FERRO FUNDIDO

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Pelo conhecimento do diagrama do equilíbrio Fe-C, costuma-se definir ferro fundido como “as ligas Fe-C cujo teor de carbono se situa acima 2,0% aproximadamente”. Face à influência do silício nessa liga, sobretudo sob o ponto de vista de sua constituição estrutural, o ferro é normalmente considerado um “liga ternária Fe-C-Si”, pois o silício está frequentemente presente em teores superiores ao do próprio carbono.
Por outro lado, em função de sua constituição estrutural, o carbono está geralmente presente, em grande parcela, na forma “livre”.
 
Nessas condições, a definição de ferro fundido adotada nesta obra será a seguinte:
 
“Ferro fundido é a liga ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0%, em quantidade superior à que é retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios ou lamelas de grafita”.
 
Dentro da denominação geral de “ferro fundido”, podem ser distinguidos os seguintes tipos de liga:
 
- Ferro fundido cinzento – cuja fratura mostra uma coloração escura (donde a sua denominação), caracterizada por apresentar como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício e estrutura em que uma parcela relativamente grande do carbono está no estado livre (grafita lamelar) e outra parcela no estado combinado (Fe3C);
 
- Ferro fundido branco – cuja fratura mostra uma coloração clara (donde a sua denominação), caracterizado por apresentar ainda como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício, mas cuja estrutura, devido às condições de fabricação e menor teor de silício, apresenta o carbono quase inteiramente na forma combinada (Fe3C);
 
- Ferro fundido mesclado – cuja fratura mostra uma coloração mista entre branca e cinzenta (donde a sua denominação), caracterizado igualmente por uma mescla de proporções variáveis de ferro fundido branco e ferro fundido cinzento;
 
- Ferro fundido maleável – caracterizado por ser obtido a partir do ferro fundido branco, mediante um tratamento térmico especial (maleabilização), resultando numa transformação de praticamente todo o ferro combinado em grafita na forma de nódulos (em vez de veios ou lamelas);
 
- Ferro fundido nodular – caracterizado por apresentar, devido a um tratamento realizado ainda no estado líquido, carbono livre na forma de grafita esferoidal, o que confere ao material característica de boa ductilidade, donde a denominação freqüente para esse material de ferro fundido dúctil.
 
- Ferro fundido de grafita compactada – caracterizado pelo fato da grafita apresentar-se em “escamas”, ou seja, com a forma de plaquetas ou estrias, motivo pelo qual tem sido também designado por “quasi-escama”. Outras denominações são: escama agregada, semi-ondular e vermicular. É um produto que, como o ferro nodular, exige a adição de elementos especiais como terras raras, com um elemento adicional, como o titânio, que reduz a formação de grafita esferoidal. O ferro de grafita compactada pode ser considerado um material intermediário entre o ferro fundido cinzento e o ferro nodular; possui a fundibilidade do ferro fundido cinzento, com melhor resistência mecânica e alguma ductilidade. Sua comercialização é relativamente recente.
A faixa de composição dos cinco principais tipos de ferros fundidos, sem elementos de liga
Fatores que influem na estrutura do ferro fundido
São dois os fatores preponderantes na determinação da estrutura do ferro fundido:
 
- composição química
 
- velocidade de resfriamento
Composição química
 
Os elementos que mais influem na estrutura são o carbono e o silício, como se pode depreender de tudo o que foi exposto até o momento: o carbono determina a quantidade de grafita que se pode formar e o silício é essencialmente elemento grafitizante, favorecendo a decomposição do carboneto de ferro; sua presença, independentemente do teor de carbono, pode fazer um ferro fundido tender para o cinzento ou para o branco. O manganês, sempre presente, tem efeito oposto ao do silício, isto é, estabiliza a cementita e, assim, contrabalança, de certo modo, a ação grafitizante do silício. A rigor, o manganês nos ferros fundidos, tanto quanto nos aços, é adicionado como dessulfurante; entretanto, como na prática há sempre um excesso de manganês, esse atua como estabilizador da perlita: daí o seu efeito oposto ao do silício e sua utilidade para produzir estrutura com matriz predominantemente perlítica, sobretudo em peças fundidas volumosas.
 
