Ferro nodular ou ferro cinzento: como escolher o grau da peça fundida

Por que o ferro cinzento amortece e o nodular não, o que os graus EN-GJL e EN-GJS realmente garantem e qual deles deve ficar debaixo de uma base de máquina.

Quando uma base de máquina vai ser fundida, a pergunta seguinte é qual ferro fundido. A resposta honesta é que o ferro cinzento é o padrão por um motivo que a maioria das pessoas sabe explicar vagamente e poucas sabem explicar com precisão.

A diferença está na forma da grafita

Os dois são ferro com alguns por cento de carbono, e nos dois o carbono sai da solução como grafita em vez de permanecer combinado. O que muda é a forma que ela assume.

No ferro cinzento, a grafita forma lamelas. Essas lamelas são, na prática, trincas internas: elas interrompem a matriz metálica, e é por isso que o material é comparativamente fraco em tração e que uma peça de ferro cinzento quebra com uma superfície de fratura cinzenta e granulada, em vez de se dobrar.

No ferro nodular, um tratamento com magnésio faz a grafita formar esferas. As esferas interrompem muito menos a matriz, então o material conserva boa parte da tenacidade do aço e escoa e se alonga antes de romper.

Todo o resto decorre dessa única diferença.

Por que o material mais fraco costuma ser o correto

As mesmas lamelas que arruínam a resistência à tração representam uma enorme área de interface interna, e é na área de interface que a vibração se transforma em calor. O ferro cinzento amortece, e amortece porque está cheio de descontinuidades planas de grafita. O ferro nodular, que trocou essas lamelas por tenacidade, amortece visivelmente menos.

Debaixo de uma base de máquina, raramente se precisa de resistência à tração. A estrutura trabalha principalmente em compressão e flexão, com tensões moderadas. O que você precisa é que a máquina pare de ressoar. Por isso, o material que os engenheiros descrevem como fraco e frágil é o que deve estar ali, e o grau mais tenaz é a solução de compromisso.

É também por isso que trocar um pelo outro é uma mudança de engenharia real. Uma máquina que estava no limite em trepidação com ferro cinzento pode ficar inaceitável com ferro nodular.

Como ler as designações dos graus

Prática europeia conforme a EN 1561 e a EN 1563:

• EN-GJL-xxx é ferro cinzento com grafita Lamelar. EN-GJL-200, 250, 300.
• EN-GJS-xxx-y é ferro nodular com grafita eSferoidal. EN-GJS-400-15, 500-7, 600-3.

O número é a resistência mínima à tração em MPa. No ferro nodular, o segundo número é o alongamento mínimo em porcentagem, que é justamente o objetivo do grau. As antigas designações alemãs, GG25 para EN-GJL-250 e GGG40 para EN-GJS-400-15, ainda são usadas no dia a dia e você vai encontrá-las em desenhos.

Em linhas gerais, EN-GJL-250 / GG25 é o grau de uso geral para bases de máquina: uma matriz perlítica com grafita lamelar fina, que oferece resistência e dureza utilizáveis e mantém o amortecimento e a excelente usinabilidade de que uma base precisa.

A armadilha: a resistência depende da seção

Aqui está o que pega as pessoas desprevenidas em uma peça fundida pesada.

O número do grau é medido em um corpo de prova fundido separadamente, com um tamanho definido, conforme a EN 1561. A sua base de máquina não é um corpo de prova. Uma seção grossa resfria devagar, torna a grafita mais grosseira e produz resistência e dureza menores do que o corpo de prova sugere.

Em uma base com paredes de 60 mm, a resistência na parede ficará significativamente abaixo do mínimo do grau. Isso é normal, esperado e previsto na norma, e não é um defeito. Mas significa que:

• Você deve especificar o grau e a espessura da seção determinante.
• Você deve combinar de onde vem qualquer material de ensaio: um corpo de prova fundido separadamente, um apêndice fundido junto com a peça ou uma amostra retirada da própria peça. Eles dão números diferentes, e a diferença não é pequena.
• Se uma faixa de dureza importa para a usinagem ou para uma face de desgaste, especifique-a separadamente e diga onde ela é medida.

Pule esta etapa e você terá uma discussão na inspeção em que as duas partes estão lendo a mesma norma corretamente.

Onde o ferro nodular é o lugar certo

Nem toda parte de uma máquina é um barramento. O ferro nodular é o certo quando:

• A peça sofre impacto ou choque, ou uma carga de tração cíclica.
• Uma falha seria perigosa e você quer escoamento em vez de uma ruptura frágil.
• A seção é fina e muito solicitada.
• É um suporte, braço, alavanca, carcaça ou pedestal, e não uma estrutura de amortecimento.

Prensas, britadores e qualquer equipamento com inversão brusca de carga usam ferro nodular com frequência exatamente por esses motivos.

O que colocar no desenho da peça fundida

• Grau conforme a EN 1561 ou a EN 1563, com a designação antiga equivalente se a sua fábrica a usa.
• Espessura da seção determinante.
• De onde o material de ensaio é retirado e quais propriedades são critério de aprovação ou reprovação.
• Faixa de dureza e local de medição, se isso importar.
• Ensaios não destrutivos exigidos e a classe de aceitação.
• Se a peça fundida pode ser reparada, e por qual método.
• Envelhecimento ou alívio de tensões antes da usinagem, e se você quer o gráfico.

Este último item não é opcional em uma base de precisão. Uma peça fundida resfria de forma desigual no molde e carrega tensões residuais; o desbaste as libera e a peça se move. Leia defeitos de fundição e o que rejeitar e o guia de alívio de tensões e planicidade junto com este.

Perguntas frequentes

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