O que é Ferro Fundido ISO K?

O ferro fundido é uma liga ternária composta por ferro, carbono (de 2,11% à 6,67%) e silício (de 1% a 3%) que é fabricado a partir do ferro gusa (produto imediato da fundição do minério de ferro com carvão e calcário num alto forno), outros elementos de liga como Cr (cromo), Mo (molibdênio) e V (vanádio) podem ser usados na composição e formam metais duros que aumentam a resistência e a dureza, porém, reduzem a usinabilidade. A diferença do ferro fundido para o aço, é que o aço também é uma liga metálica formada por ferro e carbono, mas suas porcentagens de carbono variam entre 0,008 e 2,11%. O ferro fundido é amplamente utilizado na metalurgia para a produção de peças em geral, maquinas agrícolas, veículos automobilísticos, peças de tubulações e materiais que exigem grandes esforços mecânicos.

Há 5 tipos principais de ferros fundidos:

•          Ferros fundidos cinzentos (GCI - Grey Cast Iron)

•          Ferros fundidos maleáveis (MCI - Malleable Cast Iron)

•          Ferros fundidos nodulares (NCI - Nodular Cast Iron)

•          Ferros fundidos vermiculares (CGI - Compacted Graphite Iron)

•          Ferros dúcteis Austêmperados (ADI - Austempered Ductile Iron)

Falaremos um pouco mais sobre as características de cada um deles na sequencia deste texto

Usinabilidade dos ferros fundidos ISO K

Considerados materiais de alta usinabilidade, os ferros fundidos devem esta importante característica a grafita presente em sua estrutura. Nos ferros fundidos cinzentos, por exemplo, a grafita fica presente com percentual em torno de 11-12%, onde auxilia na quebra do cavaco, a presença da grafita na forma de veios acabam atuando com lubrificantes.

•          Trata-se de um material que durante o processo de usinagem acaba gerando cavacos curtos, também possui um  bom controle de cavacos na maioria das condições. Força de corte específica: 790 – 1350 N/mm².

•          A usinagem com velocidades mais altas, especialmente em ferros fundidos com inclusões de areia, gera muito desgaste abrasivo.

•          Ferro fundido nodular (NCI), Vermicular (CGI) e Austêmperados (ADI) requerem atenção extra, devido às diferentes propriedades mecânicas e à presença de grafite na matriz, comparado ao GCI normal.

•          Geralmente, os ferros fundidos são usinados com tipos negativos de pastilha que proporcionam arestas robustas e aplicações seguras.

•          Os substratos de metal duro devem ser duros e as coberturas devem ser resistentes ao desgaste por abrasão e possuir baixa rugosidade para auxiliar os processos de furação profunda.

•          Os ferros fundidos geralmente são usinados sem refrigeração, mas também podem ser usinados em condições com refrigeração para manter a contaminação por poeira de carbono e de ferro ao mínimo.

Influência da dureza

•          A influência da dureza relacionada à usinabilidade para ferros fundidos segue as mesmas regras de qualquer outro material

•          Por exemplo, ferros dúcteis Austêmperados e ferro fundido vermicular, bem como ferro fundido nodular, possuem dureza de até 300-400 HB.

•          Ferro fundido cinzento e ferro fundido maleável, possuem  média 200-250 HB.

•          O ferro fundido branco pode atingir uma dureza acima de 500 HB em taxas de resfriamento rápido, em que o carbono reage com o ferro para formar um carboneto Fe3C (cementita), ao invés de estar presente como livre de carbono. Os ferros fundidos brancos são muito abrasivos e difíceis de usinar

1.     Ferros fundidos maleáveis (MCI) e ferros fundidos cinzentos (GCI)

Definição

Ferros fundidos maleáveis são produzidos a partir de uma matriz de ferro quase branca, que é termicamente tratada em duas etapas, produzindo uma estrutura de carbono temperado + ferrita + perlita, obtendo grãos de grafite irregulares quando comparados à estrutura lamelar mais propícia à quebra nos ferros fundidos cinzentos. Isto significa que o material maleável é menos sensível a trincas e seus valores para resistência à ruptura e alongamento são maiores.

Os ferros fundidos cinzentos têm o grafite na forma de flocos típicos e as principais características são: baixa resistência a impactos (comportamento quebradiço); boa condutividade térmica, menos calor quando o motor opera e baixo calor no processo de corte; possui boas propriedades anti-vibratórias, que absorve as vibrações no motor.

