www.srebrnykruk.pl

strzalka

Żelazo i jego stopy


2.1.1. Stal nierdzewna


Żelazo
Zdjęcie nr 2-1. Żelazo.

Żelazo nazwa łacińska ferrum, symbol chemiczny Fe, osiąga temperaturę topnienia 1538 oC, temperaturę wrzenia 2862 oC, gęstość 7,9  g/cm3. w stanie czystym ma lśniącą, srebrzystą barwę jest dość twardym i względnie trudnotopliwym metalem. Jego ilość w skorupie ziemskiej szacowana jest na 6,2 % co czyni go czwartym spośród pierwiastków i drugim w śród metali pod względem częstości występowania. w stanie wolnym znajduje się na niezwykle rzadko, ale jest częstym składnikiem meteorów. Pozyskiwane jest zazwyczaj z rud bogatych w tlenki żelaza, samodzielnie występuje najczęściej pod postacią magnetytu, hematytu, limonitu, syderytu lub pirytu. Hematyt zawiera nawet do 66 % żelaza i jako jedyny może być bezpośrednio wytapiany w piecach hutniczych, dlatego też czasami nazywa się go „rudą naturalną”.

Meteoryt żelazny
Zdjęcie nr 2-2. Meteoryt żelazny.
Ruda darniowa
Zdjęcie nr 2-3. Ruda darniowa.

W dziejach ludzkości żelazo pojawiło się, około 1000 r. p.n.e. i wydobywano je z rud bagiennych2-4 oraz łąkowych2-5 metodą dymarkową. Metoda ta polegała na wykopaniu w ziemi dołu wyłożonego gliną, wypełnianego następnie rozdrobnioną rudą i węglem drzewnym. w dolnej części dołu wykonywano otwór do wdmuchiwania miechami powietrza. Tlenek żelaza redukował się do postaci czystego metalu a skała płonna2-6 przekształcała się w żużel. Na dnie pieca zbierały się ziarna żelaza tworzące żelgrudę tzn. porowatą gąbczastą masę przerośniętą żużlami. Wyjmowano ją z pieca rozżaloną do białości i szybko przekuwano wykruszając z niej żużel aż do uzyskania jednorodnego kawałka żelaza o masie od 2 do 6 kilogramów.

Pochodzenie żelaza opisano także w pracy stworzonej w okresie średniowiecza prze mnicha Teofila2-7 autora almanachu poświęconego rzemiosłu artystycznemu w tym też złotnictwu. Dzieło to zatytułowane było Teofila kapłana i zakonnika o sztukach rozmaitych ksiąg troje. Cieszyło się ono sporą poczytnością aż do połowy XVIII i XIX wieku. w księdze trzeciej w rozdziale „O żelazie”, można przeczytać; „Żelazo tworzy się w ziemi podobnie jak kamienie, które wykopane tak samo, jak miedź powyżej, kruszy się i wytapia w bryły, a potem w kowalskim piecu otapia się i przekówa, aby się stało zdatnem do wszelkiego wyrobu. Calibs (ocel, stal) ma nazwę od góry Calibs, na której jest w największem używaniu; gdzie stal podobnież się przysposabia, aby zdatną była do wyrobów[…]”

Obecnie żelazo i jego stopy mają bardzo wiele zastosowań poczynając od przemysłu budowlanego, chemicznego, produkcji maszyn, urządzeń, samochodów i wielu innych dziedzinach a kończąc na rzemiośle artystycznym.

Stopy żelaza klasyfikuje się pod względem zawartości w nich węgla i tak stopy o zawartości węgla do 2% nazywamy stalą i dzielimy ją na;

Poza węglem składnikiem stali i żeliwa jest krzem, mangan, fosfor i siarka.

