Железо. Стали и чугуны

1.

РАЗДЕЛ 2. СПЛАВЫ ЖЕЛЕЗА С УГЛЕРОДОМ
Тема 2.1. Железо. Стали и чугуны
РАЗРАБОТАЛА:
ПЕРЕПЕЛКИНА С.С.

2.

ЖЕЛЕЗО – МЕТАЛЛ СЕРЕБРИСТО-БЕЛОГО ЦВЕТА, С ВЫСОКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ
АКТИВНОСТЬЮ И ВЫСОКОЙ КОВКОСТЬЮ. ОБЛАДАЕТ ВЫСОКОЙ ТЕПЛО- И
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬЮ.
Железо довольно распространено в земной
коре (порядка 4% массы земной коры). По
распространенности
на
Земле
железо
занимает 4-ое место среди всех элементов и
2-ое место среди металлов. Содержание в
земной коре — около 8%.

3.

В ПРИРОДЕ ЖЕЛЕЗО В ОСНОВНОМ ВСТРЕЧАЕТСЯ В ВИДЕ СОЕДИНЕНИЙ:
КРАСНЫЙ ЖЕЛЕЗНЯК FE2O3 (ГЕМАТИТ) – СОДЕРЖИТ ДО 65% ЖЕЛЕЗА,
ТАКИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВСТРЕЧАЮТСЯ В КРИВОРОЖСКОМ РАЙОНЕ
МАГНИТНЫЙ ЖЕЛЕЗНЯК FE3O4 ИЛИ FEO·FE2O3 (МАГНЕТИТ) –
СОДЕРЖИТ 72% ЖЕЛЕЗА, МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВСТРЕЧАЮТСЯ НА ЮЖНОМ
УРАЛЕ, КУРСКОЙ МАГНИТНОЙ АНОМАЛИИ
ЖЕЛЕЗНЫЙ КОЛЧЕДАН FES2 (ПИРИТ) – СОДЕРЖИТ ПРИМЕРНО 47%
ЖЕЛЕЗА, МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВСТРЕЧАЮТСЯ НА УРАЛЕ
БУРЫЙ ЖЕЛЕЗНЯК FE2O3·NH2O (ЛИМОНИТ) – СОДЕРЖИТ ДО 60%
ЖЕЛЕЗА, МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВСТРЕЧАЮТСЯ В КРЫМУ

4.

СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗА:
ЖЕЛЕЗО – МЯГКИЙ И КОВКИЙ МЕТАЛЛ
ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ – 1535ºС
ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ – ≈ 2800ºС
ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 770ºС ЖЕЛЕЗО ОБЛАДАЕТ ФЕРРОМАГНИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ
ЖЕЛЕЗО ОБЛАДАЕТ ХОРОШЕЙ ТЕПЛО- И ЭЛЕКТРОПРОВОДИМОСТЬЮ
ЖЕЛЕЗО ЛЕГКО НАМАГНИЧИВАЕТСЯ

5.

Получение железа из железной руды производится в две стадии. Оно
начинается с подготовки руды – измельчения и нагревания. Руду
измельчают на куски диаметром не более 10 см. Затем измельченную
руду прокаливают для удаления воды и летучих примесей.

6.

НА ВТОРОЙ СТАДИИ ЖЕЛЕЗНУЮ РУДУ ВОССТАНАВЛИВАЮТ ДО ЖЕЛЕЗА С ПОМОЩЬЮ
ОКСИДА УГЛЕРОДА В ДОМЕННОЙ ПЕЧИ.

7.

КАК ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО УГЛЕРОД
АЛЛОТРОПНЫХ МОДИФИКАЦИЙ:
МОЖЕТ
НАХОДИТЬСЯ
В
ВИДЕ
НЕСКОЛЬКИХ
АЛМАЗ – БЕСЦВЕТНОЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО, САМОЕ ТВЕРДОЕ ВЕЩЕСТВО В
ПРИРОДЕ, ОБЛАДАЕТ СИЛЬНЫМ ПРЕЛОМЛЯЮЩИМ ЭФФЕКТОМ. ПЛОХО ПРОВОДИТ ТЕПЛО
И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.
ГРАФИТ – МЯГКОЕ ВЕЩЕСТВО СЕРО-СТАЛЬНОГО ЦВЕТА, С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ БЛЕСКОМ.
ХОРОШО ПРОВОДИТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЖИРНЫЙ НА ОЩУПЬ.
ФУЛЛЕРЕН – МЕЛКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ЖЕЛТО-ОРАНЖЕВОГО ЦВЕТА С
ТЕМПЕРАТУРОЙ ПЛАВЛЕНИЯ 500-600°C, ПОЛУПРОВОДНИК.
КАРБИН – ИНЕРТНОЕ ВЕЩЕСТВО ЧЕРНОГО ЦВЕТА, ПОЛУПРОВОДНИК.

