Ferro Fundido 101: Composição, Usos, Prós e Contras Explicados

Neste artigo, você aprenderá a definição, aplicações, propriedades, composição e tipos de ferro fundido. Também conhecerá as vantagens e desvantagens do ferro fundido.

O que é Ferro Fundido?

Ferro fundido é um grupo de ligas de carbono que contém 2 a 4% de carbono e uma quantidade variável de sílica e manganês. Também contém impurezas como fósforo e enxofre. É produzido pela redução de minério de ferro em um alto-forno e seu material primário é o ferro gusa produzido a partir de minério de ferro fundido em um forno. Este ferro é feito diretamente de ferro gusa fundido ou pela refundição de ferro gusa, frequentemente junto com quantidades substanciais de ferro, calcário, aço ou coque.

Pode ser fundido em um tipo especial de alto-forno chamado Cubilô, mas é mais frequentemente fundido em fornos de indução elétrica ou fornos de arco elétrico.

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Como mencionado anteriormente, o ferro fundido é produzido a partir de ferro gusa, calcário e coque. Seu processo de fabricação ocorre em um forno cubilô pela refundição desses três materiais. O forno cubilô é mais ou menos o mesmo que o alto-forno. É cilíndrico em forma e tem diâmetro de cerca de 1m e altura de cerca de 5m. Os materiais são despejados do topo do forno e então aquecidos. Neste ponto, as impurezas do ferro gusa são removidas em certa medida pela oxidação que forma o ferro fundido. A escória é então removida do topo do ferro fundido em intervalos regulares. O ferro fundido é então despejado em um molde para formar as formas requeridas.

Aplicações do Ferro Fundido

As aplicações do ferro fundido são comuns no mundo da engenharia, como engenharia mecânica, canteiro de obras, marcenaria, etc. As aplicações do ferro fundido são:

• Uma de suas aplicações é para fundição ornamental, como portões, postes de luz, suportes, colunas de ferro para pequenas coberturas.
• É usado para membros de compressão.
• Suas aplicações incluem a produção de cisternas, tubos de água, tubos de gás, esgotos, conexões sanitárias e tampas de bueiro.
• Ferro fundido é usado para fazer correntes ferroviárias, rodas de carruagem, etc.

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Aplicações comuns de tipos de ferro fundido incluem:

• Ferro cinzento é capaz de resistir ao desgaste, por isso é usado para produzir blocos de motor, cabeçotes de cilindro, coletores, engrenagens de queimadores a gás, gabinetes e carcaças.
• Ferro branco é um material frágil devido ao processo de resfriamento rápido usado em sua produção. Por isso, o ferro branco é usado em aplicações que requerem resistência ao desgaste e abrasão, como bicos de jateamento, revestimentos de moinho, sapatas de freio ferroviário, rolos de laminador, carcaças de bomba de lama e britadores.
• Ferro dúctil tem aplicações vastas porque podem ser divididos em diferentes graus. O material pode ser facilmente usinado, tem boa resistência à fadiga e ao escoamento, e também boa resistência ao desgaste. É usado para fazer nudos de direção, virabrequins, engrenagens de serviço pesado, componentes de suspensão automotiva, componentes hidráulicos e dobradiças de portas de automóveis.
• Ferro maleável também tem diferentes graus. Tem a capacidade de reter e armazenar lubrificantes, partículas de desgaste não abrasivas, e a superfície porosa que prende outros detritos abrasivos. Por isso, o ferro maleável é usado para superfícies de mancais de serviço pesado, correntes, engrenagens, bielas, componentes de trem de força e eixos, e material rodante ferroviário.

Propriedades mecânicas do ferro fundido

Abaixo estão as propriedades mecânicas do ferro fundido:

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 ser deformado

Maleabilidade – capacidade do material de deformar sob compressão sem romper

Resistência à tração – o maior estresse longitudinal que um material pode suportar sem rasgar

Resistência à fadiga – o maior estresse que um material pode suportar por um dado número de ciclos sem quebrar.

