A composição química do aço difere do ferro fundido. Qual é a diferença visual entre ferro fundido e aço?

Os produtos de ferro e aço são amplamente utilizados em muitas indústrias economia nacional, e o metal ferroso está sempre em demanda na construção e na engenharia mecânica. A metalurgia vem se desenvolvendo com sucesso há muito tempo, graças ao seu alto potencial técnico. Os produtos de ferro fundido e aço são mais frequentemente utilizados na produção e na vida cotidiana.

O ferro fundido e o aço pertencem ao grupo dos metais ferrosos; esses materiais são ligas de ferro e carbono que são únicas em suas propriedades. Quais as diferenças entre o aço e o ferro fundido, suas principais propriedades e características?

Aço e suas principais características

O aço representa liga deformada de ferro e carbono, que é sempre até um máximo de 2%, bem como outros elementos. O carbono é um componente importante porque confere resistência às ligas de ferro, bem como dureza, reduzindo assim a maciez e a ductilidade. Elementos de liga são frequentemente adicionados à liga, o que resulta em aço ligado e de alta liga, quando a composição contém pelo menos 45% de ferro e não mais que 2% de carbono, sendo os 53% restantes aditivos.

O aço é o material mais importante em muitas indústrias é utilizado na construção e à medida que cresce o nível técnico e econômico do país, cresce também a escala de produção de aço. Antigamente, os artesãos usavam a fusão em cadinho para produzir aço fundido, e esse processo era de baixa produtividade e trabalhoso, mas o aço era de alta qualidade.

Com o passar do tempo os processos de produção do aço mudaram o processo do cadinho foi substituído pelo Bessemer e método de lareira aberta obtenção de aço, o que permitiu estabelecer a produção em massa de aço fundido. Em seguida, começaram a fundir o aço em fornos elétricos, após o que foi introduzido o processo de conversão de oxigênio, que possibilitou a obtenção de um metal especialmente puro. Dependendo do número e dos tipos de componentes de conexão, o aço pode ser:

Baixa liga
Liga média
Alta liga

Dependendo do teor de carbono acontece:

Baixo carbono
Carbono médio
Alto carbono.

A composição do metal geralmente inclui compostos não metálicos - óxidos, fosfetos, sulfetos, seu conteúdo difere dependendo da qualidade do aço;

A densidade do aço é 7700-7900 kg/m3, e as características gerais do aço consistem em indicadores como resistência, dureza, resistência ao desgaste e adequação para diversos tipos de processamento. Comparado ao ferro fundido, o aço apresenta maior ductilidade, resistência e dureza. Devido à sua ductilidade, é fácil de processar, o aço possui maior condutividade térmica e sua qualidade é melhorada pelo endurecimento.

Elementos como níquel, cromo e molibdênio são componentes de liga, cada um dos quais confere ao aço características próprias. Graças ao cromo, o aço fica mais forte e mais duro e sua resistência ao desgaste aumenta. O níquel também confere resistência, bem como tenacidade e dureza, e aumenta suas propriedades anticorrosivas e temperabilidade. O silício reduz a viscosidade e o manganês melhora a soldabilidade e as propriedades de endurecimento.

Todos espécies existentes aço tem temperatura de fusão de 1450 a 1520 o C e são ligas metálicas fortes, resistentes ao desgaste e à deformação.

Ferro fundido e suas principais características

A base para a produção do ferro fundido também é o ferro e o carbono, mas, ao contrário do aço, contém mais carbono, além de outras impurezas na forma de metais de liga. É frágil e quebra sem deformação visível. O carbono aqui atua como grafite ou cementita e devido ao conteúdo de outros elementos O ferro fundido é dividido nos seguintes tipos:

O ponto de fusão do ferro fundido depende do teor de carbono nele contido, quanto mais houver na liga, menor será a temperatura e também aumentará sua fluidez quando aquecido; Isso torna o metal não plástico, fluido e também quebradiço e difícil de processar. Seu ponto de fusão é de 1160 a 1250 o C.

Muitas pessoas conhecem um material como o ferro fundido e suas características de resistência. Hoje vamos aprofundar esse conhecimento e descobrir o que é o ferro fundido, em que consiste, de que tipos é e como é produzido.

