De tots els materials utilitzats per l’ésser humà, uns dels més importants per al desenvolupament tecnològic han estat els metalls. La seva obtenció no ha estat mai un procés fàcil. Per poder obtenir els metalls, cal seguir un procés similar al següent:
• Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metall d’altres que l’acomanyen.
• Metal•lúrgia: separació del metall dels altres elements amb els quals es troba combinat químicament.
• Indústries metàliques: elaboració del metall obtingut per a l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal•lúrgia. Actualment, també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
1.1 Els minerals
Els compostos més comuns que formen combinant els minerals químicament són: òxids, sulfurs i carbonats.
Per separar el ferro dels altres elements calen processos químics aplicats amb temperaturas elevades. Antigament ja es combinava el carboni amb els metalls per ls facilitat amb que es combinava amb l’oxigen.
Un mineral es forma per una part aprofitable del metall que es busca, anomenada “mena” i per parts no aprofitables ja que no aporta metall valorable que té de nom “ganga”.
El primer porcés després de l’extracció és l’enriquiment i consisteix en la màxima possible separació d’aquests dos components. No sempre és economicamet aprofitable la separació d’aquest metall. La quantitat de metall en un mineral es representa en tant per cent.
1.2. Aliatges
Els metalls es caracteritzen per tenir una elevada conductivitat ( tant elèctrica com tèrmica), una gran resistencia mecanica, ser opacs, lluents i fondre’s a temperaturas elevades. No obstant això, poques vegades es fan servir en estat pur i s’utilitzen aliatges, que és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics ( com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall.
Els diferents aliatges es distingeixen pels components que els formen i s’identifiquen per la seva composició. Alguns aliatges també reben noms propis.
Solidificació dels aliatges.
Els metalls purs tenen un valor fix de temperatura de fusió. Mentre es solidifica el metall la temperatura és constant i quan s’ha solidificat completament disminueix de forma constant..
No obstant aixó, la temperatura dels aliatges no és fixa, depén de les proporcions del metall en aquests.
• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà en fase líquida.
• Àrea de fase líquida+sòlida: Per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l’aliatge sempre contindrà una part de la massa en fase sòlida i l’altra part en fase líquida.
• Àrea de fase sòlida: Per sota de la línia de sòlid, l’aliatge sempre es trobarà en fase sòlida.
Els diagrames d’equilibri presenten un mínim a la línia de líquids. Haches valor mínim sempre coincideix amb la línia de sòlids. La proporció que correspon a haches punté s molt important i s’anomena proporció eutèctica. Paral•lelament el punt s’anomena punt eutèctic i la temperatura que li correspon es coneix també per temperatura eutèctica.
Els aliatges de proporcions autèctiques són importants :
- Temperatura de solidificació constant.
- Temperatura de solidificació o fusió més baixa de totes les posibles, es a dir, és més baixa que la més baixa dels components que formen l’aliatge.
- Són mescles finíssimes i íntimes de cristalls purs dels components de l’aliatge.
1.3. Els productes metal•lúrgics
Actualment la indústria desposa d’una gran varietat de productes metal•lúrgics amb propietats molt diverses. De tots aquests mateials, que poden se metalls purs o aliatges, els més utilitzats són els que es mencionen a la taula.
El ferro i els seus aliatges.Anomenem ferro a una gran varietat d’aliatges , pero en realitat el ferro pur no té aplicacions industrials ja que té les següents propietats:
- punt de fussió 1539 ºC.
- Color: blanc grisós.
- Densitat:7.87 g/cm3.
- Propietats mecàniques: dúctil i mal•leable
- Altres propietats: magnetitzabilitat i electroconductivitat.
[ferro pur = ferro-carboni amb un 0.’03% de carboni].
La solidificació del ferro.Les varietats al.lotròpiques són, les propietats que tnen uns materials en funció de la seva distribució d’àtoms, aquestes propietats es representen mitjançant les quatre primeres lletres de l’alfabet grec.
Fonent una massa de ferro observem el procés següent:
- Als 1539 ºC la temperatura es manté constant (varietat delta).
- La temperatura baixa fins els 1390 ºC, es manté un altre cop constatn mentre canvia la seva estructura cristal•lina (varietat gamma).
- Continua el descens de temperatura fins els 900 ºC, es manté constant mentre la seva massa canvia (varietat beta).
- Atre descens de temperatura fins els 750 ºC, es manté constant mentre que la seva estructura torna a canviar (varietat alfa).
Segons la velocitat a la que refredem al ferro i en la temperatura en que es trobi en aquell moment podem obtenir el ferro alfa, beta, gamma o delta, refredant a partir de l’intertval de temperaturas corresponent.
Els aliatges ferro-carboni
Les diferents combinacions dels factors, juntament amb la velocitat de refredament en el procés de solidificació i la proporció total de carboni de l’aliatge donen lloc al que s’anomenen constituents dels aliatges ferro-carboni.
Es coneixen fins a onze constituents diferents, dels quals els més importants són:
Els aliatges fèrrics no són, en general, totalment homogenis. Solen contenir els consituents en diferents proporcions, cosa que provoca una gran variabilitat de les seves propietats.
1.4. Els productes siderúrgics: acers i foses
El ferro és útil quan s’alia amb el carboni i dona lloc a acers i foses.
[Són acers els aliatges de ferro amb carboni quan el contingut d’aquest oscil•la entre 0’1 i 1’76% i foses amb un contingut de carboni antre el 3 i el 4’5%].
Per donar forma als metalls es fan servir diversos procediments:
- Forja: massa sòlida de metall entre dues meitats de motlle i aplicant un esforç de compressió fins que adopta la seva forma.
- Emmotllament: Intruducció d’un metall en fase líquida a l’interior d’un motlle tancat i desmontar-lo un cop sòlid.
En general, es pot dir que l’hacer és forjable i fon a temperaturas elevades (>1400ºC). En canvi, la fosa no es forjable, fon a temperaturas més baixes (>1130ºC) i es pot emotllar molt bé perquè té molta facilitat per adaptar-se a les formes complicades d’un motlle quan s’introduieix en fase liquida.
A més de carboni els aliatjes de ferro poden contenir altre elements químics en diferents proporcions. Els elements d’aliatge s’afegeixen voluntariament per millorar les propietats de l’aliatge. Uns altres elements químics apareixen involuntariament durant el proces d’obtenció i provoquen un empijorament de les propietats en aquest cas s’anomenen impureses.
Segons quina sigui la forma del grafit quan s’observa al microscopi, la fosa grisa pot ser:
• Laminar: en forma de làmines
• Nodular: en forma de ram o de raïm
• Esferoïdal: en forma d’esferes
La fosa grisa nodular també es coneix com a fosa mal•leable i la gris esferoidal per fosa dúctil: Els diversos tipus de foses presente diferents propietats i aplicacions.
