Was ist der schmelzpunkt von metallen. Bei welchen Temperaturen schmelzen verschiedene Metalle und Nichtmetalle? Schmelzpunkt unedler Metalle

In der metallurgischen Industrie ist einer der Hauptbereiche das Gießen von Metallen und deren Legierungen aufgrund der Billigkeit und relativen Einfachheit des Verfahrens. Es können Formen mit beliebigen Umrissen in verschiedenen Abmessungen, von klein bis groß, gegossen werden; Es eignet sich sowohl für die Massenproduktion als auch für die kundenspezifische Produktion.

Das Gießen ist einer der ältesten Bereiche der Metallbearbeitung und beginnt etwa in der Bronzezeit: 7.-3. Jahrtausend v. e. Seitdem wurden viele Materialien entdeckt, die zu technologischen Fortschritten und erhöhten Anforderungen an die Gießereiindustrie geführt haben.

Heutzutage gibt es viele Richtungen und Arten des Gießens, die sich darin unterscheiden technologischer Prozess. Eines bleibt unverändert – die physikalische Eigenschaft von Metallen, von fest zu flüssig zu werden, und es ist wichtig zu wissen, bei welcher Temperatur das Schmelzen beginnt verschiedene Typen Metalle und ihre Legierungen.

Metallschmelzprozess

Dieser Vorgang bezeichnet den Übergang eines Stoffes von einem festen in einen flüssigen Zustand. Wenn der Schmelzpunkt erreicht ist, kann das Metall sowohl in einem festen als auch in einem flüssigen Zustand vorliegen, eine weitere Erhöhung führt zu einem vollständigen Übergang des Materials in eine Flüssigkeit.

Dasselbe passiert während der Erstarrung - wenn die Schmelzgrenze erreicht ist, beginnt die Substanz, von einem flüssigen Zustand in einen festen Zustand überzugehen, und die Temperatur ändert sich nicht bis zur vollständigen Kristallisation.

Bitte beachten Sie, dass diese Regel nur für gilt reines Metall. Legierungen haben keine klare Temperaturgrenze und machen einen Zustandsübergang zu etwas Reichweite:

1. Solidus - die Temperaturlinie, bei der die schmelzbarste Komponente der Legierung zu schmelzen beginnt.
2. Liquidus ist der letzte Schmelzpunkt aller Komponenten, unterhalb dessen die ersten Kristalle der Legierung zu erscheinen beginnen.

Es ist unmöglich, den Schmelzpunkt solcher Substanzen genau zu messen, der Übergangspunkt der Zustände gibt das Zahlenintervall an.

Abhängig von der Temperatur, bei der das Schmelzen von Metallen beginnt, sie sind unterteilt in:

• Schmelzbar bis 600 °C. Dazu gehören Zinn, Zink, Blei und andere.
• Mittelschmelzend, bis 1600 °C. Die gängigsten Legierungen und Metalle wie Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Aluminium.
• Feuerfest, über 1600 °C. Titan, Molybdän, Wolfram, Chrom.

Es gibt auch einen Siedepunkt – den Punkt, an dem das geschmolzene Metall beginnt, in einen gasförmigen Zustand überzugehen. Dies ist eine sehr hohe Temperatur, typischerweise das 2-fache des Schmelzpunktes.

Druckeinfluss

Die Schmelztemperatur und die ihr gleichgestellte Erstarrungstemperatur hängen vom Druck ab und steigen mit dessen Erhöhung. Denn bei steigendem Druck nähern sich die Atome einander an und müssen zur Zerstörung des Kristallgitters wegbewegt werden. Bei erhöhtem Druck wird mehr Wärmeenergie benötigt und die entsprechende Schmelztemperatur erhöht sich.

Es gibt Ausnahmen, bei denen die zum Verflüssigen erforderliche Temperatur bei erhöhtem Druck abnimmt. Solche Substanzen umfassen Eis, Wismut, Germanium und Antimon.

Schmelzpunkttabelle

Für jeden, der in der Stahlindustrie tätig ist, ob Schweißer, Gießer, Schmelzer oder Juwelier, ist es wichtig zu wissen, bei welchen Temperaturen die Materialien schmelzen, mit denen er arbeitet. In der folgenden Tabelle sind die Schmelzpunkte der gängigsten Substanzen aufgeführt.

Schmelzpunkttabelle Metalle und Legierungen

Neben dem Schmelztisch gibt es viele weitere Hilfsstoffe. Zum Beispiel liegt die Antwort auf die Frage, was der Siedepunkt von Eisen ist, in der Tabelle der siedenden Substanzen. Neben dem Sieden haben Metalle eine Reihe weiterer physikalischer Eigenschaften, wie z. B. Festigkeit.

Metallische Stärke

Neben der Fähigkeit, von einem festen in einen flüssigen Zustand überzugehen, ist eine der wichtigen Eigenschaften eines Materials seine Festigkeit – die Fähigkeit eines festen Körpers, Zerstörung und irreversiblen Formänderungen zu widerstehen. Als Hauptindikator für die Festigkeit gilt der Widerstand, der sich aus dem Bruch des vorgeglühten Werkstücks ergibt. Das Konzept der Festigkeit trifft auf Quecksilber nicht zu, da es sich in flüssigem Zustand befindet. Die Festigkeitsbezeichnung wird in MPa - Mega Pascal akzeptiert.

