O ferro cinzento e o ferro dúctil são os dois tipos de ferro fundido mais utilizados na indústria, e a diferença prática entre eles resume-se a uma característica: a forma da grafite. O ferro cinzento solidifica com grafite em forma de escamas, enquanto o ferro dúctil forma grafite esferoidal. Essa única diferença determina a resistência, a tenacidade, o amortecimento, a maquinabilidade e o custo, pelo que a escolha do tipo de ferro deve partir da forma da grafite e não do nome.
Ambos os metais são ligas de ferro-carbono com cerca de 2 a 4 por cento de carbono, além de pequenas quantidades de silício, manganês e outros elementos. Possuem boa fluidez na fundição, preenchem moldes complexos e são produzidos por fusão, ligação e fundição, em vez de forjamento ou maquinagem a partir de barras. A seguir, compara-se as duas famílias em termos de microestrutura, propriedades mecânicas, aplicações e seleção.
O que é o ferro cinzento?
O ferro cinzento contém grafite em forma de escamas. Quando uma peça fundida se parte, a fratura segue ao longo das escamas e a superfície partida apresenta uma cor cinzenta, daí a origem do nome. As escamas fazem com que ferro cinzento fáceis de usinar: atuam como quebra-virutas e fornecem um lubrificante seco durante o corte. O ferro cinzento também amortece a vibração cerca de 20 a 25 vezes melhor do que o aço, uma propriedade na qual os fabricantes de máquinas-ferramentas confiam há mais de um século.
A estrutura em escamas tem o seu preço. O ferro cinzento apresenta pouca ductilidade ou limite de escoamento mensuráveis, pelo que não deve ser utilizado em aplicações onde as cargas de impacto ou as tensões de flexão sejam elevadas. É adequado para peças que suportam cargas de compressão constantes e que necessitam de controlo de vibrações ou de boa maquinabilidade, tais como blocos de motor, bases de máquinas, tambores de travão, caixas de engrenagens e acessórios para tubagem.
O que é o ferro dúctil?
O ferro dúctil, também designado por ferro nodular, é produzido através da adição de magnésio ao metal fundido, de modo a que a grafite se solidifique sob a forma de esferóides em vez de escamas. A forma redonda da grafite elimina as concentrações de tensão semelhantes a fissuras próprias das escamas, proporcionando ferro fundido dúctil resistência ao escoamento, alongamento e tenacidade ao impacto mensuráveis, características de que o ferro cinzento carece. O ferro dúctil foi desenvolvido em 1948 e tornou-se a escolha padrão para peças sujeitas a cargas de flexão, pressão ou choques.
As aplicações típicas incluem virabrequins, engrenagens, corpos de bombas, corpos de válvulas, tubos e acessórios, componentes de suspensão e caixas de alta resistência. Não é tão fácil de maquinar nem absorve as vibrações tão bem como o ferro cinzento, mas é mais resistente e muito mais tenaz para a mesma secção transversal.
Ferro cinzento vs. ferro dúctil: principais diferenças
As diferenças prendem-se à forma da grafite. O ferro cinzento apresenta grafite em escamas; o ferro dúctil apresenta grafite esferoidal. As escamas criam entalhes internos que limitam a resistência e a ductilidade, mas melhoram o amortecimento e a usinabilidade; as esferoides distribuem a tensão de forma mais uniforme, o que aumenta a resistência, a ductilidade e a resistência ao impacto.
As classes também seguem normas diferentes. O ferro cinzento é especificado pela norma ASTM A48, com números de classe como 25 e 40, que se referem à resistência à tração em ksi. O ferro dúctil é especificado pela norma ASTM A536, com designações como 60-40-18 e 120-90-02, que indicam a resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento, por esta ordem. O custo segue o mesmo padrão: o ferro cinzento é mais barato de fundir e usinar, enquanto o ferro dúctil custa mais, mas oferece resistência, tenacidade e resistência à fadiga onde a aplicação assim o exige. Indicar a classe e a norma é mais importante do que indicar a família de materiais, e toda a gama de tipos de ferro fundido vale a pena rever antes de o desenho ficar concluído.
Comparação das propriedades mecânicas
A tabela resume os valores típicos retirados de comparações publicadas; os números exatos dependem da classe, da espessura da secção e do tratamento térmico.
| Imóveis | Ferro cinzento | Ferro fundido dúctil |
|---|---|---|
| Resistência à tração | 20–40 ksi (Classe 25–40, ASTM A48) | 60–120 ksi (60-40-18 a 120-90-02, ASTM A536) |
| Limite de elasticidade | Não mensurável em tensão | 40–90 ksi |
| Alongamento | Abaixo de 1 por cento | Até 18 por cento (60-40-18) |
| Resistência ao impacto | Baixa | Elevado |
| Amortecimento de vibrações | Excelente, cerca de 20–25 vezes o aço | Bom |
| Maquinabilidade | Excelente | Bom |
| Condutividade térmica | Mais alto | Inferior |
| Custo por lançamento | Inferior | Mais alto |
Em suma, o ferro cinzento destaca-se no que diz respeito ao amortecimento, à usinabilidade e ao custo; o ferro dúctil destaca-se na resistência, na tenacidade e na resistência à fadiga. O tipo de ferro mais adequado depende dos aspetos que a aplicação privilegia.
