Ferro Fundido - Propriedades, Tipos e Usos

O que é Ferro Fundido?

Ferro fundido é uma liga de ferro contendo 2 a 4% de carbono , bem como quantidades variadas de silício e manganês e vestígios de impurezas como enxofre e fósforo. O minério de ferro é reduzido em um alto-forno para produzi-lo.

O carbono no ferro fundido geralmente existe em duas formas associadas

(1 ) Como a cementita composta ou seja, em um estado de combinação química e o ferro é conhecido como ferro fundido branco , e

(2 ) Como carbono livre , ou seja, em um estado de mistura mecânica. O carbono na primeira forma é chamado de “carbono combinado “, e neste último é chamado de ferro fundido cinza .

Um estágio intermediário entre essas duas variedades de ferro mostra manchas de cinza na estrutura branca. Este ferro é chamado de ferro mosqueado .

O ferro fundido mosqueado (MCI) é um material que é utilizado na laminação principalmente nas últimas bancadas de laminação, devido à sua combinação de alta:resistência, condutividade térmica e módulo de elasticidade. No MCI, as áreas microestruturais do ferro fundido branco e do ferro fundido cinzento resultam da solidificação.

A qualidade do ferro fundido depende, portanto, não apenas da quantidade absoluta de carbono que ele contém, mas também das condições em que esse carbono existe. As variedades de ferro fundido de uso comum são:

Tipos de ferro fundido

As variedades de ferro fundido em uso comum são:-

1. Ferro fundido cinzento
2. Ferro fundido branco
3. Ferro fundido maleável
4. Ferro fundido nodular
5. Ferro fundido resfriado
6. Ferro fundido de liga
7. Ferro fundido meehanita

1. Ferro fundido cinzento

Isso é obtido permitindo que o metal fundido resfrie e solidifique lentamente. Ao solidificar, o ferro contém a maior parte do carbono na forma de flocos de grafite .

O ferro fundido cinzento contém grandes quantidades de carbono e quantidades relativamente pequenas do outro elemento, por exemplo, silício, fósforo, enxofre e manganês.

Apresenta uma estrutura cristalina ou granular cinzenta opaca e uma luz forte dará um efeito cintilante devido à reflexão dos flocos de grafite livres. A presença deste grafite livre também é vista ao lixar ou usinar ferro fundido, pois torna as mãos pretas.

O ferro fundido é frágil e pode ser facilmente quebrado se for usado um martelo pesado. A resistência do ferro é muito maior em compressão do que em tração. A resistência à tração final do ferro fundido varia entre 12 a 13 kgf por mm2 (120 a 300 Newton por mm²) e depende da composição do ferro. Na compressão, o ferro fundido cinzento aguenta cerca de 60 a 75 kgf por mm? (600 a 750 Newton por mm2) antes da fratura, enquanto em cisalhamento sua resistência é de aproximadamente 15 a 22 kgf por mm2 (150 a 225 Newton por mm2). A dureza varia de 150 a 240 BHN. principais vantagens a favor de seu uso são:(1) seu baixo custo, (2)

A sua baixa temperatura de fusão (1.150°C a 1.200°C), e fluidez quando na condição fundida, e (3) é facilmente usinado. Outra boa propriedade do ferro fundido é que a grafite livre em sua estrutura parece atuar como um lubrificante , e quando são feitas grandes corrediças de máquina, obtém-se uma ação de trabalho muito livre. A análise de fluidez do ferro permite que ele seja amplamente utilizado para fazer fundições de peças com formas intrincadas e em quase todas as formas de ferro fundido.

2. Ferro fundido branco

Ferro fundido branco contém carbono exclusivamente na forma de cementita (carboneto de ferro). Isso é obtido pela presença de quantidades relativamente grandes de manganês, uma quantidade muito pequena de silício e por resfriamento rápido. A taxa normal de resfriamento na areia produz grafite livre, enquanto o resfriamento rápido ajuda a produzir cementita. Além disso, o manganês estimula a formação de carboneto. A composição química aproximada do ferro fundido branco é apresentada na Tabela 4.2.

O ferro fundido branco é muito duro (a dureza varia de 400 a 600 BHN) e quebradiço, e sua superfície fraturada tem aspecto metálico prateado. Do ponto de vista da engenharia, o ferro fundido branco tem aplicação limitada. Isso se deve à dificuldade de usinagem e por ter, em geral, uma capacidade de processamento mecânico relativamente baixa. Este tipo de ferro é amplamente utilizado para fabricar ferro forjado. O ferro fundido branco também é fundido como material intermediário para a fabricação de ferro fundido maleável. O ferro fundido branco não enferruja tanto quanto o tipo cinza.