Os outros elementos, impurezas normais, fósforo e enxofre, não têm uma ação muito significativa sob o ponto de vista de tendência grafitizante. Apenas o fósforo é um estabilizador relativamente forte do carboneto de ferro; sua principal ação é na estrutura da material porque forma com o ferro e o carbono um composto de natureza eutética – carboneto de ferro de fosfeto de ferro – de aparência branca e perfurada, chamada steadita
Velocidade de resfriamento
 
Esse fator relaciona a velocidade de resfriamento propriamente dita durante a solidificação no interior dos moldes e a espessura das peças moldadas. Em outras palavras, secções espessas significam velocidades de resfriamento relativamente lentas e secções finas, velocidades rápidas, o que significa também que em peças de secções de diferentes espessuras, ocorrem diversas velocidades de resfriamento.
 
Para elevadas velocidades de resfriamento – como as que se verificam em secções finas ou nas áreas adjacentes às paredes do molde – não há muito tempo para a decomposição da cementita, de modo que, dependendo dos teores de carbono e de silício, pouca ou nenhuma grafitização ocorre e há tendência para formar-se ferro fundido branco. Produz-se o que se chama na prática de secções coquilhadas.
 
Com as velocidades de resfriamento lentas das secções mais espessas, ocorre uma apreciável grafitização, dependente sempre do teor de silício. A estrutura será constituída essencialmente de perlita e grafita. Para resfriamento ainda mais lento e teor de silício mais elevado, a cementita da perlita pode também decompor-se parcialmente, originando-se, assim, a estrutura constituída de veios de grafita, perlita e ferrita. Essa estrutura confere ao material, característicos de baixa dureza e excelente usinabilidade, além de razoável resistência mecânica.
 
A velocidade de resfriamento não influi apenas na grafitização; outra ação importante é na forma, distribuição dentrítica, comumente indesejável. Velocidades médias resultam em distribuição e tamanhos normais, e velocidades muito lentas em uma distribuição de veios grosseiros de grafita.
 
