Hợp kim của sắt: Gang, thép là gì? Phân loại và cách sản xuất

Khái niệm về hợp kim sắt

Trong cuộc sống ngày nay, đâu đâu cũng thấy sắt. Chúng xuất hiện rất nhiều trong đời sống hàng ngày và trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Đặc biệt sắt hay hợp kim của nó cũng là thành phần rất quan trọng trong nhiều chuyên ngành kỹ thuật khác nhau. Chính vì vậy, việc tìm hiểu những kiến ​​thức liên quan về sắt và hợp kim của sắt sẽ giúp các em có một hệ thống nhận thức đầy đủ và hoàn hảo nhất.

Khái niệm chung

Người ta thường chỉ biết đến nguyên tố sắt. Tuy nhiên, nếu bạn tìm hiểu sâu hơn, bạn chắc chắn cần biết về hợp kim ferro. Để hiểu hợp kim sắt, bạn cần hiểu hợp kim là gì. Theo đó, hợp kim chính là sản phẩm rắn thu được sau khi làm nguội hỗn hợp nóng chảy của kim loại và phi kim loại hoặc của các kim loại khác nhau.

Theo khái niệm về hợp kim, có thể thấy sắt có nhiều loại hợp kim khác nhau. Các hợp kim màu phổ biến nhất là thép và gang. Hai ứng dụng này được coi là hợp kim ferô quan trọng nhất và được sử dụng rộng rãi trong đời sống.

Khái niệm băng nhóm là gì?

Thực tế có nhiều người nhầm lẫn gang với thép. Tuy nhiên, điểm chung duy nhất của chúng là đều là hợp kim của sắt. Cụ thể, gang là một hợp kim sắt phổ biến. Chúng là hợp kim của sắt và cacbon, trong đó hàm lượng cacbon khoảng 2-5%.

Ngoài thành phần chính này, trong gang còn có một số nguyên tố phổ biến khác như: s, mn, si… Tuy là hợp kim của sắt nhưng gang giòn và cứng hơn sắt. Trên thực tế có hai loại gang chính là gang trắng và gang xám.

Khái niệm thép là gì?

Thép và gang cũng là hợp kim của sắt. Vậy thép là hợp kim của sắt với cacbon và nhiều nguyên tố khác. Nhưng hàm lượng carbon dưới 2%. So với sắt, thép có những tính chất vật lý vô cùng đặc biệt như ít bị ăn mòn, cứng, đàn hồi tốt.

Thép có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong đời sống hiện nay. Trong đó phổ biến nhất là việc sử dụng thép để chế tạo nhiều công cụ, nông cụ hay các chi tiết máy móc… đặc biệt hiện nay thép chủ yếu được dùng để chế tạo các sản phẩm, phương tiện, phương tiện và đặc biệt là vật liệu xây dựng.

Phân loại hợp kim đen

Gang và thép là hợp kim của sắt. Tất cả đều có thành phần rất giống nhau. Tuy nhiên, trên thực tế, mỗi loại nội dung sẽ khác nhau. Sự khác biệt này đã dẫn đến gang và thép ngày nay.

Nhóm

Gang là một hợp kim quan trọng của sắt. Bây giờ có nhiều loại khác nhau. Cụ thể:

• Gang xám: Gang xám có hàm lượng silic và cacbon cao hơn gang trắng. Gang xám kém giòn và kém mềm. Nay gang xám sẽ được dùng để sản xuất ống dẫn nước, bệ máy và các vật liệu khác…

• Gang trắng: Gang trắng chứa ít silic và cacbon hơn gang xám. Gang trắng sẽ có đặc tính cứng và giòn hơn. Vì vậy, trong thực tế, gang trắng sẽ được sử dụng để luyện thép.

• Gang graphit: Gang graphit cũng là một hợp kim của sắt và cacbon. Trong đó thành phần cacbon chiếm khoảng 2,14%, ngoài ra còn có nhiều nguyên tố khác như s, ,, si, mn…

• Sắt dẻo: Gang dẻo bao gồm 4,3% c và 4,6% si. Gang được sử dụng phổ biến trong sản xuất các loại van công nghiệp, các chi tiết cơ khí…

• Sắt dẻo: Gang dẻo sẽ được “than chì hóa” từ gang trắng bằng cách ủ. Sắt dễ uốn có ưu điểm là tuổi thọ cao, độ dẻo tốt, độ bền tốt và khả năng chống chọi tốt với các điều kiện khắc nghiệt.

  Thép

  Cũng là một hợp kim quan trọng của sắt, hiện nay thép đã mang lại nhiều ứng dụng to lớn trong cuộc sống. Thành phần cấu tạo của thép tương tự như gang, nhưng hàm lượng cacbon trong thép rất nhỏ, dưới 2%. Hiện nay, có hai loại thép chính:

  Thép có nhiều ứng dụng trong đời sống

  • Thép đặc biệt: Thành phần của thép đặc biệt là cr, mn, si và các nguyên tố khác. Thép đặc biệt sẽ có đặc tính cứng.