3. Ferro fundido maleável

O ferro fundido comum é duro e quebradiço. Portanto, não é adequado para artigos finos, leves e sujeitos a choques e vibrações ou para pequenas peças fundidas usadas em vários componentes de máquinas.

A aplicação do termo "maleável ' para fundidos é um nome bastante impróprio porque eles não são muito maleáveis ​​​​quando comparados com os padrões de maleabilidade. No entanto, quando comparados com os fundidos de ferro cinzento, que são bastante frágeis, os fundidos maleáveis ​​possuem um grau de tenacidade, e é provavelmente por isso que foram assim chamados.

Fundição maleável são feitos primeiro de um ferro com todo o seu carbono na forma combinada, ou seja, de ferro fundido branco. Dois métodos são então usados ​​para maleabilizar as peças fundidas:(1) Coração branco , e (2) Coração negro . Os nomes referem-se à cor da fratura dada pelos fundidos produzidos por cada método. As composições químicas aproximadas para ambas as variedades são fornecidas na Tabela 4.3.

4. Ferro dúctil

Ferro de grafite esferoidal , também chamado de ferro fundido nodular , é de grau superior porque a grafite é precipitada não na forma de flocos, mas na forma de esferóides. Isto pode ser conseguido por vários métodos, por exemplo, pela adição de um dos seguintes elementos:magnésio, cério, cálcio, bismuto, zinco, cádmio, titânio ou boro.

O ferro-silício também é usado como inoculante. O ferro fundido esferoidal pode ser produzido em peças mais grossas do que as produzidas pelo ferro fundido maleável. As características marcantes do ferro fundido esferoidal são a alta fluidez, que permite a fundição de formas intrincadas, e uma excelente combinação de resistência e ductilidade. A resistência à tração deste ferro é de cerca de 33 kgf por mm2 (330 Newton pet mm). Este material também é conhecido como ferro dúctil .

O ferro fundido esferoidal é amplamente utilizado em peças fundidas onde a densidade e a estanqueidade à pressão são uma qualidade altamente desejável. Eles incluem cilindros hidráulicos, válvulas, tubos e conexões, cabeçotes para compressores e motores a diesel. Os rolos para laminadores e muitos tipos de peças fundidas centrífugas também são feitos de ferro fundido esferoidal.

5. Ferro fundido resfriado

O resfriamento rápido é chamado de “resfriamento ” e o ferro assim produzido é “ferro refrigerado ”. Todas as peças fundidas são resfriadas em sua superfície externa entrando em contato com a areia fria do molde. Como o ferro fundido tem uma condutividade térmica mais alta do que a areia, as porções resfriadas do fundido sofrem rápida solidificação e resfriamento e, assim, produzem uma superfície de manada. Mas esta dureza penetra apenas cerca de 1 a 2 mm de profundidade.

Às vezes, uma peça fundida é resfriada intencionalmente e às vezes fica resfriada acidentalmente até uma pequena profundidade. O resfriamento intencional é realizado usando ferro fundido em vez de areia para as partes do molde onde são necessárias superfícies duras. Onde estes são tocados pelo metal fundido, sua superfície é repentinamente resfriada e convertida em ferro fundido branco. Com a fundição a frio, são usados ​​moldes permanentes feitos de aço resistente ao calor ou ferro fundido com grafite em flocos.

Arrepios são usados ​​naqueles fundidos onde algumas peças precisam ter a dureza do ferro fundido branco, enquanto outras precisam ter um núcleo relativamente macio e resistente de ferro fundido cinzento.

6. Ferro fundido de liga

Liga de ferro fundido foram desenvolvidos nos últimos anos para superar certas deficiências inerentes ao ferro fundido comum e fornecer qualidades mais adequadas para fins especiais. A adição de níquel, cromo, molibdênio, titânio, silício, cobre e outros elementos de liga conferem propriedades especiais a este ferro fundido.

A utilização de 1 ou 2 por cento de níquel adequado para ferro de boa qualidade oferece um meio simples e eficaz de melhorar as propriedades deste ferro fundido.

