Escolhendo o certo fundição de ferro dúctil a nota se resume a uma compensação central: ductilidade versus resistência . Se sua peça precisar absouver impacto, flexionar sob carga ou usinar facilmente, escolha uma classe de menor resistência e alto alongamento, como 60-40-18 . Se a sua peça precisar suportar cargas estáticas pesadas e desgaste com menos preocupação com cargas de choque, escolha uma classe de maior resistência, como 100-70-03 or 120-90-02 . Para a maioria das aplicações gerais de engenharia — o tipo que tradicionalmente usaria aço-carbono — 65-45-12 é o ponto de partida padrão.
A seleção de classe de acordo com ASTM A536 é regida por um sistema de nomenclatura de três números: resistência à tração (ksi), resistência ao escoamento (ksi) e porcentagem de alongamento. Compreender o que cada um desses números significa para sua aplicação específica é a chave para evitar tanto o excesso de engenharia (pagar pela força que você não precisa) quanto a falta de engenharia (especificar uma classe que falhará em serviço).
ASTM A536 é a especificação padrão americana para peças fundidas de ferro dúctil e define cada classe usando um número de três partes: resistência à tração mínima (em milhares de psi), resistência ao escoamento mínima (em milhares de psi) e porcentagem mínima de alongamento. Por exemplo, Grau 65-45-12 significa uma resistência à tração de 65 ksi (448 MPa), uma resistência ao escoamento de 45 ksi (310 MPa) e 12% de alongamento.
O que faz o ferro dúctil se comportar de maneira tão diferente do ferro cinzento comum é a sua microestrutura. A característica definidora do ferro dúctil segundo ASTM A536 é uma microestrutura de grafite esferoidal, obtida pela adição de magnésio ou cério durante a fusão. Este formato redondo e nodular de grafite - em vez do grafite em flocos afiados encontrado no ferro cinzento - minimiza a concentração de tensão e o início de trincas, que é o que dá ao ferro dúctil sua ductilidade homônima e resistência ao impacto.
ASTM A536 define uma família de classes padrão, cada uma equilibrando resistência e ductilidade de maneira diferente.
| Nota | Resistência à tração (min) | Força de rendimento (min) | Alongamento (min) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60.000 psi (414 MPa) | 40.000 psi (276 MPa) | 18% |
| 65-45-12 | 65.000 psi (448 MPa) | 45.000 psi (310 MPa) | 12% |
| 80-55-06 | 80.000 psi (552 MPa) | 55.000 psi (379 MPa) | 6,0% |
| 100-70-03 | 100.000 psi (689 MPa) | 70.000 psi (483 MPa) | 3,0% |
| 120-90-02 | 120.000 psi (827 MPa) | 90.000 psi (621 MPa) | 2,0% |
Há também um grupo secundário de classes para aplicações especiais – 60-42-10, 70-50-05 e 80-60-03 – que oferecem equilíbrios entre resistência e ductilidade ligeiramente diferentes para projetos com requisitos mais específicos do que os graus padrão cobrem.
A classe 60-40-18 possui ductilidade máxima, excelente usinabilidade e tenacidade a baixas temperaturas, graças à sua matriz totalmente ferrítica, que produz alto alongamento e resistência ao impacto. Esta classe normalmente requer um recozimento ferritizante completo para atingir suas propriedades. É a escolha natural para peças sujeitas a cargas de choque, serviço em baixas temperaturas ou onde a usinabilidade é uma prioridade sobre a resistência bruta.
ASTM A536 Grau 65-45-12 é o carro-chefe da família do ferro dúctil e a liga que a maioria dos projetistas seleciona ao converter uma fabricação de aço-carbono em uma fundição de ferro dúctil, uma vez que sua resistência à tração e ao escoamento são muito próximas daquelas do aço-carbono. Essa classe normalmente pode ser usada fundida, sem tratamento térmico adicional, o que ajuda a controlar os custos de produção.
