Классификация сплавов железа с углеродом

Железо люди используют с древнейших времен. Однако железо в присутствии кислорода и воды легко подвергается коррозии. Поэтому чистое железо практически не используется, а применяются различные сплавы этого металла.

Сплавы железа с углеродом - это чугуны и стали. Эти сплавы классифицируются по содержанию в них углерода. В чугунах содержание углерода от 2 до 4% по массе, в небольших количествах в нем содержатся кремний, марганец, фосфор и сера.

Рис. 1. Сплавы железа с углеродом          

Чугуны

Из-за содержания большого количества углерода чугун хрупок, и его нельзя ковать. Из чугуна отливают тяжелые детали станков, машин, маховики, разнообразные плиты, красивые чугунные решетки и другие декоративные изделия. Из чугуна делают посуду, которая не подгорает при нагревании в печах открытым пламенем. Это и чугунки, и тяжелые чугунные сковородки.

Рис. 2. Изделия из чугуна

Стали

В сталях содержание всех примесей меньше, чем в чугунах. В зависимости от того, какие добавки определяют свойства стали, сталь подразделяется на углеродистую и легированную Свойства углеродистой стали определяются содержание углерода. Если массовая доля углерода в стали менее 0,3%, то ее называют малоуглеродистой. Из малоуглеродистой стали изготавливают кровельное железо, стальные листы, кузова легковых автомобилей.

Среднеуглеродистая сталь содержит около 0,65% углерода и служит для изготовления рельсов, труб, проволоки, деталей машин. Высокоуглеродистая сталь содержит от 0,65 до 2% углерода. Из нее изготавливают различные инструменты.

Если сталь нагреть до температуры 500-700°С, а затем быстро охладить, получается закаленная сталь, отличающаяся особой твердостью. Из закаленной стали изготавливают топоры, пилы, рубанки, кухонные и охотничьи ножи и другие инструменты.

Для придания стали особых свойств в нее добавляют легирующие добавки. Добавление кремния приводит к увеличению эластичности, марганца – вязкости, вольфрама – твердости. Комбинируя различные добавки, получают специальные легированные стали. Наиболее ценные свойства легированных сталей – твердость, жаропрочность, устойчивость к агрессивным средам – определяют их чрезвычайно широкое применение.

Рис. 3. Изделия из легированной стали

Хромоникелевые стали используется для изготовления химических реакторов, молибденовые – дробильных установок, титановые – деталей самолетов и ракет, вольфрамовые – нитей электрических ламп накаливания.

Широкое применение нашли нержавеющие стали – это сплавы железа, содержащие около 18% хрома и 9% никеля. Её антикоррозийные свойства появляются благодаря наличию на поверхности металла слоя оксида хрома. Этот защитный слой очень устойчив и даже после механического или химического повреждения быстро приобретает свой прежний вид, и антикоррозийные качества металла остаются без изменений.

Пример задачи с решением:

    На практической работе учащимся нужно экспериментально доказать амфотерность гидроксида трёхвалентного железа.

Ира взяла для опытов две пробирки и насыпала в них следующие вещества:

хлорид бария и хлорид лития. Олег сказал, что так ничего не докажешь, и предложил раствор соляной кислоты. Артём с ним не согласился и сказал, что нужно использовать и раствор соляной кислоты, и раствор гидроксида натрия.

Кто из ребят оказался прав и взял нужные реактивы для доказательства? Аргументируй ответ.

Шаги решения:

Чтобы экспериментально доказать амфотерность гидроксида трёхвалентного железа, учащимся нужно поместить его в две пробирки. К одной из них прилить раствор соляной кислоты (чтобы доказать его основные свойства); к другой добавить раствор гидроксида натрия (чтобы доказать его кислотные свойства).

Правильный ответ: нужные реактивы для доказательства взял Артём. Амфотерность гидроксида трёхвалентного железа можно доказать при его взаимодействии с: раствором соляной кислоты (доказательство основных свойств) и раствором гидроксида натрия (доказательство кислотных свойств).