hierro

En metalurgia, el hierro es hierro elemental, Fe, en una forma sustancialmente libre de carbono y otros elementos de aleación que definen el acero. El hierro fundido contiene 2% de carbono o más y es quebradizo; el hierro forjado contiene menos de 0.1% de carbono y es tenaz y maleable. El hierro puro se encuentra entre ellos: lo suficientemente blando para trabajar, lo suficientemente fuerte para ser útil y químicamente distinto de ambos. La mayoría del hierro comercial existe con una pureza del 99.5% o superior, con oxígeno residual, azufre, fósforo y trazas de metales que quedan de la fundición y el refinado.

El límite metalúrgico importa porque el comportamiento mecánico del hierro cambia drásticamente con el contenido de carbono. Por debajo del 0.1% de carbono, el hierro es ferrita, una estructura cristalina cúbica blanda que se deforma plásticamente bajo tensión en lugar de fracturarse. Es dúctil, soldable y responde bien al trabajo en frío. Por encima del 2% de carbono, la estructura cambia para incluir grafito o cementita, y la fragilidad domina. El punto óptimo del hierro puro a menudo se subutiliza precisamente porque se encuentra entre la conveniencia industrial del hierro fundido (barato, fácil de verter) y la resistencia del acero (endurecido con carbono y tratable térmicamente).

El hierro puro se produce industrialmente como polvo, esponja o lingote refinado. El hierro electrolítico es la forma más pura, fabricada por electrodeposición, y se utiliza en electroimanes especializados y en metalurgia de polvos donde deben evitarse los óxidos o carburos de hierro. El polvo de hierro reducido, fabricado por reducción de óxido de hierro con hidrógeno, es más barato y se utiliza en la fabricación de piezas, la sinterización y aplicaciones farmacéuticas. El hierro forjado, que ahora se fabrica raramente, se moldeaba tradicionalmente a mano; su microestructura fibrosa lo hacía excelente para cadenas, remaches y trabajos ornamentales.

El desafío con el hierro puro es su baja resistencia en comparación con el acero y su tendencia a oxidarse en aire húmedo, formando óxido rápidamente si no está protegido. Las propiedades mecánicas son modestas: límite elástico alrededor de 200 MPa en estado recocido, resistencia a la tracción alrededor de 250 MPa. Esto limita su función estructural. Destaca en cambio donde el magnetismo, la conductividad eléctrica o la resistencia a la corrosión (después del tratamiento superficial) importan más que la capacidad de carga, o donde el proceso de fabricación específico exige una composición conocida y predecible libre de carburos endurecedores.

El nombre del hierro proviene de raíces anglosajonas y germánicas; el símbolo químico Fe deriva del latín ferrum. En la terminología comercial, cuando una especificación requiere hierro en lugar de acero, generalmente significa que el usuario desea la ductilidad, soldabilidad o propiedades magnéticas del metal puro, o necesita evitar la fragilidad impredecible que imparte el carbono. La distinción es precisa: el hierro es el elemento y el material; el acero es una aleación de hierro con carbono y otros elementos, regida por diferentes estándares y expectativas.