Metal Profil: Demir

Demir'in insanlar tarafından kullanımı yaklaşık 5000 yıl öncesine dayanıyor. Yerkabuğunda ikinci en bol metal elementtir ve esas olarak dünyanın en önemli yapısal malzemelerinden biri olan çelik üretmek için kullanılır.

Özellikleri

• Atomik sembolü: fe
• Atom Numarası: 26
• Eleman Kategorisi: Geçiş Metal
• Yoğunluk: 7.874 g / cm ³
• Erime Noktası: 2800 ° F (1538 ° C)
• Kaynama Noktası: 5182 ° F (2862 ° C)
• Moh Sertliği: 4

Özellikleri

Saf demir, ısı ve elektriği iyi işleyen gümüş renkli bir metaldir.

Demir, tek başına varolmayacak kadar reaktiftir, bu nedenle sadece yer kabuğunda doğal olarak hematit, manyetit ve siderit gibi demir cevherleri olarak bulunur.

Demirin belirleyici özelliklerinden biri, güçlü manyetik olmasıdır . Güçlü bir manyetik alana maruz bırakıldığında, herhangi bir demir parçası manyetize edilebilir. Bilim adamları, dünyanın çekirdeğinin yaklaşık% 90 demirden oluştuğuna inanıyor. Bu demir tarafından üretilen manyetik kuvvet manyetik Kuzey ve Güney kutuplarını yaratan şeydir.

Tarihçe

Demir, muhtemelen demir içeren cevherlerin üstünde odun yakılması sonucu ortaya çıkmış ve çıkarılmıştır. Ahşabın içindeki karbon, cevherin içindeki oksijenle reaksiyona girecek ve yumuşak, dövülebilir bir demir metali bırakacaktır. Demir eritme ve alet ve silah yapımında demir kullanımı MÖ 2700-3000 yılları arasında Mezopotamya'da (bugünkü Irak) başladı. 2000 yılı boyunca demir eritme bilgisi doğuya Avrupa ve Afrika'ya Demir Çağı olarak bilinen bir dönemde yayıldı.

17. yüzyıldan itibaren, 19. yüzyıl ortalarında çeliğin üretilmesinde etkili bir yönteme kadar, demir, gemiler, köprüler ve binalar yapmak için giderek artan bir şekilde yapısal bir malzeme olarak kullanılmıştır. 1889'da inşa edilen Eyfel Kulesi, 7 milyon kilogramdan fazla ferforje kullanılarak yapıldı.

Pas

Demir'in en zahmetli özelliği, paslanma eğilimi.

Pas (veya demir oksit), demir oksijene maruz kaldığında oluşan kahverengi, ufalanabilir bir bileşiktir. Suda bulunan oksijen gazı, korozyon sürecini hızlandırır. Pas oranı - demirin demir okside dönüşme hızı - suyun oksijen içeriği ve demirin yüzey alanı ile belirlenir. Tuzlu su, tatlı sudan daha fazla oksijen içerir, bu yüzden tuzlu su, tatlı sudan daha hızlı demir paslanır.

Paslanmayı, çinko gibi kimyasal olarak daha cazip olan diğer metallerle demir kaplayarak önleyebilirsiniz (çinko ile demir kaplama işlemi " galvanizleme " olarak adlandırılır). Bununla birlikte, paslanmaya karşı korumanın en etkili metodu çelik kullanımıdır.

Çelik

Çelik, demirin özelliklerini (mukavemet, korozyona dayanıklılık, ısı toleransı vb.) Arttırmak için kullanılan demir ve çeşitli diğer metal alaşımlarıdır . Demirle alaşımlanan elemanların tipini ve miktarını değiştirmek farklı tipte çelikler üretebilir.

