Lý thuyết hợp kim của sắt

1. Gang

- Gang là hợp kim của sắt với cacbon, trong đó C chiếm 2 – 5% về khối lượng.

- Phân loại:

+ Gang trắng: chứa C ở dạng than chì, dùng để đúc bệ máy, ống dẫn nước, cánh cửa

+ Gang xám: chứa ít C hơn và C chủ yếu ở dạng xementit (Fe₃C), được dùng để luyện thép

- Nguyên tắc luyện gang : khử oxit sắt trong quặng bằng than cốc trong lò cao thành sắt.

- Nguyên liệu: quặng sắt oxit ( thường là quặng hemantit đỏ), than cốc và chất chảy ( CaCO₃ và SiO­₂)

- Các phương trình hóa học:

 Tạo chất khử C + O₂ -> CO₂ và C + CO₂ -> 2CO.

 Quá trình khử  :Fe₂O₃ -> Fe₃O₄ -> FeO -> Fe.

 Loại tạp chất trong quặng :        CaCO₃ -> CaO + CO₂

                                              CaO + SiO­₂ -> CaSiO₃

2.Thép

- Là hợp kim của sắt với C trong đó C chiếm 0,01 – 2% về khối lượng.

- Phân loại :

+ Thép thường ( thép cacbon)

Thép mềm chứa không quá 0,1%C; dễ gia công, được dùng kéo sợi hay cán thành thép lá dùng trong vật dụng đời sống và xây dựng

Thép cứng: chứa trên 0,9%C dùng để chế tạo công cụ, chi tiết máy

+ Thép đặc biệt: cho thêm vào thép 1 số nguyên tố làm thép có tính chất đặc biệt

Thép chứa 13%Mn rất cứng, được dùng làm máy nghiền đá

Thép chứa khoảng 20% Cr và 10% Ni rất cứng, không gỉ, dùng làm dụng cụ gia đình, y tế

Thép chứa khoảng 18% W và 5% Cr rất cứng, dùng để chế tạo máy cắt, gọt,..

- Nguyên tắc luyện gang thành thép : loại bỏ phần lớn các nguyên tố C, Si,Mn, S,… ra khỏi gang bằng cách oxi hóa chúng và chuyển thành xỉ.

- Các phương trình hóa học :

     C + O₂ -> CO₂;                  S + O₂ -> SO₂

     Si + O₂ -> SiO₂ ;                4P + 5O₂ -> 2P₂O₅ (xỉ)

     CaO + SiO₂ -> CaSiO₃ ;        3CaO + P₂O₅ -> Ca₃(PO₄)₂ (xỉ).

- Phương pháp luyện thép : phương pháp Bet-xơ-me (lò thổi oxi) ; phương pháp Mac-tanh (lò bằng) ; phương pháp lò điện.

- Gang và thép được sử dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp và đời sống.