Hợp kim của sắt là gì?

Tác giả Minh Châu 15:08 30/11/2023 15,903 Tag Lớp 12

Hợp kim của sắt là gì? Cùng vuihoc tìm hiểu về hợp kim của sắt cũng như những tính chất, ứng dụng và phương pháp sản xuất của hợp chất trong đời sống hiện nay trong bài viết này nhé!

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

1. Sơ đồ tư duy bài học hợp kim của sắt

Sơ đồ tư duy bài học hợp kim của sắt giúp các em dễ hiểu bài học hơn:

2. Hợp kim của sắt: Có những loại nào?

2.1 Hợp kim của sắt: Gang

a. Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt và cacbon, trong đó lượng cacbon chỉ chiếm từ 2-5%. Bên cạnh đó, trong gang còn có một lượng nhỏ các nguyên tố khác như Si, S, Mn...

b. Phân loại:

Hợp kim gang gồm 2 loại là gang trắng và gang xám. Sự khác nhau của hai loại này dựa trên số lượng cacbon và silic ở trong đó:

Gang trắng: Chứa ít cacbon và silic nhưng lại có rất nhiều xementit (Fe₃C). Gang trắng mặc dù cứng nhưng lại rất giòn nên thường được sử dụng làm nguyên liệu để luyện thép. Gang trắng qua quá trình nhiệt luyện sẽ tạo thành gang dẻo. Gang dẻo có sức mạnh hơn so với gang trắng và độ bền dẻo cũng tốt hơn nên rất dễ đúc hay kéo sợi.
Gang xám: Chứa nhiều cacbon và silic, có độ cứng và giòn kém hơn so với gang trắng. Khi nóng chảy gang xám, ta được một loại chất lỏng linh động ( ít nhớt). Khi hóa rắn thì thể tích của gang xám tăng lên. Vì vậy, gang xám được ứng dụng trong đúc các bộ phận của máy móc, cánh cửa hay ống dẫn nước... Gang xám trong quá trình nấu chảy thêm một lượng nhỏ muối sẽ tạo thành gang cầu có độ bền rất cao.

c. Sản xuất:

Gang được sản xuất bằng cách khử quặng sắt trong lò hơi. Các phản ứng xảy ra có phương trình như sau:

+ Tạo chất khử: C +O₂ $\large \overset{t^{o}}{\rightarrow}$ CO₂ ; CO₂ + C $\large \overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2CO

+ Phản ứng ở nhiệt độ 400^oC : 3Fe₂O₃ + CO $\large \overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 2Fe₃O₄ + CO₂

+ Phản ứng ở nhiệt độ 500^oC - 600^oC: Fe₃O₄ + CO $\large \overset{t^{o}}{\rightarrow}$ 3FeO + CO₂

+ Phản ứng ở nhiệt độ 700^oC - 800^oC: FeO + CO $\large \overset{t^{o}}{\rightarrow}$ Fe + CO₂

+ Phản ứng tạo oxit:

CaCO₃ $\large \overset{t^{o}}{\rightarrow}$ CaO + CO₂

CaO + SiO₂ $\large \overset{t^{o}}{\rightarrow}$ CaSiO₃

d. Tính chất của gang:

Hợp kim của sắt là gang có một số tính chất cơ bản như sau: độ cứng, độ dẻo dai, dễ uống, độ co giãn, dễ dát mỏng, độ bền kéo và độ bền mỏi.

Tham khảo ngay bộ sách tổng hợp kiến thức và phương pháp giải mọi dạng bài tập Toán Lý Hóa trong đề thi THPT Quốc Gia

2.2 Hợp kim của sắt : Thép

a. Khái niệm: Thép là hợp kim của sắt cùng cacbon, trong đó lượng cacbon chiếm 0,01 -2%. Ngoài ra còn có các nguyên tố khác như Mn, Si, Ni, Cr...

b. Phân loại

Căn cứ vào đặc điểm thành phần và tính chất, thép được chia thành 2 nhóm là thép thường và thép đặc biệt.

+ Thép thường: Còn được gọi là thép cacbon. Loại thép này chứa rất ít cacbon, silic, lưu huỳnh, manan. Độ cứng của thép thường phụ thuộc vào % cacbon trong đó. Thép cứng chứa lượng cacbon lớn hơn 0.9% còn thép mềm chứa không quá 0.1% cacbon.

+ Thép đặc biệt: Đây là loại thép có tính chất vật lý và cơ học rất quý bởi bên cạnh các thành phần chính thì thép đặc biệt có thêm các nguyên tố như Si, Mn, Cr, W...

c. Sản xuất:

- Để sản xuất thép, người ta luyện gang thành thép bằng cách loại bỏ các nguyên tố như Si, Mn, S ra khỏi gang. Để làm được điều đó, phải oxi hóa các tạp chất đó tạo thành xỉ và tách ra khỏi gang để tạo thành thép.

