Compreender o ferro fundido: estrutura e importância

O ferro fundido é, desde há muito, um pilar do fabrico industrial. Mas porque é que ainda é relevante numa era de ligas e compósitos avançados? Desde a antiga metalurgia chinesa até aos núcleos de transmissão da maquinaria moderna, o ferro fundido tem provado consistentemente o seu valor - oferecendo um raro equilíbrio entre capacidade de fundição, resistência, amortecimento de vibrações e preço acessível.

Tecnicamente, o ferro fundido refere-se a ligas de ferro-carbono que contêm mais de 2% de carbono - normalmente entre 2,5% e 4%. O que distingue o ferro fundido é a forma como a sua estrutura interna pode ser projectada através da forma da grafite, da velocidade de arrefecimento e de ligas menores. Este controlo permite aos engenheiros afinar caraterísticas mecânicas como a dureza, a resistência ou a estabilidade térmica para satisfazer casos de utilização exigentes.

Tipos de ferro fundido

1. Ferro fundido cinzento

Conhecido pelos seus flocos de grafite, o ferro cinzento é o cavalo de batalha da indústria. É excelente para o amortecimento de vibrações, fácil de maquinar e acessível - perfeito para blocos de motor, tambores de travão, caixas e bases de máquinas.

2. Ferro fundido dúctil (ferro fundido nodular)

Com os seus nódulos redondos de grafite, o ferro dúctil oferece força e resistência ao impacto que não se encontram no ferro cinzento. É ideal para peças de suspensão, corpos de válvulas hidráulicas, cambotas e suportes de engrenagens.

3. Ferro fundido branco

O ferro branco forma carbonetos duros em vez de grafite, o que lhe confere extrema resistência ao desgaste, mas muito pouca ductilidade. É comum em minas, cimento e peças abrasivas, como revestimentos e componentes de bombas.

4. Ferro maleável

O ferro branco tratado termicamente torna-se maleável, mais duro e mais fácil de trabalhar. Embora agora seja frequentemente substituído pelo ferro fundido dúctil, continua a ser utilizado em acessórios eléctricos e pequenas ferragens.

5. Ferro Grafite Compactado (CGI)

Situado algures entre o ferro cinzento e o ferro dúctil, o CGI tem melhor força e resistência à fadiga do que o ferro cinzento. É utilizado em blocos de motores diesel de alto desempenho e colectores de escape.

Tabela de comparação

Tipo	Caraterísticas principais	Casos de utilização comuns
Ferro fundido cinzento	Amortecimento, maquinabilidade	Blocos de motor, cárteres
Ferro fundido dúctil	Resistência, ductilidade	Virabrequins, suportes de engrenagens
Ferro fundido branco	Dureza extrema, quebradiço	Revestimentos, componentes de fábricas de cimento
Ferro maleável	Resistente, tratado termicamente	Material elétrico, pequenas peças
CGI	Resistência à fadiga, flexão média	Motores diesel, colectores de escape

Propriedades mecânicas

• Resistência à compressão: Elevada resistência à carga estática - ideal para bases e caixilhos.
• Resistência à tração e ao impacto: O ferro fundido dúctil lidera; o ferro cinzento e o ferro branco ficam atrás.
• Dureza: O ferro branco é extremamente duro e resistente ao desgaste.
• Amortecimento de vibrações: O ferro cinzento destaca-se devido à estrutura de flocos de grafite.
• Estabilidade térmica: A boa condutividade e a baixa expansão térmica ajudam nos travões e colectores.
• Maquinabilidade: O ferro cinzento é mais fácil de cortar; o ferro branco é mais duro.

Resumo da produção

A maioria das peças de ferro fundido é produzida por fundição em areia. Para geometrias mais complexas, são utilizados métodos alternativos, como a moldagem em casca ou a fundição centrífuga. As principais etapas de produção incluem:

• Fabrico de moldes e preparação de moldes
• Fusão (fornos de indução ou de cúpula)
• Colocar nos moldes
• Arrefecimento controlado
• Limpeza e tratamento térmico
• Maquinação e inspeção

Aplicações do sector

 

• Automóvel: Blocos de motor, rotores de travões, componentes de direção
• Máquinas industriais: Caixas de engrenagens, bases de máquinas-ferramentas, compressores
• Sistemas de água: Tubos e acessórios municipais em ferro fundido dúctil
• Minas e Energia: Ferro branco utilizado em ambientes de elevado desgaste
• Infra-estruturas: Tampas de esgoto, suportes de pontes, bases fundidas

Vantagens

Moldes em formas complexas
Excelente amortecimento das vibrações
Económica para peças grandes
Elevada resistência ao desgaste e à compressão

Limitações

Frágil em algumas formas
Peso pesado
Difícil de soldar

Dicas de design

• Manter a espessura uniforme da parede
• Adicionar filetes em vez de cantos afiados
• Utilizar ângulos de inclinação para libertar o molde
• Incluir o subsídio de maquinagem
• Planear antecipadamente a ventilação e a colocação do núcleo

Resumo das normas

• ASTM: A48 (cinzento), A536 (dúctil), A532 (branco), A47 (maleável)
• PT/DIN: EN-GJL, EN-GJS
• ISO: ISO 185, ISO 1083
• China GB: GB/T 9439, 1348, 8263

Perguntas frequentes (FAQ)

P: O ferro fundido pode ser soldado?
R: Em geral, não - a maioria das classes é difícil de soldar devido à fragilidade e ao risco de fissuração.

P: Qual é a diferença entre o ferro fundido dúctil e o ferro fundido cinzento?
R: O ferro dúctil tem estruturas esféricas de grafite para aumentar a resistência; o ferro cinzento contém grafite em flocos que ajuda no amortecimento.

P: O ferro fundido ainda é utilizado nas indústrias modernas?
R: Sem dúvida. O ferro fundido continua a ser vital nas indústrias automóvel, de infra-estruturas municipais e de equipamento pesado.

O ferro fundido continua a desempenhar um papel vital no fabrico devido ao seu excelente equilíbrio entre capacidade de fundição, desempenho mecânico e eficiência de custos. Com os seus diversos tipos e aplicações, continua a ser um material fiável para engenheiros e designers de produtos em muitas indústrias.

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