Hoje, quase não há áreas da vida humana,onde quer que o ferro fundido seja usado. Este material é conhecido da humanidade há muito tempo e tem se mostrado excelente do ponto de vista prático. A fundição do ferro é a base de uma grande variedade de peças, conjuntos e mecanismos, e em alguns casos até mesmo um produto autossuficiente capaz de desempenhar as funções que lhe são atribuídas. Portanto, neste artigo, prestaremos muita atenção a esse composto que contém ferro. Também saberemos 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 o Fe é superior a 90% e o C não é superior a 6,67%, mas não inferior a 2,14%. Além disso, o carbono pode estar em ferro fundido na forma de cementita ou grafite.
O carbono dá à liga uma dureza suficientemente altano entanto, ao mesmo tempo, reduz a ductilidade e a ductilidade. Portanto, o ferro fundido é um material frágil. Além disso, aditivos especiais são adicionados a certos tipos de ferro fundido, que são capazes de conferir certas propriedades ao composto. Os elementos de liga podem ser níquel, cromo, vanádio, alumínio. O índice de densidade do ferro fundido é de 7200 quilogramas por metro cúbico. Do que podemos concluir que o peso do ferro fundido é um indicador que não pode ser chamado de pequeno.
Contexto Histórico
A fundição de ferro gusa é conhecida há muito tempo pelo homem. A primeira menção à liga remonta ao século VI aC.
Na China, nos tempos antigos, o ferro fundido era obtido a partir deponto de fusão bastante baixo. Na Europa, o ferro-gusa começou a ser produzido por volta do século 14, quando os altos-fornos foram usados. Naquela época, essa fundição de ferro era usada para a produção de armas, projéteis e peças de construção.
Produção de ferro-gusa está ativa na Rússiacomeçou no século 16 e depois se expandiu rapidamente. Na época de Pedro I, o Império Russo foi capaz de contornar todos os estados do mundo em termos de produção de ferro-gusa, mas depois de cem anos começou a perder terreno novamente no mercado de metalurgia ferrosa.
Fundição de ferro foi usada para criarvárias obras de arte mesmo na Idade Média. Em particular, no século 10, artesãos chineses lançaram uma figura verdadeiramente única de um leão, cujo peso ultrapassava 100 toneladas. Desde o século 15 na Alemanha, e depois em outros países, a fundição de ferro fundido se espalhou. Cercas, treliças, esculturas de parque, móveis de jardim, lápides foram feitas a partir dele.
Nos últimos anos do século 18, a fundição de ferro foi usada tanto quanto possível na arquitetura da Rússia. E o século 19 foi geralmente chamado de "idade do ferro fundido", já que a liga era muito ativamente usada na arquitetura.
Funcionalidades
Existem vários tipos de ferro fundido, mas a médiao ponto de fusão deste composto metálico é de cerca de 1200 graus Celsius. Este valor é 250-300 graus menor do que o necessário para fundição de aço. Essa diferença se deve ao conteúdo relativamente alto de carbono, que leva a suas ligações menos próximas com os átomos de ferro no nível molecular.
No momento da fundição e subsequente cristalizaçãoo carbono contido no ferro fundido não tem tempo para penetrar completamente na estrutura molecular do ferro e, portanto, o ferro fundido acaba sendo bastante frágil. Portanto, não é usado onde cargas dinâmicas permanentes estão presentes. Mas, ao mesmo tempo, é excelente para as peças que têm maiores requisitos de resistência.
Tecnologia de produção
Todos os tipos de ferro fundido são produzidos em alto-fornofornos. Na verdade, o próprio processo de fundição é uma atividade bastante trabalhosa que requer sérios investimentos materiais. Uma tonelada de ferro-gusa requer cerca de 550 quilos de coque e quase uma tonelada de água. A quantidade de minério alimentado no forno dependerá do teor de ferro. O minério mais usado, em que o ferro não é inferior a 70%. Uma concentração mais baixa de um elemento é indesejável, uma vez que seria economicamente desvantajoso de usar.