Kryształ magnetytu w skale
Zdjęcie nr 2-4. Kryształmagnetytu w skale.
  • Barwa stalowoczarna o połysku metalicznym matowym, nieprzezroczysty.
  • Posiada silne właściwości magnetyczne.
  • Największe złoża w Szwecji, RPA, USA i Rosji
  • W Polsce w średniowieczu wydobywany w Kowarach na Dolnym Śląsku.
  • Najbogatszy minerał żelaza wykorzystywany w przemyśle metalurgicznym.
  • Odmiana stalowoszara po obróbce bywa wykorzystywana jako kamień ozdobny w jubilerstwie.
Hematyt - szklane głowy
Zdjęcie nr 2-5. Hematyt - szklane głowy.
  • Barwa makrokrystalicznej odmiany stalowoszara do stalowoczarnej, nieprzezroczysty często niebieskawo iryzujący; odmiany mikrokrystaliczne barwy czerwona do czerwonobrązowej o połysku metalicznym w cienkich warstwach prześwitująca na czerwono.
  • Największe złoża występują w USA, Kanadzie, Wenezueli i Angoli.
  • W Polsce spotykany w okolicach Nowej Słupi, Tatrach, Kotlinie Kłodzkiej i Górach Kaczawskich.
  • Powszechnie wykorzystywany w przemyśle metalurgicznym.
  • Najbardziej zbite i lśniące kryształy po obróbce wykorzystywane są w jubilerstwie jako kamienie ozdobne.
Syderyt
Zdjęcie nr 2-6. Syderyt.
  • Barwa od żółtej do czarnej o połysku szklistym, perłowym, przezroczysty do nieprzezroczystego.
  • Największe złoża występują w Austrii i Portugalii, znane skupiska krystaliczne występują na Grenlandii a kryształy w Kanadzie.
  • W Polsce spotykany w okolicach Częstochowy i Wielunia, Łęczycy, Końskich, Opatowie oraz Starachowicach.
  • Stosowany w metalurgii do produkcji stali.
  • Sporadycznie wykorzystywany także jako kamień ozdobny.
Piryt
Zdjęcie nr 2-7. Piryt.
  • Barwa spiżowo-żółta, złotożółta (kocie złoto) nierzadko z wielobarwnym nalotem o metalicznym połysku, nieprzezroczysty.
  • Występuje powszechnie na całym świecie. w Polsce eksploatowany w Rudkach koło Nowej Słupi i Wieściszowicach na Dolnym Śląsku.
  • Z uwagi na podobieństwo do złota nazywany jest „złotem głupców”.
  • Dawniej stosowany do jednej z metod rozpalania ognia, np. w zamku kołowym broni palnej.
  • Pozyskuje się z niego żelazo i siarkę.
  • Jest kamieniem kolekcjonerskim i wykorzystuje się go w jubilerstwie.
Limonit
Zdjęcie nr 2-8. Limonit.
Goethyt
Zdjęcie nr 2-9. Goethyt.
  • Barwa żółtobrunatna lub czarna o połysku ziemisto-porcelanowym, przeświecający do nieprzezroczystego.
  • Może mieć pochodzenie organiczne.
  • Największe złoża występują na Kubie w Wenezueli, Brazylii, Angoli, Kongu i Francji.
  • W Polsce spotykana jest w okolicy Miedzianej Góry, Miedzianki oraz w Dębowcu koło Prudnika w Sudetach i Stanisławowie w Górach Kaczawskich.
  • Terminem Limonity nazywane są różne tlenki i wodorotlenki żelaza np. Goethyt.
  • Niema znaczenia dla współczesnej metalurgii, odmiana ziemista (żółta ochra) wykorzystywana jest jako barwnik oraz jako gliny modelarskie.

2.1.1. Stal nierdzewna


Obecnie coraz większe zastosowanie w wytwarzaniu wyrobów jubilerskich ma stal nierdzewna zwana także stalą szlachetną. Charakteryzuje się ona podobnymi cechami jak metale szlachetne a swoją twardością i łatwością polerowania nawet je przewyższa. w związku z swoimi cechami wyparła w wielu zastosowaniach srebro i ograniczyła zużycie złota. Stal szlachetna nie rdzewieje gdyż jej powierzchnia pokryta jest powłoką z tlenków chromu zabezpieczającą przed działaniem korozji.

W złotnictwie zazwyczaj stosuje się stal szlachetną chromowo – niklową o strukturze austenitycznej – niemagnetycznej zawierającej w swoim składzie 18 do 20 % chromu, 8 do 10 % niklu, 0,12 % węgla a w pozostałej części żelazo. Ma ona temperaturę topnienia wynoszącą 1450 oC i ciężar właściwy 7,8 g/cm3, jest niemagnetyczna i nie utwardza się przez oziębianie.

Niewielki stopień zahartowania daje się uzyskać wyłącznie mechanicznymi metodami takimi jak kucie lub walcowanie. Zabieg żarzenia i oziębiania w wodzie lub spirytusie zwiększa miękkość stali. Ogrzewanie i studzenie trzeba przeprowadzać szybko gdyż dłuższa obróbka cieplna na wolnym powietrzu dozwolona jest tylko w temperaturze jasnoczerwonego żaru. Jej niewłaściwe prowadzenie powodować może zmniejszenie wytrzymałości na rdzewienie oraz pogorszenie barwy i zdolności do lutowania a także zwiększenie kruchości. Obróbka cieplna powinna być wykonywana przez wyżarzanie niewielkich fragmentów przedmiot palnikiem Bunsena2-8 następnie zaś za pomocą palnika acetylenowego, natomiast tlen i wodór używa się do żarzenia dużych fragmentów i topienia oraz lutowania. Płomień gazowo – tlenowy powinien być używany tylko, gdy nie mamy płomienia tlenowo – wodorowego i z uwagi na zwartość w nim węgla obróbka musi być prowadzona o wiele szybciej.



2-4Ruda bagienna jest to skała osadowa tworząca się w środowisku bagiennym.

2-5Ruda łąkowa jest to skała osadowa tworząca się pod darnią na podmokłych łąkach.

2-6Skała płonna w przypadku złóż metali skała w obrębie, której skupienie pierwiastka jest znikome.

2-7Mnich Teofil zakonnik benedyktyński żyjący w latach ok. 1070 – 1125, autor almanachu traktującego o średniowiecznych technikach rzemiosła artystycznego, wydanego w Polsce po raz pierwszy w 1880 roku w Krakowie, pod tytułem Teofila kapłana i zakonnika. o sztukach rozmaitych ksiąg troje. Wszystkie cytaty użyte w tej książce zaczerpnięte zostały ze strony; http://almanach.historyczny.org/wiki/O_Sztukach_Rozmaitych_Ksią_Troje.

2-8Palniki Bunsena jest to palnik, w którym mieszanie powietrza atmosferycznego z gazem następuje w dyszy.