Tratamente termice și termochimice

Fierul este foarte raspandit in natura (4,7%), ocupand

locul IV pe scara abundentei elementelor in scoarta terestra

(Clark), dupa oxigen (49%), siliciu (26%), aluminiu (7,5%).

In stare nativa se gaseste rar; meteoritii ferosi

(sideritii), care reprezinta aproape 50% din meteoritii care

cad pe pamant, sunt formati in principal din fier, continand

si 5 pana la 20% nichel, fapt care permite sa se presupuna

ca miezul pamantului este format din fier si nichel.

Mineralele de fier sunt foarte raspandite; cea mai mare

parte din fierul aflat in scoarta terestra se gaseste sub

forma de silicati. Un mineral de fier foarte raspandit este

pirita FeS2, dar acest mineral nu poate fi utilizat direct

in metalurgia fierului. Dintre mineralele de fier de

importanta ca minereu fac parte: magnetita Fe3O4, hematita

Fe2O3, limonita FeO(OH) si carbonatul feros (siderita) FeCO3.

Fierul tehnic are proprietati de rezistenta scazute

(Rm=200 N/mm2; Rc=100 N/mm2; HB=80 daN/mm2), proprietati

plastice ridicate (A5=50%; KCU=25 daJ/cm2), permeabilitate

magnetica mare, forta coercitiva si conductibilitate

electrica mici, pierderi mici prin histerezis magnetic. Face

parte din grupa a VIII-a a sistemului periodic, are numarul

atomic z=26, masa atomica 55,847, coeficientul de dilatare

termica a=11,7*10-6 grad-1, densitatea r=7,86 kg/dm3, putand

avea valentele 2, 3 si 6.

Fierul are culoare alba-argintie, se topeste la 1538?C,

fierbe la 2880?C si prezinta, la presiune normala, doua

stari alotropice:

- fierul alfa (Fea) cristalizat in retea cub cu volum

concentrat, stabil in domeniul de temperatura 1538 1394?C

(cunoscut si sub numele de fier delta - Fed) si sub

temperatura de 912?C;

- fierul gama (Feg), cristalizat in retea cub cu fete

centrate, stabil in intervalul termic 912 1394?C. La

presiuni mai mari de 150 kbari, la temperatura ambianta,

fierul mai prezinta o stare alotropica epsilon (Fee),

cristalizat in retea hexagonal compacta.

Fierul prezinta o transformare magnetica la temperatura

de 770?C (punct Curie), cand trece reversibil din

feromagnetic in paramagnetic in procesul de incalzire,

respectiv cel de racire.

Stabilitatea la diferite temperaturi a celor doua forme

alotropice ale fierului alfa si gama se poate explica

urmarindu-se variatia cu temperatura a energiei libere a

acestora.

In stare pura fierul are domenii limitate de utilizare.

Datorita capacitatii mari de deformare plastica, fierul

tehnic pur este folosit pentru obtinerea unor produse prin

ambutisare adanca. Proprietatile sale fizice,

permeabilitatea magnetica mare si pierderile mici prin

histerezis, fac sa fie utilizat in electrotehnica la

confectionarea miezurilor si pieselor polare ale

electromagnetilor, la ecrane magnetice, membrane telefonice,

etc. Fierul pur se foloseste drept catalizator al unor

procese chimice, precum si pentru prepararea unor produse

medicinale. Pulberea de fier monodomeniala este destinata

fabricarii prin sintetizare a magnetilor permanenti.

Cea mai larga utilizare o au insa aliajele de baza de

fier - reprezentate prin oteluri carbon, fonte, oteluri si

fonte aliate, etc. - in care cel mai important element de

aliere a fierului este carbonul; introdus in cantitati mici,

acesta modifica in mod spectaculos proprietatile fizicomecanice

si tehnologice ale fierului.

Aliajele fier-carbon sunt aliaje complexe, care pe

langa elementele principale, fierul si carbonul, mai contin

sub forma de impuritati si alte elemente chimice cum ar fi:

Mn, Si, P, S, O, H, N, B, etc., ce provin din procesul de

elaborare si care influenteaza puternic proprietatile de

baza ale fierului.

1.1.2. Diagrama de echilibru termodinamic.

Fierul si carbonul formeaza un sistem de aliaje cu

solubilitate totala in faza lichida, solubilitate partiala

in faza solida, cu formare de compusi chimici si cu diferite

transformari secundare. Din analiza diagramei de echilibru

(prezentata in anexa) se constata ca aceasta diagrama binara

de echilibru are un aspect complex, fiind formata din

combinarea a patru diagrame binare simple: diagrama cu

peritectic, diagrama cu eutectic, diagrama cu descompunere

totala a solutiei solide si diagrama cu descompunere

partiala a solutiei solide.