Es gibt folgende Gruppen Festigkeit von Metallen:

• Fragil. Ihr Widerstand überschreitet 50 MPa nicht. Dazu gehören Zinn, Blei, weiche Alkalimetalle
• Langlebig, 50–500 MPa. Kupfer, Aluminium, Eisen, Titan. Die Materialien dieser Gruppe sind die Basis vieler Strukturlegierungen.
• Hochfest, über 500 MPa. Beispielsweise Molybdän und Wolfram.

Metallfestigkeitstabelle

Die gängigsten Legierungen im Alltag

Wie der Tabelle zu entnehmen ist, variieren die Schmelzpunkte der Elemente selbst bei häufig im Alltag vorkommenden Materialien stark.

Somit beträgt der Mindestschmelzpunkt von Quecksilber -38,9 ° C, daher befindet es sich bei Raumtemperatur bereits in einem flüssigen Zustand. Dies erklärt die Tatsache, dass Haushaltsthermometer eine untere Marke von -39 Grad Celsius haben: Unterhalb dieser Anzeige geht Quecksilber in einen festen Zustand über.

Lote, die im Haushalt am häufigsten verwendet werden, enthalten einen erheblichen Anteil an Zinn, das einen Schmelzpunkt von 231,9 ° C hat, sodass die meisten Lote bei einer Betriebstemperatur des Lötkolbens von 250 bis 400 ° C schmelzen.

Darüber hinaus gibt es niedrig schmelzende Lote mit einer unteren Schmelzgrenze, bis 30 °C, und werden eingesetzt, wenn eine Überhitzung der gelöteten Materialien gefährlich ist. Für diese Zwecke gibt es Lote mit Wismut, und der Schmelzpunkt dieser Materialien liegt im Bereich von 29,7 – 120 °C.

Das Schmelzen von kohlenstoffreichen Werkstoffen liegt je nach Legierungsbestandteil im Bereich von 1100 bis 1500 °C.

Die Schmelzpunkte von Metallen und deren Legierungen liegen in einem sehr weiten Temperaturbereich, von sehr tiefen Temperaturen (Quecksilber) bis zu einer Grenze von mehreren tausend Grad. Die Kenntnis dieser Indikatoren sowie anderer physikalischer Eigenschaften ist für Personen, die im metallurgischen Bereich tätig sind, sehr wichtig. Beispielsweise ist es für Juweliere, Gießer und Schmelzer nützlich, zu wissen, bei welcher Temperatur Gold und andere Metalle schmelzen.

Jedes Metall oder jede Legierung hat einzigartige Eigenschaften, einschließlich seines Schmelzpunkts. In diesem Fall geht das Objekt von einem Zustand in einen anderen über, in einem bestimmten Fall wird es von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit. Um es zu schmelzen, muss es erhitzt und erhitzt werden, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. In dem Moment, in dem der gewünschte Temperaturpunkt einer bestimmten Legierung erreicht ist, kann sie noch in einem festen Zustand verbleiben. Bei fortgesetzter Exposition beginnt es zu schmelzen.

In Kontakt mit

Quecksilber hat den niedrigsten Schmelzpunkt - es schmilzt sogar bei -39 ° C, Wolfram hat den höchsten - 3422 ° C. Bei Legierungen (Stahl und andere) ist es äußerst schwierig, die genaue Zahl zu bestimmen. Es hängt alles vom Verhältnis der Komponenten in ihnen ab. Bei Legierungen wird es als numerisches Intervall geschrieben.

Wie ist der Ablauf

Elemente, was auch immer sie sind: Gold, Eisen, Gusseisen, Stahl oder andere – schmelzen ungefähr gleich. Dies geschieht mit externer oder interner Heizung. Die externe Erwärmung erfolgt in einem thermischen Ofen. Für die interne Widerstandsheizung wird ein elektrischer Strom oder eine Induktion geleitet Erwärmung im hochfrequenten elektromagnetischen Feld. Die Wirkung ist ungefähr gleich.

Wann Erwärmung entsteht, nimmt die Amplitude der thermischen Schwingungen von Molekülen zu. In Erscheinung treten Gitterstrukturfehler begleitet vom Aufbrechen interatomarer Bindungen. Die Zeit der Gitterzerstörung und Akkumulation von Defekten wird Schmelzen genannt.

Abhängig vom Schmelzgrad der Metalle werden sie unterteilt in:

1. schmelzbar - bis 600 ° C: Blei, Zink, Zinn;
2. mittelschmelzend - von 600 ° C bis 1600 ° C: Gold, Kupfer, Aluminium, Gusseisen, Eisen und vor allem Elemente und Verbindungen;
3. feuerfest - ab 1600 ° C: Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan.

Je nachdem, wie hoch der maximale Grad ist, wird auch die Schmelzvorrichtung ausgewählt. Es sollte umso stärker sein, je stärker die Erwärmung ist.

Der zweite wichtige Wert ist der Siedegrad. Dies ist der Parameter, bei dem Flüssigkeiten zu kochen beginnen. In der Regel ist es der doppelte Schmelzgrad. Diese Werte sind direkt proportional zueinander und werden meist bei Normaldruck angegeben.

Steigt der Druck, steigt auch die Schmelzmenge. Wenn der Druck abnimmt, dann nimmt er ab.