A utilização de 1 a 2 por cento de níquel é adequada. O ferro de boa qualidade oferece um meio simples e eficaz de melhorar as propriedades e o serviço prestado pelas peças fundidas de ferro. Garante usinabilidade e uniformidade da estrutura do ferro fundido. Com o uso de níquel da ordem de 25 por cento, a vida útil aumentada também pode ser obtida em peças sujeitas a desgaste abrasivo.

7. Ferro Fundido Meehanita

Cilindros ou camisas de cilindro de todos os tamanhos, desde o menor até o maior, oferecem excelentes exemplos. O ferro fundido de níquel também é usado para resistir à corrosão cáustica. Por esta razão, é amplamente empregado na confecção de potes cáusticos, tubos e outros fundidos em contato com licor cáustico.

A adição de apenas 1 por cento de níquel dá como benefício geral para esta finalidade. O fator mais importante para o uso de níquel em ferro fundido é obter densidade e estanqueidade em peças fundidas com seções grandes e variadas. Isso levou à aplicação de níquel fundido em muitas peças de máquinas a vapor e hidráulicas, compressores e motores de combustão interna.

Onde a melhoria na qualidade do desgaste é importante, as adições de cromo com o níquel são frequentemente úteis. O ferro fundido ligado dessa maneira encontra ampla aplicação em bombas de todos os tipos em que o desgaste por atrito, bem como o desgaste erosivo, deve ser considerado. O ferro fundido de liga contendo 10 a 30 por cento de cromo e 1 a 3 por cento de carbono total, também exibe um alto grau de resistência ao calor combinado com resistência a altas temperaturas.

O ferro fundido ligado com 10% de níquel e 6% de manganês torna-se não magnético. Um ferro fundido especial patenteado não magnético é conhecido sob o nome de “Nomag ”.

FERRO FUNDIDO MEEHANITE

Os ferros fundidos, nos quais o metal foi tratado com silicato de cálcio, são conhecidos pelo nome comercial de meehanita. O silicato de cálcio atua como grafitizante e produz uma estrutura fina de grafite dando um ferro fundido de excelentes propriedades mecânicas. As altas qualidades do ferro mecanítico são, no entanto, não apenas devido ao uso de silício de cálcio, mas também devido ao controle cuidadoso de todos os fatores envolvidos na fusão do ferro na cópula ou forno elétrico e na moldagem da peça fundida. Muito pouco silicato de cálcio permanece no ferro após a solidificação.

O metal usado é baixo em silício, moderadamente baixo em carbono que é limitado, cerca de 2,5 a 3 por cento. Isso normalmente seria branco se fundido, mas a grafitização pelo sistema de controle meehanita fornece uma variedade de materiais para atender aos amplos requisitos das indústrias de engenharia.

Existem ao todo mais de vinte e seis tipos de metal meehanita disponíveis atualmente em cinco grandes classificações:(a) engenharia geral , (b) resistente ao calor , (c) resistente ao desgaste , (d) resistente à corrosão , (e) tipo 'S' nodular.

Todos os ferros meehanita têm alta tenacidade, ductilidade e fácil usinabilidade. Eles, portanto, afirmam preencher a lacuna entre o ferro fundido comum e o aço. As peças fundidas pesam de 500 a 6.000 kg. O metal é granulado e mostra um número Brinell de 200 a 210. a

O ferro Meehanite responde ao tratamento térmico ao contrário do ferro fundido cinzento comum e endurecido totalmente ou na superfície. Também pode ser temperado por tratamento adequado para uso em fundição de máquinas-ferramenta.

Produção de ferro fundido

O ferro fundido é feito de ferro gusa, que é o subproduto da fusão do minério de ferro em um alto-forno. O ferro fundido pode ser feito diretamente a partir de ferro gusa fundido ou por refusão de ferro gusa, muitas vezes com quantidades significativas de ferro, aço, calcário, carbono (coque) e várias etapas para remover contaminantes indesejáveis. O fósforo e o enxofre podem ser queimados do ferro fundido, mas isso também queima o carbono, que deve ser substituído. Os teores de carbono e silício são ajustados para os níveis desejados, que podem variar de 2 a 3,5% e 1 a 3%, respectivamente, dependendo da aplicação. Outros elementos podem então ser adicionados ao fundido, se desejado, antes de moldar a forma final.

O ferro fundido às vezes é fundido em um tipo especial de alto-forno conhecido como cúpula, mas é mais comumente fundido em fornos elétricos de indução ou fornos elétricos a arco em aplicações modernas. O ferro fundido fundido é despejado em uma fornalha ou panela uma vez que o processo de fusão esteja completo.