Τι είναι τα σιδηρούχα μέταλλα;

Γενικά υπάρχουν πολλές διαφορετικές κατηγορίες στις οποίες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν τα μέταλλα. Μερικά μέταλλα μπορεί να είναι ελατά ενώ άλλα μπορεί να είναι εύθραυστα. Άλλα μέταλλα μπορούν να είναι μαγνητικά και μερικά δεν έχουν καθόλου μαγνητισμό. Μερικοί τύποι κραμάτων μπορούν να σκληρυνθούν μέσω κατακρήμνισης ένω άλλοι δεν έχουν αυτή τη δυνατότητα.

Οι προαναφερθείσες ιδιότητες έχουν ως αποτέλεσμα σημαντικές διαφοροποιήσεις στις εφαρμογές και χρήσεις των μετάλλων. Ωστόσο, κατά την κατηγοριοποίηση των μετάλλων, μία από τις σημαντικότερες διαφοροποιήσεις αφορά στο αν κάποιο μέταλλο είναι σιδηρούχο ή μη σιδηρούχο.

Ένα μέταλλο που εμπίπτει στην κατηγορία των σιδηρούχων σημαίνει ότι περιέχει σίδηρο, ο οποίος αποτελεί ένα μεγάλο ποσοστό της στοιχειακής σύνθεσης. Ακόμη και αν δεν είναι το κυρίαρχο στοιχείο, ο σίδηρος θα είναι πιθανώς το δεύτερο ή το τρίτο στοιχείο όσον αφορά στην περιεκτικότητα. Εάν ένα μέταλλο περιέχει μόνο ίχνη σιδήρου, όπως πολλά μέταλλα, τότε αυτή η μικρή ποσότητα δε θεωρείται αρκετή για να χαρακτηρίσει το μέταλλο «σιδηρούχο».

Είναι δύσκολο να αποδοθούν κοινές ιδιότητες στα σιδηρούχα μέταλλα, καθώς μπορούν να διαθέτουν μεγάλη ποικιλία κραματικών στοιχείων που αλλάζουν σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες τους. Για παράδειγμα, πολλά σιδηρούχα μέταλλα είναι μαγνητικά. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει για όλα τα σιδηρούχα μέταλλα. Ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, ενώ θεωρείται σιδηρούχο μέταλλο, δεν είναι μαγνητικός επειδή η μεγάλη ποσότητα νικελίου του επιτρέπει να έχει μια κρυσταλλική δομή που είναι κυρίως ωστενίτης σε θερμοκρασία δωματίου.

Ορισμένα σιδηρούχα μέταλλα, όπως ο χυτοσίδηρος, διαθέτουν εξαιρετική αντοχή, αλλά είναι εύθραυστα. Όμως, ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, ένας άλλος τύπος σιδηρούχου μετάλλου, μπορεί να είναι αρκετά μαλακός και όλκιμος επειδή δεν περιέχει τόσο υψηλή ποσότητα άνθρακα όσο ο χυτοσίδηρος.

Ενώ είναι δύσκολο να τοποθετηθούν οι ιδιότητες όλων των σιδηρούχων μετάλλων κάτω από μια ομπρέλα, υπάρχουν ορισμένες γενικεύσεις. Για παράδειγμα, τα σιδηρούχα μέταλλα χαρακτηρίζονται συχνά από υψηλή αντοχή, ειδικά όταν συγκρίνονται με το χαλκό, τον κασσίτερο και τα κράματα του μολύβδου. Τα σιδηρούχα μέταλλα έχουν επίσης γενικά υψηλή σκληρότητα και αν δεν είναι κραματωμένα με άλλα στοιχεία ή δε διαθέτουν κάποιο είδος επικάλυψης, είναι ιδιαίτερα πιθανόν να οξειδωθούν. Τα περισσότερα σιδηρούχα μέταλλα, με εξαίρεση τον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα και κάποια άλλα κράματα, είναι μαγνητικά.

Παραδείγματα σιδηρούχων μετάλλων αποτελούν:

• Ανθρακούχος χάλυβας
• Ανοξείδωτος χάλυβας
• Χυτοσίδηρος
• Κραματωμένος χάλυβας

Οι ανθρακούχοι χάλυβες είναι πιθανώς ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος σιδηρούχων μετάλλων. Η περιεκτικότητα τους σε σίδηρο είναι μεγαλύτερη από 90% κ.β. Το σημαντικό κραματικό στοιχείο στον ανθρακούχο χάλυβα είναι ο άνθρακας και μόνο ίχνη άλλων στοιχείων. Οι κοινές εφαρμογές των ανθρακούχων χαλύβων είναι στις κατασκευές και την αυτοκινητοβιομηχανία.

