METALE FEROASE: STRUCTURĂ, TIPURI, CARACTERISTICI - CHIMIE - 2025

De metale feroase sunt cele care conțin fier (Fe) , precum și cantități mici de alte metale care sunt adăugate pentru a da anumite proprietăți benefice pentru aliajele sale. Deși fierul poate exista în diferite stări de oxidare, +2 (feroase) și +3 (feric) sunt cele mai frecvente.

Cu toate acestea, termenul "feroasă" se referă la prezența fierului indiferent de starea de oxidare a acestuia în material. Fierul este al patrulea element cel mai abundent din scoarța terestră, dar la nivel global este elementul principal al pământului. Prin urmare, istoric și industrial, metalele feroase au participat la evoluția omului.

Acest lucru a fost cazul datorită abundenței sale deosebite și a proprietăților modificabile. Aceste metale feroase pornesc de la extragerea fierului din surse mineralogice, cum ar fi: hematit (Fe ₂ O ₃ ), magnetită (Fe ₃ O ₄ ) și siderită (FeCO ₃ ). Datorită performanței, acești oxizi sunt cei mai doriți în prelucrarea fierului.

Imaginea de sus arată o „limbă de foc” din fontă incandescentă. Dintre toate metalele feroase, cel mai important este format dintr-un aliaj de fier cu cantități mici de carbon adăugat: oțelul.

Structura

Deoarece fierul este componenta principală a metalelor feroase, structurile lor constau în deformații cristaline ale solidului lor pur.

În consecință, aliajele feroase precum oțelul nu sunt altceva decât includerea interstițială a altor atomi în aranjarea cristalină a fierului.

Ce este acest aranjament? Fierul formează alotrope (structuri solide diferite) în funcție de temperatura la care este expus, schimbându-și proprietățile magnetice. Astfel, la temperatura camerei prezintă un aranjament bcc, cunoscut și sub denumirea de alfa-fier (cubul din stânga, imaginea de sus).

Pe de altă parte, într-o gamă de temperaturi ridicate (912-1394 (ºC)), se arată aranjamentul ccp sau fcc: fier-gama (cubul din dreapta). După depășirea acestei temperaturi, fierul revine la forma bcc pentru a se topi definitiv.

Această modificare a structurii alfa-gamma este cunoscută sub numele de transformarea fazelor. Faza gamma este capabilă să "prindă" atomii de carbon, în timp ce faza alfa nu este.

Astfel, în cazul oțelului, structura lui poate fi vizualizată ca seturi de atomi de fier care înconjoară un atom de carbon.

În acest fel, structura metalelor feroase depinde de distribuția fazelor fierului și a atomilor altor specii în solid.

Caracteristici și proprietăți

Fierul pur este un metal moale și foarte ductil, foarte sensibil la coroziune și oxidare din factori externi. Cu toate acestea, atunci când include proporții diferite de un alt metal sau carbon, dobândește noi caracteristici și proprietăți.

De fapt, aceste schimbări fac ca metalele feroase să fie utile pentru aplicații numeroase.

Aliajele feroase sunt în general puternice, durabile și rezistente, cu culori strălucitoare cenușii și proprietăți magnetice.

Exemple

Fier forjat sau dulce

Are un conținut de carbon mai mic de 0,03%. Are culoarea argintie, ruginește ușor și crăpătură în interior. În plus, este ductil și modelabil, un bun conductor de electricitate și greu de sudat.

Este tipul de metale feroase pe care omul l-a folosit mai întâi la fabricarea armelor, ustensilelor și clădirilor. În prezent este utilizat în plăci, nituri, spaliere etc. Deoarece este un conductor electric bun, este utilizat în miezul electromagnetilor.

Fier grosier sau fontă

În produsul inițial al cuptorului, conține 3-4% carbon și urme de alte elemente precum siliciu, magneziu și fosfor. Utilizarea sa principală este să intervină în producerea altor metale feroase.

Fier pur

Este un metal alb-cenușiu, cu proprietăți magnetice. În ciuda durității sale, este fragil și fragil. Punctul său de topire este ridicat (1500 ºC) și se oxidează rapid.

Este un conductor electric bun, motiv pentru care este utilizat în componente electrice și electronice. Altfel este de mică folos.

Fonta sau fontă (turnătorie)

Au un conținut ridicat de carbon (între 1,76% și 6,67%). Sunt mai dure decât oțelul, dar mai fragile. Se topesc la o temperatură mai scăzută decât fierul pur, în jur de 1100ºC.