A influência da velocidade de resfriamento, juntamente com a do teor de silício, pode ser facilmente verificada na prática com um pequeno ensaio a ser realizado pelo fundidor, utilizando um pequeno corpo de prova de forma especificada, chamado cunha de coquilhamento. Desse modo, tem-se um meio rápido e eficiente de controlar a tendência à grafitização de um ferro fundido e corrigir em tempo as cargas do forno de fundição, mediante adição de elementos grafitizantes ou estabilizadores.
Vantagens 
Elevada dureza e resistência ao desgaste 
Boa resistência à corrosão
Baixo custo
Desvantagens
Grande fragilidade e baixa ductilidade
Deformação plástica pequena na TA.
Soldagem muito limitada
EXEMPLOS DE FERROS FUNDIDOS
Ferro fundido nodular
A fundição de ferro fundido, em geral, atende à demanda de fabricação de peças para os mais diversos setores da indústria, e cada tipo de material, ferroso ou não ferroso, utilizado no processo confere características especiais às peças finais. Entre os tipos mais comuns estão a fundição ferro fundido nodular, fundição de ferro cinzento, de ferro fundido branco ligado e diversas variedades de aço.
Quimicamente, o tipo de ferro utilizado na fundição ferro fundido nodular apresenta em sua estrutura carbono, 3,45/3,80; manganês, 0,05/0,40; silício, 2,20/3,35; fósforo, 0,08/limite máximo; e enxofre, 0,04/limite máximo. Nessa composição, a dureza poderá apresentarvariações, conforme a espessura da peça.
Com uma ampla gama de aplicações na indústria em geral, o processo de fundição ferro fundido nodular é muito utilizado na construção mecânica, na fabricação de componentes de máquinas de trabalho sujeitas à carga de choque e fadiga. Alguns exemplos de peças produzidas a partir da fundição ferro fundido nodular são tambores, polias, mancais e cabeçotes de prensas. 
Ferro fundido cinzento
A fundição ferro fundido cinzento é um processo essencial na maioria das cadeias produtivas, especialmente nos setores automobilístico, agrícola e de máquinas e equipamentos. Apresenta um excelente custo-benefício se comparado com outras ligas metálicas fundidas, uma vez que possui custo de fabricação mais acessível, além de não necessitar de tratamento térmico, exceto quando especificado pelo cliente, e não requer máquinas ou ferramentas especiais para usinagem.
Dentre as principais características do material fabricado através do processo de fundição ferro fundido cinzento estão:
ótima fluidez do metal líquido, facilitando a fundição de peças de geometria complexa, possibilitando o preenchimento de aletas finas e pequenos detalhes;
elevada capacidade de amortecimento de vibrações, 
apresenta boa dissipação térmica, essencial em camisas e blocos de motores;
apresenta boa resistência mecânica;
facilidade de usinagem devido à presença de veios de grafita, que favorece a quebra do cavaco.
Bom deslizamento a seco devido à presença de lamelas de grafita.
A  fundição ferro fundido cinzento permite a fabricação de peças para as mais diversas aplicações entre as quais podemos destacar os blocos de motor, cabeçotes de motor, camisas e cilindros, anéis de segmento, bases de máquinas operatrizes, barramentos de máquinas operatrizes, contrapesos, caixas de transmissão, carcaças, discos e placas de pressão de embreagem, tambores e discos de freio, pistões e muito mais, podendo, assim, atender às necessidades das mais diversas indústrias, entre as quais destacam-se as automobilísticas, navais, ferroviárias entre outras. 
Ferro fundido nodular
O ferro fundido nodular distingue-se do ferro fundido cinzento pela morfologia de sua grafita, que se apresenta no formato de nódulos ou esferas, o que confere ao material menor que o aço fundido. Torna-se assim um material com propriedades mecânicas muito próximas as do aço, sendo uma ótima alternativa técnica para a fabricação de peças de geometria complexa que exijam alta resistência mecânica e alongamento a um custo mais acessível.
Dentre as principais características das peças fabricadas na fundição ferro fundidas nodular podem ser destacadas:
Boa ductilidade, podendo chegar a mais de 20% de alongamento através de tratamento térmico;
Tenacidade superior à do ferro fundido cinzento;
Ótima resistência à tração;
Baixa contração no processo de solidificação;
Ferro fundido cinzento e nodular
A fundição de ferro cinzento e nodular é essencial na maioria das cadeias produtivas, tem contribuído significativamente na nacionalização de nossa indústria e é o processo mais recomendado para a fabricação de peças técnicas mais complexas, cuja produção por meio de outros processos resultariam em produtos de difícil ou até inviável execução. 
A fundição de ferro cinzento e nodular apresenta um excelente custo-benefício, já que é um processo com custo acessível se comparado com outras ligas metálicas e capaz de produzir desde peças simples até produtos extremamente complexos
Dentre os principais segmentos atendidos pela fundição de ferro fundido estão as indústrias automotivas, navais, vidreiras e ferroviárias, máquinas e equipamentos, construção civil, saneamento, protótipos funcionais, entre outros.
A escolha pela fundição de ferro cinzento e nodular tem a ver com as propriedades físicas de cada material e o que elas agregam à fabricação de peças.
Principais características do ferro cinzento:
É o ferro fundido mais utilizado pela indústria, possui ótima usinabilidade;
Apresenta boa resistência mecânica;
Capacidade de amortecer vibrações;
Apresenta boa dissipação térmica.
Principais características do ferro nodular:
Apresenta ótima resistência à tração e excelente ductilidade;
Maior resistência mecânica ao desgaste que o ferro fundido cinzento;
Mais maleável que o ferro fundido cinzento.