Ferro – Propriedades – Preço – Aplicações – Produção

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.