Se uma aplicação exigir ductilidade moderada e resistência ao impacto juntamente com maior resistência, o Grau 80-55-06 é um forte candidato. Assim como o 65-45-12, ele normalmente pode ser fornecido como fundido, oferecendo um meio-termo útil entre os graus mais dúcteis e os graus mais duros e menos tolerantes de alta resistência.
Classes de maior resistência, como 100-70-03, dependem de uma matriz predominantemente perlítica para fornecer resistência e resistência ao desgaste, ao custo de um alongamento reduzido. O grau 120-90-02 possui resistência e resistência ao desgaste muito altas, embora não seja tão resistente ao desgaste quanto os ferros brancos cromados especializados. Essas classes de primeira linha geralmente exigem têmpera e revenido, normalização e revenido ou tratamento térmico isotérmico para atingir suas propriedades especificadas e são mais adequadas para componentes com cargas pesadas onde a ductilidade é uma preocupação secundária.
Os requisitos de tratamento térmico variam significativamente entre as famílias de classes e afetam diretamente o tempo de produção e o custo.
| Nota | Tratamento térmico necessário |
|---|---|
| 60-40-18 | Recozimento ferritizante completo |
| 65-45-12 | Como elenco (sem necessidade de tratamento) |
| 80-55-06 | Como elenco (sem necessidade de tratamento) |
| 100-70-03 | Têmpera e têmpera, normalização e têmpera ou tratamento isotérmico |
| 120-90-02 | Têmpera e têmpera, normalização e têmpera ou tratamento isotérmico |
A escolha de uma classe fundida como 65-45-12 ou 80-55-06 em vez de uma classe tratada termicamente como 100-70-03 pode reduzir significativamente o custo e o prazo de entrega - vale a pena levar em consideração se a aplicação não exigir estritamente o desempenho da classe de maior resistência.
As propriedades de impacto do ferro dúctil dependem da microestrutura, e os graus padrão ASTM A536 não especificam os requisitos de impacto por padrão – os testes de impacto seguem o padrão ISO 1083 separado quando exigido para o projeto de engenharia. Para aplicações de baixa temperatura ou alto impacto, vale a pena solicitar especificamente um grau totalmente ferrítico com maior alongamento, uma vez que um menor teor de perlita na microestrutura (geralmente abaixo de 15%) é o que permite que o material atenda a critérios de impacto exigentes, como 12 Joules a -20°C.
Se sua aplicação envolve climas frios, carga de choque ou resistência a impactos críticos para a segurança, sinalize esse requisito explicitamente com sua fundição, em vez de presumir que uma designação de classe padrão o cobre automaticamente.
Antes de finalizar uma classificação, vale a pena confirmar, em primeiro lugar, que o ferro dúctil é a família de materiais certa. O ferro dúctil oferece um excelente equilíbrio entre resistência, ductilidade, custo e moldabilidade, tornando-o adequado para componentes estruturais e dinâmicos. Em comparação, o ferro fundido cinzento é mais barato, mas frágil e não é adequado para aplicações dinâmicas ou sujeitas a impacto, enquanto o aço carbono proporciona maior resistência e soldabilidade, mas é mais difícil de fundir e mais caro de usinar.
O ferro dúctil também apresenta excelentes características de amortecimento acústico e de vibração graças à sua microestrutura de grafite, muitas vezes superando o aço em aplicações dinâmicas – uma consideração importante para componentes como caixas de engrenagens, volantes e carcaças de máquinas onde o controle de vibração é tão importante quanto a resistência bruta.
Aplicações típicas para máquinas de vão de ferro dúctil ASTM A536, válvulas, caminhões, componentes ferroviários, caixas de engrenagens e volantes — um reflexo da abrangência desta família de classes em todos os setores. Obter a seleção correta da classe desde o início significa a diferença entre um componente que funciona de forma confiável durante toda a sua vida útil e um que falha prematuramente sob carga ou custa mais do que o necessário para produzir.
