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Ferros Fundidos
Genericamente, os ferros fundidos são uma classe de ligas ferrosas com teor
de carbono acima de 2,11%. Na prática, entretanto, a maioria dos ferros
fundidos contém entre 3 e 4,5%(ou 4% ) de carbono, além da presença de
outros elementos de liga. As temperaturas de fusão de ligas de ferro
fundido são bem inferiores as do aço, o que as tornam adequadas para
processos de fundição. Além disso, alguns ferros fundidos são muito frágeis
e a fundição é a técnica de fabricação mais conveniente nesses casos.
Devido à importância do silício, que sempre está presente na composição do
ferro fundido, em percentuais que variam de 1 a 3%, essa liga geralmente é
denominada de ternária (Fe-C-Si). O silício tem a função de favorecer a
formação da grafita, preferencialmente à cementita.
A cementita (Fe3C) é um composto metaestável e sob certas condições ela
pode dissociar, ou seja, decompor formando ferrita α e grafita (forma
alotrópica do carbono), da seguinte forma:
Fe3C ( 3Fe (α) + C (grafita)
Por terem um teor de carbono mais elevado do que o dos aços, os ferros
fundidos são mais frágeis, não sendo possível forjá-los, estirá-los, laminá-
los ou vergá-los em qualquer temperatura. A tendência a formar grafita é
regulada pela composição e taxa de resfriamento. A formação de grafita é
promovida pela presença de silício em concentrações maiores que 1%. Também,
menores taxas de resfriamento durante a solidificação favorecem a formação
de grafita (grafitização). Para muitos ferros fundidos, o carbono existe
como grafita e a microestrutura e comportamento mecânico dependem da
composição e tratamento térmico.
Os ferros fundidos mais comuns são:
Branco; Maleável; Nodular (dúctil); Cinzento; Dúctil (Austemperado);
Grafita Compactada (vermicular).
C N(D)
B M
Ferro Fundido Branco
Para ferros fundidos com baixo teor de silício (< 1% em peso de Si) e sob
altas taxas de resfriamento, a maior parte do carbono permanecerá como
cementita em vez de grafita. Uma superfície de fratura desta liga tem
aparência branca e, por isso, chamada de ferro fundido branco. Como
conseqüência dos grandes teores da fase cementita em vez de grafita, o
ferro fundido branco é extremamente duro e muito frágil, a ponto de ser
praticamente impossível usiná-lo. Seu uso é limitado a aplicações que
necessitam uma superfície muito dura e resistente ao desgaste e de pouca
ductilidade. Geralmente, o ferro fundido branco é usado como um
intermediário na produção do ferro fundido maleável.
Aplicações
Rodas de vagões; cilindros coquilhados; revestimentos de moinhos; bolas de
moinho de bola.
Ferro Fundido Maleável
Ao aquecer o ferro fundido branco a temperaturas entre 800 e 900oC por um
período de tempo prolongado e sob atmosfera neutra (para prevenir a
oxidação) faz-se com que a cementita se decomponha, formando grafita. A
grafita formada tem o aspecto de aglomerados ou nódulos envoltos por uma
matriz de ferrita ou perlita, a depender da taxa de resfriamento (Descrição
do ferro maleável núcleo preto).
Curva de aquecimento
A estrutura final é semelhante a do ferro fundido nodular, inclusive quanto
às propriedades, como a combinação de alta resistência e ductilidade.
Tipos de Ferro fundido maleável
Núcleo Branco
- Obtido pelo tratamento térmico de descarbonetação do ferro branco,
resultando em um produto isento de grafita, o tratamento é sob atmosfera
oxidante, fazendo com que o carbono seja expelido.
Núcleo Preto
- Obtido pelo aquecimento do ferro fundido branco a cerca de 900oC, em
atmosfera neutra, seguido de resfriamento controlado; a estrutura consiste
de grafita com matriz ferrítica ou perlítica;
Aplicações
Conexões para tubulações hidráulicas; conexões para linhas de transmissão
elétrica; suporte de molas; caixas de direção; caixas de diferencial;
cubos de rodas; sapatas de freios; pedais de embreagem e freio; bielas;
colares de tratores; caixas de engrenagem, etc.