Deoarece este modelabil, poate fi utilizat pentru fabricarea de piese de diferite dimensiuni și complexitate. În acest tip de fier, se folosește fontă tip gri, ceea ce îi conferă stabilitate și modelabilitate.

Au o rezistență mai mare la coroziune decât oțelul. De asemenea, sunt ieftine și dense. Prezintă fluiditate la temperaturi relativ scăzute, putând umple matrițele.

De asemenea, au proprietăți bune de compresie, dar sunt fragile și se rup înainte de îndoire, deci nu sunt potrivite pentru piese foarte elaborate.

Fier gri

Este cea mai obișnuită fontă, nuanța sa gri fiind datorată prezenței grafitului. Are o concentrație de carbon între 2,5% și 4%; în plus, conține 1-3% silicon pentru a stabiliza grafitul.

Are multe dintre atributele fontului de bază, fiind extrem de fluid. Este inflexibil și se apleacă cu puțin timp înainte de rupere.

Fier ductil

Se adaugă carbon, sub formă de granit sferic, la o concentrație între 3,2% și 3,6%. Forma sferică a grafitului îi conferă o rezistență la impact mai mare și maleabilitate decât fierul gri, permițându-i să fie utilizat în proiecte detaliate și tăiate.

oţeluri

Conținut de carbon între 0,03% și 1,76%. Printre calitățile sale se numără duritatea, tenacitatea și rezistența la eforturile fizice. În general, se ruginesc ușor. Sunt sudabile și pot fi prelucrate la forjare sau mecanic.

De asemenea, au duritate mai mare și fluiditate mai mică decât fiarele turnate. Din acest motiv au nevoie de temperaturi ridicate pentru a curge în matrițe.

Oțelul și aplicațiile sale

Există mai multe tipuri de oțel, fiecare cu aplicații diferite:

Oțel carbon sau construcție

Concentrația de carbon poate varia, stabilind patru forme: oțel ușor (0,25% carbon), oțel semi-dulce (0,35% carbon), oțel semi-dur (0,45% carbon) și dur (0,5% ).

Este utilizat la fabricarea de scule, foi de oțel, vehicule feroviare, cuie, șuruburi, automobile și bărci.

Oțel siliconic

Numit și oțel electric sau oțel magnetic. Concentrația sa de siliciu variază între 1% și 5%, Fe variază între 95% și 99%, iar carbonul 0,5%.

În plus, se adaugă cantități minore de mangan și aluminiu. Are duritate mare și rezistență electrică ridicată. Este utilizat la fabricarea magneților și a transformatoarelor electrice.

Oțel galvanizat

Este acoperit cu un strat de zinc care îl protejează de rugină și coroziune. Prin urmare, este util pentru fabricarea pieselor și sculelor pentru conducte.

Oțel inoxidabil

Are o compoziție de Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) și C (0,2%). Este rezistent la rugină și coroziune. Este utilizat la producerea tacâmurilor, precum și a materialului de tăiat.

Oțel mangan

Compoziția sa este Mn (10-18%), Fe (82-90%) și C (1,12%). Este greu și rezistent la uzură. Folosit pe șinele de tren, seifuri și armuri.

Oțel Invar

Are 36% Ni, 64% Fe și 0,5% carbon. Are un coeficient scăzut de expansiune. Se folosește la construcția de cântare indicatoare; de exemplu: măsuri cu bandă.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie. Ediția a 8-a, CENGAGE Learning.
2. Admin. (19 septembrie 2017). Ce este fierul, de unde provine și câte tipuri de fier există. Preluat pe 22 aprilie 2018, de pe: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Fier. Preluat pe 22 aprilie 2018, de pe: en.wikipedia.org
4. Metale. Proprietăți generale. Extracția și clasificarea metalelor. Preluat pe 22 aprilie 2018, de la: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Ianuarie 2018). Caracterizarea metalurgică a materialelor feroase și nereale. Preluat pe 22 aprilie 2018, de pe: steemit.com
6. Eseuri, Marea Britanie. (Noiembrie 2013). Structuri de bază ale metalelor feroase. Preluat pe 22 aprilie 2018, de pe: ukessays.com
7. Cdang. (7 iulie 2011). Iron Alpha și Iron Gamma. . Preluat pe 22 aprilie 2018, de la: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (15 iunie 2008). Împletituri din oțel inoxidabil. . Preluat pe 22 aprilie 2018, de la: commons.wikimedia.org