Demir

Demirin insanlar tarafından kullanımı yaklaşık 5.000 yıl öncesine dayanmaktadır. Dünya kabuğunda en bol bulunan ikinci metal elementtir ve öncelikle dünyanın en önemli yapısal malzemelerinden biri olan çelik üretmek için kullanılır.

Özellikleri

Tarihin ve derinin modern kullanımlarının çok derinlerine inmeden önce, temelleri gözden geçirelim:

Atomik sembol: Fe

Atom numarası: 26

Eleman kategorisi: Geçiş metali

Yoğunluk: 7.874g / cm3

Erime noktası: 1538 ° C (2800 ° F)

Kaynama noktası: 2862 ° C (5182 ° F)

Moh'un sertliği: 4

Özellikleri

Saf demir, ısı ve elektriği iyi ileten gümüş renkli bir metaldir. Demir tek başına var olmak için çok reaktiftir, bu nedenle sadece doğal olarak Dünya'nın kabuğunda hematit, manyetit ve siderit gibi demir cevherleri olarak ortaya çıkar.

Demirin belirleyici özelliklerinden biri güçlü manyetik olmasıdır. Güçlü bir manyetik alana maruz kalan herhangi bir demir parçası mıknatıslanabilir. Bilim adamları, Dünya'nın çekirdeğinin yaklaşık% 90 demirden oluştuğuna inanıyorlar. Bu demirin ürettiği manyetik kuvvet, manyetik kuzey ve güney kutuplarını yaratan şeydir.

Tarih

Demir, başlangıçta, demir içeren cevherlerin üstünde odun yanması sonucu keşfedilmiş ve çıkarılmıştır.1 Odun içindeki karbon, cevher içindeki oksijenle reaksiyona girerek yumuşak, dövülebilir bir demir metal bırakmıştı. Demir eritme ve demirlerin alet ve silah yapımında kullanılması MÖ 2700 ile 3000 yılları arasında Mezopotamya'da (bugünkü Irak) başladı. Sonraki 2000 yıl boyunca demir eritme bilgisi, Demir Çağı olarak bilinen bir dönemde doğuya doğru Avrupa ve Afrika'ya yayılmıştır.

17. yüzyıldan, 19. yüzyılın ortalarında çelik üretmek için etkili bir yöntem bulunana kadar demir, gemi, köprü ve bina yapımında giderek daha çok yapısal bir malzeme olarak kullanıldı. 1889 yılında inşa edilen Eyfel Kulesi, 7 milyon kilogramdan fazla ferforje kullanılarak yapılmıştır.

Pas, paslanma

Demirin en zahmetli özelliği paslanma eğilimidir. Pas (veya ferrik oksit), demir oksijene maruz kaldığında üretilen kahverengi, ufalanan bir bileşiktir. Suda bulunan oksijen gazı korozyon sürecini hızlandırır. Pas oranı - demirin ferrik okside ne kadar hızlı dönüştüğü - suyun oksijen içeriği ve demirin yüzey alanı tarafından belirlenir. Tuzlu su tatlı sudan daha fazla oksijen içerir, bu nedenle tuzlu su pasları tatlı sudan daha hızlı paslandırır.

Pas, çinko gibi demirin oksijene karşı kimyasal olarak daha çekici olan diğer metallerle kaplanmasıyla önlenebilir (demirin çinko ile kaplanması işlemine "galvanizleme" denir). Bununla birlikte, pasa karşı korunmanın en etkili yöntemi çelik kullanımıdır.

Çelik

Çelik, demirin özelliklerini (mukavemet, korozyona direnç, ısı toleransı, vb.) Geliştirmek için kullanılan bir demir ve diğer çeşitli metallerin bir alaşımdır. Demir ile alaşımlı elemanların türünü ve miktarını değiştirmek farklı çelik türleri üretebilir.

