Fundição em Areia de Ferro Dúctil: Visão Geral do Processo, Vantagens e Restrições

Aço carbono não é fácil de fundir em areia devido ao seu alto ponto de fusão. Ferro fundido dúctil é uma alternativa. Seu ponto de fusão mais baixo proporciona uma maneira de alcançar propriedades metalúrgicas similares às do aço em uma peça fundida em areia. Trocar de aço para fundições de ferro dúctil é uma maneira de reduzir requisitos de usinagem e talvez também custo da peça.

Aqui está uma introdução ao ferro fundido dúctil e uma explicação do que envolve fundi-lo em areia.

Dois Tipos de Ferro Fundido

Fundidores têm feito e trabalhado com ferro fundido cinzento por séculos. Ele funde e molda facilmente e tem boa usinabilidade mas sua queda é baixa resistência à tração e ductilidade.

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

Ferro fundido dúctil, desenvolvido em meados do século XX, supera este problema. Adicionar pequenas quantidades de elementos cuidadosamente selecionados a ferro-gusa de alta qualidade rico em carbono cria minúsculas esferas de grafite em uma matriz de ferrita e perlita (Fe3C) em vez de flocos. Por esta razão, às vezes é referido como ferro fundido esferoidal ou nodular.

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

O Processo de Fundição em Areia

Fundição em areia começa com um modelo que replica a peça sendo fundida. Este é colocado em uma caixa que é compactada com areia. O modelo é então retirado para deixar uma cavidade que será preenchida com metal.

A caixa, tecnicamente um "frasco", compreende duas metades, um "cope" superior e um "drag" inferior. Passagens são formadas no cope onde o metal fluirá, e metal excessivo subirá uma vez que a cavidade esteja preenchida. Estes são os canais e alimentadores.

Uma vez que o metal solidificou, a areia é sacudida, e a fundição é enviada para remoção de canais e alimentadores antes de ser usinada.

Ferro Dúctil e Areia

Areia desempenha papel vital no processo de fundição. Sendo ligeiramente permeável, permite gás mover-se para fora enquanto ao mesmo tempo resfria o metal líquido, que solidifica de fora para dentro. Densidade de compactação e composição da areia devem ser gerenciadas cuidadosamente para garantir retração consistente do metal e qualidade da peça.

Ferro dúctil é geralmente fundido em areia verde contendo cerca de 5% de pó de carvão. "Verde" neste contexto refere-se não à cor mas ao teor de umidade. Areia "verde" é areia que não passou por processo de secagem.

Além da areia em si, areia verde para fundição contém proporção de argila bentonita. Esta age como aglutinante e mantém a areia compactada junta no frasco.

Pó de carvão, às vezes chamado "carvão marinho", é um constituinte importante de areia para fundição de ferro dúctil. Seu papel é produzir atmosfera redutora que consome oxigênio liberado quando ferro quente entra em contato com a areia. Retarda expansão e resulta em superfícies fundidas mais lisas, 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

Dois passos de processamento são chave para fazer peças de ferro fundido que competem com aço. Estes são inoculação e tratamento com magnésio. Para melhor qualidade de ferro fundido dúctil eles são realizados logo antes do vazamento.

Inoculação aborda a tendência do carbono de precipitar como flocos de grafite. Envolve adicionar pequenas quantidades de ligas especialmente selecionadas que fornecem pontos para o carbono nucleare ou cristalizar. Isso previne formação dos flocos prejudiciais à resistência e ductilidade.

De forma similar, magnésio é adicionado para "limpar" qualquer enxofre no ferro. Como com inoculação, isso melhora as propriedades mecânicas do metal resultante.

Capacidades e Limitações

Fundição em areia de ferro dúctil é ideal para produzir peças de ferro fundido que competem com aço. Tolerâncias de retração e ângulos de desmoldagem são requeridos para criar peças de qualidade e usinagem secundária quase sempre será necessária para adicionar características de precisão como furos e superfícies de montagem. Além disso, seções finas são impraticáveis. No entanto, bons acabamentos superficiais são obtidos com uso de pó de carvão.

Fundição em areia oferece pouca limitação ao tamanho de peças que podem ser fundidas. Peças pequenas pesando menos de uma libra (0,5kg) fundem tão bem quanto aquelas pesando centenas de libras e medidas em pés.