Ferro Dúctil: Fundidos de Alta Resistência e Durabilidade para Aplicações Industriais

Os fundidos de ferro dúctil oferecem diversas vantagens

O ferro dúctil — também conhecido como ferro esferoidal ou nodular — é, na verdade, um grupo de ferros que apresentam alta resistência, flexibilidade, durabilidade e elasticidade devido à sua microestrutura única. O ferro dúctil fundido normalmente contém mais de 3% de carbono; pode ser dobrado, torcido ou deformado sem fraturar. Suas propriedades mecânicas são semelhantes às do aço e superam em muito as dos ferros fundidos convencionais.

Os fundidos de ferro dúctil são objetos metálicos sólidos resultantes do ferro dúctil líquido vertido em cavidades de um molde. O ferro dúctil posteriormente esfria e solidifica no formato da cavidade que ocupa.

O que é Ferro Dúctil?

Inventado em 1943, o ferro dúctil é uma versão moderna do ferro fundido. O ferro fundido e o ferro dúctil possuem propriedades físicas contrastantes causadas por diferenças em suas microestruturas.

O grafite e o carbono contidos no ferro fundido ocorrem em forma de lâminas; o ferro fundido apresenta capacidade de carga compressiva positiva, mas cargas de tração acima de sua resistência natural podem causar a formação e propagação rápida de trincas a partir de pontos de tensão dentro da microestrutura de grafite laminar. Como resultado, o ferro fundido praticamente não tem alongamento. É um material frágil e, portanto, limitado em aplicações de tração e choque.

O grafite dentro do ferro dúctil ocorre como esferoides, por isso às vezes é chamado de grafite esferoidal. Da mesma forma, o termo ferro nodular decorre do fato de o carbono no ferro dúctil ser mantido na forma de nódulos. Esta microestrutura única faz com que o ferro dúctil suporte dobras e cargas de choque muito melhor que o ferro fundido tradicional.

Do que é feito o Ferro Dúctil?

Embora o ferro dúctil possa ser produzido a partir de sucata de aço ou ferro, o ferro-gusa é a principal fonte de carga para a maioria das fundições modernas de ferro dúctil. O ferro-gusa refere-se à produção primária de ferro de um alto-forno que contém mais de noventa por cento de ferro.

O termo "ferro-gusa" surgiu do método antigo de fundir o ferro do alto-forno em moldes dispostos em leitos de areia de maneira que pudessem ser alimentados por um canal comum. Como os grupos de moldes lembravam uma ninhada de leitões mamando, as peças individuais de ferro eram chamadas de "leitões" e o canal era chamado de "porca". Os lingotes modernos são produzidos por máquinas contínuas de lingotamento.

O ferro-gusa é usado na produção de ferro dúctil como fonte primária de ferro puro. Oferece várias vantagens únicas: contém baixos elementos residuais ou prejudiciais, tem química consistente, promove condições ótimas de escória e melhora o controle do processo ao fornecer propriedades de carga consistentes. A demanda por ferro-gusa aumentou nos últimos anos à medida que as fundições de ferro dúctil utilizam suas vantagens sobre fontes alternativas de ferro, como sucata de ferro, ou fusão de sucata de aço com adição de carbono.

Vantagens do Ferro Dúctil

Existem várias vantagens que o ferro dúctil oferece aos projetistas:

1. O ferro dúctil pode ser fundido e usinado facilmente.
2. Possui excelente relação resistência-peso.
3. Pode ser produzido a um custo muito menor que o aço.
4. Tem fundibilidade e usinabilidade superiores.
5. Oferece aos projetistas uma combinação excepcional de tenacidade, baixo custo de fabricação e confiabilidade.

Propriedades do Ferro Dúctil

Para criar diferentes graus de ferro dúctil, deve-se controlar a estrutura da matriz ao redor do grafite durante o processo de fundição ou através de tratamento térmico subsequente. As diferenças composicionais menores entre os diferentes graus de ferro dúctil existem para criar a matriz (microestruturas) desejada.

O ferro dúctil pode ser considerado como aço com esferoides de grafite dispersos por toda a sua matriz. As qualidades da matriz metálica na qual os esferoides de grafite estão suspensos têm um efeito significativo nas propriedades do ferro dúctil, mas os próprios esferoides de grafite não.

Existem várias matrizes encontradas no ferro dúctil, as mais comuns sendo:

1. Ferrita — ferro puro, dúctil e flexível com pouca resistência. Esta matriz tem baixa resistência ao desgaste, mas alta resistência ao impacto e boa usinabilidade.
2. Perlita — uma mistura mecânica de ferrita e carboneto de ferro (Fe₃C). É relativamente dura, com ductilidade moderada. Tem alta resistência, boa resistência ao desgaste, resistência ao impacto moderada e boa usinabilidade.
3. Perlita/Ferrita — uma estrutura consistindo de uma mistura de perlita e ferrita, e a matriz mais comum para graus comerciais de ferro dúctil.

Graus Comuns de Ferro Dúctil

Embora existam muitas especificações diferentes de ferro dúctil, as fundições rotineiramente oferecem 3 graus comuns:

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS	ASTM A536, GRAU 60-40-18	ASTM A536, GRAU 65-45-12	ASTM A536, GRAU 80-55-06
Resistência à Tração, mín, psi	60.000	65.000	80.000
Resistência à Tração, mín, MPa	414	448	552
Limite de Escoamento, mín, psi	40.000	45.000	55.000
Limite de Escoamento, mín, MPa	276	310	379
Alongamento em 2 pol. ou 50 mm, mín %	18	12	6
Densidade lb/pol³	0,256	0,256	0,256
Densidade g/cm³	7,1	7,1	7,1
Temperatura de Fusão (°F)	2.100 – 2.190	2.100 – 2.190	2.100 – 2.190
Temperatura de Fusão (°C)	1.150 – 1.200	1.150 – 1.200	1.150 – 1.200
Resistência à Compressão Ksi	429	429	429
Resistência à Compressão MPa	2.960	2.960	2.960
UNS	F32800	F33100	F33800

Aplicações do Ferro Dúctil

O ferro dúctil tem maior resistência e ductilidade que o ferro cinzento. Essas propriedades permitem seu uso eficaz em uma ampla variedade de aplicações industriais, incluindo tubos, componentes automotivos, rodas, caixas de engrenagens, carcaças de bombas, estruturas de máquinas para a indústria de energia eólica e muito mais. Como não fratura como o ferro cinzento, o ferro dúctil também é seguro para uso em aplicações de proteção contra impacto, como barreiras (bollards).

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Fontes

• ASTM International. "Standard Specification for Ductile Iron Castings".
• Ductile Iron Society. "Ductile Iron Data for Design Engineers."
• Sorelmetal. "The Ductile Iron Family."