Outros elementos de liga são adicionados para produzir:

• Manganês: Aumenta resistência ao desgaste e abrasão
• Cromo: Aumenta endurecibilidade, resistência ao desgaste, corrosão e oxidação
• Níquel: Aumenta resistência à tração
• Tungstênio: Aumenta dureza a quente e resistência a quente
• Molibdênio: Aumenta endurecibilidade
• Vanádio: Aumenta endurecibilidade e dureza a quente
• Silício: Aumenta endurecibilidade e resistividade elétrica
• Alumínio: Funciona como desoxidante no aço
• Titânio: Funciona como desoxidante no aço
• Nióbio: Reduz endurecibilidade e aumenta ductilidade, resultando em maior resistência ao impacto
• Cobalto: Reduz endurecibilidade e resiste ao amolecimento em temperaturas elevadas

Tipos de ferro fundido

Ferro Cinzento:

Estes tipos de ferro fundido são acinzentados na aparência, causados por sua microestrutura grafítica que leva às fraturas da cor. Tem menor resistência à tração e resistência que o aço e sua resistência à compressão é comparável a aços de baixo e médio carbono. Baseiam-se no tamanho e forma dos flocos de grafite presentes na microestrutura no ferro fundido.

Ferro Branco:

O ferro branco mostra superfícies fraturadas brancas porque contém um carbeto de ferro chamado "cementita". Devido ao baixo teor de silício e taxa de resfriamento mais rápida. O carbono no ferro fundido branco precipita e permite que derreta como fase metaestável cementita, Fe3C, em vez de grafite. A cementita precipita do fundido como partículas relativamente grandes. À medida que o carbeto de ferro precipita, retira carbono do fundido original, movendo a mistura para uma mais próxima do eutético, e a fase restante é o austenita ferro-carbono inferior (que no resfriamento pode transformar em martensita).

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Ferro Maleável:

O processo de ferro maleável começa sendo fundição branca que é aquecida a cerca de 950°C (1.740°F) e então resfriada por um ou dois dias, o carbono no carbeto de ferro então muda para grafite e ferrita mais carbono (austenita). O processo lento permite que a tensão superficial forme o grafite em partículas esferoidais em vez de flocos.

Ferro Dúctil:

Estes tipos de ferro fundido também são conhecidos como ferro nodular ou dúctil. Foi desenvolvido em 1948. Tipos dúcteis de ferro fundido têm grafite na forma de nódulos muito pequenos com o grafite na forma de camadas concêntricas formando os nódulos. As propriedades destes ferros dúcteis são aço esponjoso com o efeito de concentração de tensão que flocos de grafite produziriam – pequenas quantidades de 0,02 a 0,1% de magnésio, e apenas 0,02 a 0,4% de cério adicionados a estas ligas retardam o crescimento de precipitados de grafite ao se ligarem às bordas dos planos de grafite.

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Vantagens e desvantagens do ferro fundido

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios do ferro fundido em suas várias aplicações:

• boas propriedades de fundição.
• disponível em grandes quantidades.
• baixo custo do material.
• boa usinabilidade para ferro fundido cinzento.
• boa sensibilidade.
• excelente resistência ao desgaste.
• propriedades mecânicas constantes entre 20 a 350 graus Celsius.
• alta durabilidade.
• resistência à deformação.

Desvantagens:

Apesar das boas vantagens deste material, algumas limitações ainda ocorrem. Abaixo estão as desvantagens do ferro fundido em suas várias aplicações:

• baixa resistência à tração.
• propenso à ferrugem.
• os materiais são sensíveis à seção, devido ao resfriamento lento de seções grossas.
• alta fragilidade.
• ferro fundido branco não pode ser usinado.
• não apresenta ponto de escoamento.

Este é o fim deste artigo, onde a definição, aplicações, propriedades, composição e tipos de ferro fundido são discutidos. Você também aprendeu as vantagens e desvantagens do ferro fundido. Espero que tenha tirado proveito deste post, se sim, compartilhe com outros estudantes. Obrigado por ler, até a próxima!