Metalli ferrosi: struttura, tipi, caratteristiche, proprietà ed esempi
I metalli ferrosi sono quelli che contengono ferro (Fe), così come piccole quantità di altri metalli che vengono aggiunti per dare certe proprietà benefiche alle loro leghe. Sebbene il ferro possa esistere in vari stati di ossidazione, +2 (ferroso) e +3 (ferrico) sono i più comuni.
Tuttavia, il termine "ferroso" si riferisce alla presenza di ferro indipendentemente dal suo stato di ossidazione nel materiale. Il ferro è il quarto elemento più abbondante nella crosta terrestre, ma globalmente è il principale elemento terrestre. Pertanto, i metalli ferrosi storicamente e industrialmente hanno avuto una parte nell'evoluzione dell'uomo.
Questo è stato il caso a causa della sua grande abbondanza e proprietà modificabili. Questi metalli ferrosi partono dall'estrazione del ferro da fonti mineralogiche, quali: ematite (Fe 2 O 3 ), magnetite (Fe 3 O 4 ) e siderite (FeCO 3 ). A causa della resa, questi ossidi sono più desiderati nella lavorazione del ferro.
L'immagine in alto mostra una incandescente "lingua di fuoco" in ghisa. Tra tutti i metalli ferrosi, il più importante consiste in una lega di ferro con piccole quantità di carbonio aggiunto: l'acciaio.
struttura
Poiché il ferro è il componente principale dei metalli ferrosi, le loro strutture consistono in deformazioni cristalline del loro solido puro.
Di conseguenza, le leghe ferrose come l'acciaio non sono altro che l'inclusione interstiziale di altri atomi nella disposizione dei cristalli di ferro.
Cos'è questa disposizione? Il ferro forma allotropi (diverse strutture solide) in base alla temperatura alla quale è esposto, modificandone le proprietà magnetiche. Pertanto, a temperatura ambiente presenta un array di bcc, noto anche come alfa-ferro (il cubo a sinistra, immagine in alto).
Tuttavia, in un intervallo di alte temperature (912-1394 (ºC)), la disposizione mostra ccp o fcc: il ferro-gamma (il cubo sulla destra). Una volta superata questa temperatura, il ferro ritorna alla forma di bcc per fondere definitivamente.
Questo cambiamento di struttura alfa-gamma è noto come trasformazione di fase. La fase gamma è in grado di "imprigionare" gli atomi di carbonio, mentre la fase alfa no.
Pertanto, nel caso dell'acciaio, la sua struttura può essere visualizzata come insiemi di atomi di ferro che circondano un atomo di carbonio.
In questo modo, la struttura dei metalli ferrosi dipende dalla distribuzione delle fasi di ferro e degli atomi di altre specie nel solido.
Caratteristiche e proprietà
Il ferro puro è un metallo morbido e molto duttile, altamente sensibile alla corrosione e all'ossidazione di fattori esterni. Tuttavia, quando include diverse proporzioni di un altro metallo o carbonio, acquisisce nuove caratteristiche e proprietà.
In realtà, sono questi cambiamenti che rendono i metalli ferrosi utili per innumerevoli applicazioni.
Le leghe ferrose sono generalmente resistenti, resistenti e tenaci, di colori grigio brillante e con proprietà magnetiche.
Esempi
Ferro battuto o dolce
Ha un contenuto di carbonio inferiore allo 0, 03%. È di colore argento, si ossida facilmente e si incrina internamente. Inoltre, è duttile e modellabile, un buon conduttore di elettricità e difficile da saldare.
È il tipo di metallo ferroso che l'uomo ha usato per la prima volta nella fabbricazione di armi, utensili e costruzioni. Attualmente utilizzato in piastre, rivetti, reticoli, ecc. Poiché è un buon conduttore elettrico, è usato nel nucleo degli elettromagneti.
Ferro grezzo o ghisa
Nel prodotto iniziale degli altiforni, contiene il 3-4% di carbonio e tracce di altri elementi come silicio, magnesio e fosforo. Il suo uso principale è quello di intervenire nella produzione di altri metalli ferrosi.
