Metais ferrosos: estrutura, tipos, características - Ciência - 2023

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o metal ferroso 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" se refere à presença de ferro, independentemente de 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, histórica e industrialmente, os metais ferrosos tiveram um papel importante na evolução do homem.

Este tem sido o caso devido à sua grande abundância e propriedades modificáveis. Esses metais ferrosos partem da extração de ferro de fontes mineralógicas, como: hematita (Fe₂OU₃), magnetita (Fe₃OU₄) e siderita (FeCO₃) Devido ao desempenho, esses óxidos são mais desejados no processamento de ferro.

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

Estrutura

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

Conseqüentemente, ligas ferrosas como o aço nada mais são do que a inclusão intersticial de outros átomos no arranjo cristalino do ferro.

Qual é esse arranjo? O ferro forma alótropos (diferentes estruturas sólidas) dependendo da temperatura a que está exposto, alterando suas propriedades magnéticas. Assim, à temperatura ambiente apresenta um arranjo bcc, também conhecido como alfa-ferro (o cubo à esquerda, imagem superior).

Por outro lado, em uma faixa de altas temperaturas (912-1394 (ºC)), mostra a disposição ccp ou fcc: o ferro-gama (o cubo à direita). Uma vez que essa temperatura é excedida, o ferro retorna à forma bcc para finalmente derreter.

Esta mudança na estrutura alfa-gama é conhecida como transformação de fase. A fase gama é capaz de "capturar" átomos de carbono, enquanto a fase alfa não.

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

Dessa 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 oxidação por fatores externos. Porém, ao incluir 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 fortes, duráveis e resistentes, com cores acinzentadas brilhantes e propriedades magnéticas.

Exemplos

Ferro forjado ou doce

Tem um teor de carbono inferior a 0,03%. É de cor prata, enferruja facilmente e racha 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 manufatura de armas, utensílios e edifícios. Atualmente é usado em placas, rebites, treliças, etc. Por ser um bom condutor elétrico, é utilizado no núcleo de eletroímãs.

Ferro bruto ou ferro fundido

No produto inicial do alto-forno, ele contém 3-4% de carbono e traços de outros elementos, como silício, magnésio e fósforo. A sua principal utilização é a intervenção 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 ºC.) E oxida rapidamente.

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

Ferro fundido ou fundido (fundições)

Eles têm um alto teor de carbono (entre 1,76% e 6,67%). Eles são mais duros do que o aço, mas mais frágeis. Eles derretem a uma temperatura mais baixa que o ferro puro, em torno de 1100ºC.

Por ser moldável, pode fabricar peças de diferentes tamanhos e complexidades. Neste tipo de ferro é utilizado o ferro fundido cinzento, o que lhe confere estabilidade e moldabilidade.

Eles têm maior resistência à corrosão do que o aço. Além disso, eles são baratos e densos. Apresentam fluidez a temperaturas relativamente baixas, podendo preencher os moldes.

Eles também têm boas propriedades de compressão, mas são frágeis e quebram antes de serem dobrados, portanto, não são adequados para peças altamente elaboradas.

Ferro cinzento

É o ferro fundido mais comum, sendo a sua tonalidade cinzenta devida à presença do grafite. Possui concentração de carbono entre 2,5% e 4%; além disso, contém 1-3% de silicone para estabilizar a grafite.

Possui muitos dos atributos dos ferros fundidos básicos, sendo altamente fluido. É inflexível e dobra pouco 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 oferece maior resistência ao impacto e maleabilidade do que o ferro cinzento, permitindo que seja usado em designs detalhados e com arestas.

Aços

Conteúdo de carbono entre 0,03% e 1,76%. Entre suas qualidades estão a dureza, tenacidade e resistência aos esforços físicos. Em geral, enferrujam facilmente. São soldáveis e podem ser processados no forjamento ou mecanicamente.

Eles também têm maior dureza e menos fluidez que os ferros fundidos. Por isso precisam de altas temperaturas para fluir nos moldes.

Aço e suas aplicações

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

Carbono ou aço de construção

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

É utilizado na fabricação de ferramentas, chapas de aço, veículos ferroviários, pregos, parafusos, automóveis e barcos.

Silicon Steel

Também chamado de aço elétrico ou aço magnético. Sua concentração de silício varia entre 1% e 5%, Fe varia entre 95% e 99% e carbono tem 0,5%.

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

Aço galvanizado

É revestido com um revestimento de zinco que o protege da ferrugem 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 ferrugem e corrosão. É utilizado na produção de cutelaria e também de corte.

Aço manganês

Sua composição é Mn (10-18%), Fe (82-90%) e C (1,12%). É duro e resistente ao desgaste. Usado em trilhos de trem, cofres e armaduras.

Aço invar

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

Referências

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