Metais Ferrosos: Estrutura, Tipos, Características

Os metais ferrosos são aqueles contendo ferro (Fe), bem como pequenas quantidades de outros metais que são adicionados para dar certas propriedades benéficas para as 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, metais ferrosos histórica e industrialmente participaram da evolução do homem.

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Isso ocorreu devido à sua grande abundância e propriedades modificáveis. Esses metais ferrosos partem da extração de ferro de fontes mineralógicas, como: hematita (Fe 2 O 3 ), magnetita (Fe 3 O 4 ) e siderita (FeCO 3 ). Devido ao rendimento, esses óxidos são mais desejados no processamento de ferro.

A imagem acima mostra uma “língua de fogo” incandescente de ferro fundido. De todos os metais ferrosos, o mais importante consiste em uma liga de ferro com pequenas quantidades de carbono adicionado: aço.

Estrutura

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Como o ferro é o principal componente dos metais ferrosos, suas estruturas consistem em deformações cristalinas de seu sólido puro.

Consequentemente, ligas ferrosas como o aço nada mais são do 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 em que é exposto, alterando suas propriedades magnéticas. Assim, à temperatura ambiente, apresenta um arranjo cco, também conhecido como alfa-ferro (o cubo à esquerda, imagem superior).

Por outro lado, em uma faixa de alta temperatura (912-1394 (ºC)), o arranjo ccp ou fcc se manifesta: o ferro-gama (o cubo à direita). Quando essa temperatura é excedida, o ferro retorna à forma cco para finalmente derreter.

Essa mudança na estrutura alfa-gama é conhecida como transformação de fase. A fase gama é capaz de “aprisionar” átomos de carbono, enquanto a fase alfa não é.

Assim, no caso do aço, sua estrutura pode ser visualizada como conjuntos de átomos de ferro ao redor de um átomo de carbono.

Assim, a estrutura dos metais ferrosos depende da distribuição de fases e átomos de ferro de outras espécies no sólido.

Características e propriedades

O ferro puro é um metal macio e muito dúctil, altamente sensível à corrosão e oxidação de fatores externos. No entanto, quando inclui proporções diferentes de outro metal ou carbono, adquire novos recursos e propriedades.

De fato, são essas mudanças que tornam os metais ferrosos úteis para inúmeras aplicações.

As ligas ferrosas são geralmente resistentes, duráveis ​​e resistentes, com cores cinza brilhantes e propriedades magnéticas.

Exemplos

Ferro forjado ou doce

Tem um teor de carbono inferior a 0,03%. É prateado, oxida-se facilmente e racha-se internamente. Além disso, é dúctil e moldável, 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 é usado em chapas, rebites, treliças, etc. Por ser um bom condutor elétrico, é usado no núcleo dos eletroímãs.

Ferro bruto ou ferro gusa

No produto inicial dos altos-fornos, ele 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 quebradiço. Seu ponto de fusão é alto (1500 ° C.) e oxida rapidamente.

É um bom condutor elétrico, por isso é usado em componentes elétricos e eletrônicos. Caso contrário, é de pouca utilidade.

Fundição 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. Derretem a uma temperatura mais baixa que o ferro puro, em torno de 1100 ° C.

Por ser moldável, peças de diferentes tamanhos e complexidade podem ser fabricadas com ele. Neste tipo de ferro, o ferro fundido cinza é usado para proporcionar estabilidade e moldabilidade.

Eles têm uma maior resistência à corrosão do que o aço. Além disso, eles são baratos e densos. Eles mostram fluidez a temperaturas relativamente baixas, sendo capazes de encher os moldes.

Eles também têm boas propriedades de compactação, mas são frágeis e quebram antes de dobrar, portanto, não funcionam para peças muito elaboradas.

Ferro cinzento

É o ferro fundido mais comum, com sua tonalidade cinza devido à presença de grafite. Possui uma concentração de carbono entre 2,5% e 4%; Além disso, contém 1-3% de silicone para estabilizar a grafite.

Apresenta muitos dos atributos do ferro fundido básico, sendo de alta fluidez. É inflexível e dobra pouco antes de quebrar.

Ferro dúctil

É adicionado carbono, na forma de granito esférico, a uma concentração entre 3,2% e 3,6%. A forma esférica da grafite oferece maior resistência ao impacto e maleabilidade do que o ferro cinza, o que permite seu uso em projetos detalhados e com arestas.

Aços

Teor de carbono entre 0,03% e 1,76%. Entre suas qualidades estão a dureza, resistência e resistência aos esforços físicos. Em geral eles oxidam facilmente. Eles são soldáveis ​​e podem ser processados ​​na forja ou mecanicamente.

Eles também têm maior dureza e menos fluidez do que o ferro fundido. Por esse motivo, eles precisam de altas temperaturas para fluir nos moldes.

Aço e suas aplicações

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Existem vários tipos de aço, cada um com diferentes aplicações:

Aço carbono ou construção

A concentração de carbono pode variar, estabelecendo quatro formas: aço macio (0,25% carbono), aço semi-duro (0,35% de carbono), aço semi-duro (0,45% de carbono) e duro (0,5% )

É utilizado no desenvolvimento de ferramentas, lâminas 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 possui 0,5%.

Além disso, são adicionadas pequenas quantidades de manganês e alumínio. Possui grande dureza e alta resistência elétrica. É utilizado na fabricação de ímãs e transformadores elétricos.

Aço galvanizado

É revestido com uma cobertura de zinco que o protege da oxidação e corrosão. Portanto, é útil para a fabricação de peças e ferramentas de tubos.

Aço inoxidável

Possui uma composição de Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) e C (0,2%). É resistente à oxidação e corrosão. É usado na fabricação de talheres, bem como 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.

Invar steel

Possui 36% de Ni, 64% de Fe e 0,5% de carbono. Possui baixo coeficiente de expansão. É usado na construção de escalas indicadoras; por exemplo: fitas métricas.

Referências

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