Химические и физические свойства железа, применение

Начало истории железа

В третьем тысячелетии до н. э. люди стали добывать и научились обрабатывать бронзу и медь. Широкого применения из-за дороговизны они не получили. Продолжались поиски нового металла. История железа началась в первом веке до н. э. В природе его можно встретить только в виде соединений с кислородом. Для получения чистого металла необходимо отделить последний элемент. Расплавить железо долго не удавалось, так как его надо было нагреть до 1539 градусов. И только с появлением сыродутных печей в первом тысячелетии до новой эры стали получать этот металл. На первых порах он был хрупким, содержал много шлаков.

С появлением горнов качество железа значительно улучшилось. Дальнейшую обработку оно проходило в кузнеце, где ударами молота отделялся шлак. Ковка стала одним из главных видов обработки металла, а кузнечное дело незаменимой отраслью производства. Железо в чистом виде – это очень мягкий металл. В основном его используют в сплаве с углеродом. Эта добавка усиливает такое физическое свойство железа, как твердость. Дешевый материал вскоре широко проник во все сферы деятельности человека и сделал переворот в развитии общества. Ведь еще в древние времена железные изделия покрывались толстым слоем золота. Оно имело высокую цену по сравнению с благородным металлом.

Использование железа в строительстве. Интересные факты.

Железо находится в естественном состоянии в горных породах (рудах), содержащих оксиды железа. Начиная с железного века.

Железо вступает в эксплуатацию очень рано, в виде деталей, которые удерживают основные материалы (дерево, камень), а затем для декоративных элементов. Только в XIX веке, с промышленной революцией, оно становится фундаментальной составляющей нового строительства. XX и XXI века усиливают эту тенденцию и массово используют железо и сталь.

Древность Производство В древности и до позднего Средневековья добывали железо путем нагревания слоистых слоев железной руды и дерева или древесного угля. В этих «печах» полученные температуры не очень высоки, и металл становится пастообразным. Затем его забивает кузнец, чтобы избавиться от его примесей.

Поэтому железо остается произведенным в небольшом количестве, которое используется для изготовления мелких предметов (оружия, инструментов…). К ним иногда прибегают при строительстве, но только для мелких деталей: скобы, цепи, якоря… которые позволяют удерживать камни между собой. В Древней Греции металлические прутья могут усиливать структуру мраморных храмов. Этот метод сшитого камня или «армейского камня» сохранился до XIX века.

Мифология В греческой мифологии Гефест-бог огня, железа, а значит, и Кузнецов. Сын Юпитера, царя богов, и Юноны, его жены, он рождается и тотчас отвергается матерью, которая низвергает его с вершины Олимпа, горы богов. Его падение заканчивается в море, где его спасают и собирают Фетис и Евриномия, дочери океана. Девять лет он живет в пещере и учится ковать, благодаря огню вулкана, пряжки, скобы и украшения.

Средневековье В Средние века железные балки служили подкреплением для деревянных каркасов домов, особенно городских, насчитывающих несколько этажей.

Но железо также необходимо в слесарном деле или для изготовления некоторых элементов, таких как борона (решетка для защиты ворот) крепких замков или решетки, которые защищают отверстия.

На стройках соборов и готических церквей хорошо применяется железо. Подсчитано, что на каждое здание приходится несколько десятков тонн. Этот материал поставляется в нескольких формах: простые скобы между камнями или суппорты и колышки в обрамлении; металлические балки, укрепляющие каменные конструкции или деревянные конструкции; витражные барлотьеры : железные перекладины, удерживающие витражные панели при кладке. По некоторым оценкам, в витражах используется почти 50 % железа соборов; структуры консолидации, называемые «цепями»: связывание железных прутьев, которые обхватывают часть здания и останавливают боковые толчки, которые могут привести к его разрушению. В амьенском соборе, который грозил рухнуть, была срочно установлена такая цепь. Более мелкие системы цепей, зарытые в кладку или кажущиеся, также могут окружать башни.

Таким образом, на стройке соборов были вездесущи ремесленники металла, кузнецы, слесари, которые иногда ошибочно полагают, что они сделаны только из камня и дерева.

