Метални профил: Својства и карактеристике гвожђа

Употреба гвожђа од стране људи потиче из око 5.000 година. То је други најбројнији метални елемент у Земљиној кори и првенствено се користи за производњу челика, један од најважнијих грађевинских материјала на свету.

Пре него што се превише удубимо у историју и савремену употребу гвожђа, размотримо основе:

• Атомски симбол: Фе
• Атомски број: 26
• Категорија елемената: Прелазни метал
• Густина: 7.874г / цм³
• Тачка топљења: 1538 ° Ц
• Тачка кључања: 2862 ° Ф
• Мохова тврдоћа: 4

Чисто гвожђе је метал сребрне боје који добро проводи топлоту и струју. Гвожђе је сувише реактивно да би постојало само тако да се природно појављује у Земљиној кори као руде гвожђа, попут хематита, магнетита и сидерита.

Једна од карактеристика гвожђа која идентификује је да је снажно магнетно. Изложен јаком магнетном пољу, било који комад гвожђа може се магнетизовати. Научници верују да се језгра Земље састоји од око 90% гвожђа. Магнетна сила коју производи ово гвожђе је оно што ствара магнетни северни и јужни пол.

Гвожђе је вероватно првобитно откривено и извађено као последица сагоревања дрвета на руди која садржи гвожђе.Угљек у дрвету би реаговао са кисеоником у руди, остављајући иза себе меко, покварљив гвожђе метал. Топљење гвожђа и употреба гвожђа за израду алата и оружја започели су у Месопотамији (данашњи Ирак) између 2700. и 3000. године пре нове ере. Током наредних 2.000 година, знање о топљењу гвожђа проширило се на исток у Европу и Африку током периода познатог као гвоздено доба.

Од 17. века, све док средином 19. века није откривен ефикасан начин производње челика, гвожђе се све више користило као конструкцијски материјал за прављење бродова, мостова и зграда. Ајфелов торањ, изграђен 1889. године, направљен је од кованог гвожђа преко 7 милиона килограма.

Гвожђе најтежа карактеристика је његова склоност стварању рђе. Рђа (или железов оксид) је смеђе, мршаво једињење које се ствара када је гвожђе изложено кисеонику. Гас кисеоника који се налази у води убрзава процес корозија. Брзина хрђе - колико се брзо гвожђе претвара у железов оксид - одређује се садржајем кисеоника у води и површином гвожђа. Слана вода садржи више кисеоника него слатка вода, због чега слана вода гвожђе брже од слатке.

Раста се може спречити премазивањем гвожђа другим металима који су хемијски привлачнији за кисеоник, као што су цинк (поступак премазивања гвожђа цинком назива се "поцинчавањем"). Међутим, најефикаснија метода заштите од рђе је употреба челика.

Челик је ан легура гвожђа и разних других метала који се користе за побољшање својстава гвожђа (чврстоћа, отпорност на корозију, толеранцију топлоте итд.). Променом врсте и количине елемената легуре гвожђа могу се добити различите врсте челика.

Најчешћи челици су:

• Карбонски челици, који садрже између 0,5% и 1,5% угљеника: Ово је најчешћа врста челика, која се користи за ауто тела, бродске трупе, ножеве, машине и све врсте конструкцијских носача.
• Ниско легирани челици, који садрже 1-5% других метала (често никл или волфрам): Никални челик може издржати високе нивое напетости и зато се често користи у изградњи мостова и за израду ланаца за бицикле. Волфрам челик задржава свој облик и чврстоћу у окружењима високих температура, а користе се у ударним, ротационим применама, као што су бушилице.
• Челик од високог легирања, који садрже 12-18% осталих метала: Ова врста челика се користи само у специјалним применама због велике цене. Један пример високолегираног челика је нерђајући челик, који често садржи хром и никла, али може се легирати и са разним другим металима. Нерђајући челик је врло јак и врло отпоран на корозију.

Већина гвожђа производи се из руда које се налазе у близини Земљине површине.У савременим техникама вађења користе се високе пећи, које карактеришу високе гомиле (димњачке структуре). Гвожђе се сипа у гомиле заједно са коксом (угљен богат угљеником) и кречњаком (калцијум карбонат). Данас гвожђа руда нормално пролази кроз процес синтеровања пре уласка у гомилу. Процес синтеровања формира комаде руде 10-25 мм и ти комади се затим мешају са коксом и кречњаком.

Синтерована руда, кокс и кречњак се затим сипају у гомилу где гори на 1.800 степени Целзијуса. Кокс сагорева као извор топлоте и, заједно са кисеоником који се упуцава у пећ, помаже у стварању редуктивног угљен-моноксида. Вапненац се помеша са нечистоћама у гвожђу и формира шљаку. Шљака је лакша од растопљене гвожђе руде, па се диже на површину и лако се уклања. Вруће гвожђе се затим излива у калупе за производњу сировог гвожђа или се директно припрема за производњу челика.

Свињско гвожђе и даље садржи између 3,5% и 4,5% угљеника,заједно са другим нечистоћама, и крхко је и тешко је радити са њима. Различити процеси се користе за снижавање нечистоћа фосфора и сумпора у сировом гвожђу и за производњу ливеног гвожђа. Ковано гвожђе, које садржи мање од 0,25% угљеника, је жилаво, пробирљиво и лако се завари, али је много напорније и скупље за производњу од челика са ниским удјелом угљеника.

У 2010. години светска производња гвоздене руде износила је око 2,4 милијарде тона. Кина, највећи произвођач, чинила је око 37,5% целокупне производње, док остале велике произвођачке земље укључују Аустралију, Бразил, Индију и Русију. Амерички геолошки институт процењује да је 95% све произведене количине метала у свету или гвожђе или челик.

Гвожђе је некада било примарни грађевински материјал, али од тада га је у већини примена заменио челик. Ипак, ливено гвожђе се још увек користи у цевима и аутомобилским деловима попут глава мотора, блокова цилиндра и кућишта мењача. Ковано гвожђе се још увек користи за израду предмета за уређење дома, као што су полице за вино, држачи за свеће и шипке.