Nesta publicação do blogue, vamos explorar os vários tipos de materiais utilizados nos processos de fundição. Como engenheiro mecânico experiente, partilharei as minhas ideias e conhecimentos para o ajudar a compreender as propriedades, aplicações e vantagens de cada material. Prepare-se para mergulhar no cativante reino da fundição e descubra como estes materiais moldam o nosso mundo!
Os metais de fundição comummente utilizados podem ser classificados em ligas ferrosas e não ferrosas, cada uma oferecendo propriedades únicas adequadas a várias aplicações. A seleção do metal de fundição depende de factores como as propriedades mecânicas, o custo, o peso e a resistência à corrosão.
Os metais de fundição ferrosos incluem:
Os metais de fundição não ferrosos incluem:
1. Ligas de alumínio: Apreciadas pelo seu peso leve, resistência à corrosão e boa relação resistência/peso. Amplamente utilizadas nos sectores automóvel, aeroespacial e de produtos de consumo.
2. Ligas de cobre:
3. Ligas de zinco: Oferecem boa estabilidade dimensional e bom acabamento superficial. São habitualmente utilizadas na fundição injectada de componentes automóveis e electrónicos.
4. Ligas de magnésio: O metal estrutural mais leve, utilizado em aplicações aeroespaciais e automóveis em que a redução de peso é fundamental.
5. Ligas de titânio: Conhecidas pela sua elevada relação força/peso e excelente resistência à corrosão. Utilizadas na indústria aeroespacial, em implantes médicos e em equipamento desportivo de alto desempenho.
São normalmente utilizados oito tipos de materiais de fundição, incluindo o ferro cinzento, o ferro maleável, o ferro dúctil, o ferro vermicular e o aço fundido, alumínio fundido liga, bronze fundido e latão fundido, entre outros. Seguem-se descrições das suas características e aplicações:
O ferro cinzento é conhecido pela sua boa fluidez e retração mínima durante o arrefecimento. Tem baixa resistência, mas apresenta plasticidade e tenacidade.
O módulo de elasticidade do ferro cinzento varia de 80.000 a 140.000 MPa, dependendo da microestrutura. A sua resistência à compressão é três a quatro vezes superior à sua resistência à tração.
Para além destas propriedades, o ferro cinzento apresenta também uma boa resistência ao desgaste e à absorção de vibrações, e não é sensível a entalhes. É também fácil de maquinar. No entanto, as suas soldadura o desempenho é fraco.
O ferro cinzento tem um limite máximo de temperatura de 300 a 400°C, para além do qual não suporta uma exposição prolongada. Apesar desta limitação, continua a ser o ferro cinzento mais utilizado tipo de ferro fundidorepresentando 85% a 90% de toda a produção de ferro fundido.
O ferro maleável possui propriedades inferiores às do ferro cinzento, mas superiores às do ferro fundido aço. É utilizado principalmente para a produção de pequenas peças fundidas de paredes finas que requerem um certo nível de resistência e tenacidade.
Além disso, o ferro maleável apresenta boas resistência à corrosão e maquinabilidade. Além disso, a sua resistência ao impacto é três a quatro vezes superior à do ferro cinzento.
Enquanto o cinzento peças fundidas de ferro são frequentemente consideradas de qualidade superior, as peças de ferro fundido dúctil continuam a ser amplamente utilizadas e oferecem várias vantagens. Por exemplo, o ferro dúctil é conhecido pela sua excelente maquinabilidade e pode apresentar alterações significativas nas propriedades através de tratamento térmico.
O ferro dúctil também apresenta uma resistência à tração mais elevada do que o ferro cinzento e o aço fundido, bem como um rácio rendimento/resistência à tração mais elevado do que o ferro maleável e o aço.
Além disso, tem a melhor plasticidade entre os ferros fundidos, embora a sua resistência ao impacto se situe entre a do aço fundido e a do ferro cinzento.
O ferro fundido dúctil também se destaca noutras áreas, como as suas excelentes propriedades a baixa temperatura e a sua elevada resistência à fadigaque são comparáveis ao aço #45, mas com menor sensibilidade à concentração de tensões do que o aço.
Além disso, oferece uma boa resistência ao desgaste, ao calor e à corrosão.
Outra vantagem do ferro fundido dúctil é a sua vibração amortecimento que é de 1:1,8:4,3 quando comparado com o aço e o ferro cinzento.
