Diferença de natureza 1. Ferro-gusa O ferro-gusa é um produto intermédio primário da indústria siderúrgica, contendo normalmente um elevado teor de carbono, que varia entre 2% e 6,69% em peso. Este elevado teor de carbono distingue-o do aço, que contém geralmente menos de 2% de carbono. Embora muitas vezes referido coloquialmente como ferro fundido, o ferro-gusa [...]
O ferro-gusa é um produto intermédio primário na indústria do ferro e do aço, contendo normalmente um elevado teor de carbono, que varia entre 2% e 6,69% em peso. Este elevado teor de carbono distingue-o do aço, que geralmente contém menos de 2% de carbono.
Embora muitas vezes referido coloquialmente como ferro fundido, o ferro-gusa é, de facto, a matéria-prima a partir da qual o ferro fundido é fabricado. O termo "ferro-gusa" tem origem no método de fundição tradicional, em que o ferro fundido era vertido em moldes dispostos em leitos de areia, semelhantes a leitões.
Para além do carbono, o ferro gusa contém vários outros elementos que influenciam as suas propriedades:
Devido ao seu elevado teor de carbono e à presença destes elementos de liga, o ferro gusa apresenta caraterísticas distintas:
Embora o ferro-gusa possa ser facilmente fundido em várias formas, não pode ser forjado ou laminado no seu estado fundido devido à sua fragilidade. Esta limitação distingue-o dos materiais ferrosos mais dúcteis, como o ferro forjado ou os aços de baixo teor de carbono.
O ferro-gusa é uma matéria-prima crucial para os processos de fabrico de aço, onde é refinado para reduzir o teor de carbono e ajustar a composição para produzir vários tipos de aço. Também é utilizado diretamente na produção de produtos de ferro fundido para aplicações que requerem elevada resistência à compressão, resistência ao desgaste e amortecimento de vibrações.
O ferro forjado, historicamente conhecido como ferro relativamente puro, é uma liga ferrosa com baixo teor de carbono refinada a partir de ferro-gusa, contendo normalmente menos de 0,08% de carbono em peso. A sua caraterística definidora é a presença de inclusões de escória, que lhe conferem uma estrutura fibrosa e propriedades únicas.
A produção de ferro forjado envolve um processo em duas fases:
As principais caraterísticas do ferro forjado incluem:
As propriedades do ferro forjado tornam-no adequado para aplicações específicas:
No entanto, a produção de ferro forjado é trabalhosa e dispendiosa em comparação com os processos modernos de produção de aço, o que leva à sua utilização limitada no fabrico contemporâneo.
A distinção entre o ferro-gusa, o ferro forjado e o aço reside principalmente no seu teor de carbono e nos métodos de produção:
Os produtos modernos de "ferro forjado" são frequentemente fabricados em aço macio para imitar o aspeto do ferro forjado tradicional, uma vez que o verdadeiro ferro forjado raramente é produzido comercialmente hoje em dia.
O ferro forjado, muitas vezes referido como ferro comercialmente puro, apresenta propriedades distintas que o distinguem de outros materiais ferrosos. Caracterizado pelo seu baixo teor de carbono (normalmente inferior a 0,08%), o ferro forjado possui uma microestrutura fibrosa que contribui para a sua combinação única de atributos.
Uma das caraterísticas mais notáveis do ferro forjado é a sua excecional maleabilidade e ductilidade. Estas propriedades resultam da sua elevada plasticidade, permitindo que o material sofra deformações significativas sem fraturar. Esta caraterística torna o ferro forjado particularmente adequado para aplicações que requerem processos de modelação ou trefilagem complexos.
No entanto, os mesmos factores que contribuem para a sua formabilidade também resultam numa resistência e dureza relativamente baixas em comparação com as ligas de aço. A dureza Brinell do ferro forjado varia tipicamente entre 100 e 140 HB, enquanto a sua resistência à tração se situa geralmente entre 240 e 350 MPa. Estas propriedades mecânicas limitam a sua utilização em aplicações estruturais de alta tensão, mas tornam-no ideal para operações de forjamento e soldadura.
