Metales Ferrosos

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN

2. EL HIERRO: DEFINICIÓN

3. CARACTERISTICAS

4. ESTRUCTURA

5. APLICACIONES Y PRODUCCIÓN

6. COMPUESTOS

7. DIAGRAMA DE FASES DEL SISTEMA FE-C

8. FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO

8.1 El hierro-

8.2 El hierro-

8.3 El hierro-

8.4 El hierro-

9. MINERALES DE HIERRO

9.1 La siderita

9.2 La magnetita

9.3 La magnetita

9.4 La hematites roja

10. OBTENCIÓN DEL HIERRO: PROCESO SIDERÚRGICO

10.1 Concentración de la mena

11. MATERIAS PRIMAS

12. HISTORIA DEL HIERRO

13. EL ALTO HORNO

14. PRODUCTOS SIDERÚRGICOS

14.1 Hierro dulce

15. ACEROS

15.1 Obtención de aceros

15.2 Presentación comercial de los aceros

16. CLASIFICACIÓN, PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS ACEROS

16.1 Los aceros ordinarios

16.2 Los aceros aleados

17. TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQUÍMICOS DE LOS ACEROS.

17.1 El Templado

17.2 El Revenido

17.3 El recocido

18. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

18.1 cementación

18.2 Nitruración

18.3 Cianuración

18.4 Sulfinización

19. FUNDICIONES

19.1 Fundiciones blancas

19.2 Fundiciones maleables de corazón blanco

19.3 Fundiciones maleables de corazón negro

19.4 Fundiciones maleables perlíticas.

19.5 Fundiciones grises

19.6 Fundición nodular o esferoidal

19.7 Fundiciones aleadas

20. CONCLUSIÓN

21. BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN

Los materiales férricos son aquellos cuyo componente principal es el hierro, pudiendo presentar además otros elementos tanto metálicos como no metálicos. En la actualidad, el consumo industrial de estos materiales representa más del 90% del consumo total de materiales metálicos, debido a su resistencia y a su coste de obtención relativamente bajo.

EL HIERRO

El elemento químico hierro forma parte de la corteza terrestre en un porcentaje del 5%, siendo el segundo metal más abundante tras el aluminio, aunque no se presenta nunca en estado puro, sino combinado en forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos y sulfuros.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL HIERRO

Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y pesado.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones).

ESTRUCTURA

El hierro tiene una estructura centrada en el cuerpo, a temperaturas normales. A temperaturas más altas, tiene una estructura cúbica centrada en la cara. Este hecho es de gran importancia práctica. En su forma de acero, el hierro siempre contiene una pequeña cantidad de carbono. Los átomos de carbono son menores que los átomos de hierro y, a temperaturas altas, se encajan en los espacios abiertos de la estructura centrada en la cara. Cuando el hierro se enfría, adquiere una forma cubica centrada en el cuerpo. En esa forma, los átomos de carbono no pueden colocarse en los espacios más pequeños. Entonces, la red cristalina del hierro se distorsiona, debido al tamaño tan grande de los átomos de carbono, o el carbono se separa del hierro como carburo de hierro, Fe 3C.

Los cristales del hierro y del Fe3 existen en muchos tamaños y formas. La estructura final del cristal está determinada por el por ciento del hierro y la rapidez de enfriamiento. Estas diferencias en la estructura cristalina, le dan la gran versatilidad que tiene el acero como un material industrial. También explican el hecho de que las propiedades del acero se pueden cambiar gradualmente por el tratamiento del calor.

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y ástato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín. La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el hierro metal. Se establece una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución electrolítica. El agua y los electrólitos solubles aceleran la reacción. En este proceso, el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula el orín, y la superficie del metal acaba agujereándose, ósea, se corroe.

Al sumergir hierro en ácido nítrico concentrado, se forma una capa de óxido que lo hace pasivo, es decir, no reactivo químicamente con ácidos u otras sustancias. La capa de óxido protectora se rompe fácilmente golpeando o sacudiendo el metal, que vuelve así a ser activo.

APLICACIONES Y PRODUCCIÓN

El hierro puro, preparado por la electrólisis de una disolución de sulfato de hierro (II), tiene un uso limitado. El hierro comercial contiene invariablemente pequeñas cantidades de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades físicas, pero éstas pueden mejorarse considerablemente añadiendo más carbono y otros elementos de aleación.

La mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, el hierro colado y el acero. Comercialmente, el hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. Los compuestos de hierro se usan en medicina para el tratamiento de la anemia, es decir, cuando desciende la cantidad de hemoglobina o el número de glóbulos rojos en la sangre.

En 1994, la producción anual de hierro se aproximaba a los 975 millones de toneladas.

COMPUESTOS

Los compuestos de hierro (II) se oxidan fácilmente a compuestos de hierro (III). El compuesto más importante de hierro (II) es el sulfato de hierro (II), FeSO4, denominado caparrosa verde, que normalmente existe en forma de cristales verde pálido que contienen siete moléculas de agua de hidratación. Se obtiene en grandes cantidades como subproducto al limpiar el hierro con baño químico, y se utiliza como mordiente en el teñido, para obtener tónicos medicinales y para fabricar tinta y pigmentos.

El óxido de hierro (III), un polvo rojo amorfo, se obtiene tratando sales de hierro (III) con una base, y también oxidando pirita. Se utiliza como pigmento, y se denomina rojo de hierro o rojo veneciano. También se usa como abrasivo para pulir y como medio magnetizable de cintas y discos magnéticos. El cloruro de hierro (III), que se obtiene en forma de cristales brillantes de color verde oscuro al calentar hierro con cloro, se utiliza en medicina y como una disolución alcohólica llamada tintura de hierro.

Los iones de hierro (II) y hierro (III) se combinan con los cianuros para formar compuestos de coordinación. El hexacianoferrato (II) de hierro (III) o ferrocianuro férrico, Fe4[Fe(CN)6]3, es un sólido amorfo azul oscuro formado por la reacción de hexacianoferrato (II) de potasio con una sal de hierro (III) y se conoce como azul de Prusia. Se usa como pigmento en pintura y como añil en el lavado de ropa para corregir el tinte amarillento dejado por las sales de hierro (II) en el agua. El hexacianoferrato (III) de potasio, K3Fe(CN)6, llamado prusiato rojo, se obtiene del hexacianoferrato (III) de hierro (II), Fe3[Fe(CN)6]2. A éste se le llama también azul de Turnbull y se usa para procesar el papel de calco. El hierro experimenta también ciertas reacciones fisicoquímicas con el carbono, que son esenciales para fabricar el acero.

DIAGRAMA DE FASES DEL SISTEMA FE-C

El hierro puro, al calentarlo, experimenta dos cambios de fase antes de fundir. La ferrita o hierro alpha es estable a temperatura ambiente (BCC). A 912deg.C se transforma en austenita, Fe-gamma, FCC. A 1394deg.C se convierte en ferrita-delta (BCC), que funde a 1538deg.C.

Cementita: Es la combinación Fe-C con 6.7% de C, Fe3C. Prácticamente, todos los aceros y fundiciones tienen

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