Primeira fase de produção
A fundição do ferro-gusa é a seguinte. Em primeiro lugar, o minério é despejado no forno, assim como os tipos de carvão de coque, que servem para injetar e manter a temperatura necessária dentro do poço do forno. Além disso, esses produtos no processo de combustão participam ativamente das reações químicas em andamento como agentes redutores de ferro.
Em paralelo, o fluxo é descarregado no forno, servindo como um catalisador. Ajuda as rochas a derreterem mais rapidamente, o que promove a liberação precoce do ferro.
É importante notar que o minério antes de carregar no fornopassa por um processamento preliminar especial. É triturado em uma planta de trituração (pequenas partículas derretem mais rápido). Em seguida, é lavado para remover as partículas isentas de metal. Em seguida, as matérias-primas são queimadas, para isso, o enxofre e outros elementos estranhos são retirados.
Segundo estágio de produção
Em um forno carregado e pronto para usaro gás natural é fornecido por meio de queimadores especiais. A coque aquece a matéria-prima. Isso libera carbono, que se combina com o oxigênio para formar um óxido. Posteriormente, esse óxido participa da redução do ferro do minério. Observe que, com o aumento da quantidade de gás no forno, a taxa da reação química diminui e, quando uma certa proporção é atingida, ela pára completamente.
O excesso de carbono entra na fusão e entraligação com ferro, eventualmente formando ferro fundido. Todos os elementos que não derreteram acabam na superfície e são eventualmente removidos. Esse resíduo é chamado de escória. Também pode ser usado para fazer outros materiais. Os tipos de ferro-gusa obtidos dessa forma são chamados de fundição e ferro-gusa.
Diferenciação
A classificação moderna de ferros fundidos prevê a divisão dessas ligas nos seguintes tipos:
- Branco.
- Metade.
- Cinza com grafite lamelar.
- Grafite esferoidal de alta resistência.
- Maleável.
Vamos dar uma olhada em cada espécie separadamente.
Ferro fundido branco
Esse ferro fundido é aquele que temvirtualmente todo o carbono está quimicamente ligado. Na engenharia mecânica, essa liga não é muito usada, porque é dura, mas muito quebradiça. Também não se presta à usinagem com várias ferramentas de corte e, portanto, é usado para fundir peças que não requerem qualquer processamento. Embora este tipo de ferro fundido permite o desbaste com discos abrasivos. O ferro fundido branco pode ser comum ou ligado. Neste caso, a soldagem causa dificuldades, pois é acompanhada pela formação de várias fissuras durante o resfriamento ou aquecimento, bem como pela heterogeneidade da estrutura formada no ponto de soldagem.
Ferros fundidos brancos resistentes ao desgaste são obtidos porcristalização primária de uma liga líquida durante o resfriamento rápido. Eles são mais frequentemente usados para trabalhar em condições de atrito a seco (por exemplo, pastilhas de freio) ou para a produção de peças com maior resistência ao desgaste e ao calor (rolos de laminadores).
A propósito, o ferro fundido branco tem seu nomedevido ao fato de que a aparência de sua fratura é uma superfície radiante e cristalina clara. A estrutura deste ferro fundido é uma combinação de ledeburita, perlita e cementita secundária. Se esse ferro fundido for submetido à liga, a perlita se transforma em troostita, austenita ou martensita.
Metade ferro fundido
A classificação dos ferros fundidos será incompleta sem mencionar este tipo de liga metálica.
O ferro fundido especificado é caracterizado por uma combinaçãocarboneto eutético e grafite em sua estrutura. Em geral, a estrutura completa é a seguinte: grafita, 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, por isso seu uso é muito limitado. A própria liga recebeu esse nome porque sua quebra é uma combinação de seções claras e escuras da estrutura do cristal.
O material de engenharia mais comum
O ferro fundido cinzento GOST 1412-85 contém em sua composição 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.
A grafite nesse ferro fundido tem uma forma lamelar. Isso não requer nenhuma modificação especial.
