Muitas pessoas enfrentam problemas ao decidir se escolhem ferro fundido ou aço para seus projetos. Esse erro, por sua vez, pode levar a um aumento de gastos ao longo do tempo. Nesta publicação, veremos as principais diferenças, bem como as vantagens e desvantagens de ambos os materiais.
O que é Ferro Fundido?
Ferro fundido é um tipo de ferro que é feito pela fusão de ligas de ferro-carbono que têm 2% ou mais de carbono. Pode conter de 1 a 3% de silício e outras impurezas, como fósforo, manganês e enxofre.
O que é aço?
Aço também é um tipo de ferro, mas contém menos de 2% de carbono e cerca de um por cento de manganês e pequenas quantidades de enxofre, oxigênio, fósforo e silício. O aço é um dos metais mais usados em nossas vidas. É usado na construção, carros, máquinas de lavar, geladeiras, quase em todos os lugares.
Ferro fundido vs aço – 5 principais diferenças
1. Diferenças nas propriedades mecânicas
Dureza:
O ferro fundido tem maior Dureza Brinell de 179 a 444 HB do que 156 a 537 HB do aço. Essa dureza superficial mais alta dará mais resistência ao desgaste e à extrusão.
Fragilidade
A estrutura de flocos de grafite do ferro fundido o torna mais quebradiço e propenso a fraturas repentinas sob estresse. Enquanto a estrutura de matriz cristalina do aço é mais dúctil.
Resistência à Tração
O aço tem maior resistência à tração (70–150 ksi) do que o ferro fundido (20–60 ksi). Isso significa que o aço pode suportar mais força de tração antes de falhar.
Força compressiva
O ferro fundido tem resistência à compressão de 63-71 kN/cm², que é um pouco menor que a do aço, com 475-252 kN/cm².
Ductilidade
O aço tem maior ductilidade com alongamento de 22-24%. O ferro fundido dá alongamento máximo de 6-18% antes de quebrar.
Resistência ao Impacto
A capacidade de absorver forças repentinas sem deformação dá ao aço uma vantagem na resistência ao impacto. Ao contrário disso, a estrutura cristalina do ferro fundido o torna propenso a fraturas sob impacto.
Força de fadiga
O aço tem maior resistência à fadiga (sob carga cíclica) devido aos limites de flexão rotativa de 225-240 MPa, enquanto o ferro fundido apresenta menor resistência de 134-140 MPa.
Resistência ao desgaste
A estrutura perlítica do ferro fundido com flocos de grafite distribuídos dá melhor resistência ao desgaste do que o aço. Por outro lado, o aço precisa de elementos de liga específicos para obter durabilidade de superfície semelhante.
Usinabilidade e soldabilidade
Grafite em ferro fundido ajuda na usinagem fácil devido à formação de cavacos descontínuos. Mas sua fragilidade dificulta a soldagem. Enquanto o aço tem melhor soldabilidade, mas a usinabilidade varia com o grau.
2. Diferenças nas propriedades químicas
Composição de ferro fundido e aço
| Element | Aço (%) | Ferro fundido (%) |
|---|---|---|
| Ferro | 98.0 | 90.0 |
| Silício | 0.2 | 3.0 |
| Carbono | 0.5 | 2.5 |
| Chromium | 0.1 | 0.1 |
| Fósforo | 0.04 | 0.1 |
| Enxofre | 0.01 | 0.1 |
| Níquel | 0.5 | 0.3 |
| Manganês | 0.6 | 0.5 |
Resistência à Corrosão
O ferro fundido, devido às suas excelentes capacidades anticorrosivas, pode suportar a ferrugem da superfície, enquanto o aço, para garantir sua máxima resistência à corrosão, precisa de revestimentos protetores.
Reatividade contra ácidos e álcalis
Em um ambiente ácido, o ferro fundido com alto teor de silício resiste a H2SO4 e H3PO4 concentrados. Mas o aço padrão se degrada rapidamente em ácidos, a menos que seja revestido.
3. Diferenças nas propriedades térmicas
Condutividade Térmica
A distribuição de calor em ferro fundido é melhor do que em aço inoxidável, com condutividade térmica de 52 W/mK e 14 W/mK, respectivamente. Essa condutividade mais alta assegura aquecimento uniforme em todas as superfícies.