  • Thép thông thường Thép thông thường chứa ít silicon, carbon và mangan hơn trong thành phần của nó. Thép được sử dụng phổ biến trong chế tạo và sản xuất các vật dụng hàng ngày.

    Tính chất của gang và thép

    Gang, thép hiện nay được sử dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày và trong nhiều ngành sản xuất. Mỗi loại có tính chất khác nhau. Hiểu các thuộc tính của chúng sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về hợp kim sắt.

    Đặc tính của gang

    • gang giòn và cứng nên khó hàn, cắt.

    • Trong công nghiệp, gang graphit được sử dụng nhiều hơn do dễ gia công và mềm.

    • Trong ngành đúc, gang được sử dụng rộng rãi để chế tạo các bộ phận phức tạp như khung máy bay, vỏ, trục khuỷu, dây đai, bánh răng, bánh đà, trục cán, ổ trục…

    • Gang xám có đặc điểm khó rèn, khó uốn, dễ nguội, dễ tẩy trắng, khó gia công cơ khí.

    • Gang trắng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ đúc vì tính giòn, cứng, khả năng gia công kém.

    • Gang dễ nấu chảy, giòn, khả năng đúc tốt, nhiệt độ nóng chảy cao, thường không thích hợp để hàn.

    • gang chịu được tải trọng cao, chịu nén tốt, chịu mài mòn tốt, chịu va đập tốt.

    • Nhiệt độ nóng chảy của gang là khoảng 1150 – 1200 độ C.

      Tính chất thép

      • Thép kim loại, dẫn điện cao.

      • Thép chịu va đập, chịu nhiệt tốt.

      • Thép hóa dẻo ở nhiệt độ 500 – 600 độ C.

      • Ở nhiệt độ dưới -50 độ C, thép có xu hướng nứt và giòn.

      • Thép có khả năng chống oxi hóa từ môi trường.

        Hợp kim sắt được sản xuất như thế nào?

        Gang và thép là hợp kim sắt đặc biệt và phổ biến nhất. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và trở thành một phần quan trọng trong nhiều ngành sản xuất. Vậy gang và thép được sản xuất như thế nào?

        Sản xuất gang

        Nguyên liệu để sản xuất gang chủ yếu là quặng sắt và than cốc. Tương ứng, quặng sắt trong tự nhiên bao gồm hematit (chứa fe2o3) và manganit (chứa fe3o4). Ở Việt Nam có thể tìm thấy quặng sắt ở Hà Tĩnh, An Bài hoặc Tài Nguyên. Ngoài ra, quá trình sản xuất gang cũng cần một lượng than cốc nhất định, không khí giàu oxy và một số chất phụ gia khác, chẳng hạn như đá vôi caco3…

        Nguyên tắc sản xuất gang: Nguyên tắc sản xuất gang là khử oxit sắt bằng oxit cacbon ở nhiệt độ cao trong lò luyện.

        Quy trình sản xuất gang lò luyện:

        • Quặng, than cốc và đá vôi sẽ được xử lý với kích thước vừa đủ để lắp vào lối vào của lò luyện. Các lớp sẽ được xếp xen kẽ nhau. Không khí trong lò nóng chảy sẽ được đốt nóng từ dưới lên. Một phản ứng sau đó xảy ra, tạo ra carbon dioxide.

          c(r) + o2(k) → co2(k)

          c(r) + co2(k) → 2co(k)

          • Khí lõi sẽ được dùng để khử oxit sắt trong quặng thành sắt. Các oxit khác có trong quặng sắt cũng bị khử tạo thành các đơn chất như si, mn… Khi nung chảy gang sẽ hòa tan một lượng nhỏ cacbon cùng với một số nguyên tố khác để tạo thành gang lỏng chảy xuống lò và sẽ được đưa ra ngoài qua cổng gang .

            3co(r) + fe2o3(r) → 3co2(k) + 2fe(r) (điều kiện nhiệt độ cao)

            • Đá vôi hình thành cao khi nó bị phân hủy. Cao sau đó tiếp tục liên kết với silica.

              cao(r) + sio2(r) → casio3(k) (điều kiện nhiệt độ)

              • Khí trong quá trình hình thành lò cao được thải ra ngoài qua cửa lò ở phía trên.

                Sản xuất thép

                • Nguyên liệu luyện thép: Chủ yếu là gang, oxi và sắt vụn.

                • Nguyên tắc luyện thép: Thép sẽ được sản xuất bằng quá trình oxy hóa một số kim loại và phi kim. Điều này sẽ giúp loại bỏ các nguyên tố như mangan, silic, carbon…

                • Quy trình luyện thép: Thép sẽ được sản xuất trong lò luyện thép chẳng hạn như máy uốn ống. Khi sản xuất thép, oxy được thổi vào và lò chứa đầy sắt nóng chảy. Oxy sẽ oxy hóa p, s, si, mn, c… và các nguyên tố khác trong gang, và sản phẩm tạo thành là thép.

                  c + o2 → co2(k) (điều kiện nhiệt độ)

                  Xem thêm:

                  • Nhôm là kim loại gì? Tính chất, ứng dụng và phương pháp sản xuất nhôm
                  • Muối kali nitrat (kno3): định nghĩa, tính chất, điều chế và ứng dụng

                  Ứng dụng hợp kim của thép

                  Gang thép hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống. Ứng dụng cụ thể của gang, thép như sau:

                  Ứng dụng của thép

                  Thép được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Tại đây bạn có thể tìm thấy thép cho:

                  • Đóng tàu: Thép cũng được sử dụng nhiều trong ngành đóng tàu. Thép sẽ được sử dụng trong đóng tàu vì khả năng chịu nhiệt, độ bền cao, chống mài mòn tốt và độ dẻo rất tốt. Bạn có thể thấy phần lớn thép được sử dụng cho thân tàu.

