MÉTAUX FERREUX: STRUCTURE, TYPES, CARACTÉRISTIQUES - CHIMIE - 2024

Les métaux ferreux sont ceux contenant du fer (Fe) ainsi que de petites quantités d'autres métaux qui sont ajoutés pour donner certaines propriétés bénéfiques à ses alliages. Bien que le fer puisse exister dans divers états d'oxydation, +2 (ferreux) et +3 (ferrique) sont les plus courants.

Cependant, le terme «ferreux» fait référence à la présence de fer quel que soit son état d'oxydation dans le matériau. Le fer est le quatrième élément le plus abondant de la croûte terrestre, mais il est globalement le principal élément terrestre. Ainsi, historiquement et industriellement, les métaux ferreux ont participé à 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 (Fe ₂ O ₃), la magnétite (Fe ₃ O ₄) et la sidérite (FeCO ₃). En raison de leurs performances, ces oxydes sont les plus recherchés dans le traitement du fer.

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

Structure

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

Par conséquent, les alliages ferreux comme l'acier ne sont rien de plus 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, modifiant ses propriétés magnétiques. Ainsi, à température ambiante, il présente un arrangement cci, également connu sous le nom de fer alpha (le cube à gauche, image du haut).

En revanche, dans une plage de températures élevées (912-1394 (ºC)), il montre la disposition ccp ou fcc: le fer-gamma (le cube à droite). Une fois cette température dépassée, le fer retourne à la forme bcc pour finalement fondre.

Cette modification de la structure alpha-gamma est connue sous le nom de transformation de phase. La phase gamma est capable de «piéger» les atomes de carbone, contrairement à la phase alpha.

Ainsi, dans le cas de l'acier, sa structure peut être visualisée comme des 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 d'autres espèces dans le solide.

Caractéristiques et propriétés

Le fer pur est un métal tendre et très ductile, très sensible à la corrosion et à l'oxydation des 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 une myriade d'applications.

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

Exemples

Fer forgé ou doux

Il a une teneur en carbone inférieure à 0,03%. Il est de couleur argent, rouille facilement et se fissure à l'intérieur. 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 bâtiments. Il est actuellement utilisé dans les plaques, rivets, treillis, etc. Comme c'est un bon conducteur électrique, il est utilisé dans le noyau des électroaimants.

Fonte brute ou fonte

Dans le produit initial de haut fourneau, il contient 3-4% 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 cassant. Son point de fusion est élevé (1500 ºC). Et il s'oxyde rapidement.

C'est un bon conducteur électrique, c'est pourquoi il est utilisé dans les composants électriques et électroniques. Sinon, c'est peu utile.

Fonte ou fonte (fonderies)

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

Parce qu'il est moulable, il peut fabriquer des pièces de différentes tailles et complexité. Dans ce type de fer, on utilise de la fonte grise, ce qui lui confère stabilité et moulabilité.

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

Ils ont également de bonnes propriétés de compression, mais ils sont cassants et se cassent avant le pliage, ils ne conviennent donc pas aux pièces très élaborées.

Fonte grise

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

Il possède de nombreux attributs de la fonte de base, étant très fluide. Il est rigide et se plie peu de temps avant de se rompre.

Fonte ductile

Du carbone est ajouté, sous forme de granit sphérique, à une concentration comprise entre 3,2% et 3,6%. La forme sphérique du graphite lui confère une plus grande résistance aux chocs et une plus grande malléabilité que la fonte grise, ce qui lui permet d'être utilisé dans des conceptions détaillées et arêtes.

Aciers

Teneur en carbone comprise entre 0,03% et 1,76%. Parmi ses qualités figurent la dureté, la ténacité et la résistance aux efforts physiques. En général, ils rouillent facilement. Ils sont soudables et peuvent être traités dans le forgeage ou mécaniquement.

Ils ont également une plus grande dureté et moins de fluidité que les fontes. Pour cette raison, ils ont besoin de températures élevées pour s'écouler dans les moules.

L'acier et ses applications

Il existe plusieurs types d'acier, chacun avec des applications différentes:

Acier au carbone ou de 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 la fabrication d'outils, de tôles d'acier, de véhicules ferroviaires, de clous, de vis, d'automobiles et de bateaux.

Acier au silicium

Aussi appelé acier électrique ou acier magnétique. Sa concentration en silicium varie entre 1% et 5%, Fe varie entre 95% et 99%, et le carbone a 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 fabrication d'aimants et de transformateurs électriques.

Acier galvanisé

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

Acier inoxidable

Il a une composition de Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) et C (0,2%). Il résiste à la rouille et à la corrosion. Il est utilisé dans la production de couverts ainsi que de matériel 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. Utilisé sur les rails de train, les coffres-forts et les armures.

Acier Invar

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

Références

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