Ренессанс Техника доменной печи, допускающая высокие температуры, существует в Китае с V века. Но на Западе до начала XV века должны появиться еще скромные по размерам доменные печи в сочетании с водяной мельницей, приводящей в действие сильфоны («гидравлические сильфоны»). Это устройство позволяет получить металл в жидком виде, легко формуемый: это чугун (расплавленная смесь, состоящая из железа и углерода).

С эпохи Возрождения до XVIII века: железо становится декоративным Начиная с эпохи Возрождения, железо больше не используется только в качестве защиты, направленной на укрепление дерева или камня. Она становится полноценным декоративным элементом, применяемым для балясин, лестничных перил или балконов, балконет, перил и даже иногда для колонн. В XVIII веке в стиле барокко особое внимание уделяется железоделанию Девятнадцатый век — золотой век железа в строительстве, благодаря достижениям в черной металлургии.

Производство Теперь руда плавится с углем в доменных печах, которые позволяют достигать высоких температур и производить в большом количестве. В 1807 году, 300 печей производят 450 000 тонн чугуна во Франции.

В зависимости от уровня углерода, мы получаем различные продукты: Чугун: сырой продукт доменной печи, он твердый и хрупкий. Ее можно отлить в любую желаемую форму. Он плохо сопротивляется изгибу, но прекрасно выдерживает давление, а именно сжатие: конкретно поэтому чугун широко используется для колонн и декоративных элементов.

Железо: его получают путем дегазирования (удаления части углерода) из чугуна, что помогает сделать его более прочным на растяжение и податливым. Железо используется в виде балок для каркасов и конструкций из-за его относительно высокой прочности.

Сталь: сталь представляет собой металлический сплав, состоящий из углерода и железа, получаемый путем рафинирования чугуна (процесс Бессемера, 1856). Обработка вещества происходит в доменных печах: железную руду и кокс доводят до температуры 1500°. Кокс сжигается, а железо заряжается углеродом: получается чугун. Чугун, затем в жидком состоянии, выливают на металл, где углерод в конечном итоге удаляется. Это приводит к появлению стали, которую можно обогатить никелем, хромом или чем-то другим в зависимости от ее использования (строительство, автомобилестроение и т. д.). Сталь в первую очередь предназначена для машиностроения и вооружения. Мало используется в строительстве до 1890 года, но это очень твердый, прочный и пластичный материал (который может деформироваться, не ломаясь).

Стандартизация металлических элементов: пример «фермы Полонсо» Расплавленные в формы, продаваемые по каталогу, детали, необходимые для строительства металлоконструкций, стандартизированы. В 1836 году инженер Камиль Полонсо изобрел для каркаса небольшого ангара треугольный кусок железа и дерева, а затем стальные и чугунные профили, известный как «ферма Полонсо». Эта очень легкая деталь устойчива к давлениям, выполняемым в каркасе. Она используется на многих станциях.

Качества металла в строительстве Он хорошо сопротивляется огню. С 1830 года все чердаки парижских театров сделаны из железа из-за постоянной огнеопасности, которую представляет освещение свечами, а затем газом. Он крепкий. Его прочность намного выше, чем у дерева или камня. Он не гниет, то есть не ржавеет, если, конечно, его хорошо обработать специальными составами.

Использование металла непосредственно на стройплощадках Индустриализация производства железа действительно началась около 1840-1850 гг. Это приводит к размышлениям о возобновлении строительных технологий и постепенно способствует использованию железа и чугуна на новых стройплощадках.

Но железная архитектура не навязывается одновременно во всех зданиях. Чугунные колонны, которые позволяют открывать большие пространства без стен, применяются на вокзалах, фабриках, крытых рынках или универмагах… Первым зданием, демонстрирующим свою металлическую структуру, является фабрика, расположенная в парижском регионе, а не в самом центре Парижа : шоколадная фабрика Менье в Ноизиеле, построенная в 1871 году.

Металлические полы сначала появляются в театрах, когда приказ запрещает строить их из дерева, чтобы избежать опасности пожара. Многие мосты также построены из металла или по смешанной каменно-металлической технике. Мост Искусств в Париже-первый французский мост, построенный из чугуна.

