Ferro fundido vs aço fundido

Qual ​​é a diferença entre ferro fundido e aço fundido?

A fundição oferece uma capacidade excepcional de detalhamento do projeto, muitas vezes eliminando a necessidade de fabricação e montagem adicionais. Muitos materiais podem ser fundidos, incluindo vários tipos de metais e sintéticos, mas o ferro e o aço em particular apresentam excelentes propriedades mecânicas para uma ampla gama de aplicações.

Embora o ferro fundido e o aço possam parecer semelhantes na superfície, cada um deles tem vantagens e desvantagens distintas da produção à aplicação. Compreender essas vantagens e desvantagens e escolher adequadamente pode significar a diferença entre resistência e durabilidade implacáveis ​​e peças fraturadas ou deformadas que perderão rapidamente o brilho.

O teor de carbono é a principal diferença

Ferro e aço são ambos metais ferrosos compostos principalmente de átomos de ferro. Na fabricação, no entanto, não é tão simples – existem muitas ligas e classes diferentes usadas na produção. Para entendê-los, é importante distinguir entre o ferro usado em produtos de uso diário e o elemento científico ferro (Fe). O ferro elementar é o material encontrado na natureza, normalmente em uma forma oxidada que requer processamento intensivo chamado fundição para extrair.

O ferro elementar puro é muito macio para ser útil na maioria das aplicações. Fica mais difícil e, portanto, mais útil, quando é ligado ou misturado com carbono. De fato, a composição de carbono é a principal distinção entre ferro fundido e aço. O ferro fundido normalmente contém mais de 2 por cento de carbono, enquanto o aço fundido geralmente contém entre 0,1 e 0,5 por cento de carbono.

Características

A tabela a seguir fornece uma visão geral das qualidades de cada material. Embora existam muitos tipos diferentes de ferro e aço a serem considerados, esta tabela se concentra em ferro cinzento, ferro fundido e aço carbono.




Ferro Cinzento

Ferro Dúctil

Aço

Usinabilidade

★





Castibilidade



★



Amortecimento de vibração

★





Resistência à corrosão

★

★



Resistência





★

Fragilidade

★





Resistência à compressão



★



Resistência à tração





★

Dureza

★





Aplicativos

Blocos de motor, cabeçotes, coletores, queimadores a gás, caixas de engrenagens, invólucros, carcaças, produtos para exteriores, frigideiras, caixas elétricas, peças fundidas decorativas, peças de fogão, pesos

Bollards, mobiliário do local, mangas de eixo, virabrequins, engrenagens pesadas, componentes de suspensão de automóveis e caminhões, componentes hidráulicos, dobradiças de portas de automóveis

Bollards, rodas industriais, engrenagens de fundição, corpos de válvulas, máquinas de mineração, rodas de turbinas hidrelétricas, prensas de forjamento, estruturas de vagões ferroviários, carcaças de bombas, equipamentos marítimos, carcaças de motores, caminhões pesados, equipamentos de construção



Ferro Cinzento

Usinabilidade

★

Castibilidade



Amortecimento de vibração

★

Resistência à corrosão

★

Resistência



Fragilidade

★

Resistência à compressão



Resistência à tração



Dureza

★

Aplicativos

Blocos de motor, cabeçotes, coletores, queimadores a gás, caixas de engrenagens, invólucros, carcaças, produtos para exteriores, frigideiras, caixas elétricas, peças fundidas decorativas, peças de fogão, pesos



Ferro Dúctil

Usinabilidade



Castibilidade

★

Amortecimento de vibração



Resistência à corrosão

★

Resistência



Fragilidade



Resistência à compressão

★

Resistência à tração



Dureza



Aplicativos

Bollards, mobiliário do local, mangas de eixo, virabrequins, engrenagens pesadas, componentes de suspensão de automóveis e caminhões, componentes hidráulicos, dobradiças de portas de automóveis



Aço

Usinabilidade



Castibilidade



Amortecimento de vibração



Resistência à corrosão



Resistência

★

Fragilidade



Resistência à compressão



Resistência à tração

★

Dureza



Aplicativos

Bollards, rodas industriais, engrenagens de fundição, corpos de válvulas, máquinas de mineração, rodas de turbinas hidrelétricas, prensas de forjamento, estruturas de vagões ferroviários, carcaças de bombas, equipamentos marítimos, carcaças de motores, caminhões pesados, equipamentos de construção

Castibilidade

A maioria das pessoas não encontrou ferro ou aço em seu estado fundido – o que é compreensível, já que o ferro derrete a cerca de 2300°F e o aço derrete a 2600°F, e ambos são despejados em moldes em temperaturas ainda mais quentes. As pessoas que trabalham com ferro e aço líquidos descobrem rapidamente que diferem drasticamente nas taxas de fluidez e encolhimento.