8.

ГРАФИТ ПРИМЕНЯЕТСЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРИФЕЛЕЙ КАРАНДАШЕЙ, ЭЛЕКТРОДОВ,
ПЛАВИЛЬНЫХ ТИГЛЕЙ, КАК ЗАМЕДЛИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ В ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ, КАК
СМАЗОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ;
АЛМАЗЫ ПРИМЕНЯЮТСЯ В ЮВЕЛИРНОМ ДЕЛЕ, В КАЧЕСТВЕ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, В
БУРОВОМ ОБОРУДОВАНИИ, КАК АБРАЗИВНЫЙ МАТЕРИАЛ;
В КАЧЕСТВЕ ВОССТАНОВИТЕЛЯ УГЛЕРОД ИСПОЛЬЗУЮТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ
МЕТАЛЛОВ И НЕМЕТАЛЛОВ (ЖЕЛЕЗА, КРЕМНИЯ);
УГЛЕРОД СОСТАВЛЯЕТ ОСНОВНУЮ МАССУ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ, КОТОРЫЙ НАШЕЛ
ШИРОЧАЙШЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ, КАК В БЫТУ (НАПРИМЕР, В КАЧЕСТВЕ АДСОРБЕНТА ДЛЯ
ОЧИСТКИ ВОЗДУХА И РАСТВОРОВ), ТАК И В МЕДИЦИНЕ (ТАБЛЕТКИ АКТИВИРОВАННОГО
УГЛЯ) И В ПРОМЫШЛЕННОСТИ (В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЯ ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ДОБАВОК,
КАТАЛИЗАТОРА ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И ПРОЧ.).

9.

ЕЩЁ ДВЕ ТЫСЯЧИ ЛЕТ НАЗАД МЕТАЛЛУРГИ ПОНЯЛИ, ЧТО В ЧИСТОМ ВИДЕ ЖЕЛЕЗО
ДОВОЛЬНО МЯГКИЙ МАТЕРИАЛ, ИЗДЕЛИЯ ИЗ КОТОРОГО НЕМНОГО ЛУЧШЕ БРОНЗЫ.
УГЛЕРОД В ВИДЕ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ ПРИМЕНЯЛСЯ В ДРЕВНОСТИ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ
МЕТАЛЛОВ.

10.

РЕЗУЛЬТАТОМ СТАЛО ОТКРЫТИЕ СПЛАВА ЖЕЛЕЗА С
УГЛЕРОДОМ – СТАЛИ.
УГЛЕРОД ДЛЯ СТАЛИ ИГРАЕТ
УПРОЧНЯЮЩЕГО МАТЕРИАЛ.
РОЛЬ
ЦЕМЕНТА,
В СОСТАВЕ ТАКОГО СТАЛИ ИМЕЕТСЯ ОТ 0,02 ДО
2,14% УГЛЕРОДА.
ВТОРЫМ МАТЕРИАЛОМ, КОТОРЫЙ ПРОИЗВОДИТСЯ С
ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ, ЯВЛЯЕТСЯ ЧУГУН.
ЭТО ТАКЖЕ СПЛАВ ЖЕЛЕЗА С УГЛЕРОДОМ,
СОДЕРЖАНИЕ КОТОРОГО ОТ 2,14 ДО 6,67%.

11.