Только в последней трети XIX века железная архитектура завоевала более престижные здания, такие как музеи или библиотеки. Всемирная выставка 1889 года, в центре внимания которой находится Эйфелева башня, служит спусковым крючком. Тем не менее, некоторые здания остаются скрытыми за каменным сайдингом, который придает зданию более классический вид, например, внешний фасад Большого дворца. Интерьер, напротив, демонстрирует свою структуру из железа и стекла.

Особое событие, вероятно, ускорило распространение металла в строительной отрасли: забастовка парижских Плотников, продолжавшаяся долгие месяцы в 1845 году. Лишенные древесины, подрядчики использовали железо, чтобы завершить начатое строительство, тем самым помогая популяризировать то, что по-прежнему было исключительным материалом.

Железо и стекло Союзником железа в строительстве является стекло, которое плавно « заполняет » легкие металлические конструкции. Затем появились освещенные дневным светом торговые галереи, гигантские оранжереи, подобные тем, что были в саду растений в Париже. Самым впечатляющим примером этой ассоциации является лондонский Хрустальный дворец, где проходит Всемирная выставка 1851 года.

Железо инвестируют в частные дома Железная архитектура возникает прежде всего в общественных или промышленных зданиях. Частные здания и дома в основном используют железо для своих балконов или иногда для входных дверей. Но в 1882 году был издан указ, разрешающий Парижу конструкции, выступающие максимум на 80 см с высоты 5,75 м. Это положение отвечает ожиданиям строителей, недовольных монотонностью османских выравниваний. Затем рождаются здания с «bow-windows» (или oriels), нависающим окном над улицей, которые приносят ясность и дополнительное пространство. Легкое и не загромождающее пространство, железо хорошо подходит для изготовления таких фасадных элементов, которые могут быть различной формы: прямоугольные, изогнутые…

Воодушевленный модерном С модерном, который зародился в конце XIX века, железо естественно навязывается в этом потоке, который стремится обновить эстетику различных областей (прикладное искусство, такое как мебель, живопись, архитектура…).

Модерн вдохновлен формами природы, особенно извилистыми, асимметричными растительными линиями. Его после этого широко использован в украшениях (пандусах, железном деле, витражах) которые удлиняют стальную структуру зданий. Этот стиль поражает своей яркостью и оригинальностью. Он принят во многих жилых домах и частных домах.

Рождение небоскребов Строение первых высотных зданий происходит из чугуна, с каменными фасадами. Эта очень тяжелая комбинация, где камень и металл являются несущими, но они, увы, не позволяют преодолеть 17 этажей. Первым небоскребом, в 1885 году, является Home Insurance Building, построенный в Чикаго. Его структура стальная; его каменная стена-это «занавес», который создают целое, но не поддерживают.

Транспортные услуги при современном строительстве

Сейчас, при современном строительстве используется огромное количество железных материалов, которые устанавливаются с помощью специальной строительной техники. Также важно перемещение людей в пространстве для выполнения своих задач и работы, в том числе для строительства объектов.

Если вам необходимо арендовать специальную технику, посмотрите здесь: https://dcs-rent.ru/arenda-avtokrana

Если вы желаете комфортно перемещаться в автомобиле по России, то организацией транспортного обслуживания полного цикла по всей России может стать ООО «АвтоСпецУслуги» больше информации здесь.

Железо в природе

Одного алюминия в литосфере содержится больше, чем железа. В природе его можно встретить только в виде соединений. Трехвалентное железо, вступая в реакцию, окрашивает почву в бурый цвет и придает песку желтоватый оттенок. Оксиды и сульфиды железа разбросаны в земной коре, иногда наблюдаются скопления минералов, из которых впоследствии и добывают металл. Содержание двухвалентного железа в некоторых минеральных источниках придает воде особый привкус.

Ржавая вода, текущая из старых водопроводных труб, окрашивается за счет трехвалентного металла. Его атомы находятся и в организме человека. Они содержатся в гемоглобине (железосодержащем белке) крови, который снабжает организм кислородом и выводит углекислый газ. В составе некоторых метеоритов содержится чистое железо, иногда встречаются целые слитки.

Атом и молекула железа. Формула железа. Строение атома железа:

Железо (лат. Ferrum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Fe и атомным номером 26. Расположен в 8-й группе (по старой классификации – побочной подгруппе восьмой группы), четвертом периоде периодической системы.

Железо – металл. Относится к группе переходных металлов. Относится к чёрным металлам.

