Fer – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos du Fer

Le fer est un métal de la première série de transition. C’est en masse l’élément le plus courant sur Terre, formant une grande partie du noyau externe et interne de la Terre. C’est le quatrième élément le plus commun de la croûte terrestre. Son abondance dans les planètes rocheuses comme la Terre est due à sa production abondante par fusion dans des étoiles de grande masse.

Résumé

Élément	Fer
Numéro atomique	26
Catégorie d’élément	Métal de transition
Phase à STP	Solide
Densité	7,874 g/cm3
Résistance à la traction ultime	540 MPa
Limite d’élasticité	50 MPa
Module de Young	211 GPa
Échelle de Mohs	4,5
Dureté Brinell	490 MPa
Dureté Vickers	608 MPa
Point de fusion	1538°C
Point d’ébullition	2861°C
Conductivité thermique	80,2 W/mK
Coefficient de dilatation thermique	11,8 µm/mK
Chaleur spécifique	0,44 J/g·K
Température de fusion	13,8 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	349,6 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	96,1
Susceptibilité magnétique	N / A

Applications du Fer

Le fer est utilisé dans de nombreux secteurs tels que l’électronique, la fabrication, l’automobile, la construction et le bâtiment. Le fer est le plus largement utilisé de tous les métaux, représentant plus de 90 % de la production mondiale de métaux. Son faible coût et sa haute résistance en font souvent le matériau de choix pour résister aux contraintes ou transmettre des forces, telles que la construction de machines et de machines-outils, de rails, d’automobiles, de coques de navires, de barres d’armature en béton et de la charpente porteuse des bâtiments. . Étant donné que le fer pur est assez doux, il est le plus souvent combiné avec des éléments d’alliage pour fabriquer de l’acier. Les aciers sont des alliages fer-carbone qui peuvent contenir des concentrations appréciables d’autres éléments d’alliage. L’ajout d’une petite quantité de carbone non métallique au fer échange sa grande ductilité contre une plus grande résistance. En raison de sa très grande résistance, mais toujours d’une ténacité substantielle et de sa capacité à être fortement altérée par un traitement thermique, l’acier est l’un des alliages ferreux les plus utiles et les plus courants dans l’utilisation moderne. Il existe des milliers d’alliages qui ont des compositions et/ou des traitements thermiques différents. Les propriétés mécaniques sont sensibles à la teneur en carbone, qui est normalement inférieure à 1,0 % en poids.

 

 

Production et prix du Fer

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du fer pur étaient d’environ 0,0675 $/kg.

De nos jours, la production industrielle de fer ou d’acier se compose de deux étapes principales. Dans la première étape, le minerai de fer est réduit avec du coke dans un haut fourneau et le métal en fusion est séparé des impuretés brutes telles que les minéraux silicatés. Cette étape donne un alliage – la fonte brute. La fonte brute, également connue sous le nom de fonte brute, est produite par le procédé de haut fourneau et contient jusqu’à 4 à 5 % de carbone, avec de petites quantités d’autres impuretés telles que le soufre, le magnésium, le phosphore et le manganèse. Les principales régions minières de fer sont la Chine, l’Australie, le Brésil, la Russie et l’Ukraine. La production annuelle mondiale de minerai de fer est d’environ 1600 millions de tonnes.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques du Fer

Force du Fer

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Fer

La résistance à la traction ultime du fer est de 540 MPa.

Limite d’élasticité du Fer

La limite d’élasticité du fer  est de 50 MPa.

Module de Young du Fer

Le module de Young du fer est de 211 GPa.

Dureté du Fer

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur  est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du fer est d’environ 490 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du fer est d’environ 608 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

Le fer a une dureté d’environ 4,5.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Fer – Structure cristalline

Une structure cristalline possible du fer est une structure cubique centrée sur le corps.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline du Fer

Propriétés thermiques du Fer

Fer – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du fer est de 1538°C.

Le point d’ébullition du fer est de 2861°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Fer – Conductivité thermique

La conductivité thermique du fer est de 80,2 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Fer

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du fer est de 11,8 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Fer – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique du fer est de 0,44 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion du fer est de 13,8 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du fer est de 349,6 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Fer – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué . Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique du Fer

La résistivité électrique du fer est de 96,1 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la façon dont le fer conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique du Fer

La susceptibilité magnétique du fer est N/A.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du fer en réponse à un champ magnétique appliqué.