Composto

O que é ferro fundido? É uma liga de ferro, carbono e impurezas diversas, graças à qual adquire propriedades necessárias. O material deve conter pelo menos 2,14% de carbono. Caso contrário, será aço e não ferro fundido. É graças ao carbono que o ferro fundido aumentou a dureza. Ao mesmo tempo, este elemento reduz a ductilidade e maleabilidade do material, tornando-o quebradiço.

Além do carbono, o ferro fundido inclui necessariamente: manganês, silício, fósforo e enxofre. Algumas marcas também contêm aditivos adicionais para conferir propriedades específicas ao material. Os elementos de liga comumente usados incluem cromo, vanádio, níquel e alumínio.

O material tem uma densidade de 7,2 g/cm3. Para metais e suas ligas, este é um valor bastante elevado. O ferro fundido é adequado para a produção de todos os tipos de produtos por fundição. Neste aspecto, é superior a todas as ligas de ferro, exceto alguns tipos de aço.

O ponto de fusão do ferro fundido é 1200 graus. Para o aço, esse número é 250-300 graus maior. A razão para isto reside no aumento do teor de carbono no ferro fundido, o que causa ligações menos estreitas entre os átomos de ferro. Durante a fundição do ferro fundido e sua subsequente cristalização, o carbono não tem tempo de penetrar totalmente na estrutura do ferro. Portanto, o material acaba sendo quebradiço. A estrutura do ferro fundido não permite sua utilização para a produção de produtos que estão constantemente sujeitos a cargas dinâmicas. Mas o ferro fundido é ideal para peças que devem ter maior resistência.

Recibo

A produção de ferro fundido é um processo muito caro e que exige muitos materiais. Para obter uma tonelada de liga são necessários 550 kg de coque e 900 litros de água. Quanto ao minério, sua quantidade depende do teor de ferro nele contido. Via de regra, utiliza-se minério com fração mássica de ferro de pelo menos 70%. O processamento de minérios menos ricos não é economicamente viável.

Antes de ser derretido, o material é enriquecido. A produção de ferro gusa em 98% dos casos ocorre em altos-fornos.

O processo tecnológico inclui várias etapas. Primeiro, o minério é carregado no alto-forno, que inclui minério de ferro magnético (um composto de óxido de ferro di e trivalente). Minérios que contenham óxido hidratado de ferro ou seus sais também podem ser utilizados. Além das matérias-primas, são colocados no forno carvões de coque, necessários para criar e manter altas temperaturas. Os produtos da combustão do carvão, como redutores de ferro, também participam de reações químicas.

Além disso, o fluxo é fornecido ao forno, que desempenha o papel de catalisador. Acelera o processo de fusão de rochas e liberação de ferro. É importante ressaltar que antes de entrar no forno, o minério deve passar por um processamento especial. Como as peças pequenas derretem melhor, elas são pré-trituradas em uma britadeira. O minério é então lavado para remover impurezas não metálicas. Em seguida, as matérias-primas são secas e queimadas em fornos. Graças à queima, o enxofre e outros elementos estranhos são removidos dele.

Após o forno estar totalmente carregado, inicia-se a segunda etapa de produção. Quando os queimadores são acionados, o coque aquece gradativamente a matéria-prima. Isso libera carbono, que reage com o oxigênio para formar um óxido. Este último participa ativamente na redução do ferro dos compostos do minério. Quanto mais gás se acumula no forno, mais lenta é a reação. Quando proporção necessária alcançado, a reação para completamente. Os gases em excesso servem posteriormente como combustível para manter a temperatura necessária no forno. Este método possui vários forças. Em primeiro lugar, permite reduzir os custos de combustível, o que o torna mais barato processo de manufatura. E, em segundo lugar, os produtos da combustão não entram na atmosfera, poluindo-a, mas continuam a participar na produção.

O excesso de carbono é misturado ao fundido e absorvido pelo ferro. É assim que o ferro fundido é feito. As impurezas que não derreteram flutuam na superfície da mistura e são removidas. Eles são chamados de escória. A escória é utilizada na produção de determinados materiais. Quando todas as partículas em excesso são removidas do fundido, são adicionados aditivos especiais.

