Fundição de Ferro Fundido Explicada: Composição, Cor e Prevenção de Trincas

Os componentes da liga afetam sua cor quando trinca: o ferro fundido branco contém impurezas de carboneto que criam caminhos para a liga trincar e fluir. O ferro fundido cinzento pode possuir flocos de grafite que simulam as trincas. Isso inicia inúmeras novas trincas quando o material quebra, e o ferro dúctil possui grafita esférica "nódulos" que inibem o desenvolvimento de fraturas adicionais.

Carbono (C) em quantidade de 1,8 a 4% em peso. E silício (Si) 1-3% em peso. Estes são os principais ingredientes de liga do ferro fundido. Apenas ligas de ferro específicas e uma quantidade mínima de carbono são definidas como aço. O ferro fundido é frágil, exceto o ferro fundido maleável. Devido ao ponto de fusão relativamente baixo, isso relaciona-se a boa fluidez. E isso relaciona-se a excelente usinabilidade, resistência à deformação e resistência ao desgaste.

Os ferros fundidos tornaram-se um material projetado com ampla gama de aplicações e são usados em tubos, máquinas e peças automotivas. Aplicações típicas são cabeçotes de cilindro, blocos de motor e caixas de câmbio. É resistente a danos de oxidação também, o que aumenta sua utilidade.

História da Fundição de Ferro Fundido

Os primeiros artefatos de ferro fundido datam do século 5 a.C. e foram descobertos por arqueólogos no que hoje é Jiangsu, China. Pesquisadores acreditam que o uso de ferro fundido começou há muito tempo na China continental. Acreditam que era usado para criar produtos para fazendas, casas e lutas.

No século 15, o ferro fundido foi usado para canhões na Borgonha, França e Inglaterra durante a Reforma. As quantidades de ferro fundido usadas para as armas exigiam produção em larga escala.

A primeira ponte de ferro fundido foi construída em 1770 por Abraham Darby III e é conhecida como The Iron Bridge em Shropshire, Inglaterra. O ferro fundido também foi usado para a construção de muitos edifícios. O uso amplo em configuração arquitetônica começou a se tornar muito prevalente.

Uso do Ferro Fundido em Produção em Massa na Indústria

O ferro fundido é criado principalmente a partir de ferro-gusa fundido ou pela refusão de ferro-gusa. Isso frequentemente, também com quantidades substanciais de ferro, aço, calcário, carbono (coque), e tomando várias etapas para remover contaminantes indesejáveis. Quando a aplicação é considerada, o teor de carbono e silício são ajustados aos níveis desejados, que podem variar de 2-3,5% e 1-3%, respectivamente.

O ferro fundido é feito de ferro-gusa, que é o subproduto da fusão de minério de ferro do alto-forno.

Fósforo e enxofre podem ser queimados do ferro fundido, mas isso também elimina o carbono, que deve ser reposto. Se desejado, outros elementos são então adicionados à fusão antes que a forma final seja produzida por fundição. O ferro fundido às vezes é fundido em um tipo único de alto-forno chamado cubilô.

No entanto, em aplicações modernas, é mais frequentemente fundido em fornos de indução elétrica ou fornos a arco elétrico. Quando a fusão termina, o ferro fundido fundido é despejado em um forno de espera ou panela.

Propriedades do Ferro Fundido

As propriedades do ferro fundido são alteradas pela adição de vários elementos de liga ou ligas. Além do carbono, o silício é a liga mais importante pois desloca o carbono da solução. A baixa porcentagem de silício permite que o carbono permaneça em solução, formando carboneto de ferro e produzindo ferro fundido branco.

Uma alta porcentagem de silício desloca o carbono da solução, criando grafite e produzindo ferro fundido cinzento. Outros elementos de liga, manganês, cromo, molibdênio, titânio e vanádio, contrapõem o silício e promovem a retenção de carbono e a formação desses carbonetos. Níquel e cobre aumentam resistência e usinabilidade, mas não alteram a quantidade de grafite produzida.