ФАЗА – ЭТО ОДНОРОДНАЯ ЧАСТЬ СИСТЕМЫ, ОТДЕЛЕННАЯ ОТ ДРУГИХ ЧАСТЕЙ
ПОВЕРХНОСТЬЮ РАЗДЕЛА.
СИСТЕМА — ЭТО СОВОКУПНОСТЬ ФАЗ, НАХОДЯЩИХСЯ В РАВНОВЕСИИ ПРИ
ОПРЕДЕЛЕННЫХ ВНЕШНИХ УСЛОВИЯХ (ТЕМПЕРАТУРА, ДАВЛЕНИЕ). СИСТЕМА, МОЖЕТ
БЫТЬ, ПРОСТОЙ, ЕСЛИ ОНА СОСТОИТ ИЗ ОДНОГО ЭЛЕМЕНТА, И СЛОЖНОЙ, ЕСЛИ ОНА
СОСТОИТ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
СТРУКТУРА – ЭТО ФОРМА, РАЗМЕРЫ И ХАРАКТЕР ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ
СООТВЕТСТВУЮЩИХ ФАЗ В МЕТАЛЛАХ И СПЛАВАХ.
СПЛАВ — ЭТО МАКРОСКОПИЧЕСКИ ОДНОРОДНЫЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ,
СОСТОЯЩИЙ ИЗ СМЕСИ ДВУХ ИЛИ БОЛЬШЕГО ЧИСЛА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ С
ПРЕОБЛАДАНИЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ.
КОМПОНЕНТЫ – ЭТО ЭЛЕМЕНТЫ, ВХОДЯЩИЕ В СПЛАВ.

12.

РАЗЛИЧАЮТ АГРЕГАТНЫЕ И ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА.
КАЖДОЕ ВЕЩЕСТВО МОЖЕТ НАХОДИТЬСЯ В ТРЕХ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЯХ:
ТВЕРДОМ, ЖИДКОМ, ГАЗООБРАЗНОМ. ЭТИ СОСТОЯНИЯ ОТЛИЧАЮТСЯ ДРУГ ОТ ДРУГА
ХАРАКТЕРОМ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ ИЛИ АТОМОВ И ПЛОТНОСТЬЮ ИХ УПАКОВКИ.
Для твердого состояния характерны
небольшие расстояния между молекулами и
малая подвижность молекул. В твердом
состоянии вещество способно сохранять
форму; поступательное и вращательное
движение частиц отсутствуют, имеется
только колебательное движение.
В твердом агрегатном состоянии энергия
межмолекулярного взаимодействия намного
превышает энергию теплового движения
молекул.

13.

Жидкое
агрегатное
состояние
занимает
промежуточное положение. По характеру движения
молекул жидкости приближаются к газам, а по
плотности упаковки- к твердым телам. В жидком
состоянии взаимодействие между частицами слабое;
частицы могут не только колебаться, но и совершать
поступательное и вращательное движения. Форму
жидкость не сохраняет.
В
жидком
агрегатном
состоянии
энергия
межмолекулярного взаимодействия сравнима с
энергией теплового движения молекул.
Для
газообразного
состояния
характерно
энергичное движение молекул и малая плотность
упаковки, причем взаимодействие между молекулами
очень слабое.
Расстояние между молекулами велики, поэтому
возможно лишь соударения молекул, т.е. существует
свобода движения частиц.

14.

РАЗЛИЧАЮТ ТРИ
ГАЗООБРАЗНОЕ.
ФАЗОВЫХ
СОСТОЯНИЯ:
КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ,
Кристаллическое фазовое состояние характеризуется
упорядоченностью атомов, ионов или молекул в трех
пространственных
направлениях
на
большом
расстоянии, превышающем размеры молекул в сотни
тысяч раз.
АМОРФНОЕ,

15.

Аморфное (жидкое) фазовое состояние характеризуется упорядоченностью молекул на
небольших расстояниях, соизмеримых с размерами молекул, т. е. ближним порядком,
причем этот ближний порядок неустойчив.
В аморфном фазовом состоянии могут находиться вещества в двух агрегатных
состояниях:
1)все вещества при температуре выше температуры плавления;
2)все твердые аморфные вещества, которые принято называть стеклообразными. Для
них характерно отсутствие кристаллической решетки.
В жидком фазовом состоянии находятся вещества при температурах выше их
температуры плавления и все твердые аморфные вещества. Кристаллические тела
находятся в твердом агрегатном состоянии и сильно не различаются по подвижности
молекул.
Из всего изложенного следует, что газообразное агрегатное и фазовое состояния
практически совпадают. Твердому агрегатному состоянию могут соответствовать два
фазовых состояния: кристаллическое и аморфное (жидкое). Жидкому фазовому
состоянию могут отвечать два агрегатных состояния: твердое и жидкое.

16.

Спасибо за внимание!