O ferro fundido é relativamente fácil de fundir, pois derrama facilmente e não encolhe tanto quanto o aço. Isso significa que ele preencherá prontamente os vazios complexos em um molde e requer menos material fundido para fazê-lo. Essa fluidez torna o ferro fundido um metal ideal para estruturas arquitetônicas ou ornamentadas, como cercas e bancos.



Derramar aço é muito mais difícil. É menos fluido que o ferro fundido e mais reativo aos materiais do molde. Ele também encolhe mais quando esfria, o que significa que mais material fundido precisa ser derramado – normalmente em um reservatório em excesso, chamado de riser, do qual uma peça fundida extrai à medida que esfria.

As peças fundidas, no entanto, normalmente não esfriam uniformemente em todas as suas estruturas internas. As áreas externas e as porções mais finas resfriam e encolhem em taxas diferentes das áreas internas e porções mais volumosas – muitas vezes criando tensão interna ou estresse, que só pode ser aliviado por meio de tratamento térmico. O aço é muito mais suscetível que o ferro a tensões de contração e, em algumas situações, essas tensões podem levar a vazios internos e/ou externos significativos e possíveis fraturas.

Por essas razões, o aço fundido requer mais atenção e inspeção em todo o processo de fundição, tornando a produção mais intensiva em recursos.

Usinabilidade

Dependendo da aplicação final, as peças fundidas podem precisar ser usinadas para atingir tolerâncias específicas ou para criar um acabamento desejado. No mínimo, objetos como portões e corredores precisam ser cortados e triturados.

A usinabilidade é a medida de quão fácil é cortar ou retificar um determinado material; alguns materiais são mais difíceis de usinar do que outros. Como regra geral, metais com adições de alta liga para melhorar o desempenho mecânico têm menor usinabilidade.

O ferro fundido é normalmente muito mais fácil de usinar do que o aço. A estrutura de grafite em ferro fundido se desprende mais facilmente e de maneira mais uniforme. Ferros mais duros, como o ferro branco, são muito mais difíceis de usinar devido à sua fragilidade.

O aço não é tão fácil de cortar com a mesma consistência e causa mais desgaste da ferramenta, resultando em custos de produção mais altos. Aços endurecidos, ou aqueles com maior teor de carbono, também aumentam o desgaste da ferramenta. O aço mais macio não é necessariamente melhor, no entanto - os aços com baixo teor de carbono, apesar de serem mais macios, podem ficar gomosos e difíceis de trabalhar.

Amortecimento de vibração

As propriedades de amortecimento devem ser consideradas ao selecionar um material de fundição, pois a falta de capacidade de amortecimento pode levar ao excesso de vibração e ruído, como zumbido ou chiado. Dependendo de onde um material é usado, o amortecimento eficaz pode resultar em um desempenho mais robusto e confiável.



As estruturas de grafite em ferro fundido, especialmente as formações em flocos em ferro fundido cinzento, são especialmente boas para absorver vibrações. Isso torna o ferro fundido ideal para blocos de motores, carcaças de cilindros e bases de máquinas e outras aplicações onde a robustez e a precisão são importantes. A redução da vibração pode minimizar o estresse e evitar o desgaste das peças móveis.

Resistência à compressão

A resistência à compressão é a capacidade de um material de resistir a forças que reduziriam o tamanho do objeto. Isso é oposto às forças direcionadas para separar um material. A resistência à compressão é benéfica em aplicações mecânicas onde a pressão e a contenção são fatores. Normalmente, o ferro fundido tem melhor resistência à compressão do que o aço.

Resistência ao impacto

Até agora, pode parecer que há mais vantagens em usar ferro fundido do que aço, mas o aço tem uma vantagem significativa:resistência ao impacto. O aço é excelente para resistir a impactos repentinos sem dobrar, deformar ou quebrar. Isso se deve à sua tenacidade:sua capacidade de suportar altas tensões e forças de deformação.

Resistência sem ductilidade resulta em um material frágil que é altamente suscetível a fraturas – e o ferro fundido é o garoto-propaganda para resistência sem ductilidade. Devido à sua fragilidade, o ferro fundido tem uma faixa de aplicação limitada.