As placas de grafite têm um enfraquecimento altamenteação e, portanto, ferro fundido cinzento é caracterizado por uma resistência ao impacto muito baixa e uma ausência quase completa de alongamento relativo (o indicador é inferior a 0,5%).
Ferro fundido cinza funciona bem. A estrutura da liga pode ser a seguinte:
- Ferrite-grafite.
- Ferrite-perlite-grafite.
- Perlite-grafite.
Ferro fundido cinza funciona muito melhor para compressão,em vez de tensão. Também solda 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, pois o ferro fundido irá branquear na zona da emenda.
A partir do ferro fundido cinzento, são produzidas peças que funcionam na ausência de cargas de choque (polias, tampas, bases).
A designação deste ferro fundido é baseada no seguinte princípio: SCh 25-52. Duas letras sinalizam que se trata de ferro fundido cinzento, o número 25 é um indicador da resistência à tração (em MPa ou kgf / mm2), o número 52 é a resistência máxima no momento da flexão.
Ferro dúctil
Ferro fundido nodular é fundamentalmentedifere de seus outros "irmãos" por conter grafite esférica. É obtido pela introdução de modificadores especiais (Mg, Ce) na liga líquida. O número de inclusões de grafite e suas dimensões lineares podem ser diferentes.
Por que o grafite nodular é bom? O fato dessa forma enfraquecer minimamente a base metálica, que, por sua vez, pode ser perlita, ferrítica ou perlita-ferrítica.
Devido ao uso de tratamento térmico ou liga, a base de ferro fundido pode ser acicular-troostita, martensítica, austenítica.
Os graus de ferro dúctil variam, masEm geral, sua designação é a seguinte: HF 40-5. É fácil adivinhar que VCh é um ferro fundido de alta resistência, o número 40 é um indicador de resistência à tração (kgf / mm2), número 5 - alongamento relativo, expresso em porcentagem.
Ferro fundido maleável
A estrutura do ferro dúctil é a presença deé grafite em forma de flocos ou esférica. Nesse caso, a grafita em flocos pode ter dispersões e compactações diferentes, o que, por sua vez, tem efeito direto nas propriedades mecânicas do ferro fundido.
Na indústria, o ferro maleável costuma ser produzido com base ferrítica, que proporciona maior ductilidade.
A aparência da fratura do ferro dúctil ferrítico tem uma aparência aveludada preta. Quanto maior a quantidade de perlita na estrutura, mais clara se tornará a fratura.
Em geral, o ferro maleável é obtido a partir de fundições de ferro branco devido à fervura prolongada em fornos aquecidos a uma temperatura de 800-950 graus Celsius.
Hoje, existem dois métodos de fabricação de ferro dúctil: europeu e americano.
O método americano consiste em derreter a liga em areia a uma temperatura de 800-850 graus. Nesse processo, o grafite está localizado entre os grãos do mais puro ferro. Como resultado, o ferro fundido torna-se resistente.
No método europeu, as peças fundidas definharam em um ferrominério. A temperatura é de cerca de 850-950 graus Celsius. O carbono é convertido em minério de ferro, devido ao qual a camada superficial das peças fundidas é descarbonetada e fica macia. O ferro fundido torna-se maleável e o núcleo permanece quebradiço.
Marcação em ferro fundido maleável: KCH 40-6, onde KCH é, obviamente, ferro fundido maleável; 40 - índice de resistência à tração; 6 - alongamento relativo,%.
Outros indicadores
Quanto à divisão dos ferros fundidos por resistência, a seguinte classificação se aplica aqui:
- Força típica: σv até 20 kg / mm2.
- Força aumentada: σw = 20 - 38 kg / mm2.
- Alta resistência: σw = 40 kg / mm2 e mais alto.
De acordo com sua ductilidade, os ferros fundidos são divididos em:
- Não plástico - alongamento inferior a 1%.
- Plástico baixo - de 1% a 5%.
- Plástico - de 5% a 10%.
- Aumento da plasticidade - mais de 10%.
Em conclusão, eu também gostaria de observar que até mesmo a forma e a natureza do vazamento têm um efeito bastante significativo nas propriedades de qualquer ferro fundido.