Aplicações típicas do ferro cinzento e do ferro dúctil
Escolha a classe em função da carga, e não do nome. O ferro cinzento suporta bem a compressão constante, a vibração e os custos de maquinagem; o ferro dúctil suporta bem o impacto, a flexão, a pressão e a fadiga.
Aplicações típicas do ferro cinzento
O ferro cinzento é utilizado em blocos de motor e cabeças de cilindro, bases de máquinas-ferramentas, discos e tambores de travão, caixas de engrenagens, polias e peças fundidas para uso municipal, tais como tampas de esgoto e acessórios para tubagens. As suas propriedades de amortecimento e maquinabilidade tornam-no a opção mais económica sempre que as cargas são de compressão e previsíveis.
Aplicações típicas do ferro dúctil
O ferro dúctil é utilizado em virabrequins, engrenagens, corpos de bombas e válvulas, tubos de pressão e acessórios para sistemas de água e águas residuais, componentes de suspensão e direção, e caixas de proteção para a indústria pesada. No que diz respeito especificamente ao manuseamento de fluidos, consulte o nosso Estudo de caso sobre a fundição do corpo da válvula para compreender como o ferro dúctil se comporta sob pressão e cargas cíclicas.
Como escolher entre ferro fundido cinzento e ferro fundido dúctil
A decisão parte do caso de carga, e não do nome do material. Se a peça for rígida, sujeita principalmente a compressão e beneficiar de amortecimento, transferência de calor ou custo de maquinagem, o ferro cinzento é normalmente a opção mais económica. Se for sujeita a tensão, flexão, impacto, pressão ou fadiga cíclica, opte por defeito pelo ferro dúctil.
Escolha o ferro cinzento quando
- A carga é compressiva e constante, como nas bases de máquinas, nos blocos de motor e nos contrapesos
- O amortecimento de vibrações ou a condutividade térmica determinam o projeto
- O volume de maquinagem e o custo são mais importantes do que a tenacidade
- O serviço é descontraído e não há risco de impacto
Escolha ferro dúctil quando
- A peça deve ceder antes de se partir ou resistir ao impacto e aos choques
- Componentes sujeitos a pressão, tais como corpos de válvulas, carcaças de bombas e tubagens de água
- A flexão, a fadiga ou a carga cíclica são os fatores predominantes
- A relação resistência/peso e a fiabilidade justificam o custo mais elevado do material
FAQ
O que é mais resistente: o ferro cinzento ou o ferro dúctil?
O ferro dúctil é mais resistente à tração e possui um limite de escoamento mensurável, pelo que se destaca sempre que a flexão, a pressão ou o impacto são fatores importantes. O ferro cinzento não é escolhido pela resistência; é escolhido pelo amortecimento, pela maquinabilidade e pelo custo.
O ferro cinzento é mais barato do que o ferro dúctil?
Sim. O ferro cinzento tem um custo inferior por peça fundida, uma vez que requer menos tratamento de liga e é mais fácil de maquinar. A diferença de custo diminui quando o ferro dúctil permite evitar uma secção mais pesada ou uma falha prematura.
Qual devo escolher para as caixas das bombas e os corpos das válvulas?
O ferro dúctil é a opção mais segura para peças sob pressão, uma vez que entra em deformação antes de fraturar e resiste aos choques. O ferro cinzento pode ser adequado para caixas de baixa pressão, sujeitas a vibrações, em que o peso e os custos de maquinagem são fatores mais importantes.
Qual dos dois metais é mais fácil de usinar?
Ferro cinzento. As escamas de grafite atuam como quebra-cavacos e como lubrificante seco, pelo que a vida útil das ferramentas é superior e os tempos de ciclo são mais curtos. O ferro dúctil é fácil de maquinar, mas requer ferramentas mais duras e velocidades mais baixas para se obter o mesmo acabamento.
Ferro fundido nodular – Fabricante de peças fundidas de ferro fundido
É nesse tipo de decisão que uma fundição pode ajudar. Envie o desenho, as condições de utilização e as quantidades para os nossos engenheiros, e deixe que confirmem a qualidade, o processo de moldagem e as etapas de acabamento antes de se avançar com a produção das ferramentas. Resolver estas questões numa fase inicial sai mais barato do que corrigi-las depois de a produção ter começado.
