Sobre o Ferro
O ferro é um metal da primeira série de transição. É em massa o elemento mais comum na Terra, formando grande parte do núcleo externo e interno da Terra. É o quarto elemento mais comum na crosta terrestre. Sua abundância em planetas rochosos como a Terra se deve à sua produção abundante por fusão em estrelas de alta massa.
Resumo
Elemento | Ferro |
Número atômico | 26 |
Categoria do elemento | Metal de transição |
Fase em STP | Sólido |
Densidade | 7,874 g/cm3 |
Resistência à tração | 540 MPa |
Força de rendimento | 50 MPa |
Módulo de elasticidade de Young | 211 GPa |
Escala de Mohs | 4,5 |
Dureza Brinell | 490 MPa |
Dureza Vickers | 608 MPa |
Ponto de fusão | 1538 °C |
Ponto de ebulição | 2861 °C |
Condutividade térmica | 80,2 W/mK |
Coeficiente de Expansão Térmica | 11,8 µm/mK |
Calor específico | 0,44 J/gK |
Calor de fusão | 13,8 kJ/mol |
Calor da vaporização | 349,6 kJ/mol |
Resistividade elétrica [nanoOhm meter] | 96,1 |
Suscetibilidade Magnética | N/D |
Aplicações do Ferro
O ferro é usado em vários setores, como eletrônicos, manufatura, automotivo e construção civil. O ferro é o mais amplamente utilizado de todos os metais, respondendo por mais de 90% da produção mundial de metal. Seu baixo custo e alta resistência muitas vezes o tornam o material de escolha para suportar tensões ou transmitir forças, como a construção de máquinas e máquinas-ferramentas, trilhos, automóveis, cascos de navios, barras de reforço de concreto e a estrutura de carga de edifícios. Como o ferro puro é bastante macio, é mais comumente combinado com elementos de liga para fazer aço. Os aços são ligas ferro-carbono que podem conter concentrações apreciáveis de outros elementos de liga. Adicionar uma pequena quantidade de carbono não metálico ao ferro troca sua grande ductilidade pela maior resistência. Devido à sua alta resistência, mas ainda tenacidade substancial, e sua capacidade de ser grandemente alterada por tratamento térmico, o aço é uma das ligas ferrosas mais úteis e comuns em uso moderno. Existem milhares de ligas que possuem diferentes composições e/ou tratamentos térmicos. As propriedades mecânicas são sensíveis ao teor de carbono, que normalmente é inferior a 1,0% em peso.
Produção e Preço do Ferro
Os preços das matérias-primas mudam diariamente. Eles são impulsionados principalmente pela oferta, demanda e preços de energia. Em 2019, os preços do ferro puro estavam em torno de 0,0675 $/kg.
Atualmente, a produção industrial de ferro ou aço consiste em duas etapas principais. Na primeira etapa, o minério de ferro é reduzido com coque em um alto-forno, e o metal fundido é separado das impurezas brutas, como minerais de silicato. Este estágio produz uma liga – ferro-gusa. O ferro-gusa, também conhecido como ferro bruto, é produzido pelo processo de alto-forno e contém até 4-5% de carbono, com pequenas quantidades de outras impurezas como enxofre, magnésio, fósforo e manganês. As principais áreas de mineração de ferro são China, Austrália, Brasil, Rússia e Ucrânia. A produção mundial de minério de ferro anual é de cerca de 1600 milhões de toneladas.
Fonte: www.luciteria.com
Propriedades Mecânicas do Ferro
Força do Ferro
Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original. A resistência de um material é sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica.
Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa.
Veja também: Resistência dos Materiais
Resistência à tração final do Ferro
A resistência à tração final do Ferro é de 540 MPa.
Força de Cedência do Ferro
O limite de escoamento do Ferro é de 50 MPa.
Módulo de Elasticidade do Ferro
O módulo de elasticidade de Young do Ferro é 211 GPa.
Dureza do Ferro
Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.
A dureza Brinell do Ferro é de aproximadamente 490 MPa.
O método de teste de dureza Vickers foi desenvolvido por Robert L. Smith e George E. Sandland na Vickers Ltd como uma alternativa ao método Brinell para medir a dureza dos materiais. O método de teste de dureza Vickers também pode ser usado como um método de teste de microdureza, que é usado principalmente para peças pequenas, seções finas ou trabalhos de profundidade de caixa.
