Propriedades Mecânicas e Tipos de Ferro Fundido

Propriedades Mecânicas do Ferro Dúctil em Temperaturas Elevadas

A resistência à tração desses ferros dúcteis perlíticos diminui continuamente com o aumento da temperatura. A 400 °C, a resistência é de cerca de 2/3 da resistência à temperatura ambiente. Para ferros ferríticos, o declínio é menos acentuado a 400 °C, e o valor da resistência é de aproximadamente 4/5 da temperatura ambiente.

O limite de escoamento (σ_0,2%) para ambos os ferros, ferrítico e perlítico, permanece praticamente estável até 350-400 °C; acima dessa temperatura, cai rapidamente. A dureza a quente é mantida até 400 °C, diminuindo acima deste valor.

Para temperaturas até 300 °C, a tensão permitida em estruturas estáticas pode ser baseada nos valores de σ_0,2% obtidos à temperatura ambiente. Em temperaturas superiores a 300 °C, as tensões admissíveis devem ser calculadas com base nos dados de fluência.

Uma pequena quantidade de molibdênio (Mo) melhora significativamente a resistência à fluência e a quente em ambos os ferros, ferrítico e perlítico. As melhorias obtidas com a adição de Mo podem estender as propriedades de tração em baixas temperaturas.

Quanto às propriedades de impacto, há uma temperatura abaixo da qual o alongamento diminui a tensão. O σ_0,2% aumenta continuamente com a diminuição da temperatura, mas a resistência à tração sofre uma transição. Acima da faixa de temperatura de transição, a resistência à tração tende a permanecer constante ou aumentar, mas, uma vez abaixo da temperatura de transição, a resistência à tração diminui. Fósforo e silício aumentam a temperatura de transição e reduzem a resistência do ferro dúctil.

Definições de Propriedades Mecânicas

Resistência à Tração

É o valor máximo da tensão de tração que um material suporta, dependendo da velocidade de deformação.

Resistência à Compressão

É a tensão máxima que um material pode resistir sob uma carga esmagadora. A resistência à compressão de um material que falha devido a uma fratura por ruptura pode ser definida em limites bastante estritos, como uma propriedade independente. No entanto, a resistência à compressão de materiais que não quebram sob compressão é definida como a quantidade de esforço necessária para deformar o material em um montante arbitrado. A resistência à compressão é calculada dividindo a carga máxima pela área da seção transversal original de um espécime em um teste de compressão.

Alongamento

É um tipo de deformação. Tensão é simplesmente a mudança na maneira que qualquer coisa que a experiência ao vivo. Quando falamos de stress, a amostra é deformada por alongamento, tornando-se mais longa.

Rigidez Torsional

É a ação e o efeito de flexão ou torção em uma única coisa helicoidal. [Mecânica] Mudança na forma de um corpo quando sujeito a várias forças. [Mecânica] Deformação de um corpo produzida pela aplicação de dois conjuntos de forças atuando em direções opostas e planos paralelos, de modo que cada seção do corpo é girada em relação a outro ponto nas proximidades.

Resistência ao Cisalhamento (Corte)

É a resistência que o poder da máquina tem de ser maior do que a potência necessária para cortar o material do bloco.

Propriedades Físicas e Fadiga

Coeficiente de Expansão Térmica

As características de expansão dos ferros fundidos são complexas devido às transformações que ocorrem em solução, devido à precipitação de grafite, grafitização da matriz e formação de austenita acima de 700 °C.

Resistência à Corrosão

Em algumas aplicações, a resistência à corrosão do ferro fundido dúctil é semelhante à do ferro cinzento e, muitas vezes, superior à do aço. Tubos de ferro dúctil, normalmente aplicados em esgoto, podem ser protegidos por anodização, zincagem, coberturas de plástico e, em alguns casos, revestimento com poliuretano. Colaboração de: Peter E. Arquitetura e Construção em ARQHYS, propriedades de resistência e fluência de até 459 °C.

Torque e Fadiga

O torque é caracterizado geometricamente porque qualquer curva paralela ao eixo da peça não está mais contida no plano formado inicialmente por duas curvas. Em vez disso, uma curva paralela ao eixo é torcida em torno dele.

Fadiga de Materiais refere-se a um fenômeno pelo qual a ruptura dos materiais sob cargas dinâmicas cíclicas (forças repetidamente aplicadas ao material) ocorre em cargas inferiores às cargas estáticas que produzem a ruptura. Um exemplo disso está em um arame: flexioná-lo repetidamente o quebra com facilidade, mas a força necessária para quebrá-lo em uma única flexão é grande.

Tipos de Ferro Fundido

O ferro fundido refere-se genericamente a um grande grupo de metais ferrosos que se solidificam com a presença de carbono. A cor de uma superfície de fratura pode ser usada para identificar uma liga.

Ferro Fundido Cinzento

É caracterizado por células eutéticas interligadas com flocos de grafite. A inoculação coopera para criar pequenas células eutéticas para melhorar a resistência. Produz baixa resistência devido aos grandes flocos de grafite. A resistência pode ser aumentada reduzindo o equivalente de carbono através do tratamento da liga ou calor. Suas propriedades são: alta resistência à compressão, resistência à fadiga térmica e amortecimento contra vibração.

Ferro Fundido Branco

Os ferros fundidos brancos são utilizados pela sua dureza e resistência à abrasão. A martensita pode ocorrer durante o tratamento térmico. É nomeado após a sua superfície branca quando fraturado, devido aos seus carbonetos de impurezas que permitem que as fissuras passem diretamente.

Ferro Fundido Maleável

O ferro maleável é obtido por resfriamento do ferro fundido branco e, assim, alcançando a segunda fase de grafitização. Este tipo de fundição é obtido aplicando-se ao ferro fundido branco um tratamento de recozimento por aquecimento a uma temperatura entre 850 e 950 °C, a fim de decompor a cementita, deixando o carbono livre como nódulos irregulares, comumente chamados de carbono temperado. Pode ser de dois tipos:

• O primeiro é o tipo “Europeu”, obtido pelos tratamentos acima de 1 ou 2 dias e na presença de óxido de ferro que oxida a superfície de carbono, com a natural redução no percentual da composição final.
• O segundo tipo é chamado de “Ferro Maleável Americano”, que é obtido através do alongamento do recozimento, às vezes até oito dias, e com uma estrutura ferrítica em segundo plano.

Ferro Fundido Dúctil (Nodular)

Este tipo de fundição também é chamado de ferro fundido nodular. É caracterizado porque o grafite aparece como esferoides ou células minúsculas. O teor de carbono é igual ao do ferro fundido nodular. Partículas de grafite esferoidal são formadas durante a solidificação, devido à presença de pequenas quantidades de alguns elementos nodulizantes, como magnésio e cério.

Para criar este metal, são necessários os seguintes passos:

• Dessulfuração: O enxofre faz com que a forma dos flocos de grafite cresça. O enxofre é removido nos fornos de fundição de ferro em fusão.
• Nodulação: O magnésio é aplicado, removendo o enxofre e o oxigênio remanescentes no metal. O ferro deve ser vazado logo após a nodulação, caso contrário, o ferro fundido se torna ferro cinzento.
• Inoculação: Um estabilizador de carbonetos eficaz é o magnésio. A solidificação do ferro faz com que o ferro branco seja formado. Após a nodulação, o ferro deve ser inoculado.

Ferro Fundido Vermicular

A forma do grafite é intermediária entre lamelar e esferoidal. É grafite compacto que confere resistência e ductilidade, e o metal mantém uma boa condutividade térmica e propriedades de absorção de vibrações.