Ferro puro
È un metallo bianco grigiastro con proprietà magnetiche. Nonostante la sua durezza, è fragile e fragile. Il suo punto di fusione è elevato (1500 ºC.) E si ossida rapidamente.
È un buon conduttore elettrico, quindi è usato nei componenti elettrici ed elettronici. Per il resto, è di scarsa utilità.
Ghisa o ghisa (fonderie)
Hanno un alto contenuto di carbonio (tra 1, 76% e 6, 67%). Sono più duri dell'acciaio ma più fragili. Si sciolgono a una temperatura inferiore a quella del ferro puro, intorno ai 1100 ° C.
Perché è modellabile, pezzi di diverse dimensioni e complessità possono essere realizzati con esso. La ghisa grigia è usata in questo tipo di ferro, che conferisce stabilità e stampabilità.
Hanno una maggiore resistenza alla corrosione rispetto all'acciaio. Inoltre, sono economici e densi. Presentano fluidità a temperature relativamente basse, essendo in grado di riempire gli stampi.
Inoltre, hanno buone proprietà di compressione, ma sono fragili e si rompono prima di piegarsi, quindi non sono utili per pezzi molto elaborati.
Ferro grigio
È la ghisa più comune, la sua tonalità grigia è dovuta alla presenza di grafite. Ha una concentrazione di carbonio tra 2, 5% e 4%; Inoltre, contiene silicone 1-3% per stabilizzare la grafite.
Presenta molti degli attributi delle ghise di base, essendo di alta fluidità. È inflessibile e si piega poco prima di rompere.
Ferro duttile
Si aggiunge carbone, sotto forma di granito sferico, ad una concentrazione tra il 3, 2% e il 3, 6%. La forma sferica della grafite gli conferisce una maggiore resistenza agli urti e alla malleabilità rispetto al ferro grigio, che ne consente l'uso in disegni dettagliati e con bordi.
acciai
Contenuto di carbonio tra 0, 03% e 1, 76%. Tra le sue qualità sono la durezza, la tenacia e la resistenza agli sforzi fisici. In generale, si ossidano facilmente. Sono saldabili e possono essere lavorati nella fucina o meccanicamente.
Inoltre, hanno una maggiore durezza e una minore fluidità rispetto alle ghise. Per questo motivo hanno bisogno di alte temperature per fluire negli stampi.
Acciaio e sue applicazioni
Esistono diversi tipi di acciaio, ciascuno con diverse applicazioni:
Acciaio al carbonio o costruzione
La concentrazione di carbonio può variare, stabilendo quattro forme: acciaio dolce (0, 25% di carbonio), acciaio semidolce (0, 35% di carbonio), acciaio semiduro (0, 45% di carbonio) e duro (0, 5%) ).
Viene utilizzato nella produzione di utensili, lamiere di acciaio, veicoli ferroviari, chiodi, viti, automobili e barche.
Acciaio al silicio
Chiamato anche acciaio elettrico o acciaio magnetico. La sua concentrazione di silicio varia tra l'1% e il 5%, il Fe varia tra il 95% e il 99% e il carbonio lo 0, 5%.
Inoltre, vengono aggiunte piccole quantità di manganese e alluminio. Ha grande durezza ed elevata resistenza elettrica. È usato nella fabbricazione di magneti e trasformatori elettrici.
Acciaio zincato
È ricoperto da un rivestimento di zinco che lo protegge dall'ossidazione e dalla corrosione. Pertanto, è utile per la produzione di parti e strumenti per tubi.
Acciaio inossidabile
Ha una composizione di Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) e C (0, 2%). È resistente all'ossidazione e alla corrosione. Viene utilizzato nella produzione di posate e materiale da taglio.
Acciaio al manganese
La sua composizione è Mn (10-18%), Fe (82-90%) e C (1, 12%). È duro e resistente all'usura. Viene utilizzato su binari ferroviari, casseforti e armature.
Invar acciaio
Presenta il 36% di Ni, il 64% di Fe e lo 0, 5% di carbonio. Ha un basso coefficiente di espansione. È usato nella costruzione di scale di indicatori; per esempio: misure di nastro.