Charakteristische Tabelle

Metalle und Legierungen – unverzichtbar Grundlage für das Schmieden, Gießerei, Schmuck und viele andere Produktionsbereiche. Was auch immer der Meister tut ( Goldschmuck, Zäune aus Gusseisen, Messer aus Stahl od Kupferarmbänder), zum korrekter Betrieb Er muss wissen, bei welchen Temperaturen dieses oder jenes Element schmilzt.

Um diesen Parameter herauszufinden, müssen Sie sich auf die Tabelle beziehen. In der Tabelle finden Sie auch den Siedegrad.

Zu den am häufigsten verwendeten Elementen im Alltag gehören die folgenden Schmelzpunktindikatoren:

1. Aluminium - 660 °C;
2. Schmelzpunkt von Kupfer - 1083 °C;
3. Schmelzpunkt von Gold - 1063 ° C;
4. Silber - 960 °C;
5. Zinn – 232 °C. Zinn wird oft zum Löten verwendet, da die Temperatur eines funktionierenden Lötkolbens nur 250–400 Grad beträgt;
6. Blei - 327 °C;
7. Schmelzpunkt von Eisen - 1539 ° C;
8. Schmelztemperatur von Stahl (einer Legierung aus Eisen und Kohlenstoff) - von 1300 °C bis 1500 °C. Sie schwankt je nach Sättigung der Stahlkomponenten;
9. Schmelzpunkt von Gusseisen (auch eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff) - von 1100 ° C bis 1300 ° C;
10. Quecksilber - -38,9 ° C.

Wie aus diesem Teil der Tabelle hervorgeht, ist Quecksilber das am leichtesten schmelzbare Metall, das sich bereits bei positiven Temperaturen in einem flüssigen Zustand befindet.

Der Siedegrad all dieser Elemente ist fast doppelt so hoch und manchmal sogar höher als der Schmelzgrad. Für Gold sind es beispielsweise 2660 °C, z Aluminium - 2519°C, für Eisen - 2900 ° C, für Kupfer - 2580 ° C, für Quecksilber - 356,73 ° C.

Für Legierungen wie Stahl, Gusseisen und andere Metalle ist die Berechnung ungefähr gleich und hängt vom Verhältnis der Komponenten in der Legierung ab.

Der maximale Siedepunkt für Metalle ist Rhenium - 5596 °C. Der höchste Siedepunkt liegt in den meisten feuerfesten Materialien.

Es gibt auch Tabellen, die darauf hinweisen Dichte von Metallen. Das leichteste Metall ist Lithium, das schwerste ist Osmium. Osmium hat eine höhere Dichte als Uran und Plutonium bei Betrachtung bei Raumtemperatur. Zu den Leichtmetallen gehören: Magnesium, Aluminium, Titan. Zu den Schwermetallen gehören die häufigsten Metalle: Eisen, Kupfer, Zink, Zinn und viele andere. Die letzte Gruppe ist sehr Schwermetalle Dazu gehören: Wolfram, Gold, Blei und andere.

Ein weiterer Indikator in den Tabellen ist Wärmeleitfähigkeit von Metallen. Am schlimmsten ist, dass Neptunium Wärme leitet und Silber der beste Wärmeleiter ist. Gold, Stahl, Eisen, Gusseisen und andere Elemente liegen in der Mitte zwischen diesen beiden Extremen. Eindeutige Merkmale finden Sie jeweils in der gewünschten Tabelle.

Der Schmelzpunkt von Metallen, der vom kleinsten (-39 ° C für Quecksilber) bis zum höchsten (3400 ° C für Wolfram) variiert, sowie die Dichte von Metallen im festen Zustand bei 20 ° C und die Dichte von Flüssigkeiten Metalle am Schmelzpunkt, sind in der Tabelle der schmelzenden Nichteisenmetalle angegeben .

Tabelle 1. Schmelzen von Nichteisenmetallen

Schweißen und Schmelzen von Nichteisenmetallen

Kupferschweißen . Die Schmelztemperatur von Cu-Metall ist fast sechsmal höher als die Schmelztemperatur von Stahl, Kupfer absorbiert und löst verschiedene Gase intensiv und bildet mit Sauerstoff Oxide. Kupferoxid II bildet mit Kupfer ein Eutektikum, dessen Schmelzpunkt (1064°C) niedriger ist als der Schmelzpunkt von Kupfer (1083°C). Wenn flüssiges Kupfer erstarrt, befindet sich das Eutektikum entlang der Korngrenzen, wodurch Kupfer spröde und rissanfällig wird. Daher besteht die Hauptaufgabe beim Schweißen von Kupfer darin, es vor Oxidation und aktiver Desoxidation des Schweißbades zu schützen.

Das gebräuchlichste Gasschweißen von Kupfer mit einer Acetylen-Sauerstoffflamme unter Verwendung von Brennern, die 1,5 ... 2 mal stärker sind als ein Brenner zum Schweißen von Stählen. Das Füllmetall sind Kupferstäbe, die Phosphor und Silizium enthalten. Wenn die Dicke der Produkte mehr als 5...6 mm beträgt, werden sie zuerst auf eine Temperatur von 250...300°C erhitzt. Flussmittel zum Schweißen sind geröstetes Borax oder eine Mischung aus 70 % Borax und 30 % Borsäure. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und zur Verbesserung der Struktur des abgeschiedenen Metalls wird Kupfer nach dem Schweißen bei einer Temperatur von etwa 200...300°C geschmiedet. Dann wird es wieder auf 500–550°C erhitzt und in Wasser gekühlt. Kupfer wird auch im Lichtbogenverfahren mit Elektroden, im Schutzgasstrom, unter einer Flussmittelschicht, auf Kondensatormaschinen, im Reibverfahren geschweißt.

