O ferro fundido é uma liga à base de ferro que contém aproximadamente 2 a 4 por cento de carbono, juntamente com silício, manganês e pequenas quantidades de enxofre e fósforo. Esse teor de carbono é a principal diferença entre o ferro fundido e o aço. Uma liga de ferro tem de conter mais de 2% de carbono para poder ser classificada como ferro fundido; o aço fundido, em comparação, contém normalmente entre 0,1% e 0,5% de carbono.
O nome pode induzir em erro. Como a palavra «ferro» faz parte do nome, por vezes presume-se que o ferro fundido seja semelhante ao ferro puro. Na realidade, os aços de carbono contêm uma proporção de ferro superior à da maioria dos ferros fundidos. O ferro fundido não é um único metal, mas sim uma família de ligas, e as diferenças entre os membros dessa família são mais significativas do que o nome comum sugere. Esta família tem uma longa história: as fundições chinesas já produziam ferro fundido no século VI a.C., e este continua a ser amplamente utilizado em aplicações industriais nos dias de hoje.
De que é feito o ferro fundido?
O ferro fundido é uma liga em que o ferro é o metal de base e o carbono é o elemento determinante. O teor de carbono varia normalmente entre 2 e 4 por cento, com silício e manganês adicionados em quantidades menores e os teores de enxofre e fósforo mantidos baixos. Estes elementos são adicionados deliberadamente para alterar o comportamento do metal e para produzir propriedades específicas tipos de ferro fundido.
A forma que o carbono assume tem importância na prática. A grafite torna o metal mais macio e mais fácil de maquinar, enquanto o carboneto de ferro o torna mais duro e mais frágil. O silício favorece a formação de grafite durante o arrefecimento, razão pela qual é controlado em conjunto com o carbono.
| Elemento | Montante habitual | Função |
|---|---|---|
| Ferro (Fe) | Equilíbrio | Metal comum; confere resistência e propriedades magnéticas |
| Carbono (C) | 2–4% | Forma grafite (mais macia, mais fácil de usinar) ou carboneto de ferro (mais duro, mais frágil) |
| Silício (Si) | 1–3% | Favorece a formação de grafite durante a solidificação |
| Manganês (Mn) | 0,5–1% | Compensa o efeito de enfraquecimento do enxofre |
| Enxofre (S) | Até cerca de 0,08% | Mantido a um nível baixo; o enxofre em excesso aumenta a fragilidade |
| Fósforo (P) | Até cerca de 1% | Aumenta a fluidez e a rigidez |
A composição determina a estrutura e a estrutura determina as propriedades da peça acabada. Duas peças fundidas que partilham a denominação «ferro fundido» podem apresentar comportamentos muito diferentes se a sua composição ou o seu arrefecimento forem distintos.
Como é fabricado o ferro fundido?
O nome deriva do processo de fabrico. O minério de ferro é reduzido num alto-forno até se transformar em ferro fundido, que é moldado em lingotes brutos, historicamente denominados «pigs». Os lingotes são refundidos num forno de cúpula juntamente com sucata de aço e elementos de liga; a composição é ajustada para atingir o teor pretendido e a massa fundida preparada é vertida num molde.
O ferro fundido fundido flui melhor do que o aço e funde-se a uma temperatura mais baixa. Ambas as características tornam-no adequado para a fundição: as cavidades complexas dos moldes enchem-se mais facilmente e a energia necessária para a fusão mantém-se a um nível razoável.
A solidificação não é o fim do processo. Os canais de alimentação, os canais de subida e os excessos de material são removidos após o arrefecimento da peça fundida e, dependendo da classe e do desenho técnico, podem seguir-se operações de tratamento térmico, maquinagem, acabamento superficial ou inspeção. O molde confere a forma à peça; as operações posteriores determinam as suas propriedades finais.
Tipos de ferro fundido
O ferro fundido é classificado de acordo com a forma do seu carbono. Esta característica estrutural específica determina a usinabilidade, a tenacidade, a resistência ao desgaste e a capacidade de amortecimento, pelo que o tipo deve ser identificado antes de se selecionar uma classe.
Ferro cinzento
Ferro cinzento contém grafite em forma de escamas. Quando uma peça fundida de ferro cinzento se fratura, a fissura segue o sentido das escamas e a superfície de fratura apresenta uma cor cinzenta, daí a origem do nome. A estrutura em escamas torna o ferro cinzento fácil de maquinar e confere-lhe uma forte capacidade de amortecimento de vibrações.
Estes flocos apresentam algumas desvantagens. O ferro cinzento é menos dúctil do que outros tipos de ferro fundido e tem uma resistência à tração inferior. É adequado para peças sujeitas principalmente a cargas de compressão ou com requisitos de controlo de vibrações; no entanto, para peças que sofrem cargas de choque repetidas, é preferível considerar outras classes de ferro fundido.
