Fundidos de Ferro Fundido: Fundamentos e Significado Industrial

A descoberta do valor do ferro levou à chamada Idade do Ferro, devido ao domínio deste material em aplicações sociais e militares. Haverá outro marco para metais — a revolução industrial mudou a forma como metais eram produzidos e transformados em produtos incluindo ferro.

Ferro Fundido

Ferro fundido é produzido pela fundição de ligas de ferro e carbono que têm teor de carbono maior que 2%. Após fusão, o metal é vertido no molde. A principal diferença na produção entre ferro forjado e ferro fundido é que ferro fundido não é processado com martelos e ferramentas. Existem também diferenças na composição — ferro fundido contém 2-4% de carbono e outras ligas e 1-3% de silício, que melhora as propriedades de fundição do metal fundido. Também pode haver pequenas quantidades de manganês e algumas impurezas como enxofre e fósforo. As diferenças entre ferro forjado e ferro fundido também podem ser encontradas nos detalhes da estrutura química e propriedades físicas.

Embora tanto aço quanto ferro fundido contenham quantidades vestigiais de carbono e pareçam similares, existem diferenças significativas entre os dois metais. Aço contém menos de 2% de carbono, o que permite que o produto final se solidifique em uma única estrutura microcristalina. O maior teor de carbono do ferro fundido significa que ele se solidifica como uma liga heterogênea, e portanto tem mais de uma estrutura microcristalina presente no material.

Esta combinação de alto teor de carbono e presença de silício dá ao ferro fundido excelente fundibilidade. Vários tipos de ferro fundido são produzidos usando várias técnicas de tratamento térmico e processamento, incluindo cinzento, branco, maleável, dúctil e grafite compacto.

Ponte de Ferro Fundido

Detalhes de construção de ferro fundido são feitos pela fusão do metal e vertendo-o em um molde.

Ferro Cinzento

Ferro fundido cinzento é caracterizado pela forma em lascas de partículas de grafite no metal. Quando o metal é fraturado, a fratura ocorre ao longo das lascas de grafite, dando uma cor cinza à superfície do metal fraturado. O nome ferro cinzento vem desta característica.

É possível controlar o tamanho e estrutura da matriz de lascas de grafite durante a produção ajustando a taxa de resfriamento e composição. Ferro fundido cinzento não é tão dúctil quanto outras formas de ferro fundido e sua resistência à tração também é menor. No entanto, é um melhor condutor de calor e tem nível mais alto de amortecimento de vibração. Tem capacidade de amortecimento de 20-25 vezes a do aço e é superior a todos os outros ferros fundidos. Ferro fundido cinzento também é mais fácil de usinar que outros ferros fundidos, e sua resistência ao desgaste o torna um dos produtos de ferro fundido com maior volume.

Nossos produtos de paisagismo duro são feitos de ferro fundido cinzento. Amortecimento de vibração e resistência ao desgaste são propriedades que o tornam um material adequado para muitas aplicações de rua. Ferro fundido cinzento bruto também produz uma pátina que o protege de corrosão danosa mesmo do lado de fora.

Ferro Branco

Com teor de carbono apropriado e alta taxa de resfriamento, átomos de carbono combinam com ferro para formar carboneto de ferro. Isso significa que há poucas ou nenhuma partícula de grafite livre no material solidificado. Quando ferro branco é cisalhado, a superfície trincada aparece branca devido à falta de grafite. A estrutura microcristalina de cementita é dura e quebradiça com alta resistência à compressão e boa resistência à abrasão. Em algumas aplicações especializadas, é desejável que haja ferro branco na superfície do produto. Isso pode ser alcançado usando um bom condutor de calor para fazer as partes do molde. Isso removerá rapidamente calor do metal fundido daquela área específica, enquanto o resto da fundição esfriará mais lentamente.

Um dos tipos mais populares de ferro branco é Ferro Ni-Hard. A adição de ligas de cromo e níquel dá a este produto excelente desempenho em aplicações de abrasão por deslizamento de baixo impacto.

Ferro branco e ferro ni-hard duro caem dentro da classificação de liga na ASTM A532; "Especificação Padrão para Ferro Fundido Resistente à Abrasão".

Ferro Fundido

Ferro branco fundido pode ser processado adicionalmente em ferro fundido maleável por um processo de tratamento térmico. Um extenso programa de aquecimento e resfriamento quebra as partículas de carboneto de ferro, liberando partículas de grafite livres no ferro. Devido às diferentes taxas de resfriamento e adição de ligas, ferro dúctil com estrutura microcristalina é obtido.

Ferro Dúctil (Ferro Nodular)

Ferro dúctil, ou ferro nodular, obtém suas propriedades especiais adicionando magnésio à liga. A presença de magnésio causa o grafite a formar forma esférica em oposição às lascas de ferro cinzento. Controle de composição é muito importante no processo de produção. Pequenas quantidades de impurezas como enxofre e oxigênio reagem com magnésio, afetando a forma das partículas de grafite. Diferentes graus de ferro dúctil são feitos manipulando a estrutura microcristalina em torno de uma esfera de grafite. Isso é alcançado seja pelo processo de fundição ou pelo tratamento térmico como próximo passo de processamento.

Como ferro dúctil deforma no impacto em vez de quebrar em pedaços, usamos este material para fazer nossos postes de ferro fundido. O perfil de impacto do ferro nodular o torna um bom ferro fundido para postes próximos a tráfego.

Ferro Fundido com Grafite Compacto

Ferro de grafite compacto tem estrutura de grafite e propriedades relacionadas que são uma mistura de ferro cinzento e branco. A estrutura microcristalina é formada ao redor de lascas de grafite rombas que estão anexadas uma à outra. Uma liga, como titânio, serve para inibir a formação de grafite esferoidal. Ferro fundido de grafite compacto tem maior resistência à tração e melhor ductilidade comparado a ferro fundido cinzento. A estrutura e propriedades microcristalinas podem ser ajustadas por tratamento térmico ou adição de outras ligas.

PROPRIEDADES MECÂNICAS DO FERRO FUNDIDO

As propriedades mecânicas de um material indicam como ele reage sob certas condições, o que ajuda a determinar sua adequação para diferentes aplicações. Especificações são definidas por organizações como a Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM) para que usuários possam comprar materiais com confiança de que atendem aos requisitos para sua aplicação. Esta é a especificação de ferro fundido cinzento mais comumente usada é ASTM A48.

Para qualificar fundições de acordo com suas especificações, a maneira padrão é fundir uma barra de teste junto com fundições técnicas. Testes ASTM são então aplicados a esta barra de teste e os resultados são usados para qualificar o lote inteiro de fundições.

Especificações também são importantes ao soldar peças de ferro fundido juntas. A solda deve atender ou exceder as propriedades mecânicas do material a ser soldado, caso contrário, trincas e danos podem ocorrer.

Soldagem de Ferro Fundido

Ao soldar, é extremamente importante que a solda atenda ou exceda as propriedades mecânicas do material para prevenir trincas e falhas.

Algumas propriedades mecânicas comuns de ferro fundido incluem:

• Dureza — resistência do material à abrasão e indentação
• Tenacidade — capacidade do material de absorver energia
• Ductilidade — capacidade do material de deformar sem fraturar
• Elasticidade — capacidade do material de retornar às suas dimensões originais após ter sido deformado
• Maleabilidade — capacidade do material de deformar sob compressão sem romper
• Resistência à tração — maior tensão longitudinal que um material pode suportar sem rasgar
• Resistência à fadiga — maior tensão que um material pode suportar por um dado número de ciclos sem quebrar