Tipos de ferro fundido, classificação, composição, propriedades, marcação e aplicação

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Hoje não há quase nenhuma área da vida humana onde o ferro fundido não seja usado. Este material é conhecido pela humanidade há muito tempo e provou-se excelente do ponto de vista prático. O ferro fundido é a base de uma grande variedade de peças, conjuntos e mecanismos, e em alguns casos até um produto autossuficiente capaz de desempenhar as funções que lhe são atribuídas. Portanto, neste artigo, prestaremos muita atenção a esse composto contendo ferro. Também descobriremos quais são os tipos de ferro fundido, suas características físicas e químicas.

Definição

O ferro fundido é uma liga verdadeiramente única de ferro e carbono, na qual Fe é superior a 90% e C não é superior a 6,67%, mas não inferior a 2,14%. Além disso, o carbono pode ser encontrado no ferro fundido na forma de cementita ou grafite.

O carbono confere à liga uma dureza suficientemente alta, porém, ao mesmo tempo, reduz a maleabilidade e a ductilidade. Como resultado, o ferro fundido é um material frágil. Além disso, aditivos especiais são adicionados a certos tipos de ferro fundido, o que pode dar ao composto certas propriedades. O papel dos elementos de liga pode ser: níquel, cromo, vanádio, alumínio. O índice de densidade do ferro fundido é de 7200 quilogramas por metro cúbico. Do que se pode concluir queo peso do ferro fundido é um indicador que não pode ser chamado de pequeno.

Histórico

O ferro fundido é conhecido há muito tempo pelo homem. A primeira menção da liga remonta ao século VI aC.

Nos tempos antigos, a China produzia ferro fundido com um ponto de fusão bastante baixo. O ferro fundido começou a ser produzido na Europa por volta do século XIV, quando os altos-fornos foram usados pela primeira vez. Naquela época, essa fundição de ferro era usada para a produção de armas, conchas, peças de construção.

Na Rússia, a produção de ferro fundido começou ativamente no século 16 e depois se expandiu rapidamente. Na época de Pedro I, o Império Russo conseguiu contornar todos os países do mundo em termos de produção de ferro, mas cem anos depois começou a perder terreno novamente no mercado de metalurgia ferrosa.

Ferro fundido tem sido usado para criar uma variedade de obras de arte desde a Idade Média. Em particular, no século 10, os mestres chineses lançaram uma figura verdadeiramente única de um leão, cujo peso excedeu 100 toneladas. A partir do século 15 na Alemanha, e depois em outros países, a fundição de ferro fundido tornou-se generalizada. Cercas, treliças, esculturas de parques, móveis de jardim, lápides foram feitas a partir dele.

Nos últimos anos do século 18, a fundição de ferro estava mais envolvida na arquitetura da Rússia. E o século 19 era geralmente chamado de "idade do ferro fundido", já que a liga era muito usada na arquitetura.

Recursos

Existem vários tiposferro fundido, no entanto, o ponto de fusão médio deste composto de metal é de cerca de 1200 graus Celsius. Este valor é 250-300 graus menor do que o necessário para a fabricação de aço. Essa diferença está associada a um teor de carbono bastante alto, o que leva a suas ligações menos próximas com os átomos de ferro no nível molecular.

No momento da fundição e subsequente cristalização, o carbono contido no ferro fundido não tem tempo para penetrar completamente na rede molecular do ferro e, portanto, o ferro fundido acaba se tornando bastante frágil. A este respeito, não é usado onde existem cargas dinâmicas constantes. Mas, ao mesmo tempo, é excelente para as peças que aumentaram os requisitos de resistência.

Tecnologia de produção

Absolutamente todos os tipos de ferro fundido são produzidos em alto-forno. Na verdade, o próprio processo de fundição é uma atividade bastante trabalhosa que exige sérios investimentos materiais. Uma tonelada de ferro-gusa requer cerca de 550 quilos de coque e quase uma tonelada de água. O volume de minério carregado no forno dependerá do teor de ferro. Na maioria das vezes, o minério é usado, no qual o ferro é de pelo menos 70%. Uma concentração mais baixa do elemento é indesejável, pois seria antieconômico usá-lo.

