Ferro
La parola ferro, è utilizzata nel linguaggio comune per indicare le varie leghe del ferro a bassa resistenza, definiti anche “acciai dolci”.
Il ferro, è un elemento che si trova sempre legato ad altri elementi come: carbonio, silicio, manganese, cromo, nichel etc.
Le leghe più note del ferro, sono quelle che lo vedono combinato con il carbonio, ovvero l’acciaio e la ghisa. A livello industriale, si riesce ad ottenere ferro puro, quasi al 100%; un prodotto che viene poi usato per esser legato a tutta una serie di altri elementi chimici, per ottenere leghe con caratteristiche molto diverse.
Il ferro è estremamente importante nella tecnologia per le sue caratteristiche meccaniche e la sua lavorabilità; e tale fu la sua importanza, anche nel passato, da dare il nome ad un intero periodo storico: l’età del ferro.
Le prime prove di uso del ferro vengono dai Sumeri e dagli Ittiti, che già 4000 anni prima di Cristo lo usavano per piccoli oggetti come punte di lancia e gioielli ricavati dal ferro recuperato da meteoriti.
Frammenti di meteoriti contenenti ferro metallico.
Poiché le meteoriti cadono dal cielo, gli antichi greci chiamarono sider = stelle, il ferro. E da questa associazione, deriva la parola siderurgia che ancora oggi utilizziamo…
La storia dell’impiego e della produzione del ferro è comune a quella delle sue leghe ghisa e acciaio; leghe che spesso, nell’antichità, vennero prodotte quasi per caso, con un contenuto di carbonio miracolosamente perfetto. Almeno questo, spesso, oggi si è portati a pensare. Vedremo meglio questo aspetto, quando parleremo dell’acciaio…
Tornando al ferro, c’è da dire che è il metallo più abbondante all’interno della Terra (costituendo il 34,6% della massa del nostro pianeta) ed è il sesto elemento per abbondanza nell’intero universo.
La concentrazione di ferro nei vari strati della terra varia con la profondità: è massima nel nucleo, che è costituito probabilmente da una lega di ferro e nichel e decresce fino al 4,75% nella crosta terrestre.
Il suo simbolo Fe è una abbreviazione della parola ferrum, il nome latino del metallo.
Il ferro è un metallo estratto da minerali: non si rinviene ferro puro in natura (nativo). Per estrarre il ferro dai suoi minerali, all’interno dei quali si trova nello stato ossidato (ematite, magnetite, limonite, taconite…), è necessario rimuovere le impurità per riduzione chimica del minerale.
E’ il metallo più usato dall’umanità e rappresenta, da solo, il 95% della produzione di metalli del mondo.
Il suo basso costo e la sua resistenza (nella forma detta acciaio) ne fanno un materiale indispensabile da costruzione, su automobili, prodotti navali ed elementi portanti di edifici.
Le molte leghe del ferro, ognuna con un campo diverso di applicazione, sono:
- la ghisa di prima fusione, contenente tra il 4% ed 5% di carbonio e quantità variabili di diverse impurezze quali lo zolfo, il silicio ed il fosforo. Il suo principale impiego è quello di intermedio nella produzione di ghisa di seconda fusione (la ghisa propriamente detta) e di acciaio;
- la ghisa di seconda fusione, cioè la ghisa vera e propria, che contiene tra il 2% ed il 3,5% di carbonio e livelli inferiori delle impurezze sopra menzionate, tali da non incidere negativamente sulle proprietà del materiale. Ha un punto di fusione compreso tra 1 150 °C e 1 200 °C, inferiore a quello di ferro e carbonio presi singolarmente, ed è, quindi, il primo prodotto a fondere quando ferro e carbonio sono scaldati insieme. È un materiale estremamente duro e fragile, si spezza facilmente, persino quando viene scaldato al calor bianco;
- l’acciaio al carbonio, che contiene quantità di carbonio variabile tra lo 0,10% e l’1,65%. Secondo il tenore o percentuale di carbonio si dividono in:
- extradolci (meno dello 0,15%);
- dolci (da 0,15% a 0,25%);
- semiduri (da 0,25% a 0,50%);
- duri (oltre lo 0,50%);
- il ferro comune (tecnicamente detto battuto o dolce), contenente meno dello 0,5% di carbonio (quindi da un punto di vista chimico si tratta comunque di acciaio). È un materiale duro e malleabile. Spesso tuttavia con il termine ferro viene indicato comunemente sia l’acciaio extradolce che quello dolce;
- gli acciai speciali, addizionati oltre al carbonio di altri metalli quali il cromo, il vanadio, il molibdeno, il nichel e il manganese per conferire alla lega particolari caratteristiche di resistenza fisica o chimica;
- l’ossido di ferro (Fe2O3), nelle varietà magnetite e maghemite usato per le sue proprietà magnetiche come materiale per la produzione di supporti di memorizzazione – ad esempio supportato sui polimeri nei nastri magnetici.
Insomma, parlare in un solo post, di un elemento che in lega, ha decine di derivati, non ha molto senso. Ma era solo per presentare questo elemento che, nel nostro lavoro, è la base; l’elemento più comune, il più lavorato dall’industria, il più raccolto e riciclato, di conseguenza…
Tratteremo in diversi post, l’acciaio, la lega più importante del ferro, mentre alle altre leghe, dedicheremo meno approfondimenti…