Expansão térmica
O ferro fundido tem mais estabilidade dimensional sob mudanças de temperatura do que o aço. Seu coeficiente de expansão térmica (11.0 × 10⁻⁶/°C) também é menor que o aço carbono (12.2 × 10⁻⁶/°C).
Ponto de Fusão
Os pontos de fusão também variam entre esses dois materiais. O ferro fundido derrete em temperaturas muito mais baixas (1127-1204 °C) em comparação ao aço (1371–1593 °C). Portanto, é mais eficiente em termos de energia para operações de fundição.
4. Aplicações de Ferro Fundido e Aço
As características desses materiais metalúrgicos também determinam seu uso em diferentes indústrias. Eles são usados principalmente em:
- Componentes automotivos: O ferro fundido é usado para fazer cabeçotes de cilindro, rotores de freio e blocos de motor de veículos, enquanto o aço é usado para painéis de carroceria, estruturas de chassi e componentes de suspensão.
- Tubos e tubulações: Tubos de ferro fundido são usados em redes de água municipais e sistemas de esgoto subterrâneos. Enquanto tubos de aço são melhores para linhas de óleo, redes de gás e até mesmo para tubos hidráulicos de alta precisão.
- Maquinário pesado: Melhor amortecimento de vibração e estabilidade do ferro fundido o tornam um material líder para fazer bases de máquinas-ferramentas, leitos de torno e estruturas de prensas industriais. Ao mesmo tempo, o aço é usado em engrenagens de alto desempenho, eixos de transmissão e rolamentos em equipamentos industriais.
- Utensílios de cozinha e utensílios de cozinha: A retenção térmica do ferro fundido (52 W/mK) e o tempero natural também o tornam perfeito para cozimentos com calor intenso. É usado principalmente em frigideiras pesadas, fornos holandeses e grelhas, enquanto o aço inoxidável é usado em panelas, utensílios, panelas e bandejas de servir.
- Construção e Infraestrutura: Os projetos de construção e infraestrutura usam ambos os materiais. A alta resistência à compressão do ferro fundido é usada na fabricação tampas de esgoto, grelhas de drenagem e fachadas decorativas. O aço é usado na construção moderna em vigas estruturais, suportes de pontes e barras de reforço.
5. Análise de custos de ferro fundido vs aço
O ferro fundido é mais barato de produzir. Seus graus básicos são de US$ 187 a US$ 231 por tonelada, enquanto graus específicos podem custar até US$ 1000. Por outro lado, o aço é mais caro. O aço padrão custa US$ 400 a US$ 700 por tonelada e alguns aços inoxidáveis podem chegar a US$ 1200 a US$ 2000 devido ao intrincado processo de liga. Embora o custo inicial seja alto, o aço normalmente é um melhor investimento a longo prazo.
Ferro fundido vs aço – Ficha técnica
| Propriedades | Fogão de ferro fundido | Faixa de aço | Comentários |
|---|---|---|---|
| Módulo de Elasticidade | 100 - 140 GPa | 190 - 210 GPa | Esta gama consiste em tipos de ferro fundido dúctil, compacto, maleável e cinzento e tipos de aço para ferramentas, liga, carbono e aço inoxidável. |
| Dureza Brinell | 160 – 320 HB | 120 – 600 HB | Estes são comuns para ferros fundidos dúcteis e cinzentos, enquanto o aço apresenta uma faixa de dureza mais ampla |
| Resistência à Tração – Escoamento | 100 - 200 MPa | 250 - 1000 MPa | Os tipos de aço, de macio a inoxidável, apresentam uma faixa de resistência ao escoamento superior |
| Resistência à Tração – Máxima | 150 - 400 MPa | 400 - 2000 MPa | Inclui faixas de ferro cinzento a ferro dúctil (mais alto) e aço de baixo carbono a aço de liga |
| Alongamento na ruptura | 0.3 -% 0.8 | 10 -% 25 | Diferentes tipos de aço austenítico, duplex e alto carbono demonstram ductilidade muito maior |
| Densidade | 7.1 - 7.3 g/cc | 7.75 - 8.05 g/cc | Os ferros fundidos cinzentos e dúcteis têm densidade menor do que a maioria dos aços |
| Condutividade Térmica | 36 – 46 W/m·K | 45 – 60 W/m·K | Seus valores variam com o teor de grafite no ferro fundido |
| Ponto de Fusão | 1150 - 1250 ° C | 1450 - 1520 ° C | Todos os ferros fundidos têm uma faixa semelhante, mas o aço tem uma faixa diferente para aço ferramenta (mais alto) e aço carbono (mais baixo) |
Prós e contras do ferro fundido vs aço
Cada material tem seus pontos fortes e fracos. Aqui estão algumas vantagens e desvantagens importantes de cada um.
