METALLI FERROSI: STRUTTURA, TIPOLOGIE, CARATTERISTICHE - CHIMICA - 2026

I metalli ferrosi sono quelli contenenti ferro (Fe) oltre a piccole quantità di altri metalli che vengono aggiunti per conferire determinate proprietà benefiche alle sue leghe. Sebbene il ferro possa esistere in vari stati di ossidazione, +2 (ferroso) e +3 (ferrico) sono i più comuni.

Tuttavia, il termine "ferroso" si riferisce alla presenza di ferro indipendentemente dal suo stato di ossidazione nel materiale. Il ferro è il quarto elemento più abbondante nella crosta terrestre, ma a livello globale è il principale elemento terrestre. Pertanto, storicamente e industrialmente, i metalli ferrosi hanno partecipato all'evoluzione dell'uomo.

Questo è stato il caso a causa della sua grande abbondanza e proprietà modificabili. Questi metalli ferrosi partono dall'estrazione del ferro da fonti mineralogiche, quali: ematite (Fe ₂ O ₃ ), magnetite (Fe ₃ O ₄ ) e siderite (FeCO ₃ ). A causa delle prestazioni, questi ossidi sono i più desiderati nella lavorazione del ferro.

L'immagine in alto mostra una “lingua di fuoco” in ghisa incandescente. Di tutti i metalli ferrosi, il più importante è costituito da una lega di ferro con piccole quantità di carbonio aggiunto: l'acciaio.

Struttura

Poiché il ferro è il componente principale dei metalli ferrosi, le loro strutture sono costituite da deformazioni cristalline del loro solido puro.

Di conseguenza, le leghe ferrose come l'acciaio non sono altro che l'inclusione interstiziale di altri atomi nella disposizione dei cristalli del ferro.

Qual è questa disposizione? Il ferro forma allotropi (diverse strutture solide) a seconda della temperatura a cui è esposto, modificandone le proprietà magnetiche. Pertanto, a temperatura ambiente presenta una disposizione bcc, nota anche come alfa-ferro (il cubo a sinistra, nell'immagine in alto).

D'altra parte, in un intervallo di alte temperature (912-1394 (ºC)), mostra la disposizione ccp o fcc: il ferro-gamma (il cubo a destra). Una volta superata questa temperatura, il ferro torna alla forma bcc per fondersi definitivamente.

Questo cambiamento nella struttura alfa-gamma è noto come trasformazione di fase. La fase gamma è in grado di "intrappolare" gli atomi di carbonio, mentre la fase alfa non lo è.

Pertanto, nel caso dell'acciaio, la sua struttura può essere visualizzata come insiemi di atomi di ferro che circondano un atomo di carbonio.

In questo modo, la struttura dei metalli ferrosi dipende dalla distribuzione delle fasi del ferro e degli atomi di altre specie nel solido.

Caratteristiche e proprietà

Il ferro puro è un metallo morbido e molto duttile, altamente sensibile alla corrosione e all'ossidazione da fattori esterni. Tuttavia, quando include proporzioni diverse di un altro metallo o carbonio, acquisisce nuove caratteristiche e proprietà.

In effetti, sono questi cambiamenti che rendono i metalli ferrosi utili per una miriade di applicazioni.

Le leghe ferrose sono generalmente resistenti, durevoli e resistenti, con colori grigiastri brillanti e proprietà magnetiche.

Esempi

Ferro battuto o dolce

Ha un contenuto di carbonio inferiore allo 0,03%. È di colore argento, si arrugginisce facilmente e si screpola internamente. Inoltre è duttile e modellabile, un buon conduttore di elettricità e difficile da saldare.

È il tipo di metallo ferroso che l'uomo ha utilizzato per la prima volta nella fabbricazione di armi, utensili ed edifici. Attualmente è utilizzato in piastre, rivetti, tralicci, ecc. Poiché è un buon conduttore elettrico, viene utilizzato nel nucleo degli elettromagneti.

Ferro grezzo o ghisa

Nel prodotto iniziale dell'altoforno, contiene il 3-4% di carbonio e tracce di altri elementi come silicio, magnesio e fosforo. Il suo utilizzo principale è quello di intervenire nella produzione di altri metalli ferrosi.

Ferro puro

È un metallo bianco-grigiastro con proprietà magnetiche. Nonostante la sua durezza, è fragile e fragile. Il suo punto di fusione è alto (1500 ºC.) E si ossida rapidamente.

È un buon conduttore elettrico, motivo per cui viene utilizzato nei componenti elettrici ed elettronici. Altrimenti è di scarsa utilità.

Ghisa o ghisa (fonderie)

Hanno un alto contenuto di carbonio (tra l'1,76% e il 6,67%). Sono più duri dell'acciaio ma più fragili. Si fondono a una temperatura inferiore rispetto al ferro puro, intorno ai 1100 ° C.