A dureza Vickers do Ferro é de aproximadamente 608 MPa.
A dureza ao risco é a medida de quão resistente uma amostra é à deformação plástica permanente devido ao atrito de um objeto pontiagudo. A escala mais comum para este teste qualitativo é a escala de Mohs, que é usada em mineralogia. A escala Mohs de dureza mineral é baseada na capacidade de uma amostra natural de mineral riscar visivelmente outro mineral.
O Ferro tem uma dureza de aproximadamente 4,5.
Veja também: Dureza dos Materiais
Ferro – Estrutura Cristalina
Uma possível estrutura cristalina do Ferro é a estrutura cúbica de corpo centrado.
Nos metais e em muitos outros sólidos, os átomos estão dispostos em arranjos regulares chamados cristais. Uma rede cristalina é um padrão repetitivo de pontos matemáticos que se estende por todo o espaço. As forças de ligação química causam essa repetição. É esse padrão repetido que controla propriedades como força, ductilidade, densidade, condutividade (propriedade de conduzir ou transmitir calor, eletricidade, etc.) e forma. Existem 14 tipos gerais de tais padrões conhecidos como reticulados de Bravais.
Veja também: Estrutura Cristalina de Materiais
Estrutura Cristalina de Ferro
Propriedades Térmicas do Ferro
Ferro – Ponto de Fusão e Ponto de Ebulição
O ponto de fusão do Ferro é 1538°C.
O ponto de ebulição do Ferro é 2861°C.
Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão.
Ferro – Condutividade Térmica
A condutividade térmica do Ferro é 80,2 W/(m·K).
As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.
Coeficiente de Expansão Térmica do Ferro
O coeficiente de expansão térmica linear do Ferro é de 11,8 µm/(m·K).
A expansão térmica é geralmente a tendência da matéria de mudar suas dimensões em resposta a uma mudança na temperatura. Geralmente é expresso como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por unidade de mudança de temperatura.
Ferro – Calor Específico, Calor Latente de Fusão, Calor Latente de Vaporização
O calor específico do Ferro é 0,44 J/gK.
A capacidade calorífica é uma propriedade extensiva da matéria, o que significa que é proporcional ao tamanho do sistema. A capacidade calorífica C tem a unidade de energia por grau ou energia por kelvin. Ao expressar o mesmo fenômeno como uma propriedade intensiva, a capacidade calorífica é dividida pela quantidade de substância, massa ou volume, portanto a quantidade é independente do tamanho ou extensão da amostra.
O calor latente de fusão do Ferro é 13,8 kJ/mol.
O calor latente de vaporização do Ferro é 349,6 kJ/mol.
Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia quebra as forças atrativas intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o pΔV trabalho). Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia de vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.
Ferro – Resistividade Elétrica – Suscetibilidade Magnética
A propriedade elétrica refere-se à resposta de um material a um campo elétrico aplicado. Uma das principais características dos materiais é sua capacidade (ou falta de capacidade) de conduzir corrente elétrica. De fato, os materiais são classificados por essa propriedade, ou seja, são divididos em condutores, semicondutores e não condutores.
Veja também: Propriedades Elétricas
A propriedade magnética refere-se à resposta de um material a um campo magnético aplicado. As propriedades magnéticas macroscópicas de um material são consequência das interações entre um campo magnético externo e os momentos de dipolo magnético dos átomos constituintes. Diferentes materiais reagem à aplicação do campo magnético de forma diferente.
Veja também: Propriedades Magnéticas
Resistividade Elétrica do Ferro
A resistividade elétrica do Ferro é 96,1 nΩ⋅m.
A condutividade elétrica e seu inverso, a resistividade elétrica, é uma propriedade fundamental de um material que quantifica como o Ferro conduz o fluxo de corrente elétrica. A condutividade elétrica ou condutância específica é o recíproco da resistividade elétrica.
Suscetibilidade Magnética do Ferro
A suscetibilidade magnética do Ferro é N/A.
No eletromagnetismo, a suscetibilidade magnética é a medida da magnetização de uma substância. A suscetibilidade magnética é um fator de proporcionalidade adimensional que indica o grau de magnetização do Ferro em resposta a um campo magnético aplicado.