Aplicação comum dos ferros fundido cinzento e maleáveis:

As peças fabricadas com ferro fundido maleável incluem: mancais de eixo, rodas para trens, fixações de tubulações e engrenagens de alta resistência. Peças fabricadas com ferro fundido cinzento incluem: frigideiras, blocos de motores, cilindros para compressores, engrenagens e carcaças de caixas de câmbio.

Usinabilidade

Os ferros fundidos maleáveis possuem uma resistência à tração mais alta se comparado ao GCI e assemelham-se ao NCI quanto à usinabilidade, porém, os dois têm excelentes propriedades de usinabilidade. Em geral, o ferro fundido com uma estrutura perlítica aumenta o desgaste por abrasão, enquanto as estruturas ferríticas aumentam o desgaste por adesão.

Os ferros fundidos cinzentos têm baixa resistência a impactos, geram baixas forças de corte e a usinabilidade é muito boa. O desgaste é criado no processo de corte somente por abrasão; não há desgaste químico. Os ferros fundidos cinzentos geralmente têm liga com Cr para melhorar as propriedades mecânicas. Quanto maior a resistência menor será a usinabilidade.

1.     Ferros fundidos nodulares (NCI)

Definição

Os ferros fundidos nodulares têm grafite com formato esférico e as principais características são boa rigidez (Módulo de Young); boa resistência a impactos = material tenaz, não quebradiço; boa resistência à tensão; propriedade anti-vibratórias ruim, não absorve vibrações do motor; condutividade térmica ruim, mais calor no processo de corte. Comparado ao GCI, o grafite no NCI aparece na forma de nódulos, o que contribui para propriedades de tração mais altas e maior tenacidade.

Aplicação comum do ferro fundido nodular

Cubos, tubulações, rolos, coletores de escapamento, virabrequins, carcaças de diferencial, capas de mancal, coletor de escape, bed plates, carcaças de turbo compressores, discos de embreagem e volantes.

As carcaças de turbo compressores e coletores de escapamento geralmente são feitos de ferro fundido com liga SiMo, que é mais resistente ao calor.

Usinabilidade

Os ferros fundidos nodulares têm forte tendência à formação de arestas postiças. Essa tendência é mais forte em materiais NCI mais macios com alto teor ferrítico. Na usinagem de peças com alto teor ferrítico e com cortes interrompidos, o desgaste por adesão, geralmente, é o mecanismo de desgaste dominante.

O problema de adesão é menos pronunciado com materiais NCI mais duros que possuem um teor perlítico mais elevado. Aqui o desgaste por abrasão e/ou deformação plástica são mais prováveis de ocorrer.

1.     Ferros fundidos vermiculares (CGI)

Definição

CGI é um material que pode atender as demandas cada vez maiores para resistência e redução de peso e ainda assim manter uma usinabilidade razoável. As características térmicas e anti-vibratórias do CGI estão entre NCI e GCI. A resistência do metal à fadiga é duas vezes maior que a do ferro cinzento. As partículas de grafite no CGI são alongadas e orientadas aleatoriamente, como nos ferros fundidos cinzentos, porém, são mais curtas, mais espessas e possuem arestas arredondadas. No CGU, a morfologia semelhante a coral, juntamente com as arestas arredondadas e as superfícies irregulares das partículas de grafite, oferecem forte adesão entre o grafite e a matriz de ferro. Por isso, as propriedades mecânicas são aperfeiçoadas no CGI, se comparado aos ferros fundidos cinzentos. O CGI com um teor perlítico abaixo de 90% é mais comum.

Aplicação comum do ferro fundido vermicular

O CGI é apropriado para fabricação de motor em que materiais mais leves e mais resistentes são necessários para absorver mais potência. O peso do bloco do motor sozinho pode ser reduzido em aproximadamente 20%, comparado com um de GCI. Outros exemplos são cabeçotes de cilindro e discos de freio.

Usinabilidade

Do ponto de vista de usinabilidade, os ferros fundidos vermiculares estão entre os ferros fundidos nodulares e os cinzentos. Com duas ou três vezes a resistência à tração dos ferros fundidos cinzentos e menor condutividade térmica, a usinagem do CGI gera forças de corte mais altas e mais calor na área de corte. Um maior teor de titânio no material CGI influencia a vida da útil da ferramenta negativamente.