Messingschweißen . Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink (bis zu 50 %). Die Hauptverschmutzung ist in diesem Fall die Verdunstung von Zink, wodurch die Naht ihre Eigenschaften verliert und Poren darin auftreten. Messing wird wie Kupfer hauptsächlich mit einer oxidierenden Acetylenflamme geschweißt, die einen Film aus feuerfestem Zinkoxid auf der Oberfläche des Bades erzeugt, der ein weiteres Ausbrennen und Verdampfen von Zink verringert. Flussmittel werden wie beim Kupferschweißen verwendet. Sie bilden an der Badoberfläche Schlacken, die Zinkoxide binden und das Entweichen von Dämpfen aus dem Schmelzbad erschweren. Messing wird auch in Schutzgasen und auf Kontaktmaschinen geschweißt.

Bronzeschweißen . Bronze ist in den meisten Fällen ein Gusswerkstoff, also

Schweißen wird bei der Behebung von Mängeln oder bei Reparaturen verwendet. Das am häufigsten verwendete Metallelektrodenschweißen. Das Füllmetall sind Stäbe mit der gleichen Zusammensetzung wie das Grundmetall, und die Flussmittel oder Elektrodenbeschichtungen sind Chlorid- und Fluoridverbindungen von Kalium und Natrium.

. Die Hauptfaktoren, die das Schweißen von Aluminium behindern, sind sein niedriger Schmelzpunkt (658 ° C), seine hohe Wärmeleitfähigkeit (etwa dreimal höher als die Wärmeleitfähigkeit von Stahl) und die Bildung von feuerfesten Aluminiumoxiden, die einen Schmelzpunkt von 2050 ° C haben C, also die Technologie des Schmelzens von Nichteisenmetallen , wie Kupfer oder Bronze ist für die Aluminiumschmelze nicht geeignet. Darüber hinaus reagieren diese Oxide sowohl mit sauren als auch mit basischen Flussmitteln schlecht, sodass sie schlecht von der Schweißnaht entfernt werden.

Die am häufigsten verwendete Gasschweißflamme aus Aluminium und Acetylen. In den letzten Jahren hat sich auch das automatische Unterpulver- und Argon-Metall-Lichtbogenschweißen weit verbreitet. Für alle Schweißverfahren außer Argon-Lichtbogen werden Flussmittel oder Elektrodenbeschichtungen verwendet, die Fluorid- und Chloridverbindungen von Lithium, Kalium, Natrium und anderen Elementen enthalten. Als Zusatzwerkstoff für alle Schweißverfahren werden Drähte oder Stäbe gleicher Zusammensetzung wie der Grundwerkstoff verwendet.

Aluminium lässt sich gut mit einem Elektronenstrahl im Vakuum, auf Kontaktmaschinen, durch Elektroschlacke und andere Verfahren schweißen.

Schweißen von Aluminiumlegierungen . Aluminiumlegierungen mit Magnesium und Zink werden ohne geschweißt

spezielle Komplikationen sowie Aluminium. Eine Ausnahme bilden Duraluminium - Legierungen von Aluminium mit Kupfer. Diese Legierungen werden nach dem Abschrecken und anschließendem Altern thermisch gehärtet. Wenn die Schmelztemperatur von Nichteisenmetallen über 350 ° C liegt, tritt bei ihnen eine Festigkeitsabnahme auf, die durch eine Wärmebehandlung nicht wiederhergestellt wird. Daher nimmt beim Schweißen von Duraluminium in der Wärmeeinflusszone die Festigkeit um 40 ... 50% ab. Wenn Duraluminium in Schutzgasen geschweißt wird, kann eine solche Abnahme durch eine Wärmebehandlung von bis zu 80 ... 90% in Bezug auf die Festigkeit des Grundmetalls wiederhergestellt werden.

Schweißen von Magnesiumlegierungen . Beim Gasschweißen werden zwangsläufig Fluoridflussmittel verwendet, die im Gegensatz zu Chloridflussmitteln keine Korrosion von Schweißverbindungen verursachen. Lichtbogenschweißen von Magnesiumlegierungen mit Metallelektroden durch geringe Qualität Schweißnähte werden bisher nicht verwendet. Beim Schweißen von Magnesiumlegierungen kommt es in nahtnahen Bereichen zu einem deutlichen Kornwachstum und einer starken Ausbildung von Stengelkristallen Schweißen. Daher beträgt die Zugfestigkeit von Schweißverbindungen 55 ... 60% der Zugfestigkeit des Grundmetalls.

Tabelle 2. Physikalische Eigenschaften von industriellen Nichteisenmetallen

Schmelztiegel

Ein wesentlicher Bestandteil der Herstellung von Metall und Metallprodukten ist die Verwendung während Produktionsprozess Tiegel für die Herstellung, das Schmelzen und Umschmelzen von Eisen- und Nichteisenmetallen. Tiegel sind ein integraler Bestandteil von metallurgischen Ausrüstungen zum Gießen verschiedener Metalle, Legierungen und dergleichen.

Keramiktiegel zum Schmelzen von Nichteisenmetallen werden seit der Antike zum Schmelzen von Metallen (Kupfer, Bronze) verwendet.

