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O fabricante do compressor solicitou recentemente que revisássemos a peça fundida de um cilindro que continuava rachando na sede da válvula de descarga após aproximadamente 8.000 horas de operação. A peça foi produzida em ferro dúctil convencional e o modo de falha combinava fadiga por impacto com desgaste por deslizamento. Essa é exatamente a situação em que as peças fundidas em ferro dúctil austemperado merecem uma análise mais detalhada antes de alguém redesenhar o componente em aço.
O ferro dúctil austemperado, comumente chamado de ADI, é o ferro dúctil que foi tratado termicamente para aproximadamente dobrar sua resistência, mantendo a liberdade de forma de uma peça fundida. Em muitos componentes atualmente feitos de aço forjado ou fabricado, o ADI oferece propriedades mecânicas comparáveis a um custo de peça mais baixo e um peso mais leve. Este artigo explica o que é ADI, como funciona o processo de austêmpera, quais propriedades você pode especificar e onde você deve pensar duas vezes.
O que é ferro dúctil austemperado?
O ADI começa como ferro dúctil, também conhecido como ferro nodular ou ferro grafite esferoidal. O grafite em sua estrutura forma pequenas esferas em vez dos flocos encontrados no ferro cinzento, e esse formato esférico é o que confere ao ferro dúctil sua tenacidade e alongamento. Se você precisar relembrar como o ferro dúctil é produzido e como ele difere do ferro cinzento, esta visão geral do ferro dúctil explica o básico.
O tratamento de austêmpera transforma a matriz metálica ao redor desses nódulos de grafite em uma estrutura chamada ausferrita. Ausferrita é uma mistura de ferrita acicular fina e austenita enriquecida com carbono. Não é perlita, nem bainita, nem martensita temperada. A combinação dessa matriz dura e resistente à fadiga com nódulos de grafite dúctil confere à ADI seu pacote incomum de propriedades.
Um mal-entendido comum é que o ADI é simplesmente um tipo mais forte de ferro dúctil. O material de partida é o ferro dúctil, mas o tratamento térmico é o que produz as classes de alta resistência. O ferro dúctil convencional oferece resistência à tração na faixa de 400 a 700 MPa; Os graus ADI começam em torno de 850 MPa e vão acima de 1.400 MPa.
Como funciona o processo de austêmpera
Austêmpera é um tratamento térmico de três estágios que requer muito mais controle do que um ciclo típico de têmpera e revenido.
- Austenitização: a peça fundida é aquecida na faixa de austenita, geralmente 830 a 930 °C, e mantida até que a matriz esteja totalmente austenítica.
- Têmpera: a peça fundida é transferida rapidamente para um banho de sal fundido mantido entre 230 e 400 °C. O banho de sal esfria a peça com rapidez suficiente para evitar a formação de ferrita ou perlita, mas de maneira uniforme o suficiente para minimizar a distorção.
- Transformação isotérmica: a peça fundida é mantida à temperatura do banho de sal por um tempo definido enquanto a austenita se transforma em ausferrita.
O banho de sal fundido é o que torna o processo prático. A têmpera em água é muito agressiva para peças fundidas complexas e o resfriamento a ar é muito lento para a maioria das seções. O sal proporciona uma taxa de resfriamento uniforme e controlável. Após a retenção isotérmica, a peça fundida é removida e resfriada à temperatura ambiente.
A temperatura do banho de sal tem efeito direto na nota final. Temperaturas mais baixas, aproximadamente 230 a 315 °C, produzem maior resistência e dureza com menos ductilidade. Temperaturas mais altas, aproximadamente 315 a 400 °C, produzem maior tenacidade e alongamento. A mesma peça fundida de base pode ser austemperada em vários graus diferentes simplesmente ajustando o tratamento térmico.
Propriedades mecânicas de peças fundidas ADI
As propriedades ADI são padronizadas internacionalmente, mais comumente sob ASTM A897/A897M. A designação da classe contém três números: resistência à tração, resistência ao escoamento e porcentagem de alongamento. A tabela abaixo resume as notas padrão do ADI.
| Nota | Resistência à tração | Força de rendimento | Alongamento | Dureza |
|---|---|---|---|---|
| 900-650-10 | 900 MPa (130 ksi) | 650 MPa (94 ksi) | 10% | 269-331 HB |
| 1050-700-7 | 1.050 MPa (152 ksi) | 700 MPa (102 ksi) | 7% | 302-375 HB |
| 1200-850-4 | 1.200 MPa (174 ksi) | 850 MPa (123 ksi) | 4% | 341-401 HB |
| 1400-1100-1 | 1.400 MPa (203 ksi) | 1.100 MPa (160 ksi) | 1% | 388-477 HB |
| 1600-1300-1 | 1.600 MPa (232 ksi) | 1.300 MPa (189 ksi) | 1% | 402-512 HB |
O que esses números significam na prática: uma classe 900-650-10 se comporta como um ferro estrutural resistente com resistência bem superior ao ferro dúctil convencional. Uma classe 1400-1100-1 atua mais como uma peça de desgaste que também suporta carga significativa.
ADI também tem forte desempenho em fadiga. A matriz ausferrítica resiste ao início da trinca e as tensões residuais compressivas deixadas pela austêmpera melhoram a resistência à fadiga por flexão. Em geral, o ADI se compara favoravelmente aos aços carbono e de baixa liga temperados e revenidos, o que o torna um candidato para componentes onde o forjamento ou fabricação de aço é atualmente o padrão.
