliimpaa kuin vähän hiiliterästä.

Vuonna 2010 rautamalmin maailmanlaajuinen tuotanto oli noin 2,4 miljardia tonnia. Kiinan, suurimman tuottajan, osuus oli noin 37,5% kaikesta tuotannosta, kun taas muiden suurten tuottajamaiden joukossa ovat Australia, Brasilia, Intia ja Venäjä. Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen mukaan 95% kaikesta maailmassa tuotetusta metallin vetoisuudesta on joko rautaa tai terästä.

Rauta oli aikoinaan ensisijainen rakennemateriaali, mutta se on sittemmin korvattu teräksellä useimmissa sovelluksissa. Siitä huolimatta valurautaa käytetään edelleen putkissa ja autojen osissa, kuten sylinteripäissä, sylinterilohkoissa ja vaihdelaatikoissa. Takorautaa käytetään edelleen kodinsisustustavaroiden, kuten viinihyllyjen, kynttilänjalan ja verhotangon, valmistukseen.