Do ponto de vista metalúrgico, a elevada pureza e o baixo teor de carbono do ferro forjado contribuem para a sua excelente resistência à corrosão, especialmente quando comparado com os aços macios. Esta propriedade, combinada com o seu apelo estético único quando envelhecido, tornou-o historicamente um material preferido para ferragens arquitectónicas e aplicações marítimas.
Na indústria moderna, o ferro puro encontra aplicações especializadas principalmente em componentes eléctricos e magnéticos. A sua elevada permeabilidade magnética (normalmente entre 200 e 5000 μ) torna-o uma excelente escolha para núcleos de transformadores, electroímanes e outros dispositivos electromagnéticos onde a condução eficiente do fluxo magnético é crucial.
Além disso, o ferro de elevada pureza é uma matéria-prima essencial para a produção de aços de liga de elevada qualidade, especialmente os que exigem um controlo preciso dos oligoelementos. Na investigação e desenvolvimento, é frequentemente utilizado como material de base para estudar os efeitos dos elementos de liga em sistemas à base de ferro.
Embora a sua utilização como material estrutural primário tenha sido largamente ultrapassada por vários tipos de aço, o ferro forjado continua a desempenhar um papel de nicho em projectos de restauro histórico, na metalurgia artesanal e em aplicações industriais específicas em que as suas propriedades únicas são vantajosas.
O ferro-gusa caracteriza-se pelo seu elevado teor de carbono, que varia tipicamente entre 3,5% e 4,5%. Esta composição confere uma dureza e uma resistência ao desgaste significativas, juntamente com uma excelente capacidade de fundição. No entanto, estas propriedades são obtidas à custa de fragilidade e plasticidade negligenciável, tornando o ferro-gusa inadequado para processos de forjamento.
A classificação do ferro-gusa baseia-se essencialmente na morfologia do carbono presente na sua microestrutura, o que conduz a três tipos distintos:
(1) Ferro-gusa para a produção de aço (ferro branco):
Nesta variante, o carbono existe predominantemente como carboneto de ferro (Fe3C), resultando num aspeto branco nas superfícies fracturadas. A presença de carbonetos contribui para uma dureza e fragilidade extremas. O ferro gusa siderúrgico é a principal matéria-prima na produção de aço, particularmente em fornos básicos de oxigénio e fornos eléctricos de arco.
(2) Ferro-gusa fundido (ferro cinzento):
O ferro fundido contém carbono sob a forma de flocos de grafite, dando à sua superfície de fratura um aspeto cinzento caraterístico. Os flocos de grafite actuam como lubrificantes naturais, melhorando a maquinabilidade, a resistência ao desgaste e a capacidade de fundição. No entanto, estes flocos também criam descontinuidades na matriz de ferro, levando à redução da resistência à tração e da ductilidade. Embora não seja adequado para forjar ou laminar, o ferro cinzento destaca-se em aplicações que requerem amortecimento de vibrações e condutividade térmica, tais como bases de máquinas-ferramentas, blocos de motores e sistemas de tubagens.
(3) Ferro fundido nodular (ferro fundido dúctil):
No ferro fundido nodular, o carbono manifesta-se sob a forma de nódulos de grafite esferoidal. Esta microestrutura única combina a capacidade de fundição do ferro cinzento com propriedades mecânicas próximas das do aço. O ferro fundido nodular apresenta uma resistência à tração, ductilidade e resistência ao impacto superiores às do ferro cinzento, mantendo ao mesmo tempo uma excelente resistência ao desgaste e maquinabilidade. Estes atributos tornam-no ideal para peças fundidas de alto desempenho em aplicações críticas, incluindo cambotas, engrenagens, pistões e vários componentes de suporte de carga em maquinaria automóvel e industrial.
(4) Ligas de ferro-gusa:
Uma categoria especializada de ferro-gusa, o ferro-gusa ligado é produzido intencionalmente com níveis elevados de elementos de liga específicos, como o silício, o manganês, o níquel ou o crómio. Exemplos comuns incluem o ferrosilício (FeSi) e o ferromanganês (FeMn). Estes ferros-gusa de liga servem como aditivos essenciais na produção de aço, permitindo um controlo preciso da composição final do aço. A introdução de ligas de ferro-gusa durante a produção de aço facilita a obtenção das propriedades mecânicas desejadas, da resistência à corrosão ou de caraterísticas metalúrgicas específicas no produto de aço acabado.