Materiale Metalice

1. Notiuni generale

Fierul este unul din cele mai raspândite metale, fiind folosit pe scara larga în numeroase domenii ale tehnicii.

Fierul este foarte raspândit în natura, ocupând locul al IV  lea pe scara abundentei în scoarta terestra ( Clark ); O2  49 %, Si  26 %, Al  8 %, Fe  5 %.

În stare naturala, se gaseste foarte rar, ca de exemplu meteoritii ferosi ( sideriti ), care reprezinta 50 % din meteoritii ce cad pe Pamânt. Acestia sunt formati, în principal, din Fe, continând 5 ÷ 20 % Ni, fapt care permite sa se presupuna ca miezul Pamântului e format din Fe si Ni.

Mineralele de Fe sunt foarte raspândite, cea mai mare parte a fierului se afla în scoarta terestra si se gaseste sub forma de silicati. Un mineral de Fe foarte raspândit este Pirita FeS2, dar acest mineral nu poate fi folosit direct în metalurgia fierului.

Dintre mineralele de Fe, importanta ca mineral de Fe reprezinta oxizii:

- Magnetita Fe3O4;

- Hematita Fe2O;

- Limonita FeO(OH);

- Carbonatul feros Siderita FeCO3.

Cea mai importanta metoda de interes practic pentru obtinerea fierului consta în reducerea cu carbonul în furnale a oxizilor de Fe. Prin acest procedeu nu rezulta Fe pur, ci fonta, din care, prin afinare, se obtine Fe de puritate tehnica ( Fe tehnic pur ) si principalele aliaje pe baza de fier: otelurile si fontele.

Deosebirea dintre Fe tehnic pur si otel este conventionarea, considerându-se Fe, aliajele Fe-C, cu un continut relativ scazut în elemente însotitoare ( C, Si, Mn, S, P,etc ), de exemplu cel mult 0,16 %, carbonul nedepasind, de regula, 0,08 %.

Compozitia chimica pentru câteva variante de Fe tehnic pur e prezentata în tabel:

Denumirea Compozitia chimica %

C Si Mn S P O

Fier ARMCO 0,015 0,01 0,02 0,02 0,01 0,015

Fier carbonil 0,01 0,04 0,08 0,004 0,005 0,5

Fier electrolitic 0,008 0,007 0,02 0,009 0,006 

Fier retopit sub vid 0,001 0,003  0,026 0,0005 0,006

Fier ARMCO vine de la denumirea comerciala a firmei American Rolling Mill CO, care l-a produs prima data.

Fe ARMCO, numit si Fe tehnic pur ( 99,8 ÷ 99,9 % Fe ) se obtine prin afinarea fontei si e relative impur, continând pâna la 0,16 % elemente însotitoare permanente ( C, Si, Mn, S, P, etc ).

Este utilizat ca materie prima la eleborarea otelurilor cu proptietati speciale si în electrotehnica, ca material magnetic moale.

Fe carbonil  se obtine prin disocierea termica a carbonatilor de Fe, ca de exemplu, a pentacerbonatului de Fe, potrivit reactiei Fe(CO)5 ’ Fe + 5 CO.

Prin acest procedeu rezulta o pulbere formata din particole de Fe aproape sferice. Fe carbonilul astfel obtinut nu contine S, P, Mn, Si sau alte impuritati, cu exceptia C si 0 din care contine câte 1 ÷ 1,5%. Continul ridicat în C si O face ca duritatea Fe carbonilului sa fie foarte mare, ordinul 850 HV. Decarburarea si dezoxidarea Fe carbonilului se realizeaza printr-o recoacere în mediu de hidrogen cu diferite grade de umiditate la temperaturi de 500 ÷ 600°C. Fe carbonilul decarburat si dezoxidat prezinta o mare capacitate de sinterizare, motiv pentru care este foarte apreciat în metalurgia pulberilor pentru obtinerea de piese de forme complicate. Fe carbonilul este utilizat în radiotehnica, electrotehnica, constructii de masini, chimie, medicina, agricultura.

Fe electrolitic este un Fe pur obtinut prin electroliza în solutii apoase a sarurilor feroase ( FeCl2, FeSO4 ). În urma electrolizei continutul în hidrogen este foarte ridicat, motiv pentru care înainte de utilizare el trebuie degazat prin topire sub vid înaintat. Fe de puritate si mai înaintata poate fi obtinut prin oxidare selectiva în faza lichida si recoacere sau topire în vid înaintat.

Fe deosebit de pur se obtine prin topirea zonara, într-un astfel de fier continutul total în impuritati ridicându-se la cateva ppm.