Ferros dúcteis Austêmperados (ADI)

Definição

Os ferros dúcteis Austêmperados formam uma família de ferros fundidos tratados por termicamente. O tratamento térmico por austêmpera converte o ferro dúctil em ferro dúctil austemperado (ADI), cujas características incluem excelente resistência, tenacidade e fadiga. O ADI é mais robusto por peso unitário do que o alumínio e é tão resistente ao desgaste quanto o aço. Os valores de resistência à tração e elasticidade são duas vezes a do ferro dúctil normal. A resistência à fadiga é 50% maior e pode ser aprimorada pelo shot peening ou laminação por filete.

Aplicação comum dos ferros dúcteis Austêmperados

As fundições de ADI estão cada vez mais substituindo as fundições e forjamentos em aço, fabricações soldadas, aço carbonado e alumínio, devido ao desempenho superior. Seu uso predominante é na indústria automotiva onde é usada para suspensão e peças de transmissão etc. Ele também é usado nos setores de energia, de mineração e de construção.

Usinabilidade

Pode-se esperar uma redução de 40-50% na vida útil da ferramenta comparado ao NCI. A resistência à tração e a ductilidade do ADI estão próximas do aço, mas o processo de formação dos cavacos classifica o ADI como um ferro dúctil (formação de cavacos segmentados). A microdureza do ADI é mais alta quando comparada aos aços de dureza semelhantes. As classes ADI mais altas contêm partículas duras na microestrutura. As altas cargas térmicas e mecânicas devido à alta resistência e ductibilidade concentrarão o desgaste próximo à aresta de corte, por causa do processo de formação de cavacos segmentado e desgaste na saída superior. O endurecimento durante a formação dos cavacos resulta em forças de corte altamente dinâmicas. A temperatura da aresta de corte é um fator importante para a determinação do desgaste.

Revestimentos de alto desempenho para usinagem de ferro fundido

Ligas de ferro fundido como o vermicular, por exemplo, tem sido cada vez mais usadas na fabricação de blocos de motores, por serem mais leves e mais resistentes, no entanto, a usinagem desse tipo de material gera mais calor na aresta de corte, aumentando consideravelmente o desgaste por abrasão nas ferramentas.

A Platit do Brasil desenvolveu revestimentos de alto desempenho, dedicados para os processos de usinagem de ferro fundido, os mecanismos de desgaste e os problemas citados durante os processos de usinagem, como o aumento de temperatura na aresta de corte, desgaste por adesão, deformação plástica, formação de aresta postiça, entre outros podem ser resolvidos com a aplicação do revestimento ideal, que precisam ter características físico/químicas especificas para garantir uma maior proteção e maior vida útil, como por exemplo:

·        Baixo coeficiente de atrito, para reduzir a adesão do material na ferramenta, durante o processo de usinagem e facilidade de escoamento de cavaco em processos de furação profunda.

·        Camadas que contenham cromo e silício em sua composição aumentam a temperatura de oxidação do revestimento, que resulta em uma maior proteção das arestas pelo calor gerado durante o processo de usinagem.

·        Camadas com tecnologia de nano estrutura e nanocompostas, que conferem ao revestimento, o alto desempenho necessário.

Abaixo listamos três dos nossos principais revestimentos que possuem as características citadas acima e que já são amplamente usadas pelos principais fabricantes de peças e componentes em ferro fundido no Brasil, são eles:

TiXCO

·        Com características como coeficiente de atrito mínimo, propriedades anti-incrustantes, e sua elevada resistência a oxidação por temperatura (>1100°) o TiXCO é atualmente o principal revestimento usado pelas grandes usinagens de ferro fundido do Brasil, é a melhor opção para os processos de furação, sua composição a base de titânio, aluminio e silício é ideal para proteger suas ferramentas do desgaste abrasivo e garantem uma maior estabilidade nos processos de furação.

Milicuter

·        Revestimento de alto desempenho para operações de fresamento em ferro fundido, por ser um revestimento a base de Cromo alumínio e Silício, possui características que ajudam a dissipar o calor gerado na ferramenta durante o processo de usinagem, sua estrutura nano composta e nano estruturada, com elevada resistência a oxidação por temperatura (>1200°) ajudam a prevenir os desgastes por abrasão, desgastes por adesão e deformação plastica com uma vida útil superior aos similares de mercado.      

Unicut

·        O Unicut também é uma excelente opção para os processos de usinagem de ferros fundidos, com características como baixo coeficiente de atrito, excelente estabilidade química e estrutura nano composta e nano estruturada, faz do Unicut um revestimento que pode ser usado em todas as operações de usinagem, como furação, fresamento, torneamento, rosqueamento entre outros, com desempenho superior.

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