Ferro dúctil de fundição em areia – capacidades e limitações do processo

O aço carbono não é fácil de moldar com areia devido ao seu alto ponto de fusão. O ferro fundido dúctil é uma alternativa. Seu ponto de fusão mais baixo fornece uma maneira de obter propriedades metalúrgicas semelhantes às do aço em uma peça fundida em areia. Mudar de fundidos de aço para ferro dúctil é uma maneira de reduzir os requisitos de usinagem e talvez também o custo da peça.



Aqui está uma introdução ao ferro fundido dúctil e uma explicação do que está envolvido na fundição em areia.

Dois tipos de ferro fundido

Fundidores fabricam e trabalham com ferro fundido cinzento há séculos. Ele derrete e funde prontamente e tem boa usinabilidade, mas sua queda é baixa resistência à tração e ductilidade.

A baixa resistência é causada por flocos de grafite distribuídos por toda a matriz metálica. Estes fornecem pontos de iniciação de rachaduras que levam à fraqueza.

O ferro fundido dúctil, desenvolvido em meados do século XX, supera esse problema. A adição de pequenas quantidades de elementos cuidadosamente selecionados ao ferro gusa de alta qualidade rico em carbono cria pequenas esferas de grafite em uma matriz de ferrita e perlita (Fe3C) em vez de flocos. Por esse motivo, às vezes é chamado de ferro fundido esferoidal ou nodular.

O ferro fundido dúctil é ligeiramente menos denso que o aço (0,256 lb/in3 / 7,1 g/cm3 versus 0,284 lb/in3 / 7,8 g/cm3) e, portanto, mais leve, mas a resistência à tração é muito semelhante. Tem ductilidade moderadamente boa, boa resistência ao desgaste e pode absorver cargas de choque.

O processo de fundição em areia

A fundição em areia começa com um padrão que replica a peça que está sendo fundida. Este é colocado em uma caixa que é embalada com areia. O padrão é então retirado para deixar uma cavidade que será preenchida com metal.

A caixa, tecnicamente, um “frasco”, compreende duas metades, uma “capa” superior e uma “arrasta” inferior. As passagens são formadas na tampa onde o metal fluirá e o excesso de metal subirá quando a cavidade for preenchida. Estes são os corredores e tirantes.

Uma vez que o metal tenha solidificado, a areia é sacudida e a peça fundida é enviada para remoção do canal e do riser antes de ser usinada.

Ferro Dúctil e Areia

A areia desempenha um papel vital no processo de fundição. Sendo ligeiramente permeável, permite que o gás se mova enquanto ao mesmo tempo resfria o metal líquido, que se solidifica de fora para dentro. A densidade da embalagem e a composição da areia devem ser gerenciadas com cuidado para garantir uma contração consistente do metal e qualidade da peça.

O ferro dúctil é geralmente fundido em areia verde contendo cerca de 5% de pó de carvão. “Verde” neste contexto não se refere à cor, mas ao teor de umidade. Areia “verde” é areia que não passou por um processo de secagem.

Além da própria areia, a areia verde para fundição contém uma proporção de argila bentonítica. Isso atua como um aglutinante e mantém a areia compactada no frasco.

O pó de carvão, às vezes chamado de “carvão do mar”, é um componente importante da areia para fundição de ferro dúctil. Seu papel é produzir uma atmosfera redutora que absorve o oxigênio liberado quando o ferro quente entra em contato com a areia. Ele retarda a expansão e resulta em superfícies fundidas mais lisas e limpas com menos areia queimada. Areia de fundição contendo pó de carvão é facilmente reconhecida por sua aparência cinza ou quase preta.

Inoculação de Ferro Fundido

Duas etapas de processamento são fundamentais para fazer peças de ferro fundido que podem competir com o aço. Estes são a inoculação e o tratamento com magnésio. Para o ferro fundido dúctil de melhor qualidade, eles são realizados imediatamente antes do vazamento.

A inoculação aborda a tendência do carbono de precipitar como flocos de grafite. Implica adicionar pequenas quantidades de ligas especialmente selecionadas que fornecem pontos para o carbono se nuclear ou cristalizar. Isso evita a formação de flocos que são prejudiciais à resistência e ductilidade.

De maneira semelhante, o magnésio é adicionado para “limpar” qualquer enxofre no ferro. Tal como acontece com a inoculação, isso melhora as propriedades mecânicas do metal resultante.

Recursos e Limitações

A fundição em areia dúctil é ideal para a produção de peças de ferro fundido que podem competir com o aço. As tolerâncias de contração e os ângulos de inclinação são necessários para criar peças de qualidade e a usinagem secundária quase sempre será necessária para adicionar recursos de precisão, como furos e superfícies de montagem. Além disso, seções finas são impraticáveis. No entanto, bons acabamentos de superfície são obtidos com o uso de pó de carvão.

A fundição em areia oferece pouca limitação ao tamanho das peças que podem ser fundidas. Peças pequenas com peso inferior a 0,5 kg (uma libra) fundidas, bem como aquelas pesando centenas de libras e medidas em pés.