Vantagens do ferro fundido
- A estrutura de grafite permite o corte uniforme dos cavacos e diminui o desgaste da ferramenta durante as operações de usinagem.
- Os flocos de grafite do ferro fundido que servem como lubrificante minimizam o atrito e o desgaste e, portanto, os componentes, que normalmente estão sob estresse, duram mais e são mais duráveis.
- Os flocos de grafite no ferro fundido são responsáveis por absorver ou amortecer as vibrações, o que pode ser usado para aumentar a produtividade em circunstâncias mecânicas.
- Devido à sua excelente fluidez e baixa contração, o ferro fundido pode ser moldado em formas complicadas e até mesmo superficiais com alta precisão dimensional.
Desvantagens do ferro fundido
- O ferro fundido é propenso a enferrujar se entrar em contato com umidade, o que exige que o material seja constantemente coberto com revestimentos protetores para aumentar sua vida útil.
- O material é muito denso para aplicações leves, o que aumenta os custos de manuseio e diminui a proficiência.
Vantagens do aço
- O aço mantém a integridade estrutural em condições agressivas por meio de ligações moleculares impressionantes e estrutura cristalina, o que o torna resistente à deformação e à fadiga.
- A maior vantagem do aço é a alta resistência que lhe permite permanecer durável em aplicações com alta capacidade de carga e carga mecânica.
- A produção de aço é um processo com menos desperdício e também ajuda a recuperar metal por meio do processo de separação magnética.
- O aço é inerentemente resistente à corrosão e ao desgaste, o que diminui a necessidade de reparos, reduzindo assim o tempo de inatividade e as despesas de manutenção.
Desvantagens do aço
- A produção de aço produz alto ruído (110-115 dB) e necessita de proteção auditiva em ambiente industrial.
- O estresse cíclico contínuo pode causar falha por fadiga em componentes de aço que são carregados e descarregados ao longo do tempo.
Ferro fundido ou aço: qual material você deve escolher?
A decisão de selecionar entre ferro fundido e aço está nas demandas específicas da aplicação. Caso você esteja procurando um material que suporte cargas pesadas, resista à tensão e tenha excelente resistência à tração, então o aço é o melhor. É a escolha perfeita para usos estruturais e peças de máquinas que se fatigam devido ao estresse frequente. No entanto, se sua tarefa envolve usinagem conveniente junto com a arte de formar contornos complicados com alta precisão, o ferro fundido é a melhor escolha.
Conclusão
Os requisitos para ferro fundido e aço são diferentes em engenharia porque suas características não são as mesmas. O ferro fundido é mais adequado para compressão e gerenciamento térmico e também é mais barato. Enquanto o aço é melhor para aplicações de alto estresse devido à sua alta resistência à tração e ao impacto. Em última análise, depende das necessidades da sua aplicação.
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Perguntas Frequentes
O ferro fundido é mais forte que o aço?
O ferro fundido tem maior resistência à compressão, enquanto o aço tem mais resistência à tração e resistência ao impacto. Qual deles é forte normalmente depende da aplicação.
Como identificar ferro fundido e aço fundido?
A comparação entre ferro fundido e aço é possível por meio de 3 testes de faísca (o ferro produz faíscas vermelhas/alaranjadas, enquanto o aço produz faíscas amarelas), teste de lima (o ferro produz pó cinza e o aço, lascas prateadas) e teste de perfuração.
Qual é melhor para aplicações estruturais?
Aço é melhor. Sua maior resistência ao impacto, ductilidade e força são o motivo pelo qual ele é mais usado para estruturas de alta carga, como pontes.
O ferro fundido precisa de tempero?
Sim, o tempero é necessário para ferro fundido. Ele cria um revestimento de óleo em alta temperatura que produz uma superfície antiaderente que melhora o cozimento e impede a ferrugem.
O ferro fundido é mais pesado que o aço?
Sim, o ferro fundido tem densidade maior (7.2 g/cm³) do que o aço (7.85 g/cm³). Então ele é mais pesado e, portanto, melhor para casos de uso que exigem estabilidade.