Как простое вещество железо при нормальных условиях представляет собой ковкий, вязкий металл серебристо-белого цвета с сероватым оттенком с высокой химической реакционной способностью. Собственно железом обычно называют его сплавы с малым содержанием примесей (до 0,8 %), которые сохраняют мягкость и пластичность чистого металла. На практике чаще применяются сплавы железа с углеродом: сталь (до 2,14 вес. % углерода) и чугун (более 2,14 вес. % углерода), а также нержавеющая (легированная) сталь с добавками легирующих металлов (хром, марганец, никель и др.).

Молекула железа одноатомна.

Химическая формула железа Fe.

Электронная конфигурация атома железа 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома железа равен 762,47 кДж/моль (7,9024681(12) эВ).

Строение атома железа. Атом железа состоит из положительно заряженного ядра (+26), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 26 электронов. При этом 24 электрона находятся на внутреннем уровне, а 2 электрона – на внешнем. Поскольку железо расположено в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внутренняя оболочка представлена s-, р- и d-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внутреннем энергетическом уровне атома железа на 3d-орбитали находится два спаренных и четыре неспаренных электрона. На внешнем энергетическом уровне атома железа – на s-орбитали находится два спаренных электрона. В свою очередь ядро атома железа состоит из 26 протонов и 30 нейтронов.

Радиус атома железа (вычисленный) составляет 156 пм.

Атомная масса атома железа составляет 55,845(2) а. е. м.

Железо – один из самых распространённых в земной коре металлов – занимает четвертое место. Содержание в земной коре железа составляет 6,3 % (по массе). По этому показателю железо уступает только кислороду, кремнию и алюминию.

Железо, свойства атома, химические и физические свойства

Какими физическими свойствами железо обладает?

Это пластичный серебристо-белого цвета металл с сероватым оттенком, имеющий металлический блеск. Он является хорошим проводником электрического тока и теплоты. Благодаря пластичности он прекрасно поддается ковке и прокатке. Железо не растворяется в воде, но разжижается в ртути, плавится при температуре 1539 и кипит при 2862 градусов по Цельсию, имеет плотность 7,9 г/см³. Особенностью физических свойств железа является то, что металл притягивается магнитом и после аннулирования внешнего магнитного поля хранит намагниченность. Используя эти свойства его можно применять для изготовления магнитов.

Физические свойства металлов

Твёрдость

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже в таблице приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.Твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса:

Температура плавления

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.

Плотность

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Пластичность

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.

Электропроводность

Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Теплопроводность

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.

Цвет

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Химические свойства

Железо обладает следующими свойствами:

• на воздухе и в воде легко окисляется, покрываясь ржавчиной;
• в кислороде накаленная проволока горит (при этом образуется окалина в виде оксида железа);
• при температуре 700–900 градусов по Цельсию вступает в реакцию с парами воды;
• при нагревании реагирует с неметаллами (хлором, серой, бромом);
• вступает в реакции с разбавленными кислотами, в результате получаются соли железа и водород;
• не растворяется в щелочах;
• способно вытеснить металлы из растворов их солей (железный гвоздь, в растворе медного купороса, покрывается красным налетом, — это выделяется медь);
• в концентрированных щелочах при кипячении проявляется амфотерность железа.

Структура металлов

Кристаллическая структура сплавов

Вакансия в кристаллической решётке

Образование дендритов

См. также: Металловедение

Ни один металл невозможно приготовить в абсолютно чистом состоянии. Технически «чистые» металлы могут содержать до нескольких процентов примесей, и если эти примеси являются элементами с низким атомным весом (например, углерод, азот или кислород), то в пересчёте на атомные проценты содержание этих примесей может быть очень большим. Первые небольшие количества примесей в металле обычно входят в кристалл в виде твёрдого раствора. Можно выделить два главных типа твёрдых растворов:

• первый, когда атомы примеси намного меньше атомов металла-растворителя, растворённые атомы располагаются в решётке растворителя по междоузлиям, или «пустотам». Образование таких твёрдых растворов — твёрдых растворов внедрения — почти всегда сопровождается расширением решётки растворителя, и в окрестности каждого растворённого атома имеется локальное искажение решётки;
• второй, когда атомы примеси и растворителя имеют приблизительно одинаковые размеры, образуется твёрдый раствор замещения, в котором атомы растворённого элемента замещают атомы растворителя, так что атомы обоих сортов занимают места в узлах общей решётки. В таких случаях тоже вокруг каждого растворённого атома имеется искажённая область, а будет ли при этом решётка расширяться или сжиматься, зависит от относительных размеров атомов растворителя и растворённого вещества.