Variedades

Já descobrimos o que é o ferro fundido e como ele é obtido, agora vamos entender a classificação desse material. O ferro fundido para tubos e fundição é produzido usando o método descrito acima.

O ferro-gusa é usado na produção de aço por meio da rota do conversor de oxigênio. Este tipo é caracterizado por baixo teor de silício e manganês na liga. O ferro fundido de fundição é utilizado na produção de todos os tipos de produtos. Está dividido em cinco tipos, cada um dos quais será considerado separadamente.

Branco

Esta liga é caracterizada pelo teor de excesso de carbono na forma de carboneto ou cementita. O nome desta espécie foi dado por cor branca no local da fratura. O teor de carbono nesse ferro fundido geralmente excede 3%. O ferro fundido branco é altamente quebradiço e quebradiço, portanto seu uso é limitado. Este tipo é utilizado para a produção de peças de configuração simples que desempenham funções estáticas e não suportam cargas pesadas.

Ao adicionar aditivos de liga ao ferro fundido branco, é possível aumentar especificações técnicas material. Para este propósito, o cromo ou o níquel são mais frequentemente usados, menos frequentemente o vanádio ou o alumínio. Uma marca com esse tipo de aditivos é chamada de “sormite”. É usado em vários dispositivos como um elemento de aquecimento. “Sormite” tem alta resistividade e funciona bem em temperaturas não superiores a 900 graus. O uso mais comum do ferro fundido branco é na produção de banheiras domésticas.

Cinza

Este é o tipo mais comum de ferro fundido. Encontrou aplicação em diversas áreas da economia nacional. No ferro fundido cinzento, o carbono está presente na forma de perlita, grafite ou ferrita-perlita. Numa tal liga o teor de carbono é de cerca de 2,5%. Assim como o ferro fundido, esse material possui alta resistência, por isso é utilizado na produção de peças que recebem cargas cíclicas. O ferro fundido cinzento é usado na fabricação de buchas, suportes, engrenagens e carcaças para equipamentos industriais.

Graças ao grafite, o ferro fundido cinzento reduz o atrito e melhora o efeito dos lubrificantes. Portanto, peças fabricadas em ferro fundido cinzento apresentam alta resistência a esta espécie vestir. Quando usado em especial ambientes agressivos Aditivos adicionais são introduzidos no material para nivelar impacto negativo. Estes incluem: molibdênio, níquel, cromo, boro, cobre e antimônio. Esses elementos protegem o ferro fundido cinzento da corrosão. Além disso, alguns deles aumentam a grafitização do carbono livre na liga. Graças a isso, é criado barreira protetora, evitando que elementos destrutivos entrem na superfície do ferro fundido.

Sem entusiasmo

Um material intermediário entre as duas primeiras variedades é o ferro semifundido. O carbono que contém apresenta-se na forma de grafite e carboneto em proporções aproximadamente iguais. Além disso, tal liga pode conter pequenas quantidades de lideburita (não mais que 3%) e cementita (não mais que 1%). O teor total de carbono do meio ferro fundido varia de 3,5 a 4,2%. Esta variedade utilizado para a produção de peças que operam sob condições de atrito constante. Isso inclui pastilhas de freio de automóveis, bem como rolos para retificadoras. Para aumentar ainda mais a resistência ao desgaste, todos os tipos de aditivos são adicionados à liga.

Maleável

Esta liga é um tipo de ferro fundido branco, que é submetido a uma queima especial para grafitizar o carbono livre. Comparado ao aço, esse ferro fundido melhorou as propriedades de amortecimento. Além disso, não é tão sensível a cortes e funciona bem em condições Baixas temperaturas. Nesse ferro fundido, a fração mássica de carbono não passa de 3,5%. Na liga apresenta-se na forma de ferrita, perlita granular contendo inclusões de grafite ou ferrita-perlita. O ferro fundido maleável, assim como o meio ferro fundido, é utilizado principalmente na produção de peças que operam sob condições de atrito contínuo. Para aumentar características de desempenho Magnésio, telúrio e boro são adicionados à liga.

