Jern og Stål: Egenskaber, Produktion, Sammansætning og Karakteristika

Meget rent jern fremstilles ved reduktion af jern(III)-oxid med hydrogen ved 1.000 °C eller ved vakuumsmeltning af et produkt, der er opnået ved elektrolyse af jern(II)-ammoniumsulfat-løsning. Kemisk rent jern produceres ved termisk nedbrydning af jernpentakarbonylder ved 200 til 250 °C, hvor jern afskilles som et fint pulver.

Stål fremstilles ved at blande kulstof og jern i en specificeret forhold, hvor den normale procentdel af kulstof varierer fra 0,2 til 2,14 procent af den samlede vægt. Udover kulstof inkluderer de andre legeringsmaterialer, der bruges i stålproduktion, mangan, krom, wolfram og vanadium.

Fysiske Egenskaber af Jern

Rent jern er et gråhvidt blødt metal. Dets smeltepunkt og kogepunkt er 1.528 °C og 2.735 °C henholdsvis. Rent jern er smidbart og duktilt og hærder ikke ved hærdning. Det er mere magnetisk end ethvert andet metal, og dets magnetiske egenskaber forbliver uændrede endda ved meget høj temperatur. Jern er en god leder af varme og elektricitet.

Fysiske Egenskaber af Stål

De fysiske egenskaber af stål ligner ikke dets bestanddele kulstof og jern. Det er højt i styrke, lavt i vægt, holdbart, fleksibelt og korrosionsbestandigt. Det er meget fleksibelt; derfor kan det formes til enhver ønsket form. En af de vigtigste egenskaber ved stål er evnen til at afkøle hurtigt fra en høj temperatur, når det udsættes for vand eller olie. I modsætning til jern ruster stål ikke meget let ved udsættelse for vand og fugtighed.

Allotrope Former af Jern

Rent jern findes i tre allotrope former, afhængigt af temperaturen. Disse adskilles som α-, γ- og δ-jern henholdsvis. De forskeller i deres termiske stabilitet, krystalstruktur, hårdhed, magnetiske egenskaber og i deres evne til at opløse kulstof.

α-jern eller α-ferrit er stabile under 768 °C og hovedbestanddelen af rent smedejern, dvs. smedejern er den reneste form for kommercielt jern, der indeholder 0,10 til 0,25 procent kulstof. α-jern er blødt og stærkt magnetisk.

γ-jern eller γ-ferrit er stabile mellem 906 °C og 1.404 °C. I modsætning til α-jern er det hårdt og ikke-magnetisk.

δ-jern er stabile under 1.400 °C. Det er også ikke-magnetisk i natur.

Stål-kvaliteter

Graduering af stål udføres af mange standardorganisationer afhængigt af de fysiske egenskaber og sammensætningen af produktet. Hårdheden af metallet er den vigtigste beslutningsfaktor, som varierer baseret på mængden af kulstofindhold. Jo højere kulstofindhold, jo hårdere metallet. Dog indeholder et højkvalitetsstål altid mindre kulstofindhold sammen med mindre risiko for knæk.

Kemiske Egenskaber af Jern

Rent jern påvirkes ikke af tør luft og rent vand ved almindelig temperatur, men kommercielt jern ruster i fugtig luft og vand. Rent jern afgiver hydrogen, nitrogen og carbonmonoxid ved opvarmning. Metalet brænder glimrende, når det opvarmes i ilt, og undergår også forbrændelse i brændende svovl. Det nedbryder damp ved rød glød, som udnyttes i fremstilling af hydrogen.