Metais Ferrosos: Estrutura, Tipos, Características, Propriedades e Exemplo
Os metais ferrosos são aqueles que contêm ferro (Fe), bem como pequenas quantidades de outros metais que são adicionados para dar certas propriedades benéficas às suas ligas. Embora o ferro possa existir em vários estados de oxidação, +2 (ferroso) e +3 (férrico) são os mais comuns.
No entanto, o termo "ferroso" refere-se à presença de ferro, independentemente do seu estado de oxidação no material. O ferro é o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre, mas globalmente é o principal elemento terrestre. Portanto, historicamente e industrialmente os metais ferrosos tiveram uma participação na evolução do homem.
Este tem sido o caso devido à sua grande abundância e propriedades modificáveis. Estes metais ferrosos partem da extração de ferro de fontes mineralógicas, tais como: hematita (Fe 2 O 3 ), magnetita (Fe 3 O 4 ) e siderita (FeCO 3 ). Devido ao rendimento, estes óxidos são mais desejados no processamento de ferro.
A imagem superior mostra um ferro fundido "língua de fogo" incandescente. De todos os metais ferrosos, o mais importante consiste em uma liga de ferro com pequenas quantidades de carbono adicionado: aço.
Estrutura
Como o ferro é o principal componente dos metais ferrosos, suas estruturas consistem em deformações cristalinas de seu sólido puro.
Conseqüentemente, as ligas ferrosas, como o aço, não são mais que a inclusão intersticial de outros átomos no arranjo cristalino do ferro.
O que é esse arranjo? O ferro forma alótropos (diferentes estruturas sólidas) de acordo com a temperatura a que está exposto, alterando suas propriedades magnéticas. Assim, à temperatura ambiente, apresenta uma matriz bcc, também conhecida como alfa-ferro (o cubo à esquerda, imagem superior).
No entanto, em uma faixa de altas temperaturas (912-1394 (ºC)), o arranjo mostra ccp ou fcc: o ferro-gama (o cubo à direita). Uma vez que esta temperatura é excedida, o ferro retorna à forma bcc para finalmente derreter.
Essa mudança de estrutura alfa-gama é conhecida como transformação de fase. A fase gama é capaz de "aprisionar" átomos de carbono, enquanto a fase alfa não.
Assim, no caso do aço, sua estrutura pode ser visualizada como conjuntos de átomos de ferro que circundam um átomo de carbono.
Desta forma, a estrutura dos metais ferrosos depende da distribuição das fases do ferro e dos átomos de outras espécies no sólido.
Características e propriedades
O ferro puro é um metal macio e muito dúctil, altamente sensível à corrosão e à oxidação de fatores externos. No entanto, quando inclui diferentes proporções de outro metal ou carbono, adquire novas características e propriedades.
Na verdade, são essas mudanças que tornam os metais ferrosos úteis para inúmeras aplicações.
As ligas ferrosas são geralmente resistentes, duráveis e tenazes, de cores cinza brilhante e com propriedades magnéticas.
Exemplos
Ferro forjado ou doce
Tem um teor de carbono inferior a 0, 03%. É prateado, oxida-se facilmente e racha internamente. Além disso, é dúctil e moldável, um bom condutor de eletricidade e difícil de soldar.
É o tipo de metal ferroso que o homem usou pela primeira vez na fabricação de armas, utensílios e construções. Atualmente usado em placas, rebites, treliças, etc. Como é um bom condutor elétrico, é usado no núcleo de eletroímãs.
Ferro em bruto ou ferro fundido
No produto inicial dos altos-fornos, contém 3-4% de carbono e vestígios de outros elementos, como silício, magnésio e fósforo. Seu principal uso é intervir na produção de outros metais ferrosos.
Ferro puro
É um metal branco acinzentado com propriedades magnéticas. Apesar de sua dureza, é frágil e frágil. Seu ponto de fusão é alto (1500 ºC) e se oxida rapidamente.
É um bom condutor elétrico, por isso é usado em componentes elétricos e eletrônicos. Para o resto, é de pouca utilidade.
Ferro fundido ou ferro fundido (fundições)
Eles têm um alto teor de carbono (entre 1, 76% e 6, 67%). Eles são mais duros que o aço, mas mais frágeis. Eles fundem a uma temperatura mais baixa que o ferro puro, em torno de 1100 ºC.
Por ser moldável, peças de diferentes tamanhos e complexidade podem ser fabricadas com ele. O ferro fundido cinzento é usado neste tipo de ferro, o que lhe confere estabilidade e moldabilidade.
Eles têm uma maior resistência à corrosão do que o aço. Além disso, eles são baratos e densos. Apresentam fluidez a temperaturas relativamente baixas, podendo encher os moldes.
Além disso, eles têm boas propriedades de compactação, mas são frágeis e quebram antes de dobrar, portanto, não são úteis para peças muito elaboradas.
Ferro cinzento
É o ferro fundido mais comum, sua tonalidade cinza devido à presença de grafite. Tem uma concentração de carbono entre 2, 5% e 4%; Além disso, contém 1-3% de silicone para estabilizar a grafite.
Apresenta muitos dos atributos dos ferros fundidos básicos, sendo de alta fluidez. É inflexível e se dobra logo antes de quebrar.
Ferro dúctil
O carbono é adicionado, na forma de granito esférico, em uma concentração entre 3, 2% e 3, 6%. A forma esférica do grafite lhe confere maior resistência a impactos e maleabilidade do que o ferro cinza, o que permite seu uso em desenhos detalhados e com bordas.
Aços
Teor de carbono entre 0, 03% e 1, 76%. Entre suas qualidades estão a dureza, a tenacidade e a resistência aos esforços físicos. Em geral, eles oxidam facilmente. Eles são soldáveis e podem ser processados na forja ou mecanicamente.
Além disso, eles têm maior dureza e menos fluidez que os ferros fundidos. Por esta razão, eles precisam de altas temperaturas para fluir nos moldes.
Aço e suas aplicações
Existem vários tipos de aço, cada um com diferentes aplicações:
Aço carbono ou construção
A concentração de carbono pode variar, estabelecendo quatro formas: aço doce (0, 25% carbono), aço semi-doce (0, 35% carbono), aço semi-duro (0, 45% carbono) e duro (0, 5%) ).
É usado na fabricação de ferramentas, chapas de aço, veículos ferroviários, pregos, parafusos, carros e barcos.
Aço silício
Também chamado de aço elétrico ou aço magnético. Sua concentração de silício varia entre 1% e 5%, o Fe varia entre 95% e 99% e o carbono tem 0, 5%.
Além disso, pequenas quantidades de manganês e alumínio são adicionadas. Tem grande dureza e alta resistência elétrica. É usado na fabricação de ímãs e transformadores elétricos.
Aço galvanizado
É coberto com um revestimento de zinco que o protege da oxidação e corrosão. Portanto, é útil para a fabricação de peças e ferramentas de tubos.
Aço inoxidável
Tem uma composição de Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) e C (0, 2%). É resistente à oxidação e corrosão. É utilizado na produção de cutelaria e material de corte.
Aço manganês
Sua composição é Mn (10-18%), Fe (82-90%) e C (1, 12%). É duro e resistente ao desgaste. É usado em trilhos de trem, cofres e armaduras.
Aço Invar
Apresenta 36% de Ni, 64% de Fe e 0, 5% de carbono. Tem um baixo coeficiente de expansão. É usado na construção de escalas indicadoras; por exemplo: medidas de fita.
