Escolhendo a Liga de Ferro Certa: Ferro Dúctil vs. Ferro Fundido Explicado

Como engenheiros escolhem uma liga para fundições de metal

Ao escolher uma liga de ferro para uma fundição, um metalurgista considera o orçamento, propriedades mecânicas requeridas, e etapas pós-fundição como usinagem e tratamento térmico. Estes requisitos decidem qual liga usar. Hoje em dia, a maior escolha é entre ferro dúctil vs. ferro fundido.

Tecnicamente, "ferro fundido" sugere ligas de ferro que são fundidas em uma fundição. Ferro dúctil é uma tal liga. No entanto, o dúctil é um recém-chegado relativo na cena, com propriedades mecânicas únicas que o separam das outras ligas de ferro. Esta diferença significa que "ferro fundido" geralmente especifica ligas de ferro cinzento ou branco que fazem parte da metalurgia há séculos.

Que tipos de ferro são fundidos na fundição?

• Ferro Fundido Dúctil: Este tipo de ferro foi desenvolvido em 1948 e tornou-se uma liga muito importante para fundições ferrosas. É muito menos frágil que outros ferros fundidos.
• Ferro Fundido Maleável: Antes da invenção do ferro dúctil, esta liga era mais popular. É um ferro fundido branco que é tratado termicamente por um período muito longo. Condições no tratamento térmico devem ser muito controladas. Quando o ferro maleável é finalizado, é muito menos frágil. O maleável ainda é usado para fundições pequenas e finas onde o dúctil é menos bem-sucedido.
• Ferro Fundido Branco: Esta liga é resfriada mais rapidamente que outros ferros fundidos, produzindo uma molécula chamada cementita em sua rede. É uma liga frágil mas tem excelente dureza e resistência à abrasão. É frequentemente usado em mancais e outras aplicações de alto atrito.
• Ferro Fundido Cinzento: A maioria dos itens padrão de "ferro fundido" são feitos de ferro fundido cinzento, então quando as pessoas usam o termo, esta é provavelmente a liga pretendida. Diferente do ferro fundido branco, o ferro cinzento tem uma microestrutura grafitica. Tem excelente capacidade de amortecimento de vibração e grande usinabilidade.

Ferros fundidos branco e cinzento criam fundições de aparência muito similar. Sua coloração só é evidente quando fraturam.

Quais são as diferenças entre ferro dúctil e ferro fundido?

O ferro dúctil é menos frágil que outros ferros fundidos, mesmo antes do tratamento térmico. Não fratura tão facilmente com impacto. Ser dúctil permite que o ferro dobre. Em comparação, o ferro fundido cinzento é mais duro. Esta dureza significa que gerencia bem o desgaste superficial. O ferro cinzento também é melhor no amortecimento de vibração. As diferenças são devidas às microestruturas de grafite dentro destas ligas de ferro.

O ferro fundido cinzento é 2,5-4% de carbono e 1-3% de silício por peso. O silício na liga é necessário para estabilizar as moléculas de grafite que dão ao ferro fundido cinzento suas propriedades. No entanto, este silício só é eficaz em suportar e manter o grafite se o metal não passar por choque térmico durante o resfriamento. Resfriamento muito rápido levará à formação de cementita e fará o ferro cinzento virar ferro branco, mesmo com silício na mistura. No ferro fundido cinzento, flocos de grafite estão embutidos através da superfície e são visíveis em ferro cinzento altamente polido.

O ferro fundido dúctil tem 3,2-3,6% de carbono, 2,2-2,8% de silício, e alguma pequena porcentagem de um "elemento nodularizante". Descoberto em 1943, o dúctil tinha muitas das mesmas propriedades que o ferro maleável, só que tinha estas propriedades direto do molde. O longo e técnico tratamento térmico necessário para fazer ferro fundido maleável o tornava mais caro e propenso a erro. O dúctil foi uma solução óbvia. (O maleável ainda é usado em fundições finas onde o dúctil resfria muito rápido e produz carbonetos.)

Como o ferro fundido cinzento, o grafite é parte importante da microestrutura do ferro dúctil. No entanto, o elemento nodularizante — como magnésio, cério ou telúrio — molda as moléculas de grafite em esferas em vez de flocos. Estas esferas deslizam umas sobre as outras em vez de criar planos ao longo dos quais o ferro pode fraturar. Os nódulos tornam o ferro dúctil mais flexível e menos duro. Onde dureza superficial é necessária, tratamento térmico pode ser usado.

Escolhendo entre ferro dúctil e ferro fundido tradicional

O ferro dúctil é ligeiramente mais caro que o ferro cinzento mas é mais barato e mais fácil de fundir que aço. Geralmente é escolhido por suas propriedades mecânicas e valor. Como uma liga menos frágil que o ferro fundido, é usado em aplicações onde ductilidade e resistência a impacto são úteis. É melhor que o aço em amortecimento de vibração e escoamento à compressão, embora o ferro cinzento ainda seja superior para amortecimento.

Bolardos projetados para resistência a impacto frequentemente usam ferro dúctil. É a principal liga de ferro usada para tubos, especialmente aqueles sob pressão. Peças dúcteis podem ser encontradas em componentes automotivos, bombas e revestimentos de cabos onde impacto é provável.

O ferro cinzento ainda é uma liga importante e bem usada para aplicações onde a fragilidade do ferro fundido tradicional não é um problema. Itens que não serão expostos a impacto no curso regular do desgaste são frequentemente feitos de ferro fundido cinzento. Frigideiras de ferro fundido são geralmente ferro cinzento. Hardscape, como grades de árvores, grades de valas e tampas de bueiro também são frequentemente ferro cinzento. Amortecimento de vibração superior torna o ferro cinzento uma excelente base de máquina. Também é a escolha certa para freios ou componentes de motor que não serão golpeados mas precisarão lidar com alta vibração.

Com qualquer projeto, é importante conversar com um metalurgista ou engenheiro antes de escolher uma liga. Eles examinarão a tensão de trabalho no componente e ajudarão a escolher materiais que possam gerenciar a aplicação com segurança. Escolher ferro dúctil vs. ferro fundido às vezes se resume apenas a valor. Outras vezes, são as qualidades específicas da liga que são necessárias.