Ferro Dúctil

Fundições de ferro dúctil têm muitas vantagens

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

Fundição de ferro dúctil são objetos de metal sólido que resultam de ferro dúctil fundido sendo derramado em vazios em um molde. O ferro dúctil posteriormente esfria e solidifica na forma do vazio que ocupa.

O que é ferro dúctil?

Inventado em 1943, o ferro dúctil é uma iteração moderna do ferro fundido. Ferro fundido e ferro dúctil têm propriedades físicas contrastantes causadas por diferenças em suas microestruturas.

A grafite e o carbono contidos no ferro fundido ocorrem como flocos; o ferro fundido exibe capacidades de carga de compressão positiva, mas o carregamento de tração acima de sua resistência à tração natural pode causar a formação de trincas e a propagação rápida de pontos de tensão dentro da microestrutura de grafite em flocos. Como resultado, o ferro fundido praticamente não tem alongamento. É um material frágil e, portanto, limitado em seu uso em aplicações de carga de tração e choque.

A grafite dentro do ferro dúctil ocorre como esferoides, por isso às vezes é chamada de grafita esferoidal . Da mesma forma, o termo ferro nodular decorre do fato de que o carbono contido no ferro dúctil é mantido na forma de nódulos. Esta microestrutura única faz com que o ferro dúctil resista a flexão e carga de choque muito melhor do 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 alimentação para a maioria das fundições de ferro dúctil modernas. Ferro-gusa refere-se à produção de ferro primário de um alto-forno que contém mais de noventa por cento de ferro.

O termo “ferro gusa” surgiu do método antiquado de fundição de ferro de alto-forno em moldes dispostos em leitos de areia de forma que pudessem ser alimentados a partir de um canal comum. Como os grupos de bolores se assemelhavam a uma ninhada de leitões, os pedaços individuais de ferro eram chamados de “porcos” e o corredor era chamado de porca. Os suínos modernos são produzidos por máquinas de fundição contínua de suínos.

O ferro-gusa é usado na produção de ferro dúctil como fonte primária de ferro puro. Ele oferece uma série de vantagens exclusivas:o ferro-gusa contém poucos elementos residuais ou prejudiciais, possui uma química consistente, promove condições ideais de escória e melhora o controle do processo fornecendo propriedades de carga consistentes. A demanda por ferro-gusa aumentou nos últimos anos, pois as fundições de ferro dúctil utilizam suas vantagens em relação a fontes alternativas de ferro, como sucata de ferro ou sucata de aço fundido e adição de carbono.

Vantagens do ferro dúctil

Existem várias vantagens que o ferro dúctil oferece aos projetistas:

1. O ferro dúctil pode ser facilmente fundido e usinado.
2. Tem uma excelente relação resistência/peso.
3. O ferro dúctil pode ser fabricado por um custo muito menor do que o aço.
4. Tem fundibilidade e usinabilidade superiores.
5. O ferro dúctil oferece ao projetista uma combinação excepcional de resistência, 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 por meio de tratamento térmico subsequente. As pequenas diferenças de composição entre os diferentes graus de ferro dúctil existem para criar a matriz desejada (microestruturas).

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

Existem várias matrizes encontradas dentro do ferro dúctil, sendo a mais comum;

1. Ferrita – um ferro puro, dúctil, flexível e com pouca resistência. Esta matriz tem baixa resistência ao desgaste, mas alta resistência ao impacto e boa usinabilidade.
2. Perlita – uma mistura mecânica de ferrite e carboneto de ferro (Fe₃ C). É relativamente duro, com ductilidade moderada. Possui alta resistência, boa resistência ao desgaste, moderada resistência ao impacto e boa usinabilidade.
3. Perlita/Ferrita – uma estrutura que consiste em uma mistura de perlita e ferrita, e a matriz mais comum para graus comerciais de ferro dúctil.

Graus de ferro dúctil comum

Embora existam muitas especificações de ferro dúctil diferentes, as fundições oferecem rotineiramente 3 tipos comuns;


PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

ASTM A536, SÉRIE 60-40-18

ASTM A536, GRAU 65-45-12

ASTM A536, SÉRIE 80-55-06

Resistência à tração, min, psi

60.000

65.000

80.000

Resistência à tração, min, MPa

414

448

552

Força de Cedência, min, psi

40.000

45.000

55.000

Força de rendimento, min, 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 (graus F)

2.100 - 2.190

2.100 - 2.190

2.100 - 2.190

Temperatura de fusão (graus C)

1.150 - 1.200

1.150 - 1.200

1.150 - 1.200

Ksi de resistência à compressão

429

429

429

Resistência à compressão MPa

2960

2960

2960

UNS

F32800

F33100

F33800

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

ASTM A536, SÉRIE 60-40-18

Resistência à tração, min, psi

60.000

Resistência à tração, min, MPa

414

Força de Cedência, min, psi

40.000

Força de rendimento, min, MPa

276

Alongamento em 2 pol. ou 50 mm, % mín.

18

Densidade lb/pol3

0,256

Densidade g/cm3

7.1

Temperatura de fusão (graus F)

2.100 - 2.190

Temperatura de fusão (graus C)

1.150 - 1.200

Ksi de resistência à compressão

429

Resistência à compressão MPa

2960

UNS

F32800

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

ASTM A536, GRAU 65-45-12

Resistência à tração, min, psi

65.000

Resistência à tração, min, MPa

448

Força de Cedência, min, psi

45.000

Força de rendimento, min, MPa

310

Alongamento em 2 pol. ou 50 mm, % mín.

12

Densidade lb/pol3

0,256

Densidade g/cm3

7.1

Temperatura de fusão (graus F)

2.100 - 2.190

Temperatura de fusão (graus C)

1.150 - 1.200

Ksi de resistência à compressão

429

Resistência à compressão MPa

2960

UNS

F33100

PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS

ASTM A536, SÉRIE 80-55-06

Resistência à tração, min, psi

80.000

Resistência à tração, min, MPa

552

Força de Cedência, min, psi

55.000

Força de rendimento, min, MPa

379

Alongamento em 2 pol. ou 50 mm, % mín.

6

Densidade lb/pol3

0,256

Densidade g/cm3

7.1

Temperatura de fusão (graus F)

2.100 - 2.190

Temperatura de fusão (graus C)

1.150 - 1.200

Ksi de resistência à compressão

429

Resistência à compressão MPa

2960

UNS

F33800

Aplicações de ferro dúctil

O ferro dúctil tem maior resistência e ductilidade do que o ferro cinzento. Essas propriedades permitem que ele seja usado efetivamente 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. Por não fraturar como o ferro cinzento, o ferro dúctil também é seguro para uso em aplicações de proteção contra impactos, como postes de amarração.

Serviços de fundição personalizados

A Reliance Foundry trabalha em colaboração com os clientes para determinar o melhor material para cada fundição personalizada. Solicite um orçamento para obter mais informações sobre como nosso serviço de transmissão pode atender aos requisitos do seu projeto.

Fontes

• ASTM Internacional. “Especificação padrão para fundidos de ferro dúctil”.
• Sociedade do Ferro Dúctil. “Dados de ferro dúctil para engenheiros de projeto.”
• Sorelmetal. “A família do ferro dúctil.”