Verformbares silberweißes Metall mit hoher chemischer Reaktivität: Eisen korrodiert schnell bei hohen Temperaturen oder hoher Luftfeuchtigkeit. In reinem Sauerstoff brennt Eisen und in fein verteiltem Zustand entzündet es sich spontan an der Luft. Es wird mit dem Symbol Fe (lat. Ferrum) bezeichnet. Eines der häufigsten Metalle in der Erdkruste (nach Platz zwei).

Siehe auch:

STRUKTUR

Für Eisen wurden mehrere polymorphe Modifikationen festgestellt, von denen die Hochtemperaturmodifikation - γ-Fe (über 906 °) - ein Gitter eines flächenzentrierten Würfels vom Cu-Typ (a 0 \u003d 3,63) und das niedrige bildet -Temperaturmodifikation - α-Fe-Gitter eines zentrierten Würfels vom α-Fe-Typ ( a 0 = 2,86).
Je nach Heiztemperatur kann Eisen in drei Modifikationen vorliegen, die sich durch eine unterschiedliche Struktur des Kristallgitters auszeichnen:

1. Im Temperaturbereich vom niedrigsten bis 910 ° C - a-Ferrit (Alpha-Ferrit) mit einer Kristallgitterstruktur in Form eines zentrierten Würfels;
2. Im Temperaturbereich von 910 bis 1390°C - Austenit, dessen Kristallgitter die Struktur eines flächenzentrierten Würfels hat;
3. Im Temperaturbereich von 1390 bis 1535 ° C (Schmelzpunkt) - d-Ferrit (Delta-Ferrit). Das Kristallgitter von d-Ferrit ist das gleiche wie das von a-Ferrit. Der Unterschied zwischen ihnen besteht nur in anderen (großen für d-Ferrit) Abständen zwischen Atomen.

Beim Abkühlen von flüssigem Eisen treten an vielen Stellen des gekühlten Volumens gleichzeitig Primärkristalle (Kristallisationszentren) auf. Beim anschließenden Abkühlen werden um jedes Zentrum herum neue kristalline Zellen aufgebaut, bis der gesamte Vorrat an flüssigem Metall aufgebraucht ist.
Das Ergebnis ist eine körnige Struktur des Metalls. Jedes Korn hat ein Kristallgitter mit einer bestimmten Richtung seiner Achsen.
Beim anschließenden Abkühlen von massivem Eisen können bei den Übergängen von d-Ferrit zu Austenit und von Austenit zu α-Ferrit neue Kristallisationszentren mit entsprechender Korngrößenänderung entstehen

EIGENSCHAFTEN

In reiner Form ist es unter Normalbedingungen ein Feststoff. Es hat eine silbrig-graue Farbe und einen ausgeprägten metallischen Glanz. Mechanische Eigenschaften Eisen beinhalten den Härtegrad auf der Mohs-Skala. Es ist gleich vier (mittel). Eisen hat eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit. Das letzte Merkmal kann durch Berühren eines Eisengegenstandes in einem kalten Raum gefühlt werden. Da dieses Material Wärme schnell leitet, entzieht es Ihrer Haut in kurzer Zeit viel davon, wodurch Ihnen kalt wird.
Wenn man zum Beispiel einen Baum berührt, kann man feststellen, dass seine Wärmeleitfähigkeit viel geringer ist. Die physikalischen Eigenschaften von Eisen sind sein Schmelz- und Siedepunkt. Die erste ist 1539 Grad Celsius, die zweite 2860 Grad Celsius. Daraus kann geschlossen werden, dass die charakteristischen Eigenschaften von Eisen eine gute Duktilität und Schmelzbarkeit sind. Aber das ist nicht alles. auch in physikalische Eigenschaften Eisen schließt auch seinen Ferromagnetismus ein. Was ist das? Eisen, dessen magnetische Eigenschaften wir tagtäglich an praktischen Beispielen beobachten können, ist das einzige Metall, das eine solche Einzigartigkeit besitzt Kennzeichen. Dies liegt daran, dass dieses Material unter dem Einfluss eines Magnetfeldes magnetisiert werden kann. Und nach Beendigung der Wirkung des letzteren bleibt Eisen, dessen magnetische Eigenschaften sich gerade gebildet haben, lange Zeit ein Magnet. Dieses Phänomen lässt sich dadurch erklären, dass es in der Struktur dieses Metalls viele freie Elektronen gibt, die sich bewegen können.

RESERVEN UND PRODUKTION

Eisen ist eines der häufigsten Elemente im Sonnensystem, insbesondere auf den terrestrischen Planeten, insbesondere auf der Erde. Ein erheblicher Teil des Eisens der terrestrischen Planeten befindet sich in den Kernen der Planeten, wo sein Gehalt auf etwa 90% geschätzt wird. Der Eisengehalt in der Erdkruste beträgt 5 % und im Erdmantel etwa 12 %.

