Tipos de peças fundidas de ferro
Tipos de peças fundidas de ferro
Este capítulo discutirá os vários tipos de peças fundidas de ferro.
Fundição de Ferro Cinzento
A característica do ferro fundido cinzento é a microestrutura gráfica, que é capaz de causar fraturas ao material e apresentar aspecto acinzentado. Este é o tipo de ferro fundido mais comumente usado e também o material fundido comumente usado com base no peso. A maioria dos ferros fundidos cinzentos tem uma decomposição química de 2,5% a 4% de carbono, 1% a 3% de silicone e o restante é uma composição de ferro.
Este tipo de ferro fundido apresenta menor resistência à tração e menor resistência ao choque em comparação ao aço. Sua resistência à compressão é comparável à do aço de baixo e médio carbono.
Todas essas propriedades mecânicas são controladas pelo formato dos flocos de grafite e pelo tamanho dos flocos de grafite, que estão presentes na microestrutura do ferro fundido cinzento.
Fundição de Ferro Branco
Este tipo de ferro apresenta superfícies fraturadas que são brancas devido à presença de um precipitado de carboneto de ferro denominado cementita. O carbono contido no ferro fundido branco precipita do fundido como cementita de fase estável, em vez de grafite. Isto é conseguido com menor teor de silício como agente de grafitização e uma taxa de resfriamento fornecida mais rápida. Após esta precipitação, a cementita se forma como partículas grandes.
Durante a precipitação do carboneto de ferro, o precipitado retira carbono do fundido original, movendo assim a mistura em direção a uma mistura mais próxima da eutética. A fase restante é a redução do ferro em austenita de carbono, que se transforma em martensita quando resfriada.
Estes carbonetos eutéticos contidos são muito grandes para fornecer o benefício do endurecimento por precipitação. Em alguns aços pode haver precipitados de cementita muito menores que podem causar a deformação do plástico, impedindo o movimento das discordâncias através da matriz de ferrita de ferro puro. Eles têm uma vantagem, pois aumentam a dureza aparente do ferro fundido simplesmente por causa de sua própria dureza e fração volumétrica. Isso faz com que a dureza aparente possa ser aproximada por uma regra de misturas.
Esta dureza é oferecida em detrimento da tenacidade em qualquer caso. O ferro fundido branco pode geralmente ser classificado como cimento, uma vez que o carboneto constitui uma fração maior do material. O ferro branco é muito frágil para ser usado em componentes estruturais, mas devido à sua boa dureza, resistência à abrasão e baixo custo, pode ser usado como superfície de desgaste de bombas de polpa.
É difícil resfriar peças fundidas espessas em uma taxa mais rápida, o que é suficiente para solidificar o fundido como ferro fundido branco, porém o resfriamento rápido pode ser usado para solidificar um inferno de ferro fundido branco e depois disso o restante será ser esfrie em um ritmo mais lento, formando assim um núcleo de ferro fundido cinzento. Essa fundição resultante é chamada de fundição refrigerada e contém os benefícios de ter uma superfície dura, mas com um interior mais resistente.
As ligas de ferro branco com alto teor de cromo tinham a capacidade de permitir a fundição maciça de um impulsor de cerca de 10 toneladas em areia. Isto se deve ao fato de que o cromo reduz a taxa de resfriamento necessária para produzir carbonetos através de maiores espessuras de material. Carbonetos com excelente resistência à abrasão também são produzidos por elementos de cromo.
Fundição de ferro maleável
O ferro fundido maleável começa como uma fundição de ferro branco, depois é tratado termicamente a temperaturas de cerca de 950°C por dois ou um único dia e depois é resfriado pelo mesmo período de tempo.
O carbono do carboneto de ferro se transforma em grafite e ferrita mais carbono devido a esse processo de aquecimento e resfriamento. Este é um processo baixo, mas permite que a tensão superficial transforme o grafite em partículas esferoidais em vez de flocos.
Os esferóides são relativamente curtos e mais distantes uns dos outros devido à sua baixa proporção de aspecto. Eles também contêm uma seção transversal inferior, propagando trinca e um fóton. Ao contrário dos flocos, eles contêm limites rombos que contribuem para o alívio dos problemas de concentração de tensões encontrados no ferro fundido cinzento. Em suma, as propriedades incluídas no ferro fundido maleável são mais parecidas com as do aço de natureza suave.
Fundição de ferro dúctil
Às vezes denominado ferro fundido nodular, esse ferro fundido tem seu grafite na forma de nódulos muito minúsculos, sendo que o grafite tem a forma de camadas que são concêntricas formando assim os nódulos. Devido a isso, as propriedades deferro fundido dúctilsão os de um aço esponjoso que não apresenta efeitos de concentração de tensões produzidos pelos flocos de grafite.