Produção de primeira fase

Fundição de ferro é a seguinte. Em primeiro lugar, o minério é despejado no forno, assim como os graus de carvão coqueificável, que servem para pressurizar e manter a temperatura necessária dentro do poço do forno. Além disso, esses produtos durante o processo de combustão estão ativamente envolvidos nas reações químicas em andamento nopapel dos agentes redutores de ferro.

Ao mesmo tempo, um fluxo é carregado no forno, que serve como catalisador. Ajuda as rochas a derreterem mais rapidamente, o que promove a liberação de ferro.

É importante observar que o minério passa por um pré-tratamento especial antes de ser carregado no forno. É triturado em uma planta de britagem (pequenas partículas derretem mais rápido). Em seguida, é lavado para remover partículas livres de metal. Depois disso, a matéria-prima é queimada, devido a isso, o enxofre e outros elementos estranhos são removidos dela.

Segunda etapa de produção

O gás natural é fornecido ao forno carregado e pronto para operação através de queimadores especiais. O coque aquece a matéria-prima. Nesse caso, é liberado carbono, que se combina com o oxigênio e forma um óxido. Esse óxido posteriormente participa da recuperação do ferro do minério. Observe que com um aumento na quantidade de gás no forno, a velocidade da reação química diminui e, quando uma certa proporção é atingida, ela para completamente.

O excesso de carbono penetra no fundido e se une ao ferro, formando o ferro fundido. Todos aqueles elementos que não derreteram estão na superfície e são eventualmente removidos. Esse resíduo é chamado de escória. Também pode ser usado para produzir outros materiais. Os tipos de ferro fundido obtidos desta forma são chamados de fundição e ferro gusa.

Diferenciação

A classificação moderna dos ferros fundidos prevê a divisão dessas ligas nos seguintes tipos:

• Branco.
• Meio.
• Cinza com grafite em flocos.
• Grafite nodular de alta resistência.
• Dúctil.

Vamos ver cada um separadamente.

Ferro fundido branco

Este ferro fundido é aquele em que quase todo o carbono está quimicamente ligado. Na engenharia mecânica, essa liga não é usada com muita frequência, porque é dura, mas muito quebradiça. Além disso, não pode ser usinado com várias ferramentas de corte e, portanto, é usado para fundir peças que não requerem nenhum processamento. Embora este tipo de ferro fundido permita a retificação com rebolos abrasivos. O ferro fundido branco pode ser comum e ligado. Ao mesmo tempo, a soldagem causa dificuldades, pois é acompanhada pela formação de várias trincas durante o resfriamento ou aquecimento, e também devido à heterogeneidade da estrutura que se forma no ponto de soldagem.

Os ferros fundidos brancos resistentes ao desgaste são obtidos por cristalização primária de uma liga líquida durante o resfriamento rápido. Eles são mais comumente usados para aplicações de fricção a seco (por exemplo, pastilhas de freio) ou para a produção de peças com maior resistência ao desgaste e ao calor (rolos de laminação).

A propósito, o ferro fundido branco recebeu esse nome devido ao fato de que a aparência de sua fratura é uma superfície brilhante, cristalina e radiante. A estrutura deste ferro fundido é uma combinação de ledeburita, perlita e cementita secundária. Se este ferro fundido é ligado, então a perlita é transformada emtroostita, austenita ou martensita.

Meio ferro fundido

A classificação dos ferros fundidos seria incompleta sem mencionar essa variedade de ligas metálicas.

Este ferro fundido é caracterizado por uma combinação de eutéticos de carboneto e grafite em sua estrutura. Em geral, a estrutura completa tem a seguinte forma: grafite, perlita, ledeburita. Se o ferro fundido for submetido a tratamento térmico ou liga, isso levará à formação de austenita, martensita ou troostita acicular.

Este tipo de ferro fundido é bastante frágil, portanto seu uso é muito limitado. A liga em si recebeu esse nome porque sua fratura é uma combinação de áreas claras e escuras da estrutura cristalina.

O material de engenharia mais comum

Ferro fundido cinzento GOST 1412-85 contém cerca de 3,5% de carbono, de 1,9 a 2,5% de silício, até 0,8% de manganês, até 0,3% de fósforo e menos de 0,12% de enxofre.

Grafite em tal ferro fundido tem uma forma lamelar. Não requer modificação especial.