Carbono na forma de grafite torna o ferro mais macio, reduz retração, diminui a resistência e reduz densidade. Enxofre, se presente principalmente como impureza, forma sulfeto de ferro que impede a formação de grafite e aumenta a dureza.

O problema com enxofre é que cria ferro fundido viscoso, o que causa defeitos. Para contrabalançar os efeitos do enxofre, manganês é adicionado pois ambos formam sulfetos de manganês em vez de sulfeto de ferro. Sulfeto de manganês é mais leve que o fundido, então tende a fluir da fusão para a escória.

A quantidade de manganês necessária para neutralização do enxofre é 1,7 x teor de enxofre + 0,3%. Se mais manganês que isso for adicionado, carboneto de manganês é formado o que aumenta dureza e resfriamento, exceto para ferro fundido cinzento onde até 1% de manganês aumenta resistência e densidade.

Materiais Refinados para Fundição

Níquel é um dos elementos de liga mais comuns pois refina a estrutura de perlita e grafite, melhora a ductilidade e iguala diferenças de dureza entre espessuras de seção.

Cromo é adicionado em pequenas quantidades para reduzir grafite livre, resfriar, e porque é um forte estabilizador de carboneto; níquel é frequentemente adicionado junto. Ingredientes leves podem ser adicionados como substituto para 0,5% de cromo.

Cobre é adicionado na panela ou no forno em quantidade de 0,5-2,5% para reduzir o frio, refinar a grafite e aumentar a fluidez.

Molibdênio é adicionado em quantidade de 0,3 a 1% para aumentar o resfriamento e melhorar a estrutura de grafite e perlita; frequentemente adicionado em combinação com níquel, cobre e cromo para produzir ferro de alta resistência.

Titânio quando introduzido como desgasificador e desoxidante, mas também aumenta a fluidez. 0,15-0,5% de vanádio é adicionado ao ferro fundido para estabilizar cementita, aumentar dureza, e aumentar resistência ao desgaste e calor. 0,1-0,3% de zircônio ajuda a formar grafite, desoxigena e aumenta a fluidez.

Em fusões de ferro maleável, bismuto é adicionado na escala de 0,002-0,01% para aumentar a quantidade de silício adicionado. Boro é adicionado ao ferro branco para auxiliar a produção de ferro fundido maleável; também reduz o efeito grosseiro do bismuto.

O Tipo Mais Comum é Ferro Fundido Cinzento

O ferro fundido cinzento é caracterizado por uma microestrutura de grafite que faz com que as trincas no material apareçam cinzentas. É o ferro fundido mais amplamente usado e o material de fundição mais usado por peso. A maioria dos ferros fundidos tem composição química de 2,5-4,0% carbono, 1-3% silício e o resto é ferro.

O ferro fundido cinzento tem menor resistência à tração e impacto que o aço, mas sua resistência à compressão é comparável a aço de baixo e médio carbono. Estas propriedades mecânicas são controladas pelo tamanho e forma dos flocos de grafite presentes na microestrutura e podem ser caracterizadas de acordo com as diretrizes dadas pela ASTM.

No geral, fundição CI é apenas ferro fundido. Este ferro fundido é apenas parte do grupo especializado de ligas de ferro e carbono. Apenas preste atenção ao teor de carbono se for superior a 2%. E lembre-se que isso significa apenas que tem ponto de fusão muito baixo.

Os ingredientes da liga mudam a cor ao trincar: ferro fundido branco contém impurezas de carboneto que permitem que as trincas passem direto. Ferro fundido cinzento tem flocos de grafite e isso faz apenas refletir a trinca e inicia muitas novas trincas quando o material quebra, e ferro dúctil é grafite esférica "nódulos" que inibem desenvolvimento de fratura adicional. Isso é tudo sobre fundição CI!