Força elevada

Este tipo de ferro fundido é obtido devido à formação de inclusões esféricas de grafite na rede metálica. Por causa disso, a base metálica da estrutura cristalina enfraquece e a liga ganha melhor propriedades mecânicas. A formação da grafite esférica ocorre devido à introdução de magnésio, ítrio, cálcio e cério no material. O ferro fundido de alta resistência tem parâmetros semelhantes aos do aço de alto carbono. Ele se presta bem à fundição e pode substituir completamente as peças de aço dos mecanismos. Devido à sua alta condutividade térmica, este material pode ser utilizado na fabricação de tubulações e dispositivos de aquecimento.

Desafios da indústria

Hoje, a fundição de ferro fundido tem perspectivas duvidosas. A questão é que devido alto nível custos e grande quantidade desperdício, os industriais estão abandonando cada vez mais o ferro fundido em favor de substitutos baratos. Graças a desenvolvimento rápido ciência, há muito tempo é possível obter mais materiais de qualidade a custos mais baixos. A defesa desempenha um papel importante nesta questão. ambiente, que não aceita a utilização de altos-fornos. Para transferir completamente a fundição de ferro para fornos elétricos, leva anos, senão décadas. Por que tão demorado? Porque é muito caro e nem todos os estados podem pagar. Portanto, resta esperar até que a produção em massa de novas ligas seja estabelecida. É claro que não será possível interromper completamente o uso industrial do ferro fundido num futuro próximo. Mas é óbvio que a escala da sua produção diminuirá a cada ano. Essa tendência começou há 5 a 7 anos.

Conclusão

Tendo lidado com a questão: “O que é ferro fundido?”, podemos tirar várias conclusões. Primeiro, o ferro fundido é uma liga de ferro, carbono e aditivos. Em segundo lugar, tem seis tipos. Em terceiro lugar, o ferro fundido é muito útil e materiais universais, É por isso por muito tempo sua produção cara valeu a pena. Em quarto lugar, hoje o ferro fundido já é considerado uma relíquia do passado e está sistematicamente a perder a sua posição em favor de materiais mais fiáveis e mais baratos.

O ferro fundido é uma liga de ferro e carbono. A porcentagem de ferro contida é superior a 90%. A quantidade de carbono varia de 2,14-6,67%. Graças a este elemento, o material apresenta alta dureza, mas torna-se quebradiço. Isso acarreta uma deterioração na ductilidade e ductilidade. Em alguns tipos, elementos de liga são adicionados para melhorar as características: alumínio, cromo, vanádio, níquel.

Características dos tipos de metal carbono

O diagrama ferro-carbono mostra do que é feito o ferro fundido. Além do ferro, o carbono está presente na forma de grafite e cementita.

A composição da liga de ferro fundido possui variedades:

Propriedades individuais do metal

O material é caracterizado por certas características. Esses incluem:

Dependendo da presença de impurezas, surge uma diferença nas propriedades do material.

Esses elementos incluem enxofre, fósforo, silício, manganês:

O enxofre reduz a fluidez do metal.
O fósforo reduz a resistência, mas possibilita a fabricação de produtos de formatos complexos.
O silício aumenta a fluidez do material, diminuindo seu ponto de fusão.
O manganês dá força, mas reduz a fluidez.

Diferenças entre ferro fundido e aço

Para entender a diferença entre aço e ferro fundido, é preciso considerar suas características. Característica distintiva ferro fundido é a quantidade de carbono. Seu conteúdo mínimo é de 2,14%. Este é o principal indicador pelo qual este material pode ser distinguido do aço.

Somente a análise química pode determinar a porcentagem de impurezas. Se compararmos o ponto de fusão do ferro fundido e do aço, então para o ferro fundido ele é menor e chega a 1150-1250 graus. Para aço - por volta de 1500.

Para distinguir o material, você precisa fazer o seguinte:

O produto é mergulhado na água e o volume de água deslocada é determinado. O ferro fundido tem uma densidade mais baixa. É 7,2 g/cm3. Para aço - 7,7-7,9 g/cm3.
Um ímã é aplicado na superfície, o que atrai melhor o aço.
Os chips são esfregados com um moedor ou lima. Em seguida, é recolhido em papel e limpo. O aço não deixará marcas.