Aplicações de peças fundidas de ferro dúctil austemperado
A ADI aparece em transmissões automotivas, equipamentos agrícolas, máquinas de mineração, componentes ferroviários e manuseio de fluidos industriais. A rosca comum é uma peça que suporta carga, sofre fadiga ou desgaste e se beneficia por ser uma peça fundida em vez de uma soldagem ou forjamento.
Componentes do compressor
Os compressores impõem ciclos de pressão, contato deslizante e altas tensões locais. Cilindros, cárteres, placas de válvulas e sedes de escapamento precisam de um material que não se desgaste, desgaste ou quebre ao longo de dezenas de milhares de horas. As peças fundidas de cilindros ADI se beneficiam da combinação de dureza da superfície do furo e capacidade de pressão. Uma fundição que já produz peças fundidas de cilindro de compressor em ferro dúctil tem o conhecimento básico do material necessário para avaliar uma versão austemperada para aplicações severas.
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Bombas e válvulas enfrentam erosão por cavitação, meios abrasivos e requisitos de retenção de pressão. A alta dureza do ADI resiste melhor à cavitação e à erosão de partículas do que o ferro dúctil padrão, enquanto a ductilidade dos graus mais baixos mantém a peça segura sob cargas excessivas. Impulsores, anéis de desgaste e corpos de válvulas são candidatos naturais. Para peças fundidas do corpo da bomba em serviços com alta queda ou lama, a especificação de um grau austemperado pode prolongar significativamente a vida útil.
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Os sistemas de orientação de máquinas-ferramenta e os componentes estruturais precisam de superfícies rígidas, de amortecimento e resistentes ao desgaste. O ferro dúctil austemperado oferece maior dureza do que o ferro fundido convencional, mantendo ao mesmo tempo o caráter de amortecimento de vibrações que torna o ferro fundido valioso em máquinas-ferramentas. Guias, slides e fundições de base de máquinas-ferramenta pode ser produzido com o formato quase final de uma peça fundida e depois retificado ou raspado até a geometria final.
Fabricantes de base de máquina de fundição personalizada, fábrica - Haian Aoyu Machinery Manufa Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd é um fabricante de base de máquina de fundição na China e uma fábrica de base de máquina de fundição, oferecemos... Ver Produto → Considerações sobre custo e design
ADI não é automaticamente a resposta certa para todos os castings. O tratamento térmico acrescenta custo, e o custo acrescentado deve ser justificado.
Redução de peso
Como o ADI é aproximadamente duas vezes mais forte que o ferro dúctil convencional, as seções podem ser mais finas. Reduções de peso de 20 a 30 por cento são realistas quando uma peça de ferro dúctil existente é reprojetada em ADI. Ao substituir uma fabricação de aço, o custo por quilograma de ADI é menor e você economiza a soldagem e a usinagem pós-soldagem que uma soldagem de aço exige.
Usinagem Após Austêmpera
O ferro austemperado é duro, normalmente 300 HB e acima. Furação, rosqueamento e fresamento após tratamento térmico exigem ferramentas de metal duro e aumentam o custo de usinagem. Muitos produtores usinam a peça na condição de ferro dúctil e depois a austêmpera como uma etapa quase final. Isso funciona quando o tratamento térmico não distorce a peça além da tolerância. Se a usinagem precisar ocorrer após a austêmpera, mantenha o estoque pequeno e planeje ferramentas mais duras.
Tamanho da seção e sensibilidade do processo
A resposta de austêmpera depende da espessura da seção. Seções pesadas podem esfriar muito lentamente no centro, produzindo uma estrutura mista com propriedades inferiores às indicadas no cupom de teste. A espessura uniforme da parede e as transições suaves protegem você desse risco. Sua fundição deve confirmar que o grau escolhido pode ser alcançado na seção mais espessa da peça.
Verificação de Qualidade
As propriedades do ADI não podem ser verificadas apenas pela medição da dureza. Os cupons de teste do mesmo calor, testes de tração, avaliação metalográfica e pesquisas de dureza em toda a peça fundida são o conjunto de verificação normal. Se um fornecedor não puder fornecer essa documentação, trate a especificação do material com cautela. A etapa do tratamento térmico é onde a qualidade do ADI é obtida ou perdida.
Parceria com uma fundição que conhece ferro dúctil
A fundição básica determina até onde a austêmpera pode levar você. A qualidade do fundido, a nodularidade, o controle de contração e a composição química consistente são todos estabelecidos na fundição antes que a peça chegue ao banho de sal. É aqui que uma fundição dedicada de ferro dúctil agrega valor.
Fabricação de máquinas Haian Aoyu Co., Ltd. é uma fundição de ferro dúctil e ferro cinzento em Nantong, China, que fornece peças fundidas de compressores, bombas, válvulas e máquinas-ferramenta para clientes na América do Norte, Europa e Ásia. Com uma capacidade anual de 20.000 toneladas, a empresa produz exatamente as famílias de componentes onde o ADI é aplicado com mais frequência, incluindo corpos de compressores e cilindros, corpos de bombas e bases de máquinas-ferramentas. Sua equipe de engenharia analisa as condições de carga e os ambientes de serviço em cada projeto, o que torna a fase de cotação o momento certo para perguntar se uma classe austemperada merece consideração.
Ao abordar uma fundição sobre ADI, traga três coisas: o histórico completo de carga da peça, o mecanismo de desgaste esperado e as tolerâncias dimensionais que devem sobreviver ao tratamento térmico. Muitos componentes atualmente feitos de ferro dúctil convencional ou peças forjadas de aço poderiam ser produzidos como peças fundidas de ferro dúctil austemperado. O material foi comprovado em produção há décadas, e a única maneira de saber se ele se adapta ao seu componente é conversar com uma fundição que entenda do processo.
