Metais ferrosos e não ferrosos

Características e composição do metal para projeto de fundição

Qualquer metal sólido que pode ser derretido pode ser fundido. As fundições são as fábricas que fazem esse trabalho de fundição, desenvolvendo conhecimentos com um punhado de metais e métodos e projetando produtos padrão para maximizar o valor e a eficiência na produção.

Metais e métodos de fundição influenciam uns aos outros:a melhor escolha de fundição para um produto é influenciada por como seu metal se comportará nos estados fundido, resfriado e sólido. Para essas dependências, as especialidades de uma fundição fazem parte da determinação de que tipo de produtos ela fabrica. A fundição que faz brinquedos infantis fundidos geralmente não é a mesma fundição que produz peças de motor de alta qualidade.

Uma das principais distinções na especialização é se as fundições trabalham com metais ferrosos, metais não ferrosos ou ambos. A definição de metal ferroso é qualquer metal que contenha ferro; metais não ferrosos não. A metalurgia ferrosa representa cerca de 90% da produção mundial de metal. O ferro cinzento é o metal fundido mais comum em fundições. Fora da fundição, o aço é a liga ferrosa mais utilizada na indústria, construção e transporte.

As fundições que se especializam em métodos comuns de fundição, como fundição em areia, geralmente trabalham em metais escolhidos por qualidades específicas, como facilidade de fusão e vazamento, captura de detalhes dentro do molde, comportamento previsível durante o resfriamento e prontidão para usinagem ou acabamento.

Metais ferrosos e suas propriedades

Os atributos de assinatura do ferro são que ele é denso, forte quando misturado com carbono, abundante e fácil de refinar, altamente propenso à corrosão e magnético. A liga de ferro com outros elementos em diferentes proporções pode mitigar ou eliminar um ou mais desses fatores.

Centenas de ligas ferrosas são bem conhecidas. Eles são especificados pelas proporções de cada elemento em sua composição, bem como orientações sobre sua fusão e acabamento. As ligas ferrosas com carbono são geralmente chamadas de ferro ou aço e podem conter qualquer número de outros elementos, de alumínio a vanádio, com base em sua especificação. Esses metais são geralmente escolhidos por suas propriedades mecânicas. Engenheiros e projetistas podem estar interessados ​​em sua resistência ao escoamento, tenacidade, ductilidade, soldabilidade, elasticidade, cisalhamento e expansão térmica, que descrevem como um material se comportará sob estressores específicos.

Esses aspectos distintivos do ferro podem ser alterados nas ligas, que misturam o ferro com outros elementos. O aço inoxidável é um bom exemplo, com algumas ligas de aço inoxidável sendo não magnéticas e não corrosivas. Uma maneira comum de dizer se um metal é aço é colocar um ímã contra ele, já que o ferro na liga fará com que o ímã grude; no entanto, as pessoas que tentaram colar ímãs em sua geladeira de aço inoxidável sabem que este não é um teste infalível. Embora o ferro ainda esteja presente nesta liga ferrosa, uma alta porcentagem de níquel altera a microestrutura do aço o suficiente para evitar uma reação magnética. O aço inoxidável pode enferrujar, embora seja muito mais resistente à corrosão do que outros tipos de ligas de ferro. Isto é devido à adição de cromo. O cromo protege contra a ferrugem através de um processo chamado passivação, no qual as moléculas superiores do metal oxidam, mas permanecem fortemente ligadas ao metal abaixo, formando uma casca impenetrável.

Em metais ferrosos, ferro e aço são os materiais de fundição mais comuns.

Ferro

Ferros fundidos são uma categoria de ligas de ferro com teor de carbono superior a 2%. Eles são ferros densos e relativamente baratos. Quando aquecidos e fundidos, eles têm uma fluidez muito maior em temperaturas mais baixas do que o aço, o que significa que podem fluir e preencher peças de um molde complexo com maior eficiência. Os ferros fundidos também encolhem à metade da taxa do aço durante o resfriamento.

Ferros fundidos básicos têm boas propriedades de compressão, mas são frágeis:eles irão fraturar antes de dobrar ou distorcer. Essa vulnerabilidade pode significar que graus frágeis de ferro fundido não são usados ​​para projetos com extrusão ou detalhes elaborados, ou com bordas muito afiadas, pois esses recursos podem lascar.



Ferro Cinzento é o tipo mais comum de ferro fundido produzido atualmente, presente em tudo, desde tampas de bueiros até freios a disco em carros. Recebe o nome da cor que assume na fratura, que é cinza devido à presença de grafite como aditivo de carbono. O ferro cinzento tem 2,5 a 4% de carbono em peso e, adicionalmente, contém 1 a 3% de silício, que estabiliza o grafite. Ele tem muitos dos atributos do ferro fundido básico, pois é barato e tem uma alta fluidez em comparação com o aço quando fundido, mas a presença do grafite permite que o ferro seja um pouco menos quebradiço, permitindo uma usinagem mais fácil. O ferro cinzento ainda é inflexível:dobra muito pouco antes de quebrar.

Ferro Dúctil é uma forma de ferro fundido em que o carbono adicionado é uma grafite esférica (nodular). O ferro dúctil geralmente tem 3,2 a 3,6% de carbono em peso e possui silício e outros elementos. Níveis mais altos de ferrita significam que ela se acumula nas ferramentas de corte durante a usinagem, por isso é frequentemente usada na fabricação principalmente de fundidos, onde a fluidez muito alta a torna uma ótima opção para trabalhos com detalhes finos. A forma esferoide do grafite que confere ao ferro dúctil maior resistência ao impacto e resistência à tração do que o ferro fundido ou o cinza, tornando viáveis ​​projetos detalhados ou com arestas. O ferro dúctil é relativamente recente na especificação de ferros, pois foi descoberto pela primeira vez em 1943.