Ferro branco
O ferro branco quase não contém grafite. O carbono está presente principalmente sob a forma de carboneto de ferro, o que confere à superfície de fratura uma aparência branca e torna o material duro e frágil. O ferro branco apresenta elevada resistência à compressão e excelente resistência ao desgaste, pelo que é utilizado em meios de moagem, placas de desgaste e outras peças sujeitas a forte abrasão.
A fragilidade limita a sua utilização. O ferro branco não se deforma antes de falhar, e as aplicações que o utilizam aceitam esse comportamento em troca de uma vida útil superior à dos materiais mais macios.
Ferro maleável
O ferro maleável começa por ser ferro branco e é transformado através de um tratamento térmico prolongado. Esse tratamento decompõe o carboneto de ferro e liberta carbono sob a forma de partículas compactas de grafite, conferindo ao material um comportamento diferente do do ferro branco frágil de onde provém.
Este tratamento foi desenvolvido em França no século XVIII. O ferro maleável continua a ser a escolha ideal para peças fundidas de paredes finas e de forma complexa que requerem um certo grau de tenacidade, sendo que as suas propriedades são muito semelhantes às do ferro dúctil.
Ferro fundido dúctil
O ferro dúctil, também denominado ferro nodular, é obtido através da adição de magnésio à massa fundida, o que faz com que a grafite se solidifique sob a forma de esferóides, em vez de escamas. A forma esférica da grafite melhora significativamente a tenacidade e a resistência em comparação com o ferro cinzento e confere ao material uma melhor resistência ao impacto.
O ferro dúctil foi desenvolvido nos Estados Unidos e na Grã-Bretanha em 1948 e tornou-se uma importante família de materiais de engenharia utilizados em engrenagens, matrizes, virabrequins e muitas peças de máquinas. Um tipo relacionado, o ferro de grafite compactada, apresenta grafite em forma de verme e situa-se entre o ferro cinzento e o ferro dúctil em termos de desempenho. Para peças que requerem a resistência do ferro dúctil em volumes de produção, o nosso guia sobre ferro dúctil deve ser revisto antes de a nota ser definida.
Propriedades do ferro fundido
O ferro fundido é escolhido devido a um conjunto de propriedades que se verificam em todos os tipos:
- Resistência à compressão. O ferro fundido suporta cargas pesadas sem se deformar, o que o torna adequado para colunas, bases de máquinas e suportes estruturais.
- Dureza e resistência ao desgaste. Tanto a grafite como o carboneto contribuem para isso, e as superfícies em contacto contínuo, tais como engrenagens, pistões e placas de desgaste, beneficiam dessa propriedade.
- Amortecimento. O ferro cinzento absorve a vibração cerca de 20 a 25 vezes melhor do que o aço, uma característica que os fabricantes de máquinas-ferramentas têm vindo a utilizar há mais de um século.
- Usinabilidade. O ferro cinzento, em particular, permite um corte limpo, uma vez que as escamas de grafite atuam como quebra-cavacos e como lubrificante a seco.
- Retenção de calor. O ferro fundido armazena e retém bem o calor; o mesmo se aplica a utensílios de cozinha, moldes, matrizes e componentes de fornos.
- Custo. Os elementos de liga são comuns e o processo de produção é económico, pelo que o ferro fundido continua a ser um dos materiais de engenharia mais acessíveis.
Onde é utilizado o ferro fundido?
O ferro fundido é utilizado em situações em que a dureza, a resistência ao desgaste, o amortecimento ou a economia são mais importantes do que a tenacidade à tração. As aplicações dividem-se naturalmente por tipo:
- Automóvel e maquinaria: discos de travão, engrenagens, rodas dentadas, correntes, anéis de pistão e blocos de motor.
- Manuseamento de fluidos: carcaças de bombas, corpos de válvulas e acessórios para tubagem (consulte o nosso Estudo de caso sobre a fundição do corpo da válvula).
- Ferramentas e peças de desgaste: matrizes, moldes, bases de máquinas-ferramenta e componentes resistentes à abrasão.
- Arquitetura e assuntos municipais: tampas de esgoto, trabalhos decorativos em ferro, bases estruturais e grelhas.
- Energia e mineração: equipamento de mineração, virabrequins e caixas de transmissão pesadas.
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 aos [nossos engenheiros](/contact-us/), e deixe que eles analisem o tipo de material, o processo de moldagem e as etapas de acabamento antes de se avançar com a produção das ferramentas. Resolver estas questões numa fase inicial custa menos do que corrigi-las depois de a produção ter começado.