A quantidade de concentração de carbono contida é de cerca de 3% a 4%, e a do silício é de cerca de 1,8% a 2,8%. Pequenas quantidades de 0,02% a 0,1% de magnésio e apenas 0,02% a 0,04% de cério quando adicionadas a essas ligas diminuem a taxa de crescimento da precipitação de grafite através da ligação às bordas das pistas de grafite.
O carbono pode ter a chance de se separar como partículas esferoidais à medida que o material solidifica, devido ao controle cuidadoso de outros elementos e ao tempo adequado durante o processo. As partículas resultantes são semelhantes ao ferro fundido maleável, mas as peças podem ser fundidas com seções maiores.
Elementos de Liga
As propriedades do ferro fundido são alteradas e adicionadas em vários elementos de liga ou ligas no ferro fundido. Alinhado com o carbono está o elemento silício porque tem a capacidade de forçar o carbono a sair da solução. Uma porcentagem menor de silício não consegue atingir isso totalmente, pois permite que o carbono permaneça na solução, formando assim carboneto de ferro e também produzindo ferro fundido branco.
Uma porcentagem ou concentração maior de silício é capaz de forçar a saída do carbono da solução e formar grafite e também produzir ferro fundido cinzento. Outros agentes de liga não mencionados incluem manganês, cromo, titânio e depois vanádio. Estes neutralizam o silício, também promovem a retenção de carbono e, portanto, também a formação de carbonetos. O níquel e o elemento cobre têm vantagem porque aumentam a resistência e a usinabilidade, mas não conseguem alterar a quantidade de carbono formada.
O carbono que está na forma de grafite resulta em um ferro mais macio, reduzindo assim o efeito de encolhimento, diminuindo a resistência e diminuindo a densidade contida. O enxofre é principalmente um contaminante quando contido e forma sulfeto de ferro que evita a formação de grafite e também aumenta a dureza.
A desvantagem imposta pelo enxofre é que ele torna o ferro fundido viscoso, o que causa defeitos. Para atender e eliminar os efeitos do enxofre, é adicionado manganês à solução. Isso é feito porque quando os dois são combinados formam sulfeto de manganês em vez de sulfeto de ferro. O sulfeto de manganês resultante é mais leve que o fundido e tende a flutuar para fora do fundido e entrar na escória.
A quantidade aproximada de manganês necessária para anular os efeitos do enxofre é de 1,7 unidades de teor de enxofre e mais 0,3% adicionados. A adição de mais do que esta quantidade de manganês resulta na formação de carboneto de manganês e isso aumenta a dureza e o resfriamento, exceto no ferro cinzento, onde até 1 por cento de manganês pode aumentar a resistência e a densidade contida. O níquel é um dos elementos de liga mais gerais porque tem tendência a refinar a perlita e a estrutura da grafite, melhorando assim a tenacidade e equilibrando a diferença de dureza entre as espessuras das seções.
O cromo é adicionado em pequenas quantidades para reduzir a grafite livre e produzir resfriamento. Isso ocorre porque o cromo é um poderoso estabilizador de carboneto e, em alguns casos, pode funcionar em conjunto com o níquel. Também para o cromo, uma pequena quantidade substituta de estanho pode ser adicionada. O cobre é adicionado na panela ou forno na ordem de 0,5% a 2,5% para reduzir o resfriamento, refinar o grafite e aumentar a fluidez. O molibdênio também pode ser adicionado na ordem de 0,3% a 1%, de modo a aumentar também o frio, refinar a grafite e refinar a estrutura da perlita.
Geralmente é adicionado trabalhando em conjunto com níquel, cobre e cromo para produzir ferros de alta resistência. O elemento titânio é adicionado para funcionar como desgaseificador e desoxidante e aumentar a fluidez. Proporções de 0,15% a 0,5% do elemento vanádio são adicionadas ao ferro fundido e auxiliam na estabilização da cementita, para aumentar a dureza e resistir ao desgaste e aos efeitos do calor.
O zircônio ajuda a formar grafite e é adicionado em proporções de cerca de 0,1% a 0,3%. Este elemento também auxilia na desoxidação e aumento da fluidez. Em ferro fundido maleável, para aumentar a quantidade de silício que pode ser adicionado, o bismuto é derramado em uma escala de 0,002% a 0,01%. No ferro branco é adicionado o elemento boro, que auxilia na produção do ferro maleável e reduz o efeito de engrossamento do elemento bismuto.