                  • Xây dựng: Thép được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. Cụ thể, chúng được sử dụng để chế tạo bê tông cốt thép. Sự ra đời của thép sẽ mang đến sự chắc chắn, kiên cố cho kiến ​​trúc. Ngoài ra, thép còn được sử dụng trong kỹ thuật giao thông và cơ sở hạ tầng dân dụng.

                    Ứng dụng của gang

                    Gang cũng được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống. Bạn có thể thấy việc sử dụng nhiều gang:

                    • Trước đây, gang được dùng để chế tạo vũ khí, lưỡi cày, nồi niêu, nông cụ…

                    • Gang được dùng để chế tạo các bộ phận kém chịu va đập và chịu tải.

                    • Gang cũng được sử dụng để sản xuất các bộ phận chống mài mòn và ma sát.

                      Câu hỏi bài tập và lời giải Hợp kim của sắt từ SGK Hóa học 9

                      Hợp kim của sắt là kiến ​​thức quan trọng trong môn hóa học lớp 9. Vì vậy, có rất nhiều bài tập liên quan đến hợp chất của sắt như gang, thép. Cụ thể có một số dạng bài tập cơ bản về hợp kim ferô như sau:

                      Bài tập 1 (SGK Hóa học 9 trang 63)

                      Chủ đề: Hợp kim là gì? Gang và thép là gì? Thành phần, tính chất và ứng dụng của gang, thép.

                      Giải pháp thay thế:

                      • Hỗn hợp nhiều kim loại hoặc phi kim và kim loại sau khi làm nguội gọi là hợp kim.

                      • Thép là hợp kim của sắt với cacbon và nhiều nguyên tố khác. Trong thành phần của thép, hàm lượng cacbon nhỏ hơn 2%.

                      • Gang là hợp chất của sắt với cacbon và nhiều nguyên tố khác. Trong số đó, hàm lượng carbon chiếm 2-5%.

                      • Ứng dụng của gang: Gang trắng thường dùng để luyện thép, gang xám thường dùng để chế tạo các thiết bị, máy móc.

                      • Ứng dụng của thép: Thép được dùng để chế tạo công cụ, dụng cụ lao động, chi tiết máy, vật liệu xây dựng, phương tiện giao thông…

                        Bài tập 3 (SGK Hóa học 9 trang 63)

                        Tiêu đề: Luyện gang thành thép như thế nào? Viết phương trình hóa học cụ thể.

                        Giải pháp thay thế:

                        Nguyên tắc luyện gang thành thép là loại bỏ các nguyên tố tốt như mangan, silic, cacbon…

                        Oxy sẽ được thổi vào lò chứa sắt nóng chảy. Oxy sẽ oxy hóa sắt thành feo. Feo sẽ tiếp tục oxi hóa một số nguyên tố trong gang như: s, p, si, mn, c. Ví dụ:

                        2fe + o2 → 2feo

                        feo + c → fe + co

                        2feo + si → 2fe + sio2

                        feo + mn → fe + mno.

                        Bài tập 4 (SGK Hóa học 9 trang 63)

                        Tiêu đề: Khí thải (co2, so2…) từ quá trình sản xuất thép ảnh hưởng như thế nào đến môi trường xung quanh? Một số câu trả lời để giải thích. Tìm hiểu các biện pháp phòng ngừa, kiểm soát ô nhiễm môi trường khu dân cư gần các cơ sở sản xuất gang thép.

                        Giải pháp thay thế:

                        Sulfur dioxide và carbon dioxide thải ra trong quá trình luyện gang có tác động đến môi trường xung quanh.

                        Khí sulfur dioxide gây ô nhiễm không khí và độc hại cho người và động vật.

                        Làm nồng độ axit trong nước mưa cao hơn bình thường.

                        so2 + h2o → h2so3

                        h2so3 tiếp tục bị oxi hóa thành h2so4.

                        co2 + h2o → h2co3

                        Các biện pháp chống ô nhiễm môi trường: Thiết lập hệ thống liên tục để xử lý khí thải độc hại trước khi thải vào không khí. Trồng vành đai xanh để hấp thụ carbon dioxide.

                        Thông qua những kiến ​​thức chi tiết nhất về hợp kim sắt, bạn có thể hiểu được rằng gang, thép được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và mang lại nhiều kết quả nổi bật trong các lĩnh vực. Bạn có thể truy cập ứng dụng khỉ để có thêm kiến ​​thức về các chủ đề khác một cách chính xác nhất.