Prós e contras do material

Como qualquer material, o ferro fundido possui características positivas e lado mais negativo. PARA qualidades positivas relacionar:

O ferro fundido é uma liga ferro com carbono, contendo carbono de 2,14 a 6,67%.

O ferro-gusa é obtido a partir do minério de ferro por meio de combustível e fundentes.

O aço é uma liga ferro com carbono, contendo carbono até 2,1%.

Assim como o ferro fundido, o aço contém impurezas de silício, manganês, enxofre e fósforo.

A principal diferença entre aço e ferro fundido- isto é que o aço contém menos carbono e impurezas.

2. Quais fornos são usados para fundição de aço?

O ferro fundido é convertido em aço em unidades metalúrgicas de diversos princípios de funcionamento: fornos abertos, conversores de oxigênio, fornos elétricos.

Forno de lareira aberta (lareira aberta) - forno de fusão para processamento de ferro gusa e sucata em aço com a composição química e qualidade exigidas.

O forno de lareira aberta (Fig. 3) em design e princípio de operação é um forno regenerativo reverberatório de chama. Combustível gasoso ou óleo combustível é queimado no espaço de fundição. A alta temperatura para obtenção do aço fundido é proporcionada pela recuperação de calor dos gases do forno .

3. O que é aço? O que é ferro fundido?

Ferro fundido- um material de engenharia barato com boas propriedades de fundição. É matéria-prima para fundição de aço.

Aço-(do alemão Stahl) - uma liga (solução sólida) de ferro com carbono (e outros elementos), caracterizada por uma transformação eutetóide.

4. Cite as principais propriedades mecânicas dos metais.

Propriedades mecânicas pode mudar com o tempo. Muitos materiais (plásticos monocristalinos, orientados e reforçados, fibras) são caracterizados por uma acentuada anisotropia de propriedades mecânicas. Embora as propriedades mecânicas dependam das forças de interação entre as partículas (íons, átomos, moléculas) que compõem a substância, sua comparação direta com as características estruturais é difícil devido aos defeitos cristalinos. estruturas e heterogeneidades inerentes às substâncias reais. Assim, os valores teóricos da resistência à tração, totalizando ~0,1 módulo de Young da substância, são 2-3 vezes maiores que os valores alcançados para fibras extremamente orientadas e monocristais e centenas de vezes maiores para materiais estruturais reais. .

Com base nas propriedades mecânicas, distinguem-se os seguintes tipos principais de materiais:

1) duro e frágil(ferros fundidos, fibras altamente orientadas, pedras, etc.), são caracterizados por módulos de Young > 10 GPa e baixos alongamentos na ruptura (até vários por cento);

2) duro e plástico(muitos plásticos, aços macios, alguns metais não ferrosos), são caracterizados por um módulo de Young > 2 GPa e grandes alongamentos na ruptura;

3) elastômeros(borrachas) - substâncias de baixo módulo (módulo de equilíbrio de alta elasticidade da ordem de 0,1-2 MPa), capazes de enormes deformações reversíveis (centenas de%);

4) meio viscoplástico, capazes de deformação ilimitada e mantendo a forma dada após a retirada da carga (argilas, graxas, misturas de concreto);

5) líquidos, sais fundidos. metais, polímeros, etc., capazes de deformação irreversível (fluxo) e assumir uma determinada forma. Vários casos intermediários de manifestação de propriedades mecânicas também são possíveis.

Desenvolvimento e criação industrial materiais sintéticos não pode diminuir as vantagens e benefícios materiais tradicionais. Isso inclui ferro fundido e aço. Estas são algumas das ligas familiares mais antigas da civilização humana.

A tecnologia de trabalho de reparo e design geralmente inclui tipos diferentes em processamento. Poderia ser:

mecânico
químico
térmico
eletrolítico
plasma e outros tipos de processamento.

Apesar do ferro fundido e o aço diferirem entre si por uma pequena diferença no teor de carbono, os métodos e métodos para influenciar os fatores nessas ligas diferem e exigem jeitos diferentes o mesmo método de influenciar a forma e estrutura do metal.

Fatores que afetam o processamento de aço e ferro fundido

Para não desperdiçar dinheiro e recursos, é muito importante saber identificar ferro fundido ou aço.

