在纯净形式下，由于两个主要缺点，金属铁在现代应用中很少使用：它极易腐蚀（生锈），与其合金相比，其机械性能相对较差。它比我们从中衍生的材料（尤其是钢）更软、强度更低。
铁的基本缺点是其反应性，这会导致快速腐蚀，以及其固有的柔软性。这正是我们几乎从不使用纯铁，而是依赖其合金——如钢和铸铁——的原因，这些合金经过设计，可以克服这些确切的弱点。
主要缺点：腐蚀（生锈）
铁最著名的弱点是其生锈的倾向。这不仅仅是一个美观问题；它是一个积极破坏金属的化学过程。
不可避免的化学反应
铁在水或空气湿度的存在下很容易与氧气反应。这种被称为氧化的电化学过程会形成水合氧化铁(III)，我们称之为铁锈。
一种破坏性的腐蚀形式
与铝上形成的保护性氧化层不同，铁锈是片状的、易碎的且多孔的。它会剥落，将下面的新鲜铁暴露出来，使腐蚀过程继续进行，有效地从外部侵蚀材料。
对结构完整性的影响
形成的铁锈的密度也比原始铁低。这种膨胀会产生巨大的力，导致周围的材料（如混凝土）开裂，并随着时间的推移导致灾难性的结构失效。
机械性能的限制
虽然我们认为铁很坚固，但其纯形式对于大多数工程需求来说在机械性能上并不令人印象深刻。其性能对杂质（尤其是碳）非常敏感。
相对的柔软性和延展性
纯铁，有时被称为熟铁，相当柔软且具有延展性。虽然这使得它易于用于装饰目的，但它缺乏结构梁、工具或发动机部件所需的硬度和拉伸强度。
较低的强度重量比
铁是一种致密的金属。与铝合金或钛等现代材料相比，其给定重量下的强度要低得多。这使得它不适合对重量有关键要求的应用，例如航空航天或高性能车辆。
杂质导致的脆性
相反，含碳量高的铁（例如来自高炉的生铁）非常脆。它会在应力或冲击下断裂而不是弯曲。整个炼钢科学就是精确控制这种碳含量的平衡行为。
理解权衡
铁的缺点是显著的，但必须权衡其最大的优势，这解释了为什么它仍然是地球上使用最广泛的金属。
无与伦比的成本和丰度
铁是地壳中第四常见的元素。这种惊人的丰度使得它及其衍生的钢材与几乎任何其他金属相比都极其便宜。对于大多数应用来说，其成本效益超过了其缺陷。
合金化的力量
纯铁的局限性正是我们开发钢材的原因。通过添加少量受控的碳和其他元素（例如用于不锈钢的铬），我们极大地提高了其强度、硬度和耐腐蚀性。钢不是一种不同的金属；它是被完善的铁。
基本的磁性
铁是少数天然铁磁性材料之一。这种独特的特性对于制造电动机、发电机、变压器和数据存储设备至关重要，在这些应用中，没有任何其他常见元素可以替代它。
为您的目标做出正确的选择
铁的“缺点”最好被理解为我们通过合金化来适应特定目的的基线特性。
- 如果您的主要重点是结构强度和耐用性：请使用钢，因为它是一种专门设计的铁合金，旨在克服铁固有的柔软性并提高其弹性。
- 如果您的主要重点是在恶劣环境中抵抗腐蚀：请使用不锈钢或镀锌（镀锌）钢，这直接解决了铁易生锈的倾向。
- 如果您的主要重点是复杂形状的低成本铸造：铸铁是理想的选择，但您必须围绕其固有的脆性进行设计。
- 如果您的主要重点是装饰性金属制品：熟铁是一个可行的选择，但它需要保护涂层以防止生锈。
了解纯铁的局限性是欣赏为什么它的合金构建并继续支撑现代世界的关键。
总结表：
| 缺点 | 描述 | 影响 |
|---|---|---|
| 腐蚀（生锈） | 与氧气和湿气反应，形成片状、不具保护性的铁锈。 | 随着时间的推移削弱结构完整性，导致材料失效。 |
| 机械性能差 | 纯净时柔软且具有延展性；高碳含量时会变脆。 | 缺乏大多数结构或工程应用所需的强度和硬度。 |
| 强度重量比低 | 致密的金属，与现代合金相比，单位重量强度较低。 | 不适用于航空航天或高性能车辆等对重量敏感的应用。 |
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