- Các phương pháp luyện thép:

+ Phương pháp lò thổi oxi (Bet-xơ-me): Trong lúc đun nóng chảy gang, sử dụng oxi được nén dưới áp suất 10 atm thổi lên bề mặt và trong lòng gang. Khi đó oxi sẽ oxi hóa mạnh các tạp chất có trong gang và giúp các thành phần trong thép được trộn đều. Ưu điểm của phương pháp này là tỏa nhiệt mạnh giúp rút ngắn thời gian luyện thép. Đối với lò cỡ lớn có thể luyện được 300 tấn thép trong thời gian chưa đến 1 giờ đồng hồ. Hầu hết thép được sản xuất theo phương pháp này, tuy nhiên loại này không luyện được thép có thành phần như ý muốn và không dùng gang có nhiều photpho để luyện.

+ Phương pháp lò bằng (Mac-tanh): Sử dụng nhiên liệu khí đốt hoặc dầu và phun oxi vào trong lò luyện để oxi hóa các tạp chất có trong gang. Phương pháp này có thể kiểm soát được % các nguyên tố và bổ sung được các nguyên tố khác vào trong quá trình luyện vì vậy có thể luyện ra được thép chất lượng cao. Nhược điểm là quá trình luyện kéo dài từ 6-8 tiếng.

+ Phương pháp lò điện: Sử dụng 2 điện cực, một là than chì, một là gang. Nhiệt lượng sinh ra khi dùng phương pháp lò điện cao hơn và dễ điều chỉnh hơn so với 2 loại ở trên. Vì vậy, phương pháp này có thể luyện được thép có thành phần là những chất khó nóng chảy như vonfam, crom... và loại bỏ được gần hết các nguyên tố như lưu huỳnh, phốt pho. Nhược điểm duy nhất của loại lò này là dung tích bé nên sản lượng thép luyện ra không được nhiều.

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập kiến thức và xây dựng lộ trình ôn tập thi tốt nghiệp THPT sớm nhất

3. Ứng dụng hợp kim của sắt trong đời sống

3.1 Ứng dụng thép

Trong đời sống, thép có nhiều ứng dụng và chúng ta không thể thiếu thép trong các ứng dụng đời sống hằng ngày.

- Trong ngành xây dựng: Sử dụng thép làm bê tông cốt thép, xây dựng hạ tầng cơ sở, xây dựng các công trình giao thông...

- Trong ngành công nghiệp đóng tàu: Thép là vật liệu chủ yếu dùng để đóng tàu, thuyền, đặc biệt là vỏ tàu bởi độ bền cao, chịu nhiệt và mài mòn tốt nhưng lại rất dễ dát mỏng.

- Sản xuất các sản phẩm dân dụng: Nhiều sản phẩm được sản xuất từ thép như xô nước, thùng phi, hòm sắt, trần nhà, mái nhà, tấm cách điện, trong các vật dụng bằng điện như điều hòa, tủ lạnh, máy hút bụi...

3.2 Ứng dụng của gang

Mỗi loại gang đều có những ứng dụng trong đời sống, cụ thể:

- Gang trắng được dùng chế tạo những loại máy móc có tình mài mòn cao

- Gang xám có giá thành rẻ nên có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, sử dụng để chế tạo các loại vật dụng có trọng tải nhẹ và chịu được các tác động từ ngoại lực như ống nước, nắp hố ga, thân máy, bánh răng máy móc...

- Gang cầu được dùng chế tạo các chi tiết phức tạp trong động cư như trục khuỷu, chế tạo các loại máy có kích cỡ lớn và phức tạp, chế tạo đường ống lớn, song chắn rác...

- Gang dẻo được ứng dụng trong các chi tiết nhỏ, mỏng và chịu được tác động. Thường dùng trong các loại máy móc như máy kéo, máy dệt. Dùng làm các loại van như van nước hay van khí công nghiệp.

Bài viết trên, VUIHOC đã cung cấp cho các em kiến thức về hợp kim của sắt cũng như các tính chất, cách sản xuất và ứng dụng của loại hợp chất này. Hợp kim của sắt được ứng dụng rất nhiều trong đời sống hiện nay. Hy vọng với những kiến thức trên, các em có thể vận dụng và giải đáp những câu hỏi liên quan đến phần kiến thức này trong đề thi hóa tốt nghiệp THPT Quốc Gia.

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!