Structure des métaux ferreux, types, caractéristiques, propriétés et exemple

Le métaux ferreux sont ceux qui contiennent du fer (Fe), ainsi que de petites quantités d'autres métaux ajoutés pour conférer certaines propriétés bénéfiques à leurs alliages. Bien que le fer puisse exister dans plusieurs états d'oxydation, les plus courants sont les ions +2 (ferreux) et +3 (ferrique).

Cependant, le terme "ferreux" fait référence à la présence de fer indépendamment de son état d'oxydation dans le matériau. Le fer est le quatrième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, mais globalement, il constitue le principal élément terrestre. Par conséquent, les métaux ferreux historiques et industriels ont joué un rôle dans l'évolution de l'homme.

Cela a été le cas en raison de sa grande abondance et de ses propriétés modifiables. Ces métaux ferreux proviennent de l'extraction du fer à partir de sources minéralogiques, telles que: l'hématite (Fe₂O₃), magnétite (Faith₃O₄) et la siderita (FeCO₃). En raison du rendement, ces oxydes sont plus recherchés dans le traitement du fer.

L'image supérieure montre une "langue de feu" incandescente en fonte. De tous les métaux ferreux, le plus important consiste en un alliage de fer avec de petites quantités de carbone ajouté: l'acier.

Index

• 1 structure
• 2 Caractéristiques et propriétés
• 3 exemples
  • 3.1 Fer forgé ou fer doux
  • 3.2 Fer ou fonte brute
  • 3.3 fer pur
  • 3.4 Fonte ou fonte (fonderies)
  • 3.5 fer gris
  • 3.6 fonte ductile
  • 3.7 aciers
• 4 acier et ses applications
  • 4.1 Acier au carbone ou de construction
  • 4.2 Acier au silicium
  • 4.3 Acier galvanisé
  • 4.4 acier inoxydable
  • 4.5 Acier au manganèse
  • 4.6 acier Invar
• 5 références

Structure

Le fer étant le composant principal des métaux ferreux, leurs structures consistent en des déformations cristallines de leur solide pur.

Par conséquent, les alliages ferreux tels que l'acier ne sont rien d'autre que l'inclusion interstitielle d'autres atomes dans l'arrangement cristallin du fer.

Quel est cet arrangement? Le fer forme des allotropes (différentes structures solides) en fonction de la température à laquelle il est exposé, en modifiant ses propriétés magnétiques. Ainsi, à température ambiante, il présente un tableau Cci, également appelé fer alpha (le cube à gauche, image du haut).

Au lieu de cela, dans une gamme de températures élevées (912-1394 (ºC)), l'arrangement montre ccp ou fcc: le fer-gamma (le cube à droite). Une fois cette température dépassée, le fer revient à la forme ccc pour finalement fondre.

Ce changement de structure alpha-gamma est appelé transformation de phase. La phase gamma peut "emprisonner" les atomes de carbone, contrairement à la phase alpha.

Ainsi, dans le cas de l'acier, sa structure peut être visualisée sous forme d'ensembles d'atomes de fer entourant un atome de carbone.

De cette manière, la structure des métaux ferreux dépend de la distribution des phases de fer et des atomes des autres espèces du solide.

Caractéristiques et propriétés

Le fer pur est un métal mou et très ductile, très sensible à la corrosion et à l’oxydation de facteurs externes. Cependant, lorsqu'il comprend différentes proportions d'un autre métal ou carbone, il acquiert de nouvelles caractéristiques et propriétés.

En fait, ce sont ces changements qui rendent les métaux ferreux utiles pour d'innombrables applications.

Les alliages ferreux sont généralement résistants, durables et tenaces, avec des couleurs grisâtres et des propriétés magnétiques.

Des exemples

Fer forgé ou doux

Sa teneur en carbone est inférieure à 0,03%. Il est de couleur argentée, s'oxyde facilement et se fissure en interne. De plus, il est ductile et moulable, bon conducteur d’électricité et difficile à souder.

C'est le type de métal ferreux que l'homme a utilisé pour la première fois dans la fabrication d'armes, d'ustensiles et de constructions. Actuellement utilisé dans les assiettes, rivets, treillis, etc. En tant que bon conducteur électrique, il est utilisé dans le cœur des électroaimants.