Для большей части металлов наиболее важными элементами, образующими твёрдые растворы внедрения, являются водород, бор, углерод, азот и кислород. Присутствие дислокаций всегда приводит к появлению аномально больших или малых межатомных расстояний. В присутствии примесей каждая дислокация окружена «атмосферой» примесных атомов. Примесные а дислокации, потому что в результате перемещения дислокаций будет образовываться новая конфигурация с повышенной энергией. Границы между кристаллами также являются областями с аномальными межатомными расстояниями и, следовательно, тоже растворяют примесные атомы легче, чем неискажённые области кристаллов.

При увеличении содержания примесей растворённые атомы входят и в основную массу кристалла, однако всё ещё имеется избыток примеси по границам зёрен и вокруг дислокаций. Когда содержание примеси превышает предел растворимости, появляется новая фаза, которая может представлять собой или растворённое вещество, или промежуточную фазу, или соединение. В таких случаях границы между фазами могут быть двух родов. В общем случае кристаллическая структура частичек примеси слишком отлична от структуры металла-растворителя, поэтому решётки двух фаз не могут переходить одна в другую, образуя непрерывную структуру. В таких случаях на границах раздела фаз образуются слои с нерегулярной (искажённой) структурой. С образованием границ связано появление свободной поверхностной энергии, однако энергия деформации решётки растворителя относительно невелика. В таких случаях говорят, что эти частицы выделяются некогерентно.

B ряде случаев межатомные расстояния и кристаллическая структура металла-растворителя и частичек примеси таковы, что некоторые плоскости могут соединяться между собой, образуя непрерывную структуру. Тогда говорят, что частицы второй фазы выделяются когерентно и, поскольку сопряжение решёток никогда не бывает абсолютно точным, вокруг границы образуется сильно напряжённая область. В тех случаях, когда энергия деформации слишком велика для этого, соседние кристаллы могут контактировать таким образом, что при этом в пограничных слоях возникают области упругой деформации, а на самой границе раздела — дислокации. В таких случаях говорят, что частицы выделяются полукогерентно.

При повышении температуры вследствие увеличения амплитуды колебаний атомов может образоваться дефект кристаллической решётки, который называют вакансия или «дырка». Диффузия вакансий является одним из механизмов образования дислокаций.

Как правило, кристаллизация металла происходит путём переохлаждения с образованием дендритной структуры. По мере разрастания дендритные кристаллы соприкасаются, при этом образуются различные дефекты структуры. В большинстве случаев металл затвердевает так, что первая порция кристаллов содержит меньше примесей, чем последующие. Поэтому, как правило, примеси концентрируются на границах зёрен, образуя стабильные структуры.

Особенность свойств

Одним из физических свойств железа является ферромагнитность. На практике с магнитными свойствами этого материала приходится встречаться часто. Это — единственный металл, который обладает такой редкостной чертой.

Под действием магнитного поля происходит намагничивание железа. Сформировавшиеся магнитные свойства металл еще долго сохраняет и сам остается магнитом. Такое исключительное явление объясняется тем, что структура железа содержит большое количество свободных электронов, способных передвигаться.

Запасы и добыча

Одним из самых распространенных элементов на земле является железо. По содержанию в земной коре занимает четвертое место. Известно множество руд, которые содержат его, например, магнитный и бурый железняк. Металл в промышленности получают в основном из руд гематита и магнетита при помощи доменного процесса. Вначале происходит его восстановление углеродом в печи при высокой температуре 2000 градусов по Цельсию.

Для этого сверху в доменную печь подают железную руду, кокс и флюс, а снизу нагнетается поток горячего воздуха. Также применяют и прямой процесс получения железа. Измельченную руду перемешивают со специальной глиной, получая окатыши. Далее их обжигают и с помощью водорода обрабатывают в шахтной печи, где оно легко восстанавливается. Получают твердое железо, а потом переплавляют его в электрических печах. Чистый металл восстанавливают из оксидов при помощи электролиза водных растворов солей.

