Ligas ferrosas: características, tipos, exemplos - Ciência - 2023

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As ligas ferrosas são todos aqueles que contêm ferro como elemento principal. Aqui, a palavra "ferroso" tem uma conotação diferente da convencional: não tem nada a ver com o estado ou número de oxidação do ferro. Portanto, o ferro não é conhecido como íon Fe.²⁺, mas como átomos neutros unidos graças à ligação metálica.

Em ligas ferrosas, temos cristais de ferro que definem materiais metálicos com infinitas propriedades mecânicas. Dentro desses cristais, seja em suas redes atômicas, seja em seus orifícios ou interstícios, átomos de outros elementos podem entrar furtivamente. Quando se trata de átomos de carbono, falamos de aços.

Os aços são de longe as ligas ferrosas mais importantes. Existem carbono doce, médio ou alto. Também temos aços inoxidáveis, que por sua vez são classificados em três classes: austenita, ferrita e martensita, cada um com suas próprias estruturas e composições cristalinas.

As ligas ferrosas também incluem aquelas derivadas da mistura entre o ferro e outro metal (cromo, vanádio, níquel, tungstênio, etc.), e aquelas que são obtidas quando o ferro é misturado com outros elementos não metálicos além do carbono. (silício, fósforo e boro).

Características de ligas ferrosas

Cada uma das ligas ferrosas tem suas próprias características distintas. Porém, como a base elementar é a mesma, o ferro, a grande maioria compartilha algumas características em comum. Entre eles podemos citar os seguintes:

-São mais resistentes à corrosão. Pelo fato do ferro vir acompanhado de outros elementos, eles são capazes de formar uma superfície que o protege da oxidação e das condições externas de umidade ou salinidade.

-Suas colorações são acinzentadas ou prateadas.

-Têm porcentagens de carbono que variam de 0,2% a 2%. No entanto, algumas ligas, como ferro fundido cinza ou branco, contêm ainda mais carbono (2,5-4%).

-Além do carbono, são adicionados fósforo, silício e boro, dependendo de suas aplicações finais.

- Contêm quantidades apreciáveis (10% ou mais) de cromo, manganês ou níquel.

-Apresentam melhor resistência e tenacidade em relação ao ferro metálico.

-Muitas ligas ferrosas apresentam propriedades magnéticas.

Como existem tantas ligas ferrosas, é provável que algumas delas encontrem características únicas. Por exemplo, ferrocerium, uma liga entre ferro e cério (Fe-Ce), exibe piroforicidade, o que significa que é muito propenso a gerar faíscas de fogo quando sujeito a altas tensões ou choques.

Tipos de ligas ferrosas

Como tal, não existe uma classificação forte para todas as ligas ferrosas. No entanto, aqui eles serão divididos em três tipos com base na mistura de seus elementos metálicos ou não metálicos.

Ferro-carbono

As ligas de ferro-carbono são o coração das ligas ferrosas, pois constituem vários tipos de aços (leve, médio, alto carbono, inoxidável). Além dos aços, essas misturas incluem ferros fundidos cinza e branco, que são ainda mais ricos em carbono e têm propriedades mecânicas diferentes dos aços.

Ferro-metal

Ligas de ferro-metal são aquelas obtidas quando o ferro é misturado com outros metais. Entre eles podemos citar: cobre, níquel, nióbio, vanádio, manganês, cromo, molibdênio, alumínio, magnésio, tungstênio, titânio e urânio. Cada uma dessas ligas terá composições oscilantes expressas em porcentagens.

O grande número de metais com os quais o ferro é ligado oferece uma imagem de quão diversa é sua metalurgia. Além disso, deve-se mencionar que os aços também possuem outros metais como aditivos, por isso são ligas de ferro-metal-carbono. É colocado por último ao carbono, pois é o elemento que está em menor proporção.

Ferro não metal

O ferro não é apenas ligado ao carbono. Também pode formar ligas com outros elementos não metálicos, como silício (Fe-Si), fósforo (Fe-P), nitrogênio (Fe-N) e boro (Fe-B). Tal como acontece com as ligas de ferro-metal, eles podem ser adicionados aos aços para dar-lhes propriedades ou características específicas.

Por exemplo, ligas de Fe-B são adicionadas aos aços para aumentar sua temperabilidade, endurecendo assim seus interiores.

Exemplos de ligas ferrosas

Exemplos de várias ligas ferrosas foram fornecidos ao longo das seções anteriores. Alguns deles serão listados abaixo, seguidos por uma breve descrição.

Ferroalumínio

Como o próprio nome indica, é uma liga de ferro e alumínio, Fe-Al. Pode ser visualizado como um alumínio reforçado ou um ferro amolecido, tudo dependendo das proporções de Fe ou Al. Ligas de ferroalumínio têm baixos pontos de fusão e são utilizadas como agente redutor em aços.

Ferrocromo

Ferro e liga de cromo, Fe-Cr, cuja composição de cromo é geralmente superior a 50%. Portanto, essa liga é rica em cromo, por isso é utilizada como fonte desse metal para a produção de aços inoxidáveis.

Ferromanganês

Liga de ferro e manganês, Fe-Mn, usada na indústria do aço para desoxidá-los. É obtido por aquecimento dos óxidos de seus respectivos metais, MnO₂ e fé₂OU₃, na presença de coque como agente redutor.

Ferromolibdênio

Liga de ferro-molibdênio, Fe-Mo, utilizada na produção de aços com alta resistência à corrosão. Observe quantas ligas ferrosas do tipo ferro-metal acabam sendo fontes de átomos de metal para cristais de aço.

Ferronióbio

Assim como o ferromolibdênio, o ferronióbio, Fe-Nb, possui alta composição de nióbio (superior a 50%) e é utilizado na produção de aços com alta resistência à corrosão.

Ferrossilício

Uma liga de ferro-silício, Fe-Si, que é preparada pela mistura de sílica com coque e ferro. É utilizado para a produção de aços destinados a aplicações elétricas. Também serve como agente redutor para a produção industrial de silício ou metais de seus minérios, e também é usado para a produção militarizada de hidrogênio.

Ferrouranio

Uma liga de ferro-urânio, Fe-U, cuja composição de urânio varia entre 35 e 50%. Atualmente não tem muitos usos, pois seus sólidos fundem a baixas temperaturas (abaixo de 1000 ºC), por isso são reservados para poucas aplicações, como em ferramentas de corte.

Ferrofósforo

Por fim, a liga ferro-fósforo Fe-P, composta por fosfetos de ferro, é utilizada como excelente fonte de fósforo para a produção de pó de aço inoxidável. Quando adicionado ao ferro fundido, aumenta sua fluidez. E também, é utilizado como agregado para fortalecer concretos e cimentos.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Grupo Farinia. (2020). Ligas ferrosas. Recuperado de: farinia.com
Dave Olsen. (27 de dezembro de 2019). O que são ligas ferrosas? Metal Tek. Recuperado de: marketing.metaltek.com
Askeland D.R. (1996) Ferrous Alloys. In: A Ciência e Engenharia de Materiais. Springer, Boston, MA.
Wikipedia. (2020). Ferroalloy. Recuperado de: en.wikipedia.org