Ο ανοξείδωτος χάλυβας ανήκει σε μια ομάδα σιδηρούχων μετάλλων που έχουν ευρεία χρήση. Ο ανοξείδωτος χάλυβας περιέχει σίδηρο (Fe) ως κυριότερο συστατικό και χρώμιο (Cr) ως βασικό κραματικό στοιχείο (σε ποσοστό άνω του 12% κ.β.) για προστασία από τη διάβρωση. Οι κοινές εφαρμογές των ανοξείδωτων χαλύβων περιλαμβάνουν συσκευές, φαρμακευτικό και ιατρικό εξοπλισμό, εξοπλισμό ποιότητας τροφίμων και εργαλεία κοπής.

Οι ανοξείδωτοι χάλυβες, ανάλογα με την επιλογή της περιεκτικότητας σε άνθρακα, διαθέτουν διαφορετικές μικροδομές. Με τον τρόπο αυτό προκύτπουν οι φερριτικοί, ωστενιτικοί, οι μαρτενσιτικοί και οι duplex (ωστενιτο-φερριτικοί) χάλυβες. Ο κάθε τύπος έχει τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ανάλογα με την εφαρμογή.

Οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες περιέχουν άνθρακα, νικέλιο (10-12% κ.β.) και χρώμιο (17-19% κ.β.). Οι χάλυβες αυτοί παρουσιάζουν υψηλή αντίσταση στη διάβρωση μέχρι και 900^οC, καλές μηχανικές ιδιότητες και καλή μηχανουργική κατεργασιμότητα αλλά δεν είναι μαγνητικοί. Υπάρχουν επίσης φερριτικοί, μαρτενσιτικοί, και duplex ανοξείδωτοι χάλυβες. 

Οι φερριτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες περιέχουν 12-19% κ.β. χρώμιο και μικρότερη ποσότητα νικελίου (0,3-0,5% κ.β.). Από πλευρά μηχανικών ιδιοτήτων, οι χάλυβες αυτοί υστερούν ως προς τη συνολική επιμήκυνση (Total Elongation) και το όριο θραύσης (Tensile Strength), ενώ το όριο διαρροής τους (Yield Strength) είναι παρόμοιο με των ωστενιτικών. Επίσης παρουσιάζουν καλύτερη επιδεκτικότητα διαμόρφωσης (Formability). 

Ο χυτοσίδηρος είναι ένας τύπος σιδηρούχου μετάλλου, ένα κράμα σιδήρου-άνθρακα και πυριτίου (Fe-C-Si) με μεγάλη περιεκτικότητα σε άνθρακα (2,1-4% κ.β.), γεγονός που του προσδίδει μεγάλη αντοχή. Ωστόσο, παρά την υψηλή αντοχή, ο χυτοσίδηρος είναι αρκετά εύθραυστος. Τα βασικά πλεονεκτήματα του χυτοσιδήρου, ως υλικού για εφαρμογές, σε σχέση με τον χάλυβα, είναι το χαμηλότερο κόστος, το χαμηλότερο σημείο τήξης και ότι, σε τηγμένη μορφή, έχει χαμηλό ιξώδες και επομένως μπορεί να λαμβάνει περίπλοκα σχήματα κατά τη χύτευση.

Οι συνήθεις εφαρμογές του χυτοσιδήρου περιλαμβάνουν μαγειρικά σκεύη, μικρά εξαρτήματα που υπόκεινται σε φθορά, όπως γρανάζια, ράβδοι και καρφίτσες και εξοπλισμός που σχετίζεται με εξορυκτικές εργασίες.

Οι κραματωμένοι χάλυβες προκύπτουν με επιλεγμένες προσθήκες συγκεκριμένων στοιχείων με στόχο να αυξηθεί η αντοχή του χάλυβα σε φθορά και διάβρωση καθώς και να αυξηθούν οι μηχανικές αντοχές.  Ενώ τέτοιοι χάλυβες αποτελούνται κυρίως από σίδηρο, διαφορετικές ποσότητες χαλκού, βαναδίου, βολφραμίου, μαγγανίου και άλλων στοιχείων μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κραματικά στοιχεία προκειμένου να επιτευχθεί υψηλότερη σκληρότητα, ολκιμότητα, αντοχή σε εφελκυσμό, σκληρότητα και άλλες ιδιότητες. Οι συνήθεις εφαρμογές των κραματωμένων χαλύβων περιλαμβάνουν εργαλεία, μήτρες και εξοπλισμό κατεργασίας.

Με πληροφορίες από metalsupermarkets.com