Ferro Fundido Cinzento
As quantidades de carbono e silício variam entre 2,5 a 4% e 1 a 3%,
respectivamente. Para muitos desses ferros fundidos, a grafita existe na
forma de veios, os quais são normalmente envoltos por uma matriz de ferrita
α ou perlita. Devido aos veios de grafita, a superfície fraturada tem
aparência cinza, da qual o nome é derivado. Em termos mecânicos, o ferro
fundido cinzento é comparativamente fraco e frágil sob tração. Resistência
e ductilidade são muito maiores sob carga de compressão. Apresentam boa
usinabilidade e grande capacidade de amortecer vibrações. Estruturas que
formam a base de máquinas e equipamentos pesados que são expostos a
vibrações são freqüentemente construídos com este material. Outra
propriedade é a resistência ao desgaste. A fratura ocorre na grafita e
propaga nessa fase, pois o formato celular como os veios são dispostos,
permite que isso ocorra.
Ferro Fundido Nodular (dúctil)
Ao adicionar uma pequena quantidade de magnésio e ou cério na composição do
ferro fundido cinzento (líquido) antes de moldá-lo, produz-se uma
microestrutura distinta e um conjunto de propriedades mecânicas
diferenciadas. A grafita ainda é formada, mas como nódulos ou partículas de
formato esférico em vez de veios. A matriz em volta destas partículas pode
ser perlita ou ferrita, a depender do tratamento térmico. O ferro fundido
dúctil tem características mecânicas que se aproximam do aço. Devido à
matriz em volta das esferas de grafita ser contínua, esse material
apresenta-se dúctil e resistente em relação ao ferro fundido cinzento. Com
auxílios de tratamentos térmicos adequados, esse material pode apresentar
propriedades mecânicas como ductilidade, usinabilidade, além de resistência
mecânica e a corrosão melhores do que as de alguns aços carbono.
Obtenção do ferro fundido
O ferro fundido é obtido a partir do ferro gusa sólido. Os fornos usados
são: cubilô e elétrico. Cubilô:alimentação de gusa sólido, sucata, coque e
fundente; o ar é insuflado para gerar calor a partir da reação com o coque
e também para oxidar impurezas (semelhante ao processo em um alto-forno).
Fornos elétricos: semelhante aos fornos elétricos usados na obtenção de
aços. Podem ser a arco e a indução.
Classificação dos ferros fundidos segundo a ABNT
Ferro fundido cinzento:
FC-XXX (3 letras e um número de 3 dígitos)
FC: ferro fundido cinzento.
XXX: resistência a tração em MPa.
Ex.: FC-400 – ferro fundido cinzento com resistência a tração de 400MPa.
Ferro fundido nodular:
FE-XXXYY (2 letras e um número de 5 dígitos)
FE: ferro fundido nodular.
XXX: resistência a tração em MPa.
YY: percentual de alongamento.
Ex.: FE-42012 – ferro fundido nodular com resistência a tração de 420MPa, e
alongamento de 12%;
Ferro fundido maleável de núcleo preto:
FMP-XXXYY (3 letras e um número de 5 dígitos)
FMP: ferro fundido maleável de núcleo preto.
XXX: resistência a tração em MPa.
YY: percentual de alongamento.
Ex.: FMP-35012 – ferro fundido maleável de núcleo preto com resistência a
tração de 350MPa, e alongamento de 12%.
Ferro fundido maleável de núcleo branco:
FMBS-XXXYY (4 letras e um número de 5 dígitos)
FMBS: ferro fundido maleável de núcleo branco;
XXX: resistência a tração em MPa;
YY: percentual de alongamento;
Ex.: FMP-38012 – ferro fundido maleável de núcleo branco com resistência a
tração de 380MPa, e alongamento de 12%;
