METALLS FÈRRICS: ESTRUCTURA, TIPUS, CARACTERÍSTIQUES - QUIMICA - 2025

Els metalls ferrosos són aquells que contenen ferro (Fe), així com petites quantitats d'altres metalls que li són afegits per donar-los certes propietats beneficioses als seus aliatges. Encara que el ferro pot existir en diversos estats d'oxidació, el +2 (ferrós) i el +3 (fèrric) són els més comuns.

No obstant això, el terme «ferrós» al·ludeix a la presència de l'ferro sense importar el seu estat d'oxidació en el material. El ferro és el quart element més abundant en l'escorça terrestre, però globalment és el principal element terrestre. Per tant, històrica i industrialment els metalls fèrrics han tingut participació en l'evolució de l'home.

Això ha estat així per la seva gran abundància i propietats modificables. Aquests metalls ferrosos parteixen de l'extracció de l'ferro de fonts mineralògiques, com ara: l'hematita (Fe ₂ O ₃), la magnetita (Fe ₃ O ₄) i la siderita (FeCO ₃). A causa de l'rendiment, aquests òxids són més desitjats en el processament de l'ferro.

La imatge superior mostra una "llengua de foc" incandescent de ferro fos. De tots els metalls ferrosos, el més important consisteix d'un aliatge de ferro amb quantitats petites de carboni agregades: l'acer.

estructura

A causa de que el ferro és el component principal dels metalls ferrosos, les estructures dels mateixos consisteixen en deformacions cristal·lines del seu sòlid pur.

En conseqüència, els aliatges ferrosos com l'acer no són més que la inclusió intersticial d'altres àtoms en l'arranjament cristal·lí de l'ferro.

Quin és aquest arranjament? El ferro forma al·lòtrops (diferents estructures sòlides) segons la temperatura a la qual és exposat, canviant les seves propietats magnètiques. Així, a temperatura ambient presenta un arranjament bcc, conegut també com ferro-alfa (el cub de l'esquerra, imatge superior).

En canvi, en un rang de temperatures elevades (912-1394 (ºC)), manifesta l'arranjament ccp o fcc: el ferro-gamma (el cub de la dreta). Superada aquesta temperatura, el ferro torna a la forma bcc per finalment fondre.

Aquest canvi d'estructura alfa-gamma es coneix com a transformació de fases. La fase gamma és capaç de "empresonar" àtoms de carboni, mentre que la fase alfa no.

Així, en el cas de l'acer, la seva estructura pot visualitzar-se com conjunts d'àtoms de ferro envoltant un àtom de carboni.

D'aquesta manera, l'estructura dels metalls ferrosos depèn de la distribució de les fases de l'ferro i els àtoms d'altres espècies en el sòlid.

Característiques i propietats

El ferro pur és un metall tou i molt dúctil, altament sensible a la corrosió i oxidació dels factors externs. No obstant això, quan inclou diferents proporcions d'un altre metall o de carboni, adquireix noves característiques i propietats.

De fet, són aquests canvis els que fan dels metalls ferrosos útils per a infinitat d'aplicacions.

Els aliatges ferrosos són generalment resistents, duradores i tenaços, de colors grisencs brillants i amb propietats magnètiques.

exemples

Ferro forjat o dolç

Té un contingut de carboni inferior a l'0,03%. És de color platejat, s'oxida amb facilitat i s'esquerda internament. A més, és dúctil i emmotllable, bon conductor de l'electricitat i de difícil soldadura.

És el tipus de metall ferrós que primer va utilitzar l'home en la fabricació d'armes, estris i les construccions. Actualment s'usa en plaques, reblons, enreixats, etc. Com que és un bon conductor elèctric, s'utilitza en el nucli dels electroimants.

Ferro en brut o ferro colat

En el producte inicial dels alts forns, conté 3-4% de carboni i traces d'altres elements com silici, magnesi i fòsfor. El seu ús principal és intervenir en la producció d'altres metalls ferrosos.

ferro pur

És un metall de color blanc grisenc amb propietats magnètiques. Malgrat la seva duresa és fràgil i trencadís. El seu punt de fusió és alt (1500 ºC.) I s'oxida ràpidament.

És un bon conductor elèctric, per la qual cosa es fa servir en components elèctrics i electrònics. Per la resta, és de poca utilitat.

Ferro fos o colat (foses)

Presenten un alt contingut de carboni (entre l'1,76% i 6,67%). Són més durs que l'acer però de major fragilitat. Fonen a menor temperatura que el ferro pur, al voltant de 1100 ºC.