As placas de grafite têm um forte efeito de enfraquecimento e, portanto, o ferro fundido cinzento é caracterizado por uma resistência ao impacto muito baixa e ausência quase completa de alongamento (menos de 0,5%).

O ferro fundido cinza é bem usinado. A estrutura da liga pode ser a seguinte:

• Ferrita-grafite.
• Ferrita-perlita-grafita.
• Perlite-grafite.

O ferro fundido cinza funciona muito melhor na compressão do que na tensão. Ele tambémsolda muito bem, mas isso requer pré-aquecimento, e hastes especiais de ferro fundido com alto teor de silício e carbono devem ser usadas como material de enchimento. Sem pré-aquecimento, a soldagem será difícil porque o ferro fundido branqueará na área de solda.

Ferro fundido cinza é utilizado para produzir peças que operam sem carga de choque (polias, tampas, leitos).

A designação deste ferro fundido ocorre de acordo com o seguinte princípio: SCH 25-52. Duas letras indicam que se trata de ferro fundido cinzento, o número 25 é um indicador da resistência à tração (em MPa ou kgf / mm 2), o número 52 é a resistência à tração no momento de flexão.

Ferro dúctil

O ferro fundido nodular é fundamentalmente diferente de seus outros "irmãos", pois contém grafite nodular. É obtido introduzindo modificadores especiais (Mg, Ce) na liga líquida. O número de inclusões de grafite e suas dimensões lineares podem ser diferentes.

O que há de bom no grafite esferoidal? O fato de tal forma enfraquecer minimamente a base metálica, que, por sua vez, pode ser perlítica, ferrítica ou perlítica-ferrítica.

Devido ao uso de tratamento térmico ou liga, a base de ferro fundido pode ser acicular-troostita, martensítica, austenítica.

Graus de ferro dúctil são diferentes, mas em termos gerais, sua designação é a seguinte: VCh 40-5. É fácil adivinhar que HF é ferro fundido de alta resistência, o número 40 é um indicadorresistência à tração (kgf/mm2), o número 5 é relativo ao alongamento, expresso em porcentagem.

Ferro dúctil

A estrutura do ferro dúctil é a presença de grafite nele em forma escamosa ou esférica. Ao mesmo tempo, o grafite em flocos pode ter diferentes finuras e compacidades, o que, por sua vez, tem um impacto direto nas propriedades mecânicas do ferro fundido.

O ferro dúctil industrial é frequentemente produzido com base ferrítica, o que proporciona maior ductilidade.

A aparência de fratura do ferro dúctil ferrítico tem uma aparência preta aveludada. Quanto maior a quantidade de perlita na estrutura, mais leve será a fratura.

Em geral, o ferro dúctil é obtido a partir de fundidos de ferro branco devido ao longo definhamento em fornos aquecidos a uma temperatura de 800-950 graus Celsius.

Hoje, existem duas maneiras de fazer ferro dúctil: europeu e americano.

O método americano é definhar a liga na areia a uma temperatura de 800-850 graus. Nesse processo, o grafite fica localizado entre os grãos do ferro mais puro. Como resultado, o ferro fundido torna-se viscoso.

No método europeu, os fundidos estão definhando no minério de ferro. A temperatura ao mesmo tempo é de cerca de 850-950 graus Celsius. O carbono passa para o minério de ferro, devido ao qual a camada superficial dos fundidos é descarbonetada e se torna macia. O ferro fundido torna-se maleável, enquanto o núcleo permanece quebradiço.

Marcação do ferro maleável: KCh 40-6, onde KCh é, obviamente, ferro maleável; 40 - índice de resistência à tração;6 – alongamento, %.

Outros indicadores

Quanto à divisão dos ferros fundidos por resistência, aplica-se aqui a seguinte classificação:

• Resistência típica: σv até 20 kg/mm2.
• Resistência aumentada: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Alta resistência: σv=40 kg/mm2 e acima.

De acordo com a ductilidade, os ferros fundidos são divididos em:

• Inflexível - menos de 1% de alongamento.
• Plástico baixo - de 1% a 5%.
• Plástico - de 5% a 10%.
• Aumento da plasticidade - mais de 10%.

Para concluir, também gostaria de observar que as propriedades de qualquer ferro fundido são afetadas de maneira bastante significativa, mesmo pela forma e natureza do vazamento.