En yaygın çelikler şunlardır:

1. % 0,5-1,5 karbon içeren karbon çelikler. Bunlar en yaygın çeliklerdir ve otomobil gövdeleri, gemi gövdeleri, bıçaklar, makineler ve her türlü yapısal destek için kullanılır.
2. % 1-5 diğer metaller (genellikle nikel veya tungsten ) içeren düşük alaşımlı çelikler. Nikel çelik, yüksek gerilim seviyelerine dayanabilir ve bu nedenle genellikle köprülerin yapımında ve bisiklet zincirlerinin yapımında kullanılır. Tungsten çelikler şekil ve gücünü yüksek sıcaklıklı ortamlarda tutarlar ve matkap uçları gibi darbeli, döner uygulamalarda kullanılırlar.

1. % 12-18 oranında diğer metalleri içeren yüksek alaşımlı çelikler, yüksek maliyetlerinden dolayı sadece özel uygulamalarda kullanılır. Yüksek alaşımlı çeliğin bir örneği, genellikle krom ve nikel içeren paslanmaz çeliktir, ancak çeşitli diğer metallerle de alaşımlanabilir. Paslanmaz çelik çok güçlüdür ve korozyona karşı oldukça dirençlidir.

Üretim

Çoğu demir, dünyanın yüzeyinin yakınında bulunan cevherlerden üretilir. Modern ekstraksiyon teknikleri, uzun boylu yığınları (baca benzeri yapılar) ile karakterize edilen yüksek fırınları kullanır. Demir, kok (karbonca zengin kömür) ve kireçtaşı (kalsiyum karbonat) ile birlikte yığınlara dökülür. Bugünlerde demir cevheri normal olarak istiflemeye girmeden önce bir sinterleme sürecinden geçer. Bu işlem, daha sonra kok ve kireç taşı ile karıştırılan 10-25 mm arasında olan cevher parçalarını oluşturur.

Sinterlenmiş cevher, kok ve kireçtaşı daha sonra 1800 ° C sıcaklıkta yanarak yığına dökülür. Kok, bir ısı kaynağı olarak yanar ve fırına çekilen oksijen ile birlikte, indirgeyici gaz karbon monoksitin oluşturulmasına yardımcı olur. Kireçtaşı, cüruf oluşturmak için demirdeki safsızlıklarla karışır. Cüruf erimiş demir cevherinden daha hafiftir, bu yüzden yüzeye çıkar ve kolayca çıkarılabilir. Sıcak demir daha sonra pik demir üretmek için ya da doğrudan çelik üretimi için hazırlanmış kalıplara dökülür.

Pik demir hala diğer yabancı maddeler ile birlikte% 3,5-4,5 karbon içerir ve çalışılması güç ve kırılgandır. Dökme demir üretmek için pik demir içindeki fosfor ve sülfür katışkılarını azaltmak için çeşitli işlemler kullanılır. % 0.25'ten az karbon içeren ferforje, sert, dövülebilir ve kolay kaynaklıdır, ancak düşük karbonlu çelikten üretilmesi çok daha zahmetli ve maliyetlidir.

2010 yılında küresel demir cevheri üretimi yaklaşık 2,4 milyar ton oldu. En büyük üretici olan Çin, tüm üretimin yaklaşık% 37,5'ini oluştururken, diğer başlıca üretici ülkeler Avustralya, Brezilya, Hindistan ve Rusya'yı içermektedir.

Uygulamalar

Demir, bir zamanlar birincil yapısal malzeme olmuştur, ancak çoğu uygulamada uzun bir süre çelik ile değiştirilmiştir. Bununla birlikte, dökme demir hala borularda ve silindir kafaları, silindir blokları ve şanzıman kutuları gibi otomotiv parçaları yapmak için kullanılır. Ferforje hala şarap rafları, mumluklar ve perde çubukları gibi ev dekor ürünleri üretmek için kullanılmaktadır.

Referanslar

Sokak Arthur. & Alexander, WO 1944. İnsanın Hizmetindeki Metaller . 11. Baskı (1998).
Uluslararası Domuz Demiri Derneği.
Kaynak: www.pigiron.org.uk
USGS. Mineral Emtia Özetleri: Demir Çelik (2011).
Kaynak: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel