Metallprofiil: raua omadused ja omadused

Raua kasutamine inimeste poolt sai alguse umbes 5000 aastat. See on maapõue suuruselt teine ​​metallielement ja seda kasutatakse peamiselt tootmiseks teras, üks olulisemaid ehitusmaterjale maailmas.

Enne kui süveneda raua ajalukku ja tänapäevastesse kasutusvaldkondadesse, vaatame läbi põhitõed:

• Aatomisümbol: Fe
• Aatominumber: 26
• Elementide kategooria: siirdemetall
• Tihedus: 7,884 g / cm³
• Sulamistemperatuur: 1538 ° C (2800 ° F).
• Keemispunkt: 2862 ° C (5182 ° F)
• Mohi kõvadus: 4

Puhas raud on hõbedane metall, mis juhib soojust ja elektrit hästi. Raud on üksinda eksisteerimiseks liiga reageeriv, seetõttu ilmneb see maakoores looduslikult ainult rauamaakidena, nagu hematiit, magnetiit ja sideriit.

Üks raua eristavaid omadusi on see, et see on tugevalt magnetiline. Tugeva magnetvälja mõjul saab kõiki rauatükke magnetiseerida. Teadlaste arvates koosneb Maa tuum umbes 90% rauast. Selle raua tekitatud magnetjõud loob magnetilise põhja- ja lõunapooluse.

Raud avastati ja kaevandati tõenäoliselt algselt rauda sisaldavate maakide peal oleva puidu põletamise tagajärjel.

Alates 17. sajandist kuni tõhusa terasetootmismeetodi leidmiseni 19. sajandi keskel kasutati rauda üha sagedamini konstruktsioonimaterjalina laevade, sildade ja ehitiste valmistamiseks. 1889. aastal ehitatud Eiffeli torn valmistati üle 7 miljoni kilogrammi sepistatud rauast.

Raua kõige häirivam omadus on kalduvus moodustada rooste. Rooste (või raudoksiid) on pruun, murenev ühend, mis tekib rauas hapnikuga kokkupuutel. Vees sisalduv hapniku gaas kiirendab protsessi korrosioon. Rooste kiiruse - kui kiiresti raud muutub raudoksiidiks - määrab vee hapnikusisaldus ja raua pindala. Soolavesi sisaldab rohkem hapnikku kui magevesi, mistõttu roostetab soolane vesi rauast kiiremini kui magevesi.

Rooste saab ära hoida, kattes rauda teiste metallidega, mis on hapniku jaoks keemiliselt atraktiivsemad, näiteks tsink (raua tsingiga katmise protsessi nimetatakse "galvaniseerimiseks"). Kõige tõhusam meetod rooste eest kaitsmiseks on aga terase kasutamine.

Teras on sulam rauda ja mitmesuguseid muid metalle, mida kasutatakse raua omaduste (tugevuse, korrosioonikindluse, soojustaluvuse jne) parendamiseks. Rauaga legeeritud elementide tüübi ja koguse muutmine võib anda erinevat tüüpi terast.

Kõige tavalisemad terased on:

• Süsinikterased, mis sisaldavad 0,5–1,5% süsinikku: See on kõige levinum teraseliik, mida kasutatakse autokerede, laevakerede, nugade, masinate ja igat tüüpi konstruktsioonitugi jaoks.
• Madala legeeritud terased, mis sisaldavad 1-5% muid metalle (sageli nikkel või volfram): Nikkelteras talub suuri pingeid ja seetõttu kasutatakse seda sageli sildade ehitamisel ja jalgrattakettide valmistamisel. Volframterased säilitavad oma kuju ja tugevuse kõrgel temperatuuril ning neid kasutatakse löök-pöörlemisrakendustes, näiteks puuriteral.
• Kõrge legeerterased, mis sisaldavad 12-18% muid metalle: Seda tüüpi terast kasutatakse selle kõrge hinna tõttu ainult spetsiaalsetes rakendustes. Üks legeeritud terase näide on roostevaba teras, mis sageli sisaldab kroom ja niklit, kuid seda saab legeerida ka paljude muude metallidega. Roostevaba teras on väga tugev ja korrosioonikindel.

Enamik rauda toodetakse maa pinna lähedal leiduvatest maakidest.Kaasaegsetes kaevandamismeetodites kasutatakse kõrgahjusid, mida iseloomustab nende kõrge virn (korstnataolised konstruktsioonid). Raud kantakse virnadesse koos koksi (süsinikurikas kivisüsi) ja lubjakivi (kaltsiumkarbonaadiga). Tänapäeval läbib rauamaak tavaliselt enne virnasse sisenemist paagutamise. Paagutamisel saadakse maagi tükid, mille suurus on 10-25 mm, ja seejärel segatakse need tükid koksi ja lubjakiviga.

Seejärel valatakse paagutatud maagi, koks ja lubjakivi virna, kus see põleb 1800 kraadi Celsiuse järgi. Koks põleb soojusallikana ja koos ahju lastava hapnikuga aitab moodustada redutseerivat gaasi süsinikmonooksiidi. Lubjakivi seguneb raua lisanditega, moodustades räbu. Räbu on sularauamaagist kergem, seetõttu tõuseb see pinnale ja on kergesti eemaldatav. Seejärel valatakse kuum raud malmidesse malmi saamiseks või valmistatakse otse terase tootmiseks.

Toormalm sisaldab endiselt 3,5–4,5% süsinikku,koos muude lisanditega ning see on rabe ja keeruline töötada. Malmi fosfori- ja väävlisisalduse vähendamiseks ning malmi tootmiseks kasutatakse mitmesuguseid protsesse. Sepised, mis sisaldavad vähem kui 0,25% süsinikku, on vastupidavad, tempermalmist ja kergesti keevitatavad, kuid selle tootmine on palju vaevarikkam ja kulukam kui madala süsinikusisaldusega teras.

2010. aastal oli rauamaagi tootmine maailmas 2,4 miljardit tonni. Suurima tootja Hiina toodang moodustas umbes 37,5% kogu toodangust, teiste suuremate tootjate riikide hulka kuuluvad Austraalia, Brasiilia, India ja Venemaa. USA geoloogiateenistuse hinnangul moodustab 95% kogu maailmas toodetavast metallist metallist kas raud või teras.

Kunagi oli raud peamiseks struktuurimaterjaliks, kuid pärast seda on see enamikus rakendustes asendatud terasega. Sellest hoolimata kasutatakse malmi endiselt torudes ja autoosades, nagu silindripead, silindriplokid ja käigukastiümbrised. Sepised kasutatakse endiselt kodusisustuselementide, näiteks veiniriiulite, küünlajalade ja kardinapuude tootmiseks.