Selecionando um eletrodo de soldagem
ângulo de afiação da broca
modo de perfuração e fresagem

Esses não são todos os fatores que podem complicar a vida e o trabalho de quem determina incorretamente o tipo de metal. Reduzir a resistência mecânica e violar os intervalos de reparo garantidos é um mal muito maior que pode prejudicar a produção e o orçamento em caso de erro.

Definição visual

Como distinguir visualmente o ferro fundido do aço sem recorrer a métodos de testes destrutivos? Se houver dúvida sobre a soldagem de uma seção trinca de uma peça ou mesmo de uma peça que caiu, então é possível examinar a quebra ou estrutura da trinca. O metal em uma peça de ferro fundido sucateada provavelmente será cinza escuro com uma superfície fosca. Nas mesmas condições, a fratura do aço terá uma cor cinza claro, quase branca, com brilho brilhante.

A natureza das fissuras na superfície das ligas com alto teor de carbono é semelhante à das fissuras na cerâmica. As ligas com baixo teor de carbono são propensas à deformação plástica e por esta razão a fissura tem a forma de uma ruptura do material plástico;

Com base nos defeitos superficiais, é possível identificar apenas o ferro fundido, que foi vazado no molde em baixa temperatura, não foi processado posteriormente e não foi aplicada uma camada de tinta decorativa. Nesse produto são visíveis pequenos grãos hemisféricos, formados devido à não queda devido à baixa temperatura.

Não se esqueça do método visual correto para identificar o material. Os GOSTs soviéticos, modernos e estrangeiros exigem a presença de marcações de material em todos os produtos fundidos. Na fundição doméstica, os ícones MF, HF, KCH significam ferro fundido. L45, 45HL, 110G2S - indica a utilização de fundição de aço para este elemento.

Determinação mecânica por perfuração

O ferro fundido de alta resistência com grafite nodular é muito semelhante em qualidade e visualmente aos produtos siderúrgicos. Testar um produto rasgando-o com uma máquina de ensaio de tração não é totalmente justificado ou razoável. Para fazer isso, você pode selecionar uma área imperceptível e não funcional no produto e perfurá-la não em toda a profundidade com uma broca de diâmetro mínimo. A estrutura do ferro fundido é tal que os cavacos não conseguem formar uma loach torcida. As inclusões de grafite, mesmo que não sejam visíveis, desintegram os cavacos na fase de sua formação. Essas aparas se transformam em pó em suas mãos e deixam uma marca preta em suas mãos, como a grafite de um simples lápis.

Limalhas de aço podem formar botias mais longo a broca em si não desmorona em suas mãos. Em altas velocidades apresenta uma cor manchada na superfície.

Determinação mecânica por retificação

Você pode abordar a questão de determinar o material usando uma rebarbadora (rebarbadora). Como no método anterior, selecionamos uma seção que não seja um plano de atrito, almofada de contato ou outro elemento estrutural importante. Com a máquina ligada, entramos em contato com a superfície em estudo e monitoramos o formato e a cor das faíscas.

Em produtos de ferro fundido, esta será uma faísca curta com um tom avermelhado na roda dentada no final da pista.

EM produtos de metal o feixe de faíscas será relativamente maior, os rastros serão mais longos e as faíscas serão deslumbrantemente brancas ou amarelas.

Se houver incerteza e incerteza no método e na sua avaliação, você pode pegar um material conhecido, por exemplo, um caldeirão de ferro fundido no canto da garagem e verificar quais faíscas voam durante o processamento moedor. Ao mesmo tempo, não devemos esquecer que vários aços para fins especiais, especialmente os resistentes ao calor, produzem faíscas tamanho mínimo, com rastro curto e cor vermelho cereja.

EM este material Métodos exóticos para uso doméstico não são considerados:

análise espectral
análise microscópica
pesagem e determinação de volume.

Mas para as necessidades domésticas, os métodos acima são mais que suficientes. Independentemente do método e método de determinação do material, procure utilizar diagramas, desenhos e outras informações para sua unidade ou produto. Quantidade de informações em rede mundial de computadores sai de escala e é capaz de chegar ao canto mais remoto de uma oficina ou garagem.