En yaygın çelikler:

% 0,5 ile% 1,5 arasında karbon içeren karbon çelikleri: Bu, otomobil gövdeleri, gemi gövdeleri, bıçaklar, makineler ve her türlü yapısal destek için kullanılan en yaygın çelik türüdür.

% 1-5 diğer metaller (genellikle nikel veya tungsten) içeren düşük alaşımlı çelikler: Nikel çeliği yüksek gerginlik seviyelerine dayanabilir ve bu nedenle genellikle köprülerin yapımında ve bisiklet zincirlerinin yapımında kullanılır. Tungsten çelikler yüksek sıcaklıklı ortamlarda şekil ve mukavemetlerini korur ve matkap uçları gibi darbeli, döner uygulamalarda kullanılır.

% 12-18 diğer metaller içeren yüksek alaşımlı çelikler: Bu tür çelikler, yüksek maliyeti nedeniyle sadece özel uygulamalarda kullanılır. Yüksek alaşımlı çeliğin bir örneği, genellikle krom ve nikel içeren paslanmaz çeliktir, ancak diğer çeşitli metallerle de alaşımlanabilir. Paslanmaz çelik çok güçlüdür ve korozyona karşı oldukça dayanıklıdır.

Demir Üretimi

Çoğu demir, Dünya yüzeyinin yakınında bulunan cevherlerden üretilir.1 Modern ekstraksiyon teknikleri, uzun yığınları (baca benzeri yapılar) ile karakterize edilen yüksek fırınları kullanır. Demir, kok (karbon bakımından zengin kömür) ve kireçtaşı (kalsiyum karbonat) ile birlikte yığınlara dökülür. Günümüzde, demir cevheri normalde yığına girmeden önce bir sinterleme işleminden geçer. Sinterleme işlemi 10-25 mm'lik cevher parçaları oluşturur ve bu parçalar daha sonra kok ve kireçtaşı ile karıştırılır.

Sinterlenmiş cevher, kok ve kireçtaşı daha sonra istif içine dökülür ve burada 1.800 santigrat derecede yanar. Kok bir ısı kaynağı olarak yanar ve fırına çekilen oksijenin yanı sıra indirgeyici gaz karbon monoksitinin oluşmasına yardımcı olur. Kireçtaşı cüruf oluşturmak için demirdeki kirliliklerle karışır. Cüruf erimiş demir cevherinden daha hafiftir, bu nedenle yüzeye yükselir ve kolayca çıkarılabilir. Sıcak demir daha sonra pik demir üretmek için kalıplara dökülür veya doğrudan çelik üretimi için hazırlanır.

Pik demir hala% 3,5 ila% 4,5 arasında karbon, 2 diğer kirliliklerle birlikte içerir ve kırılgan ve çalışmak zordur. Pik demirdeki fosfor ve kükürt safsızlıklarını azaltmak ve dökme demir üretmek için çeşitli işlemler kullanılır. % 0,25'ten daha az karbon içeren ferforje, sert, dövülebilir ve kolayca kaynaklanabilir, ancak düşük karbonlu çeliğe göre üretmek çok daha zahmetli ve maliyetlidir.

2010 yılında küresel demir cevheri üretimi 2,4 milyar ton civarındaydı. En büyük üretici Çin, tüm üretimin yaklaşık% 37.5'ini oluştururken, diğer büyük üretici ülkeler arasında Avustralya, Brezilya, Hindistan ve Rusya yer alıyor. ABD Jeoloji Araştırması, dünyada üretilen tüm metal tonajların% 95'inin demir veya çelik olduğunu tahmin ediyor.

Uygulamalar

Demir bir zamanlar birincil yapısal malzemeydi, ancak o zamandan beri çoğu uygulamada çelikle değiştirildi. Bununla birlikte, dökme demir hala borularda ve silindir kafaları, silindir blokları ve şanzıman kutuları gibi otomotiv parçalarında kullanılmaktadır. Ferforje lama şarap rafları, mumluklar ve perde çubukları gibi ev dekorları üretmek için kullanılmaktadır.