Poiché è modellabile, può essere utilizzato per produrre pezzi di diverse dimensioni e complessità. In questo tipo di ferro viene utilizzata la ghisa di tipo grigio, che gli conferisce stabilità e modellabilità.

Hanno una maggiore resistenza alla corrosione rispetto all'acciaio. Inoltre, sono economici e densi. Presentano fluidità a temperature relativamente basse, potendo riempire gli stampi.

Hanno anche buone proprietà di compressione, ma sono fragili e si rompono prima della piegatura, quindi non sono adatte per pezzi molto elaborati.

Ferro grigio

È la ghisa più comune, la sua tonalità grigia è dovuta alla presenza di grafite. Ha una concentrazione di carbonio tra il 2,5% e il 4%; inoltre, contiene 1-3% di silicone per stabilizzare la grafite.

Ha molti degli attributi della ghisa di base, essendo altamente fluida. È rigido e si piega poco prima di rompersi.

Ferro duttile

Viene aggiunto carbonio, sotto forma di granito sferico, ad una concentrazione compresa tra il 3,2% e il 3,6%. La forma sferica della grafite conferisce una maggiore resistenza agli urti e malleabilità rispetto alla ghisa grigia, consentendone l'utilizzo in progetti dettagliati e con bordi.

acciai

Contenuto di carbonio compreso tra 0,03% e 1,76%. Tra le sue qualità ci sono durezza, tenacia e resistenza agli sforzi fisici. In generale si arrugginiscono facilmente. Sono saldabili e possono essere lavorati in forgiatura o meccanicamente.

Hanno anche una maggiore durezza e una minore fluidità rispetto alle ghise. Per questo hanno bisogno di alte temperature per scorrere negli stampi.

Acciaio e sue applicazioni

Esistono diversi tipi di acciaio, ciascuno con diverse applicazioni:

Acciaio al carbonio o da costruzione

La concentrazione di carbonio può variare, stabilendo quattro forme: acciaio dolce (0,25% di carbonio), acciaio semiduro (0,35% di carbonio), acciaio semiduro (0,45% di carbonio) e duro (0,5% ).

Viene utilizzato nella produzione di utensili, lamiere di acciaio, veicoli ferroviari, chiodi, viti, automobili e barche.

Acciaio al silicio

Chiamato anche acciaio elettrico o acciaio magnetico. La sua concentrazione di silicio varia tra l'1% e il 5%, il Fe varia tra il 95% e il 99% e il carbonio ha lo 0,5%.

Inoltre, vengono aggiunte piccole quantità di manganese e alluminio. Ha una grande durezza e un'elevata resistenza elettrica. Viene utilizzato nella produzione di magneti e trasformatori elettrici.

Acciaio galvanizzato

È rivestito con un rivestimento di zinco che lo protegge dalla ruggine e dalla corrosione. Pertanto, è utile per la produzione di parti e strumenti di tubi.

Acciaio inossidabile

Ha una composizione di Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) e C (0,2%). È resistente alla ruggine e alla corrosione. Viene utilizzato nella produzione di posate e materiale da taglio.

Acciaio al manganese

La sua composizione è Mn (10-18%), Fe (82-90%) e C (1,12%). È duro e resistente all'usura. Utilizzato su binari del treno, casseforti e armature.

Acciaio Invar

Ha il 36% di Ni, il 64% di Fe e lo 0,5% di carbonio. Ha un basso coefficiente di espansione. Viene utilizzato nella costruzione di scale indicatrici; ad esempio: misure di nastro.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica. 8a ed., CENGAGE Learning.
2. Admin. (19 settembre 2017). Cos'è il ferro, da dove viene e quanti tipi di ferro ci sono. Estratto il 22 aprile 2018 da: termiser.com
3. Wikipedia. (2018). Ferro. Estratto il 22 aprile 2018 da: en.wikipedia.org
4. Metalli. Proprietà generali. Estrazione e classificazione dei metalli. Estratto il 22 aprile 2018 da: edu.xunta.gal
5. Jose Ferrer. (Gennaio 2018). Caratterizzazione metalurgica di materiali ferrosi e non ferreali. Estratto il 22 aprile 2018 da: steemit.com
6. Saggi, Regno Unito. (Novembre 2013). Strutture di base dei metalli ferrosi. Estratto il 22 aprile 2018 da: ukessays.com
7. Cdang. (7 luglio 2011). Iron Alpha e Iron Gamma. . Estratto il 22 aprile 2018 da: commons.wikimedia.org
8. Wlodi. (15 giugno 2008). Trecce in acciaio inossidabile. . Estratto il 22 aprile 2018 da: commons.wikimedia.org