In der Erdkruste ist Eisen weit verbreitet – es macht etwa 4,1 % der Masse der Erdkruste aus (Platz 4 unter allen Elementen, Platz 2 unter den Metallen). Im Mantel und in der Erdkruste ist Eisen hauptsächlich in Silikaten konzentriert, während sein Gehalt in basischen und ultrabasischen Gesteinen bedeutend und in sauren und intermediären Gesteinen gering ist.
Es ist eine große Zahl eisenhaltiger Erze und Mineralien bekannt. Von größter praktischer Bedeutung sind rotes Eisenerz (Hämatit, Fe2O3; enthält bis zu 70 % Fe), magnetisches Eisenerz (Magnetit, FeFe 2 O 4 , Fe 3 O 4 ; enthält 72,4 % Fe), braunes Eisenerz oder Limonit ( Goethit und Hydrogoethit, FeOOH bzw. FeOOH nH 2 O). Goethit und Hydrogoethit kommen am häufigsten in Verwitterungskrusten vor und bilden die sogenannten "Eisenhüte", deren Dicke mehrere hundert Meter erreicht. Sie können auch sedimentären Ursprungs sein und aus kolloidalen Lösungen in Seen oder Küstengebieten der Meere ausfallen. In diesem Fall werden oolithische oder Leguminosen-Eisenerze gebildet. Sie enthalten oft Vivianit Fe 3 (PO 4) 2 · 8H 2 O, das schwarze längliche Kristalle und radial strahlende Aggregate bildet.
Der Eisengehalt im Meerwasser beträgt 1 · 10 -5 -1 · 10 -8 %
In der Industrie wird Eisen aus Eisenerz gewonnen, hauptsächlich aus Hämatit (Fe 2 O 3) und Magnetit (FeO·Fe 2 O 3).
Existieren verschiedene Wege Gewinnung von Eisen aus Erzen. Am gebräuchlichsten ist der Domänenprozess.
Die erste Produktionsstufe ist die Reduktion von Eisen mit Kohlenstoff in einem Hochofen bei einer Temperatur von 2000 °C. In einem Hochofen werden Kohlenstoff in Form von Koks, Eisenerz in Form von Sinter oder Pellets und Flussmittel (z. B. Kalkstein) von oben zugeführt und von unten von einem Strom heißer Luft getroffen.
Neben dem Hochofenverfahren ist das Verfahren der direkten Eisenerzeugung üblich. Dabei wird vorgebrochenes Erz mit Spezialton zu Pellets vermischt. Die Pellets werden geröstet und in einem Schachtofen mit heißen, wasserstoffhaltigen Methanumwandlungsprodukten behandelt. Wasserstoff reduziert Eisen leicht, ohne das Eisen mit Verunreinigungen wie Schwefel und Phosphor zu verunreinigen, die übliche Verunreinigungen in Kohle sind. Eisen wird in fester Form gewonnen und dann in Elektroöfen eingeschmolzen. Chemisch reines Eisen wird durch Elektrolyse von Lösungen seiner Salze gewonnen.

URSPRUNG

Der Ursprung von tellurischem (terrestrischem) Eisen findet sich selten in Basaltlava (Wifaq, Disko-Insel, vor der Westküste Grönlands, nahe der Stadt Kassel, Deutschland). Pyrrhotit (Fe 1-x S) und Cohenit (Fe 3 C) sind an beiden Stellen damit verbunden, was sowohl die Reduktion durch Kohlenstoff (auch aus Wirtsgesteinen) als auch die Zersetzung von Carbonylkomplexen vom Fe(CO) n -Typ erklärt. In mikroskopischen Körnern wurde es mehr als einmal in alterierten (serpentinisierten) ultrabasischen Gesteinen festgestellt, auch in Paragenese mit Pyrrhotit, manchmal mit Magnetit, wodurch es bei Reduktionsreaktionen entsteht. Es ist sehr selten in der Oxidationszone von Erzvorkommen während der Bildung von Sumpferzen. Funde in Sedimentgesteinen im Zusammenhang mit der Reduktion von Eisenverbindungen durch Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe wurden registriert.
Im Mondboden wurde fast reines Eisen gefunden, das sowohl mit Meteoritenfällen als auch mit magmatischen Prozessen in Verbindung gebracht wird. Schließlich enthalten zwei Klassen von Meteoriten – Steineisen und Eisen – natürliche Eisenlegierungen als gesteinsbildende Komponente.

ANWENDUNG

Eisen ist eines der am häufigsten verwendeten Metalle und macht bis zu 95 % der weltweiten metallurgischen Produktion aus.
Eisen ist der Hauptbestandteil von Stählen und Gusseisen – den wichtigsten Konstruktionswerkstoffen.
Eisen kann Bestandteil von Legierungen sein, die auf anderen Metallen basieren – zum Beispiel Nickel.
Magnetisches Eisenoxid (Magnetit) ist ein wichtiges Material bei der Herstellung von Computer-Langzeitspeichergeräten: Festplatten, Disketten usw.
Ultrafeines Magnetitpulver wird in vielen Schwarz-Weiß-Laserdruckern verwendet, gemischt mit Polymergranulat als Toner. Es nutzt sowohl die schwarze Farbe von Magnetit als auch seine Fähigkeit, an einer magnetisierten Übertragungswalze zu haften.
Die einzigartigen ferromagnetischen Eigenschaften einer Reihe von Legierungen auf Eisenbasis tragen zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in der Elektrotechnik für Magnetkerne von Transformatoren und Elektromotoren bei.
Eisen(III)-chlorid (Eisenchlorid) wird in der Amateurfunkpraxis zum Ätzen von Leiterplatten verwendet.
Eisensulfat (Eisensulfat) gemischt mit Kupfersulfat wird zur Bekämpfung von Schadpilzen im Garten- und Baubereich eingesetzt.
Eisen wird als Anode in Eisen-Nickel-Batterien, Eisen-Luft-Batterien verwendet.
Wässrige Lösungen von Chloriden von zweiwertigem Eisen und Eisen sowie dessen Sulfaten werden als Gerinnungsmittel bei der Reinigung von Natur- und Abwasser in der Wasseraufbereitung von Industrieunternehmen verwendet.