Repasser à l'état brut ou en fonte

Dans le produit initial des hauts fourneaux, il contient 3 à 4% de carbone et des traces d’autres éléments tels que le silicium, le magnésium et le phosphore. Son utilisation principale est d'intervenir dans la production d'autres métaux ferreux.

Fer pur

C'est un métal blanc grisâtre aux propriétés magnétiques. Malgré sa dureté, il est fragile et fragile. Son point de fusion est élevé (1500 ºC) et s'oxyde rapidement.

C'est un bon conducteur électrique, il est donc utilisé dans les composants électriques et électroniques. Pour le reste, il est peu utile.

Fonte ou fonte (fonderies)

Ils ont une forte teneur en carbone (entre 1,76% et 6,67%). Ils sont plus durs que l'acier mais plus fragiles. Ils fondent à une température inférieure à celle du fer pur, autour de 1100 ºC.

Comme il est moulable, il est possible de fabriquer des pièces de tailles et de complexités différentes. Dans ce type de fer, la fonte grise est utilisée, ce qui lui confère stabilité et aptitude au moulage.

Ils ont une plus grande résistance à la corrosion que l'acier. De plus, ils sont bon marché et denses. Ils présentent une fluidité à des températures relativement basses, pouvant remplir les moules.

En outre, ils ont de bonnes propriétés de compression, mais ils sont fragiles et se cassent avant de se plier, de sorte qu'ils ne fonctionnent pas pour des pièces très élaborées.

Fer gris

C'est la fonte la plus commune, sa teinte grise due à la présence de graphite. Il a une concentration en carbone comprise entre 2,5% et 4%; De plus, il contient 1-3% de silicone pour stabiliser le graphite.

Il présente de nombreux attributs des fontes de base, avec une grande fluidité. Il est rigide et se plie peu avant la rupture.

Fonte ductile

Le carbone est ajouté sous forme de granite sphérique à une concentration comprise entre 3,2% et 3,6%. La forme sphérique du graphite lui confère une plus grande résistance aux impacts et à la malléabilité que la fonte grise, ce qui permet son utilisation dans des conceptions détaillées et avec des bordures.

Les aciers

Teneur en carbone comprise entre 0,03% et 1,76%. Parmi ses qualités figurent la dureté, la ténacité et la résistance à l'effort physique. En général, ils s'oxydent facilement. Ils sont soudables et peuvent être traités dans la forge ou mécaniquement.

En outre, ils ont une plus grande dureté et moins de fluidité que les fontes. Pour cette raison, ils ont besoin de températures élevées pour circuler dans les moules.

L'acier et ses applications

Il existe plusieurs types d’aciers, chacun avec des applications différentes:

Acier au carbone ou construction

La concentration en carbone peut varier, établissant quatre formes: acier doux (0,25% de carbone), acier semi-doux (0,35% de carbone), acier semi-dur (0,45% de carbone) et dur (0,5%). ).

Il est utilisé dans le développement d'outils, de tôles d'acier, de véhicules ferroviaires, de clous, de vis, de voitures et de bateaux.

Acier au silicium

Aussi appelé acier électrique ou acier magnétique. Sa concentration en silicium varie entre 1% et 5%, le Fe varie entre 95% et 99% et le carbone 0,5%.

De plus, de petites quantités de manganèse et d'aluminium sont ajoutées. Il a une grande dureté et une résistance électrique élevée. Il est utilisé dans la production d'aimants et de transformateurs électriques.

Acier galvanisé

Il est recouvert d'un revêtement de zinc qui le protège de l'oxydation et de la corrosion. Par conséquent, il est utile pour la fabrication de pièces de tuyaux et d'outils.

Acier inoxidable

Sa composition est de Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) et C (0.2%). Il résiste à l'oxydation et à la corrosion. Il est utilisé dans la fabrication de couverts et de matériaux de coupe.

Acier au manganèse

Sa composition est Mn (10-18%), Fe (82-90%) et C (1.12%). Il est dur et résistant à l'usure. Il est utilisé sur les rails de train, les coffres-forts et les armures.

Invar en acier

Il présente 36% de Ni, 64% de Fe et 0,5% de carbone. Il a un faible coefficient de dilatation. Il est utilisé dans la construction des échelles d'indicateur; par exemple: des rubans à mesurer.

Références

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