Aço

Aços de todos os tipos também são às vezes lançados. Em geral, o aço tem um teor de carbono inferior a 2,14% em peso e muitas vezes é ligado a outros elementos. O aço tem propriedades mecânicas mais fortes que os ferros fundidos, mas o que se ganha em tenacidade é perdido em fluidez. O aço fundido precisa ser muito mais quente que o ferro fundido para fluir em moldes detalhados, e as altas temperaturas necessárias para trabalhar com aço são difíceis de gerenciar e podem prejudicar o design e o acabamento do objeto que sai do molde. Como em todas as peças fundidas, diferentes partes de uma peça podem resfriar em taxas diferentes, e esse diferencial causa tensão no produto:como o aço encolhe mais extensa e rapidamente do que os ferros fundidos, essas tensões precisam de maior gerenciamento no aço fundido.

Esses desafios significam que o aço pode ser muito mais trabalhoso para fundir bem. Requer atenção especializada durante todas as etapas de sua produção. Ainda assim, a alta resistência mecânica do produto final pode tornar a liga de aço a escolha certa para algumas aplicações, com a usinagem proporcionando acabamentos de estágio final.

Outras ligas de ferro

Outras ligas de ferro existem fora desses tipos comuns e são usadas em aplicações específicas onde seus comportamentos mecânicos são úteis. Por exemplo, o elinvar é uma liga de níquel-ferro que não se expande e se contrai com o calor e é usada em peças muito pequenas em relógios e outros dispositivos de precisão.

Metais não ferrosos e seus usos

Esses metais incluem todos os metais e ligas que não contêm ferro. Uma pequena lista de metais não ferrosos comuns incluirá:

• Metais preciosos como prata, platina e ouro
• Cobre e suas ligas como bronze e latão
• Níquel, Paládio, Platina
• Titânio
• Alumínio
• Estanho, chumbo
• Zinco

Com uma gama tão ampla de materiais neste agrupamento, muitas das propriedades mecânicas que recomendam o ferro podem ser descobertas em metais não ferrosos. Por exemplo, ligas de alumínio ou titânio poderiam substituir o aço em muitos casos, se não fosse proibitivo de custo fazê-lo. As habilidades magnéticas do ferro podem ser emuladas com elementos de níquel, cobalto ou terras raras ligados a outros metais.

No entanto, como os metais não ferrosos geralmente custam mais, eles tendem a ser escolhidos por seus atributos únicos, e não pela maneira como podem se comportar como aço. Pesos mais leves, condutividade, resistência à corrosão, propriedades não magnéticas, tradição ou valor decorativo são algumas das razões para escolher um metal não ferroso. Alguns metais são valorizados exatamente porque são raros:antes que a fabricação generalizada de alumínio fosse possível, o alumínio era um metal de luxo usado em utensílios de mesa sofisticados.

Todos os tipos de materiais especializados são lançados. No entanto, nas fundições tradicionais de fundição em areia, existem três metais de fundição não ferrosos notáveis.

Bronze e latão

Bronze e latão foram os primeiros metais fundidos pela humanidade na Idade do Bronze, e essas ligas de cobre ainda são fundidas em areia hoje. Eles são derretidos a temperaturas muito mais baixas do que os materiais ferrosos e moldam bem os detalhes, por isso são frequentemente usados ​​em aplicações decorativas como estátuas. O bronze e o latão são mais macios que o aço, mas são resistentes à corrosão mesmo na presença de sal, de modo que esses metais são usados ​​em aplicações marítimas padrão, como acessórios em barcos. O latão também é resistente ao “escoriamento”, que é o desgaste do metal contra si mesmo, e por isso o latão às vezes é fundido para peças mecânicas, como hélices marítimas – ou usinado para rolamentos e zíperes. Ambas as ligas são bastante caras, pois dependem do cobre, um metal também em demanda por suas propriedades elétricas.

Alumínio

O alumínio é um metal com densidade muito menor que o ferro, tornando-o um material vital em aplicações que precisam de resistência sem peso, como a indústria aeroespacial. É resistente à corrosão porque o alumínio, como o aço inoxidável, reage à oxidação criando um invólucro de óxido metálico que o protege.

O alumínio também tem um ponto de fusão mais baixo do que muitos dos aços ou ferros que podem substituir, o que o torna mais fácil de fundir do que o aço, necessitando de menos supervisão para formas complexas. A maior desvantagem do alumínio é a despesa.

Considerando materiais de fundição

Ao projetar uma fundição, encontrar o metal perfeito para equilibrar valor e forma é uma arte e uma ciência. O metal certo para um trabalho satisfará os requisitos estéticos e mecânicos da aplicação, e isso influenciará os métodos de produção necessários para levar um protótipo ao produto final.

Os metais ferrosos são a escolha mais comum para fundições, muitas vezes escolhidos por sua relação custo-benefício e suas propriedades mecânicas. Às vezes, não é a força de um metal que dita a escolha, mas propriedades como peso, resistência à corrosão ou não magnetismo. Ligas não ferrosas como bronze e latão também podem ser escolhidas pela tradição ou pela beleza.

A consulta com um engenheiro pode ajudar um projetista a encontrar a harmonia entre os diferentes aspectos de seu projeto, escolhendo o metal perfeito para atender tanto a aplicação quanto o orçamento.

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