METALES FERRICOS

4. METALES FÉRRICOS

EL HIERRO: OBTENCION, PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS.

Primero hay que sacar el mineral de la mina, que suele ser subterránea en el caso del mineral de hierro.

El transporte del mineral dentro y fuera de la mina obliga al uso de gran numero de vehículos.

Cuando llega el mineral de hierro a la industria, se procesa junto a caliza y carbón mineral otros minerales que deben extraerse de minas en los altos hornos, de forma semejante a grandes

chimeneas, donde ocurren las reacciones que transforman el óxido de hierro inicial en hierro metálico.

Los altos hornos consumen una enorme cantidad de energía, y producen muchos gases que terminan, en mayor o menor medida, en la emisión de gases que se difunden en la atmósfera circundante.

El hierro así obtenido contiene una gran cantidad de impurezas, entre ellas el carbono, que si excede cierta proporción, convierte a la aleación en frágil y muy dura.

Para eliminar las impurezas y el carbono en exceso se usan los convertidores, que mediante calentamiento e inyección de gases convierten la mezcla en acero, que no es más que hierro con carbono, al que se puede añadir la proporción deseada de otros elementos.

Propiedades del hierro:

Propiedades de este tipo de metales, entre los que se encuentra el hierro son su elevada dureza, el tener puntos de ebullición y fusión elevados y ser buenos conductores de la electricidad y el calor.

El estado del hierro en su forma natural es sólido (ferromagnético). El hierro es un elemento químico de aspecto metálico brillante con un tono grisáceo y pertenece al grupo de los metales de transición. El numero atómico del hierro es 26. El símbolo químico del hierro es Fe. El punto de fusión del hierro es de 1808 grados Kelvin o de 1535,85 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del hierro es de 3023 grados Kelvin o de 2750,85 grados celsius o grados centígrados.

Características del hierro

Hierro
Símbolo químico	Fe
Numero atómico	26
Grupo	8
Periodo	4
Aspecto	metálico brillante con un tono grisáceo
Bloque	d
Densidad	7874 kg/m3
Masa atómica	55.845 u
Radio medio	140 pm
Radio atómico	156
Radio covalente	126 pm
Configuración electrónica	[Ar]3d64s2
Electrones por capa	2, 8, 14, 2
Estados de oxidación	2, 3
Óxido	anfótero
Estructura cristalina	cúbica centrada en el cuerpo
Estado	Solido
Punto de fusión	1808 K
Punto de ebullición	3023 K
Calor de fusión	13.8 kJ/mol
Presión de vapor	7,05 Pa a 1808 K
Electronegatividad	1,83
Calor específico	440 J/(K·kg)
Conductividad electrica	9,93·106S/m
Conductividad térmica	80,2 W/(K·m)

DERIVADOS DEL HIERRO: ACERO Y FUNDICIONES.

·Tipos de aceros:

En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que se denominan: ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troostita sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.

FERRITA

Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros.

CEMENTITA

Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas.

PERLITA

Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm² y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento.

AUSTENITA

Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC. La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC.

PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DEL ACERO.

CLASIFICACION DE LAS FUNDICIONES Y DEFINICION DE SUS APLICACIONES.

·Fundiciones:

-Fundición gris: esta se lleva adelante en hierro. Lo que caracteriza a este procedimiento es que la mayor parte del contenido es de carbono y adquiere forma de escamas o láminas de grafito. Y son estas justamente las que le dan al hierro su color y propiedades deseables, como pueden ser que resultan fáciles de maquinar, tiene capacidad de templado y buena fluidez para el colado.

Pese a esto, las fundiciones grises son quebradizas y de baja resistencia a la tracción. Se las suele usar bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, bastidores y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, por poner algunos ejemplos.

-Fundición nodular (dúctil o esferoidal): se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. La mayor parte del contenido de carbono en el hierro nodular que tiene forma de esferoides. Para producir la estructura nodular el hierro fundido que sale del horno se inocula con materiales como magnesio. Esto produce cualidades deseables como elevada ductilidad, además de buen maquinado, fluidez para la colada, resistencia, así como también tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que sea sometida a un tratamiento térmico.

-Fundición maleable: se trata de hierros producidos a parte del tratamiento térmico de la denominada fundición blanca, la cual es sometida a rígidos controles que dan por resultado una microestructura en la que gran parte del carbono se combina con cementita.

-Fundición blanca: se usa en cuerpos moledores gracias a su resistencia significativa al desgaste. Su veloz enfriamiento ayuda a evitar la grafitización.

-Fundiciones maleables: se usan en la producción maquinarias.

-Fundicion atruchada: en este caso, tiene una matriz de fundición blanca combinada parcialmente con fundición gris. El carbono se encuentra libre y combinado, siendo difícilmente maquinable.

-Fundición aleada: contienen Ni, Cr, Mo, Cu, etc., en porcentajes suficientes para mejorar las propiedades mecánicas de las fundiciones ordinarias o alguna otra propiedad especial, como alta resistencia al desgaste, alta resistencia a la corrosión.

CONOIMIENTO DEL IMPACTO AMBIENTAL AL USO DE MATERIALES FERRICOS:

-A la hora de obtener la materia: La mayoría de las minas de hierro actualmente son a cielo abierto, esto implica un impacto ambiental acústico y paisajístico importante y esto ocasiona destrucción de hábitats. Esto además de emisiones de gases como CO2, etc.

-Durante la transformación del mineral en producto comercial: se pueden emitir a la atmósfera metales pesados, gases residuales y de horno alto y eléctrico ( CO, CO2….). Para evitar esto se aíslan las zonas industriales de los núcleos urbanos.

-Al desechar o reciclar un producto ferroso usado: esto tiene impacto sobre el medio ambiente pero es mucho menor que el de fabricar el producto.