Ferro fundido - Microestrutura, propriedades, composição química e aplicações

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Acadêmica: Ana Carolina Lopes Aragão | Engenharia de Produção 4º período
Ferro fundido
Ciência e Engenharia dos Materiais
O ferro fundido pode ser definido como liga de Fe-C cujo teor de carbono está acima de 2%, e pode ser considerado como uma liga ternária Fe-C-Si, uma vez que o Silício aparece naturalmente junto com o carbono em porcentagens similares ou até superiores.
São cinco as classificações do ferro fundido: Cinzento, Branco, Mesclado, Maleável, Nodular e Grafita compactada. 
Ferro fundido Cinzento
Apresenta-se microestruturalmente com carbono na forma livre, grafita, em morfologia de lamelas e carbono na forma combinada, cementita (Fe3C). Neste caso, os principais elementos de liga são o carbono e o silício, podendo haver outros, como o manganês, cromo e cobre que irão conferir aos fundidos outras características exigidas. Sua superfície de fratura apresenta coloração cinza escuro.
Composição química:
· Carbono (C) – 2,50% a 4,00%; 
· Silício (Si) – 1,00% a 3,00%;
· Manganês (Mn) – 0,25% a 1,00%;
· Fósforo (P) – 0,05% a 1,00%;
· Enxofre (S) – 0,05% a 1,00%;
Microestrutura:
· Baixa velocidade de arrefecimento – carbono solidifica em forma de grafite (flocos) – forma estável;
· A matriz é ferrítica ou perlítica;
· Flocos de grafite reduzem a resistência mecânica e a ductilidade, pois atuam como se fossem fissuras do ponto de vista mecânico.
Propriedades:
· Elevada fluidez, possibilidade de peças complicadas;
· Boa maquinabilidade;
· Grande resistência ao desgaste;
· Bom à compressão, mal à tração;
· Não deve ser sujeito à choques, concentração de tensão;
· Razoável resistência à corrosão;
· Soldadura difícil;
· Baixo custo.
Aplicações:
· É o ferro fundido mais utilizado (cerca de 75%);
· Fundição em geral;
· Blocos de motores;
· Engrenagens de grandes dimensões;
· Máquinas agrícolas;
· Tubagens.
Ferro fundido branco 
Apresenta-se microestruturalmente com predominância do carbono na forma combinada devido à baixa porcentagem de silício e a adição de outros elementos como cromo, que é estabilizador da cementita, o que confere ao material a característica de maior resistência ao desgaste. Sua superfície de fratura apresenta coloração clara e brilhante.
Composição química:
· Carbono (C) – 1,80% a 3,60%; 
· Silício (Si) – 0,50% a 1,80%;
· Manganês (Mn) – 0,25% a 0,80%;
· Fósforo (P) – 0,06% a 0,18%;
· Enxofre (S) – 0,06% a 0,20%.
Microestrutura:
· Elevada velocidade de arrefecimento – carbono solidifica sob a forma de cementite;
· A elevada dureza e fragilidade da cementite caracterizam este FF;
· Em peças de maior tamanho pode se obter FF branco à superfície e FF cinzento no núcleo.
Propriedades:
· Elevada resistência à compressão e à abrasão;
· Duro e frágil;
· Não pode ser maquinado;
· Soldadura impossível;
· Baixo custo.
Aplicações:
· Produção de ferro fundido maleável;
· Peças sujeitas a elevada compressão e desgaste;
· Elevada taxa de arrefecimento limita o tamanho das peças (esp<100mm). 
Ferro fundido mesclado 
Apresenta-se microestruturalmente como uma combinação dos ferros fundidos cinzento e branco, ou seja, com a grafita em morfologia lamelar e uma quantidade de cementita, cujas quantidades variam em função do emprego do material. Sua superfície de fratura apresenta coloração brilhante acinzentada.
Ferro fundido maleável
É um ferro fundido obtido por meio de tratamento térmico de maleabilização do ferro fundido branco. A finalidade deste tratamento é transformar a cementita em grafita esferoidal, conferindo ao material melhores propriedades mecânicas como maior resistência, limite de escoamento e ductilidade. Sua superfície de fratura apresenta coloração cinza claro.
Composição química:
· Carbono (C) – 2,00% a 2,60%; 
· Silício (Si) – 1,10% a 1,60%;
· Manganês (Mn) – 0,25% a 1,00%;
· Fósforo (P) – 0,05% a 1,00%;
· Enxofre (S) – 0,05% a 1,00%;
O que determina a matriz da microestrutura formada por nódulos de carbono revenido é o resfriamento após o tempo de encharque para a grafitização.
Fofo Maleável Ferrítico: resfriamento rápido até 740ºC a 760ºC, seguido de resfriamento lento. 
Fofo Maleável Perlítico: resfriamento lento até 870ºC seguido de resfriamento ao ar.
Fofo Maleável Martensítico Revenido: resfriamento em forno até a temperatura de tempera de 845 a 870ºC, mantendo-se 15 a 30 minutos para homogeneização, resfriando-se em seguida em banho de óleo agitado para obtenção de uma matriz martensítica.
Ferro fundido nodular
Apresenta-se na forma microestrutural como carbono livre na morfologia de nódulos, o que confere a este tipo de ferro características mecânicas superiores àquelas do ferro fundido maleável. É obtido por modificações químicas na composição do material no estado líquido. Sua superfície de fratura apresenta coloração prateada.
Composição química:
· Cromo (C) – 3,00% a 4,00%; 
· Silício (Si) – 1,80% a 2,80%;
· Manganês (Mn) – 0,10% a 1,00%;
· Fósforo (P) – 0,10% máx.;
· Enxofre (S) – 0,03% máx.;
Propriedades:
· Alta resistência, tenacidade e ductilidade;
· Possibilidade de deformação à quente;
· Grande resistência ao desgaste;
· Fluidez boa;
· Baixo custo;
Microestrutura:
· Pequenas adições de Mg;
· Ao invés de flocos formam-se nódulos;
· Matriz ferrítica ou perlítica de acordo com a velocidade, respectivamente: baixa ou moderada;
· Grafite em nódulos origina maior resistência, ductilidade e tenacidade.
Aplicações:
· Engrenagens;
· Cambotas;
· Juntas universais;
· Válvulas;
· Componentes sujeitos à desgaste.
Ferro fundido de grafita compactada também chamado de ferro fundido vermicular 
É um ferro fundido obtido pela adição do titânio na composição do ferro fundido nodular, com a finalidade de degenerar o nódulo de grafita. Apresenta propriedades intermediárias entre os ferros fundidos nodular e cinzento. É um material cuja aplicação tem sido cada dia mais ampla, porém ainda é novo no mercado industrial. Sua fratura apresenta-se na forma mesclada.
Referências:
UFPR; “FERROS FUNDIDOS”; Acesso em: http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/EngMec_NOTURNO/TM343/FERROS%20FUNDIDOS.pdf
MACHADO, Fernando; “FERRO FUNDIDO CINZENTO E NODULAR: PROPRIEDADES, PROCESSOS E IMPACTOS AMBIENTAIS; Acesso em: https://monografias.brasilescola.uol.com.br/engenharia/ferro-fundido-cinzento-nodular-propriedades-processos-impactos.htm
MAXUELL; “FERROS FUNDIDOS”; Acesso em: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/3721/3721_3.PDF
BOSE FILHO, Waldek Wladimir; “Ferros fundidos”; USP – Escola de engenharia de São Carlos; Acesso em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3629494/mod_resource/content/1/Aula%208-%20Ferros%20Fundidos.pdf