Eisen (englisches Eisen) - Fe

EINSTUFUNG

Heys CIM Ref1.57

- die erste in Bezug auf Bedeutung und Verbreitung von Strukturmaterial. Es ist seit der Antike bekannt und seine Eigenschaften sind so, dass, als man lernte, Eisen in beträchtlichen Mengen zu schmelzen, das Metall alle anderen Legierungen ersetzte. Das Zeitalter des Eisens ist angebrochen, und dem nach zu urteilen, wird diese Zeit nicht so schnell enden. In diesem Artikel erfahren Sie, wie hoch das spezifische Gewicht von Eisen ist und wie hoch sein Schmelzpunkt in seiner reinen Form ist.

Eisen ist ein typisches Metall und chemisch aktiv. Die Substanz reagiert bei normaler Temperatur, und durch Erhitzen oder Erhöhen der Luftfeuchtigkeit wird ihre Reaktivität stark erhöht. Eisen korrodiert an der Luft, brennt in der Atmosphäre Reiner Sauerstoff, und kann sich in Form von Feinstaub an der Luft entzünden.

Reines Eisen ist formbar, aber in dieser Form ist das Metall sehr selten. Tatsächlich ist Eisen eine Legierung mit geringen Anteilen an Verunreinigungen - bis zu 0,8%, die sich durch die Weichheit und Formbarkeit einer reinen Substanz auszeichnet. Bedeutung für die Volkswirtschaft haben Legierungen mit Kohlenstoff - Stahl, Gusseisen, Edelstahl.

Polymorphismus ist dem Eisen inhärent: Es gibt bis zu 4 Modifikationen, die sich in Struktur und Gitterparametern unterscheiden:

• α-Fe - existiert von 0 bis +769 C. Es hat ein kubisch-raumzentriertes Gitter und ist ein Ferromagnet, dh es behält die Magnetisierung in Abwesenheit eines äußeren Magnetfelds bei. +769 С – Curie-Punkte für Metall;
• von +769 bis +917 C tritt β-Fe auf. Sie unterscheidet sich von der α-Phase nur in den Gitterparametern. In diesem Fall bleiben fast alle physikalischen Eigenschaften mit Ausnahme der magnetischen erhalten: Eisen wird paramagnetisch, dh es verliert seine Magnetisierungsfähigkeit und wird in ein Magnetfeld gezogen. Die Metallwissenschaft betrachtet die β-Phase nicht als separate Modifikation. Da der Übergang keine wesentlichen physikalischen Eigenschaften beeinflusst;
• im Bereich von 917 bis 1394 C liegt eine γ-Modifikation vor, die durch ein kubisch-flächenzentriertes Gitter gekennzeichnet ist;
• bei Temperaturen über +1394 C tritt eine δ-Phase auf, die durch ein kubisch-raumzentriertes Gitter gekennzeichnet ist.

Bei hohem Druck sowie beim Legieren des Metalls mit einigen Zusätzen bildet sich eine ε-Phase mit einem hexagonal dicht gepackten Gitter.

Die Temperatur der Phasenübergänge ändert sich merklich beim Dotieren mit dem gleichen Kohlenstoff. Tatsächlich dient die Fähigkeit von Eisen, so viele Modifikationen zu bilden, als Grundlage für die Verarbeitung von Stahl unter verschiedenen Temperaturbedingungen. Ohne solche Übergänge wäre das Metall nicht so weit verbreitet.

Jetzt sind die Eigenschaften von Eisenmetall an der Reihe.

Dieses Video erzählt über die Struktur von Eisen:

Eigenschaften und Eigenschaften von Metallen

Eisen ist ein ziemlich leichtes, mäßig feuerfestes Metall mit silbergrauer Farbe. Es reagiert leicht mit verdünnten Säuren und gilt daher als Element mittlerer Aktivität. In trockener Luft wird das Metall nach und nach mit einem Oxidfilm überzogen, der eine weitere Reaktion verhindert.

Aber bei der geringsten Feuchtigkeit tritt anstelle eines Films Rost auf - locker und heterogen in der Zusammensetzung. Rost verhindert keine weitere Korrosion von Eisen. Die physikalischen Eigenschaften des Metalls und vor allem seiner Legierungen mit Kohlenstoff sind jedoch derart, dass trotz der geringen Korrosionsbeständigkeit der Einsatz von Eisen mehr als gerechtfertigt ist.

Masse und Dichte

Das Molekulargewicht von Eisen beträgt 55,8, was auf die relative Leichtigkeit der Substanz hinweist. Welche Dichte hat Eisen? Dieser Indikator wird durch die Phasenmodifikation bestimmt:

• α-Fe - 7,87 g / cu. cm bei 20 ° C und 7,67 g / cu. cm bei 600 C;
• die γ-Phase zeichnet sich durch eine noch geringere Dichte aus - 7,59 g / cm³ bei 1000 ° C;
• die Dichte der δ-Phase beträgt 7,409 g/cm3.

Mit steigender Temperatur nimmt natürlich die Dichte von Eisen ab.

Und jetzt wollen wir herausfinden, was der Schmelzpunkt von Eisen in Celsius ist, indem wir ihn zum Beispiel mit oder Gusseisen vergleichen.