Ao mesmo tempo, a alta ductilidade, ou a capacidade de se deformar sem falhar, não é muito útil sem a força para suportar um impacto significativo. Um elástico, por exemplo, pode sofrer deformações significativas sem quebrar, mas a quantidade de força que pode suportar é muito limitada.



Embora o ferro possa ser mais fácil de trabalhar na maioria das aplicações de fundição, o aço tem uma combinação ideal de resistência e ductilidade para muitas aplicações, e o aço fundido é extremamente resistente. As qualidades de resistência ao impacto e a natureza de suporte de carga geral do aço o tornam desejável para muitas aplicações mecânicas e estruturais - é por isso que o aço é o metal mais usado no mundo.

Resistência à corrosão

O ferro tem melhor resistência à corrosão do que o aço. Ambos os metais oxidam na presença de umidade, mas o ferro desenvolve uma pátina para evitar a corrosão profunda da integridade do metal.

Outra maneira de prevenir a corrosão é com tinta ou revestimento em pó, ou IronArmor para proteção adicional. Qualquer lasca ou rachadura que exponha o metal subjacente pode resultar em corrosão, portanto, a manutenção regular é importante para metais revestidos.

Se a resistência à corrosão, mantendo a aparência de metal bruto em tons de prata, é um fator importante, os aços de liga provavelmente são uma opção melhor - especificamente os aços inoxidáveis, que têm cromo e outras ligas adicionadas para evitar a oxidação.

Resistência ao desgaste

O ferro fundido normalmente tem melhor resistência ao desgaste mecânico do que o aço, especialmente em situações de desgaste por fricção. Uma certa quantidade de teor de grafite na matriz de ferro fundido cria um lubrificante seco de grafite que permite que as superfícies sólidas deslizem umas contra as outras sem deteriorar a qualidade da superfície, dificultando o desgaste.

O aço se desgasta mais facilmente do que o ferro, mas ainda pode ser resistente a certos tipos de abrasão. Certas adições de ligas também podem melhorar as qualidades de abrasão do aço.

Custo

O ferro fundido é muitas vezes mais barato do que o aço fundido devido aos menores custos de material, energia e mão de obra necessários para produzir um produto final. O aço bruto é mais caro de comprar e requer mais tempo e atenção para fundir. Ao projetar produtos fundidos, no entanto, vale a pena considerar o uso a longo prazo e os custos de substituição. As peças que são mais caras de fabricar podem acabar custando menos a longo prazo.

O aço também está disponível em muitas formas pré-fabricadas – como chapas, hastes, barras, tubos e vigas – e muitas vezes pode ser usinado ou montado para se adequar a uma aplicação específica. Dependendo do produto e da quantidade necessária, fabricar produtos de aço existentes pode ser uma opção econômica.

Diferentes tipos de ferro fundido e aço fundido

Comparamos as qualidades das formas mais básicas de ferro fundido (ferro cinzento) e aço fundido (aço macio ou carbono), mas a composição específica e a estrutura de fases do ferro e do aço podem afetar muito as propriedades mecânicas. Por exemplo, o carbono em um ferro cinza padrão assume a forma de flocos de grafite afiados, enquanto o ferro dúctil apresenta estruturas de grafite mais esferoidais. A grafite em flocos é o que torna o ferro cinzento quebradiço, enquanto as partículas redondas de grafite no ferro dúctil melhoram a tenacidade, tornando-o mais adequado para aplicações de resistência ao impacto.

As ligas podem ser adicionadas ao ferro e ao aço para projetar as propriedades desejadas. O manganês, por exemplo, aumenta a tenacidade, enquanto o cromo melhora a resistência à corrosão. A variação do teor de carbono também é o que distingue os aços de baixo, padrão e alto carbono – quantidades mais altas tornam os materiais muito mais duros.

Em última análise, a escolha entre ferro fundido e aço fundido dependerá do tipo e aplicação da instalação final.

Para mais informações sobre ferro ou aço, ou para solicitar um orçamento para um projeto personalizado, entre em contato conosco.

Fontes

• Sociedade Americana de Fundição. "Usinagem de componentes de ferro fundido". afsinc.org
• Sociedade Americana de Fundição. "Noções básicas sobre especificações de materiais para peças fundidas de aço". afsinc.org
• Projeto de máquina. "Ferro fundido". machinedesign. com
• Instituto do Níquel. "Ferros fundidos e ligas fundidas". níquelinstitute.org
• Hosford, William F. Ferro e Aço. Cambridge University Press. 2012.
• Woodford, Chris. "Ferro e aço". explica isso.com