Per ser modelable, amb aquest es poden fabricar peces de diferents mides i complexitat. En aquest tipus de ferro es fa servir la fosa tipus grisa que li dóna estabilitat i modelabilitat.

Tenen una major resistència a la corrosió que l'acer. A més, són barats i densos. Presenten fluïdesa a temperatures relativament baixes, podent omplir els motlles.

Així mateix, posseeixen bones propietats de compressió, però són fràgils i es trenquen abans de doblegar-se, per la qual cosa no serveixen per a les peces molt elaborades.

ferro gris

És el ferro fos més comú, sent la seva tonalitat gris deguda a la presència de grafit. Té una concentració de carboni compresa entre un 2,5% i un 4%; addicionalment, conté 1-3% de silicona per estabilitzar el grafit.

Presenta molts dels atributs dels ferros de fosa bàsics, sent d'alta fluïdesa. És inflexible i es doblega poc abans de trencar-se.

ferro dúctil

Se li afegeix carboni, sota la forma de granit esfèric, a una concentració entre 3,2% i 3,6%. La forma esfèrica de l'grafit li confereix major resistència als impactes i mal·leabilitat que el ferro gris, la qual cosa permet el seu ús en dissenys detallats i amb vores.

acers

Contingut de carboni d'entre 0,03% i 1,76%. Entre les seves qualitats estan la duresa, la tenacitat i la resistència a esforços físics. En general s'oxiden fàcilment. Són soldables i poden ser processats en la forja o mecànicament.

Així mateix, presenten major duresa i menor fluïdesa que els ferros fosos. Per aquest motiu necessiten de temperatures altes per fluir en els motlles.

Acer i les seves aplicacions

Hi ha diversos tipus d'acer, cadascun amb diferents aplicacions:

Acer a el carboni o de construcció

La concentració de carboni pot variar, establint-quatre formes: acer dolç (0,25% de carboni), acer semidolç (0,35% de carboni), acer semidur (0,45% de carboni) i dur (0,5%).

S'empra en l'elaboració d'eines, fulles d'acer, vehicles ferroviaris, claus, cargols, automòbils i embarcacions.

Acer a l'silici

Anomenat també acer elèctric o acer magnètic. La seva concentració de silici varia entre 1% i 5%, el Fe varia entre un 95% i un 99%, i de carboni té un 0,5%.

A més, se li afegeixen quantitats menors de manganès i alumini. Posseeix gran duresa i alta resistència elèctrica. S'utilitza en l'elaboració d'imants i transformadors elèctrics.

acer galvanitzat

Està recobert d'una coberta de zinc que el protegeix de l'oxidació i la corrosió. Per tant, és útil per a la fabricació de peces de canonada i eines.

acer inoxidable

Presenta una composició de Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) i C (0,2%). És resistent a l'oxidació i la corrosió. S'utilitza en l'elaboració de ganiveteria així com de material tallant.

Acer a l'manganès

La seva composició és de Mn (10-18%), Fe (82-90%) i C (1,12%). És dur i resistent a l'desgast. S'usa en rails de tren, caixes fortes i armadures.

acer invar

Presenta un 36% de Ni, el 64% de Fe i 0,5% de carboni. Té un coeficient d'expansió baix. S'utilitza en la construcció d'escales indicadores; per exemple: cintes mètriques.

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. 8va ed., Cengage Learning.
2. Admin. (19 de setembre del 2017). Què és el ferro, d'on ve i quants tipus de ferro hi ha. Recuperat el 22 d'abril de 2018, de: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Iron. Recuperat el 22 d'abril de 2018, de: en.wikipedia.org
4. Metals. General properties. Extraction and classification of metalls. Recuperat el 22 d'abril de 2018, de: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Gener de 2018). Metalurgical characterization of Ferrous and non-ferreal materials. Recuperat el 22 d'abril de 2018, de: steemit.com
6. Essays, UK. (Novembre de 2013). Basic Structures Of Ferrous Metals. Recuperat el 22 d'abril de 2018, de: ukessays.com
7. Cdang. (07 de juliol del 2011). Iron Alfa & Iron Gamma.. Recuperat el 22 d'abril de 2018, de: commons.wikimedia.org
8. Włodi. (15 de juny de 2008). Stainless Steel Braids.. Recuperat el 22 d'abril de 2018, de: commons.wikimedia.org