Temperaturbereich

Das Metall wird als mäßig feuerfest eingestuft, was eine relativ niedrige Temperatur der Aggregatzustandsänderung bedeutet:

• Schmelzpunkt - 1539 ° C;
• Siedepunkt - 2862 ° C;
• Curie-Temperatur, dh der Verlust der Magnetisierungsfähigkeit - 719 ° C.

Zu beachten ist, dass es sich beim Schmelz- oder Siedepunkt um die δ-Phase eines Stoffes handelt.

In diesem Video erfahren Sie mehr über das Physische und chemische Eigenschaften Drüse:

Mechanische Eigenschaften

Eisen und seine Legierungen sind so weit verbreitet, dass sie, obwohl sie zum Beispiel erst später verwendet wurden, zu einer Art Standard wurden. Wenn Metalle verglichen werden, weisen sie auf Eisen hin: stärker als Stahl, zweimal weicher als Eisen und so weiter.

Die Eigenschaften werden für ein Metall angegeben, das geringe Anteile an Verunreinigungen enthält:

• Härte auf der Mohs-Skala - 4–5;
• Brinellhärte - 350-450 Mn / sq. m. Darüber hinaus hat chemisch reines Eisen eine höhere Härte - 588–686;

Festigkeitsindikatoren sind extrem abhängig von der Menge und Art der Verunreinigungen. Dieser Wert wird von GOST für jede Marke von Legierung oder reinem Metall reguliert. Somit beträgt die endgültige Druckfestigkeit für unlegierten Stahl 400–550 MPa. Beim Härten dieser Sorte erhöht sich die Zugfestigkeit auf 700 MPa.

• die Schlagfestigkeit des Metalls beträgt 300 MN/m²;
• Streckgrenze –100 MN/sq. m.

Wir werden weiter lernen, was nötig ist, um die spezifische Wärmekapazität von Eisen zu bestimmen.

Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit

Wie jedes Metall leitet Eisen Wärme, obwohl seine Leistung in diesem Bereich gering ist: In Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit ist das Metall Aluminium unterlegen - 2-mal weniger und - 5-mal.

Die Wärmeleitfähigkeit bei 25°C beträgt 74,04 W/(m·K). Der Wert hängt von der Temperatur ab;

• bei 100 K beträgt die Wärmeleitfähigkeit 132 [W/(m.K)];
• bei 300 K - 80,3 [W/(m.K)];
• bei 400 - 69,4 [W/(m.K)];
• und bei 1500 - 31,8 [W / (mK)].

• Der Wärmeausdehnungskoeffizient bei 20 C beträgt 11,7 · 10-6.
• Die Wärmekapazität eines Metalls wird durch seine Phasenstruktur bestimmt und hängt ziemlich eng mit der Temperatur zusammen. Bei einer Erhöhung auf 250 C steigt die Wärmekapazität langsam an, steigt dann stark an, bis der Curie-Punkt erreicht ist, und beginnt dann abzunehmen.
• Die spezifische Wärmekapazität im Temperaturbereich von 0 bis 100°C beträgt 640,57 J/(kg·K).

Elektrische Leitfähigkeit

Eisen leitet Strom, aber nicht annähernd so gut wie Kupfer und Silber. Der spezifische elektrische Widerstand des Metalls beträgt unter Normalbedingungen 9,7 · 10-8 Ohm m.

Da Eisen ein Ferromagnet ist, ist seine Leistung in diesem Bereich wichtiger:

• die magnetische Sättigungsinduktion beträgt 2,18 T;
• magnetische Permeabilität - 1.45.106.

Toxizität

Metall stellt keine Gefahr für den menschlichen Körper dar. Stahl und die Herstellung von Eisenprodukten können gefährlich sein, aber nur aufgrund der hohen Temperaturen und der Zusatzstoffe, die bei der Herstellung verschiedener Legierungen verwendet werden. Eisenabfälle - Altmetall, stellen eine Gefahr dar Umfeld, aber ziemlich mäßig, da das Metall an der Luft rostet.

Eisen hat keine biologische Trägheit, daher wird es nicht als Material für Prothesen verwendet. Im menschlichen Körper spielt dieses Element jedoch eine der wichtigsten Rollen: Eine Verletzung der Eisenaufnahme oder eine unzureichende Menge an Eisen in der Ernährung garantiert bestenfalls Anämie.

Eisen wird nur sehr schwer aufgenommen - 5-10% der dem Körper zugeführten Gesamtmenge oder 10-20% bei Mangel.

• Der übliche tägliche Eisenbedarf beträgt 10 mg für Männer und 20 mg für Frauen.
• Die toxische Dosis beträgt 200 mg/Tag.
• Tödlich - 7-35 g Es ist fast unmöglich, eine solche Menge Eisen zu bekommen, daher ist eine Eisenvergiftung äußerst selten.

Eisen ist ein Metall, dessen physikalische Eigenschaften, insbesondere Festigkeit, durch maschinelle Bearbeitung oder Zugabe einer sehr geringen Menge an Legierungselementen erheblich verändert werden können. Diese Eigenschaft, kombiniert mit der Verfügbarkeit und der einfachen Gewinnung von Metall, macht Eisen zum gefragtesten Konstruktionsmaterial.

Ein Spezialist wird Ihnen im folgenden Video mehr über die Eigenschaften von Eisen erzählen: