Aço fundido vs ferro fundido: Principais diferenças, Propriedades & Aplicações

1. Introdução

Cast steel and cast iron are both ferrous metals produced through melting and casting processes.

Though they share a base element—iron—their properties, Aplicações, and performance characteristics differ significantly due to variations in carbon content and alloying elements.

Choosing between cast steel and cast iron is crucial for engineers, Fabricantes, and designers because it directly impacts the strength, MACHINABILIDADE, Resistência à corrosão, and overall lifecycle cost of a component.

This article explores the metallurgy, comportamento mecânico, Métodos de produção, and end-use suitability of cast steel and cast iron in depth.

2. O que é ferro fundido?

Ferro fundido é um grupo de ligas de ferro-carbono com um teor de carbono normalmente entre 2.0% e 4.0%, junto com níveis variados de silício (1.0–3,0%), manganês, enxofre, e fósforo.

Esse alto teor de carbono o diferencia do aço e fornece ao ferro fundido suas propriedades físicas e mecânicas distintas.

É um dos metais ferrosos mais antigos e amplamente utilizados em engenharia e fabricação, valorizado para o seu Excelente castabilidade, amortecimento da vibração, e força de compressão.

Contexto histórico

O uso de ferro fundido remonta ao século V aC na China, com adoção industrial generalizada a partir do século XV no século XV.

Revolucionou a construção, máquinas, e transporte, Chegando a tudo, desde pontes e tubos a motores e utensílios de cozinha.

Tipos -chave de ferro fundido

Características -chave do ferro fundido

• Alto teor de carbono: Aumenta a castabilidade e resistência ao desgaste, mas reduz a ductilidade.
• Excelente castabilidade: Baixo ponto de fusão (≈1150-1200 ° C.) e boa fluidez permite intrincada, grande, e formas complexas a serem lançadas facilmente.
• Boa capacidade de amortecimento: Particularmente em ferro cinza, que absorve bem a vibração, tornando -o ideal para bases de máquinas.
• Fragilidade: A maioria das formas, especialmente ferro fundido cinza e branco, fratura sob cargas de tração ou impacto.
• Condutividade térmica: Eficaz para distribuição de calor, tornando -o um bom material para peças do motor e utensílios de cozinha.
• Resistência à corrosão: Moderado sem revestimentos, embora melhorado com certos elementos de liga ou tratamentos de superfície.

3. O que é aço fundido?

Aço fundido é uma categoria de ligas de ferro-carbono com um teor de carbono normalmente variando de 0.1% para 0.5%, Produzido por fusão e fundição do aço fundido em moldes para formar formas específicas.

Ao contrário do ferro fundido, O aço fundido tem um menor teor de carbono, o que resulta em significativamente maior ductilidade, resistência, e soldabilidade.

É especialmente favorecido para aplicações envolvendo Cargas dinâmicas, Resistência ao impacto, e resistência ao desgaste.

Contexto histórico

Enquanto o aço forjado remonta à antiguidade, Aço fundido tornou-se amplamente disponível no século 19, após avanços em processos de criação de aço, como os métodos Bessemer e Open-Hearth..

Hoje, O aço fundido é um material vital na estrutura, automotivo, mineração, e aplicações contendo pressão devido à sua força e versatilidade.

Tipos -chave de aço fundido

Principais características do aço fundido

• Menor teor de carbono: Normalmente 0,1-0,5%, resultando em ductilidade superior e soldabilidade em comparação com o ferro fundido.
• Alta resistência & Resistência: Ofertas de aço fundido Excelentes propriedades mecânicas, incluindo alta resistência à tração e resistência ao carregamento de choques.
• Tratável térmico: Ao contrário do ferro fundido, O aço fundido pode ser tratado termicamente (extinto, temperado, normalizado) para melhorar a dureza, resistência, e resistência ao desgaste.
• Soldabilidade: Excelente para fabricação, reparar, e juntando - ideal para componentes que podem precisar de modificação ou manutenção.
• MACHINABILIDADE: Geralmente bom, embora varia com a composição da liga e o estado de tratamento térmico.
• Resistência à corrosão: Varia amplamente, dependendo dos elementos de liga. Notas inoxidáveis são altamente resistentes à corrosão.

4. Tabela de comparação: Aço fundido vs ferro fundido

5. Métodos de fundição comuns: Aço fundido vs ferro fundido

A seleção do método de fundição é fundamental para controle de custos, precisão dimensional, desempenho mecânico, e escala de produção.

Aço fundido e ferro fundido compartilham várias técnicas de fundição, Mas cada material apresenta desafios únicos devido a diferenças no ponto de fusão, comportamento de solidificação, e reatividade da liga.

Métodos de fundição para aço fundido

Fundição de areia de aço fundido

Fundição de areia é o método mais amplamente usado para produzir peças de aço fundido, especialmente para componentes médios a grandes.

Um padrão (madeira, metal, ou resina) é usado para moldar uma cavidade na areia - verde (ligado a argila) ou quimicamente ligado.

Porque o aço fundido requer altas temperaturas de vazamento (1,450–1.600 ° C.), Materiais de mofo e sistemas de bloqueio devem ser projetados para lidar com choque térmico, erosão, e encolhimento.

Peças comuns: Caixas de câmbio, corpos da válvula, Suportes estruturais.

Fundição de investimento em aço fundido (Cera perdida)

Fundição de investimento se destaca em produzir formas intrincadas com paredes finas e tolerâncias apertadas. Um padrão de cera é revestido em pasta de cerâmica, formando uma concha que mais tarde foi deswaxada e demitida.

Este processo de alta precisão é ideal para o aço fundido devido à sua capacidade de minimizar a usinagem, especialmente para aeroespacial complexo, médico, ou componentes de energia.

Peças comuns: Blades de turbina, instrumentos médicos, componentes militares.

Fundição de molde de casca de aço fundido

Moldagem por concha usa um padrão de metal aquecido para curar uma casca de areia revestida com resina. Ele fornece acabamento superficial superior e consistência dimensional em comparação com a fundição de areia tradicional.

Para aço, O processo é particularmente eficaz quando são necessários componentes de complexidade média com alta repetibilidade.

Peças comuns: Montagens do motor, Suportes hidráulicos, Capas de rolamento.

Fundição centrífugada de aço fundido

Em elenco centrífugo, O aço fundido é derramado em um molde rotativo.

A fiação de alta velocidade distribui o metal para fora contra a parede do molde, aumento da densidade e redução de defeitos como inclusões ou porosidade do gás.

Particularmente útil para peças cilíndricas ou tubulares, Este método produz componentes com um granulação fina, estrutura altamente uniforme.

Peças comuns: Tubos de aço, mangas, e anéis para petróleo & aplicações de gás ou ferrovias.

Fundição contínua de aço fundido (para produtos semi-acabados)

Embora não seja usado para peças próximas ou acabadas, O elenco contínuo é essencial na indústria siderúrgica para produzir tarugos, flores, e lajes.

O aço fundido é derramado em um molde refrigerado a água, solidificando como é retirado. Essas formas são processadas posteriormente via forjamento, usinagem, ou rolando.

Produtos: Estoque de barra, vigas estruturais, Folha de aço.

Métodos de fundição para ferro fundido

Fundição de areia verde de ferro fundido

Casting de areia verde continua sendo o método dominante para o ferro fundido devido ao seu baixo custo, Reciclabalidade, e adaptabilidade.

O "verde" refere -se ao teor de umidade na areia, que está ligado a argila de bentonita.

Excelente fluidez do ferro fundido e menor ponto de fusão (1,100–1.250 ° C.) Torne -o perfeitamente adequado para este processo.

Peças comuns: Tampas de bueiro, Blocos do motor, Altas do compressor.

Ferro fundido sem-bolos (Resina ligada) Fundição de areia

Na moldagem sem bolos, A areia é misturada com uma resina e catalisador que cura à temperatura ambiente, formando forte, Moldes rígidos.

Esse processo é preferido para grandes peças de ferro fundido que requerem melhor precisão dimensional e superfícies mais suaves do que a areia verde pode fornecer.

Peças comuns: Grandes bases de máquinas, Estados industriais, Impellers.

Fundição de moldes de casca de ferro fundido

A fundição do molde de casca é usada com menos frequência, mas permanece benéfica quando são necessárias tolerâncias mais rígidas ou acabamentos mais suaves. Areia revestida de resina forma um fino, concha semi-rígida em torno do padrão.

Porque o ferro fundido flui bem, Este processo garante uma definição mínima de pisca e borda fina.

Peças comuns: Altas de equipamento, corpos da válvula, Ferro decorativo.

Fundição centrífuga de ferro fundido

Amplamente utilizado para tubos de ferro dúctil e revestimentos de cilindros, CentrifuGal Casting aproveita a força de rotação para distribuir metal fundido dentro de um molde.

Para ferro fundido, Isso aprimora a formação de nódulos (em notas dúcteis), reduz a porosidade, e promove o refinamento de grãos.

Peças comuns: Seções de tubo, volantes, e tambores de freio.

Fundição de espuma perdida de ferro fundido

Lançamento de espuma perdida usa um padrão de poliestireno incorporado em areia não conduzida. Quando o ferro fundido fundido é derramado em, A espuma evapora, formando a forma com aprisionamento mínimo de gás devido à menor reatividade do ferro.

Este método se destaca para geometrias complexas sem linhas de separação ou núcleos.

Peças comuns: Coletores de motor, Altas da bomba, peças fundidas ornamentais.

Principais diferenças nas características de elenco

6. Tratamento térmico e soldabilidade: Aço fundido vs ferro fundido

Tratamento térmico e soldabilidade são fatores críticos que influenciam o desempenho, vida de serviço, e reparabilidade dos componentes fundidos.

As diferenças metalúrgicas fundamentais entre o aço fundido e o ferro fundido afetam diretamente como cada material responde ao processamento térmico e soldagem.

Aço fundido

Tratamento térmico:

O aço fundido geralmente contém carbono inferior (0.1–0,5%) e é mais passível de uma variedade de tratamentos térmicos para adaptar suas propriedades mecânicas. Os tratamentos térmicos comuns incluem:

• Recozimento: Suaviza o aço, Reduz tensões residuais, e melhora a usinabilidade.
• Normalização: Refina a estrutura de grãos por aquecimento acima da temperatura crítica (~ 870–950 ° C.) seguido de resfriamento de ar; Aumenta a força e a resistência.
• Tireização e temperamento: Resfriamento rápido (Tireização) da temperatura austenitizante (~ 900–1.000 ° C.) Para formar martensita, seguido de temperamento para equilibrar dureza e ductilidade.
  Este processo é essencial para peças de aço fundidas resistentes a desgaste ou de alta resistência.

Esses tratamentos térmicos permitem que o aço fundido atinja uma ampla gama de propriedades mecânicas, incluindo alta resistência à tração (400–800 MPa), tenacidade de impacto aprimorada, e dureza controlada.

Soldabilidade:

O teor de carbono relativamente baixo e a microestrutura homogênea do aço do aço o torna altamente soldável. Pode ser soldado usando técnicas convencionais, como:

• Soldagem de arco de metal blindado (SMAW)
• Soldagem de arco de tungstênio a gás (Gtaw)
• Soldagem por arco com fluxo (Fcaw)

No entanto, Deve-se tomar cuidado para controlar o pré-aquecimento e o tratamento térmico pós-soldado para evitar rachaduras, especialmente em aços fundidos com ligas ou seções grossas.

O metal de solda pode corresponder de perto às propriedades do material base, permitindo reparo eficaz e união.

Ferro fundido

Tratamento térmico:

Ferro fundido, com seu alto teor de carbono (2.0–4,0%) e presença de flocos de grafite ou nódulos, reage de maneira diferente ao tratamento térmico:

• Recozimento: Frequentemente aplicado ao ferro maleável para reduzir a dureza e melhorar a ductilidade.
• Normalização: Uso limitado, principalmente para modificar a microestrutura em ferro fundido branco.
• Alívio do estresse: Reduz as tensões residuais, mas não altera significativamente a dureza ou a força.

Ao contrário de aço fundido, O ferro fundido não pode ser efetivamente endurecido através da têmpera devido à presença de grafite, que inibe a transformação martensítica.

Portanto, Suas propriedades mecânicas são amplamente fixas após a fundição e o resfriamento.

Soldabilidade:

A soldagem de ferro fundido representa desafios significativos:

• A presença de flocos de grafite (especialmente em ferro fundido cinza) promove a iniciação e a propagação de crack durante a soldagem.
• Alto equivalente a carbono leva à fragilidade e ao risco de rachaduras a quente.
• A incompatibilidade de expansão térmica entre solda e metal base causa tensões residuais.

A soldagem de ferro fundido geralmente requer:

• Técnicas especializadas, como pré -aquecer (200–400 ° C.), resfriamento lento, e uso de metais de preenchimento à base de níquel.
• Peing ou alívio do estresse após a soldagem para minimizar a rachadura.

8. Resistência à corrosão e acabamento da superfície: Aço fundido vs ferro fundido

Comportamento material em ambientes corrosivos e a qualidade da superfície alcançável após a fundição ou a usinagem são fatores cruciais na durabilidade dos componentes, desempenho, e estética.

Aço fundido e ferro fundido, Embora ambos os materiais ferrosos, diferir notavelmente na resistência à corrosão e nas características de acabamento pós-castador devido à sua composição, microestrutura, e teor de carbono.

Resistência à corrosão

Aço fundido

O aço fundido geralmente tem menor resistência à corrosão intrínseca do que o ferro fundido devido ao seu mais reativo, microestrutura homogênea e menor teor de carbono.

No entanto, oferece maior versatilidade no controle de corrosão através de ligações e tratamentos de superfície.

Características:

• Peças fundidas de aço carbono não ligadas são propensos a ferrugem uniforme Quando exposto à umidade ou oxigênio.
• Aços fundidos com ligas (Por exemplo, com cromo, níquel, ou molibdênio) pode resistir a vários ambientes:

• • Peças fundidas de aço inoxidável (≥10,5% Cr) exibir forte resistência à corrosão, mesmo em ambientes ácidos ou marítimos.

• Compatível com Revestimentos (galvanizando, pintura, epóxi) Para proteção aprimorada.

Ferro fundido

Apesar de ser mais quebradiço, O ferro fundido geralmente mostra melhor resistência à corrosão em ambientes estagnados ou levemente corrosivos, em grande parte devido ao camada de óxido protetor formado por teor de grafite e textura da superfície.

Características:

• Ferro fundido cinza formas a estável, camada de óxido passivador Isso diminui a corrosão-um processo autolimitado.
• A matriz de grafite atua como um cátodo, Tornando o ferro fundido menos propenso a coroa profunda, mas mais suscetível à oxidação da superfície uniforme.
• Ferro dúctil oferece melhor desempenho de corrosão do que ferro cinza, especialmente com revestimentos ou forros epóxi.

Acabamento superficial após fundição e usinagem

Aço fundido

• Devido ao seu estrutura de grão densa e homogênea, aço fundido pode alcançar um acabamento superficial mais suave pós-formação e polimento.
• Superfícies fundidas tendem a ser mais ásperos que o ferro fundido, mas podem ser melhorados usando investimento ou fundição permanente de moldes.
• Ideal para componentes que exigem tolerâncias apertadas ou superfícies de vedação críticas.

Acabamento típico (como fundido):

• Fundição de areia: RA 12,5-25 µm
• Fundição de investimento: RA 1.6-6,3 µm

Ferro fundido

• O ferro fundido tem Excelente castabilidade, que geralmente resulta em melhor replicação da superfície de moldes.
• No entanto, o presença de grafite pode criar um Textura da superfície ligeiramente porosa, especialmente em ferro cinza.
• A maquinabilidade é superior Devido à grafite agindo como um quebra -chip e lubrificante, levando a um bom acabamento após a formação.

Acabamento típico (como fundido):

• Fundição de areia verde: RA 6,3-12,5 µm
• Fundição de moldes de casca: RA 3.2-6,3 µm

9. Vantagens e limitações de aço fundido vs ferro fundido

Escolhendo entre Aço fundido vs. ferro fundido depende de um equilíbrio de desempenho mecânico, custo, fabricante, Resistência à corrosão, e demandas específicas de aplicativos.

Ambos os materiais oferecem forças e compensações distintas que influenciam as decisões de design e compras.

Aço fundido

Vantagens

1. Alta ductilidade & Resistência
   O aço fundido exibe excelente resistência ao impacto e resistência à tração, tornando-o adequado para aplicações dinâmicas e de alta carga.
2. Soldabilidade superior
   Seu baixo teor de carbono e estrutura homogênea permitem uma fácil soldagem e reparo.
3. Seleção de liga ampla
   Pode ser ligado com cromo, níquel, molibdênio, etc., Para aumentar a resistência à corrosão, dureza, ou resistência ao calor.
4. Tratabilidade térmica
   Propriedades mecânicas podem ser personalizadas através de tratamento térmico (Por exemplo, Tireização, temering, recozimento).
5. Boa resistência à fadiga
   Ideal para cargas cíclicas e condições de choque (Por exemplo, peças estruturais ou automotivas).

Limitações

1. Menor castabilidade
   Maior encolhimento e falta de fluidez tornam as formas complexas ou de paredes finas mais difíceis.
2. Custo mais alto
   Mais caro em termos de uso de energia, complexidade do mofo, e elementos de liga.
3. Acabamento superficial
   Geralmente mais áspero que o ferro fundido em forma de fundos e pode exigir usinagem adicional.
4. Propenso a corrosão (se não ligado)
   Requer revestimentos ou liga para aplicações em ambientes corrosivos.

Ferro fundido

Vantagens

1. Excelente castabilidade
   Flui facilmente em moldes; ideal para complexo, parede fina, ou formas intrincadas.
2. MACHINABILIDADE SUPERIOR
   A microestrutura de grafite atua como um lubrificante, Melhorando a maquinabilidade e a vida útil da ferramenta.
3. Boa vibração amortecedor
   Ideal para bases de máquinas e blocos de motor onde o controle de ruído e vibração são críticos.
4. Econômico
   Ponto de fusão mais baixo e menos processamento intensivo em energia reduz os custos gerais.
5. Resistência à corrosão natural (em condições estagnadas)
   Especialmente ferro cinza, que forma uma camada de óxido protetor.

Limitações

1. Fratura quebradiça
   Baixa ductilidade e baixa resistência ao impacto o tornam inadequado para carregamento dinâmico ou aplicações de alto estresse.
2. Baixa soldabilidade
   Difícil de soldar devido a flocos de grafite e alto teor de carbono; O reparo geralmente é impraticável.
3. Resistência à tração inferior
   Não é possível combinar com aço fundido em aplicações estruturais ou de carga estrutural.
4. Opções limitadas de tratamento térmico
   Principalmente limitado ao alívio do estresse ou recozimento; As propriedades mecânicas são menos ajustáveis.

10. Aplicações comuns de aço fundido vs ferro fundido

A seleção entre Aço fundido e ferro fundido é frequentemente conduzido por demandas de desempenho, condições ambientais, e restrições econômicas.

Aplicações de ferro fundido

Excelente fluidez do ferro fundido, castabilidade, e as propriedades de amortecimento o tornam ideal para componentes com geometrias complexas, Cargas estáticas, e sensibilidade ao ruído/vibração.

Aplicações de aço fundido

O aço fundido é favorecido em indústrias que exigem alta resistência, Resistência ao impacto, e integridade estrutural, particularmente em condições de serviço dinâmicas ou extremas.

11. Conclusão

Ambos os papéis essenciais de ferro fundido e aço fundido na engenharia moderna.

O ferro fundido é ideal para aplicações que exigem excelente castabilidade, MACHINABILIDADE, e amortecimento de vibração, enquanto o aço fundido se destaca em alto impacto, alta resistência, e ambientes propensos a fadiga.

A escolha do material deve ser baseada nos requisitos de desempenho, condições operacionais, e custos do ciclo de vida para alcançar a funcionalidade e durabilidade ideais.

LANGHE’s Comprehensive Metal Casting Services

Langhe Oferece uma ampla gama de serviços profissionais de fundição adaptados para atender às diversas necessidades das indústrias em todo o mundo.

Nossos recursos abrangem várias técnicas de fundição e materiais metálicos para garantir o desempenho ideal, qualidade, e eficiência de custo para cada projeto.

Casting Methods We Provide:

• Fundição de areia
• Elenco de investimento (Cera perdida)
• Fundição permanente de molde
• Morrer de elenco
• Elenco centrífugo
• Lançamento de espuma perdida
• Elenco de gravidade

Materials We Work With:

• Ferro fundido (Ferro cinza, Ferro dúctil, Ferro branco)
• Aço fundido (Aço carbono, Aço de baixa liga, Aço inoxidável)
• Ligas de alumínio (ALSI10MG, A356, etc.)
• Ligas baseadas em cobre (Latão, Bronze)
• Ligas de zinco
• Ligas especializadas (Resistente ao calor, Graus resistentes à corrosão)

Esteja você está desenvolvendo peças de precisão complexas ou grandes peças fundidas estruturais, Langhe O seu parceiro de confiança é confiável, soluções de fundição de metal de alta qualidade.

Perguntas frequentes

Is cast iron stronger than cast steel?

Não. O aço fundido tem maior resistência à tração (400–1000 MPa) do que ferro dúctil (400–800 MPa) e excede em muito o ferro cinza (200–400 MPa).

O ferro fundido pode ser soldado?

O ferro dúctil pode ser soldado com pré -aquecimento (200–300 ° C.) mas perde 10 a 20% de ductilidade. O ferro cinza é difícil de soldar devido à fragilidade. Soldas de aço fundido facilmente, Força de metal base correspondente.

Which is more machinable?

O ferro cinza é mais máquinável (grafite atua como um lubrificante), seguido de ferro dúctil. O aço fundido é mais difícil de máquina, exigindo ferramentas de carboneto.

Why is cast iron used for engine blocks?

Seu amortecimento de vibração reduz o ruído, produção de massa de baixo custo, e a fluidez permite jaquetas de água complexas e galerias de petróleo.

When is stainless cast steel necessary?

Em ambientes corrosivos (água do mar, produtos químicos) ou aplicações de alta pureza (farmacêutico, processamento de alimentos) onde ferrugem ou contaminação é inaceitável.