Dadas estas características, o ferro fundido dúctil é cada vez mais utilizado como um material importante para várias aplicações, apesar da sua reputação histórica de ser propenso a defeitos.
As propriedades mecânicas do ferro fundido de grafite vermicular situam-se entre as de ferro fundido cinzento e ferro fundido dúctil, tornando-o um material com boa solidez, resistência ao calor e resistência ao desgaste.
Em comparação com o ferro fundido nodular, a sua qualidade de fundição é melhor, e é comparável à do ferro fundido cinzento.
A sua resistência é comparável à do ferro nodular e tem propriedades anti-vibração, condutividade térmica e desempenho de fundição semelhantes às do ferro cinzento. No entanto, tem melhor plasticidade e resistência à fadiga do que o ferro cinzento.
O ferro fundido de grafite vermicular contém inevitavelmente uma certa quantidade de grafite esferoidal, o que aumenta a sua resistência e rigidez, mas pode comprometer a capacidade de fundição do ferro fundido. Este facto pode também diminuir a processabilidade e a condutividade térmica das peças fundidas.
O desempenho de fundição do aço fundido é frequentemente considerado fraco devido à sua baixa fluidez e elevada contração.
No entanto, tem um elevado nível de abrangência propriedades mecânicasincluindo excelente resistência, tenacidade e plasticidade. De facto, a resistência à tração do aço fundido é quase igual à sua resistência à compressão.
Para além destas propriedades, os aços de fundição especial possuem características únicas como a resistência ao calor e a resistência à corrosão.
A densidade de ligas de alumínio é apenas um terço da do ferro, o que o torna uma escolha ideal para o fabrico de estruturas leves.
Algumas ligas de alumínio podem ser ainda mais reforçadas através de tratamento térmico, melhorando as suas propriedades gerais.
O bronze é classificado em dois tipos: bronze estanhado e bronze sem estanho. O bronze estanhado apresenta uma excelente resistência ao desgaste e à corrosão, elevada resistência e dureza.
No entanto, tem um fraco desempenho de fundição e é suscetível de segregação e porosidade de retração. A têmpera não melhora a sua resistência.
O bronze sem estanho é normalmente feito de bronze de alumínio ou bronze de chumbo, que tem um desempenho de fundição inferior. O bronze de alumínio possui uma elevada resistência e apresenta uma resistência significativa ao desgaste e à corrosão.
Por outro lado, o bronze de chumbo tem uma elevada resistência à fadiga, boa condutividade térmica e excelente resistência aos ácidos.
Grande contração, elevada resistência geral, boa plasticidade, boa resistência à corrosão e resistência ao desgaste.
Bom desempenho de corte.
| Ferro fundido cinzento | Ferro maleável | Ferro fundido dúctil | Ferro fundido de grafite vermicular | |
| Morfologia da grafite | Escamoso | Floculento | Globular | Vermicular |
| Resumo | Ferro fundido obtido através da execução completa do processo de grafitização da primeira fase | O ferro fundido branco é um tipo de ferro fundido de alta resistência e tenacidade obtido por grafitização recozimento | A grafite esferoidal foi obtida por esferoidização e inoculação | A grafite vermicular foi obtida por vermiculação e inoculação |
| Castabilidade | bom | Pior do que o ferro fundido cinzento | Pior do que o ferro fundido cinzento | bom |
| Desempenho de corte | bom | bom | bom | muito bom |
| Resistência ao desgaste | bom | bom | bom | bom |
| Resistência / dureza | Ferrite: baixo Pearlite: elevada | Superior ao ferro fundido cinzento | Muito elevado | Superior ao ferro fundido cinzento |
| Plasticidade / dureza | Muito baixo | Próximo do aço fundido | Muito elevado | Superior ao ferro fundido cinzento |
| Aplicação | Cilindro, volante, pistão, roda de travão, válvula de pressão, etc. | Peças pequenas e médias com forma complexa e impacto de rolamentos, tais como chaves de fendas, ferramentas agrícolas e engrenagens | Peças que exigem elevada resistência e tenacidade, como a cambota e a válvula do motor de combustão interna | Peças que podem funcionar permanentemente sob choque térmico, como a cabeça do cilindro do motor diesel |
| Observações | Sensibilidade de entalhe baixa | Não é permitido forjar e prensar | Elevada resistência ao calor, resistência à corrosão e resistência à fadiga (2 vezes mais do que o ferro fundido cinzento) | Condutividade térmica, resistência à fadiga térmica, resistência ao crescimento e resistência à oxidação |
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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