Получение железа

Чистое железо получают восстановлением из оксидов (железо пирофорное), электролизом водных растворов его солей (железо электролитическое), разложением пентакарбонила железа Fe(CO)5 при нагревании до t 250°С. Особо чистое железо (99,99%) получают с помощью зонной плавки. Технически чистое железо (около 0,16% примесей углерода, кремния, марганца, фосфора, серы и др.) выплавляют, окисляя компоненты чугуна в мартеновских сталеплавильных печах и в кислородных конверторах. Сварочное или кирпичное железо получают, окисляя примеси малоуглеродистой стали железным шлаком или путём восстановления руд твёрдым углеродом. Основную массу железа выплавляют в виде сталей (до 2% углерода) или чугунов (свыше 2% углерода).

Преимущества железа

Основные физические свойства вещества железа дают ему и сплавам следующие преимущества перед другими металлами:

• Обладают твердостью и прочностью, сохраняя упругость. У разных сплавов эти качества неодинаковы и зависят от легирующих добавок, способов производства и термообработки.
• Большое разнообразие чугуна и сталей позволяют использовать их для любых нужд в народном хозяйстве.
• Высокие магнитные свойства металла незаменимы для изготовления магнитопроводов.

• Выполнимость легкой механической обработки, благодаря физическим свойствам железа, дает возможность из его сплавов получать листы, прутки, балки, трубы, фасонные профили.
• Значительная ковкость материала позволяет использовать его для декоративных изделий.
• Низкая стоимость сплавов.

Недостатки

Кроме большого числа положительных качеств, есть и ряд отрицательных свойств металла:

• Изделия подвержены коррозии. Для устранения этого нежелательного эффекта с помощью легирования получают нержавеющие стали, а в остальных случаях делают специальную антикоррозийную обработку конструкций и деталей.
• Железо накапливает статическое электричество, поэтому изделия, содержащие его, подвергаются электрохимической коррозии и также требуют дополнительной обработки.
• Удельный вес металла составляет 7,13 г/см³. Это физическое свойство железа придает конструкциям и деталям повышенный вес.

Состав и структура

У железа по кристаллическому признаку есть четыре модификации, которые отличаются структурой и параметрами решетки. Для выплавки сплавов именно наличие фазовых переходов и легирующих добавок имеет существенное значение. Различают следующие состояния:

• Альфа-фаза. Она сохраняется до 769 градусов по Цельсию. В этом состоянии железо сохраняет свойства ферромагнетика и обладает объемно-центрированной решеткой кубического типа.
• Бета-фаза. Существует при температуре от 769 до 917 градусов по Цельсию. Имеет немного другие параметры решетки, чем в первом случае. Все физические свойства железа остаются прежними за исключением магнитных, их оно утрачивает.
• Гамма-фаза. Строение решетки становится гранецентрированным. Такая фаза проявляется в диапазоне 917–1394 градусов Цельсия.
• Омега-фаза. Такое состояние металла появляется при температуре выше 1394 градусов Цельсия. От прежней отличается только параметрами решетки.

Железо – самый востребованный металл в мире. Больше 90 процентов всего металлургического производства приходится именно на него.

Применение

Люди начали использовать сначала метеоритное железо, которое ценили выше золота. С тех пор область применения этого металла только расширялась. Ниже представлено применение железа, на основе его физических свойств:

• ферромагнитные оксиды используют для производства магнитных материалов: промышленных установок, холодильников, сувениров;
• оксиды железа применяют как минеральные краски;
• хлорид железа незаменим в радиолюбительской практике;
• сульфаты железа используют в текстильной промышленности;
• магнитная окись железа – один из важных материалов для производства устройств долговременной компьютерной памяти;
• ультрадисперсный порошок железа находит применение в черно-белых лазерных принтерах;
• прочность металла позволяет изготовлять оружие и броню;
• износостойкий чугун можно использовать для производства тормозов, дисков сцепления, а также деталей для насосов;
• жаростойкий – для доменных, термических, мартеновских печей;
• жаропрочный – для компрессорного оборудования, дизельных двигателей;
• высококачественная сталь используется для газопроводов, корпуса отопительных котлов, сушилок, стиральных и посудомоечных машин.