Ferro fundido
O ferro fundido é uma classe de ligas de ferro-carbono com um teor de carbono superior a 2% e um teor de silício em torno de 1–3%. A sua utilidade deriva da sua temperatura de fusão relativamente baixa. Os elementos de liga determinam a forma em que o seu carbono aparece: o ferro fundido branco tem o seu carbono combinado no composto de carboneto de ferro cementita, que é muito duro, mas quebradiço, pois permite que as rachas passem diretamente através dele; o ferro fundido cinzento possui flocos de grafite que desviam uma racha em propagação e iniciam inúmeras novas rachas à medida que o material se rompe, e o ferro fundido dúctil possui "nódulos" esféricos de grafite que impedem a propagação da racha.
O ferro fundido e o ferro forjado podem ser produzidos involuntariamente durante a fundição de cobre usando minério de ferro como fundente. :47–48 Os primeiros artefactos de ferro fundido datam do século VIII a.C. e foram descobertos por arqueólogos no que é hoje o moderno condado de Luhe, Jiangsu, na China, durante o período dos Reinos Combatentes. Isto baseia-se numa análise das microestruturas do artefacto. O ferro fundido pode ser vertido num molde para criar formas complexas que seriam difíceis ou impossíveis de fazer com outras técnicas tradicionais de metalurgia. No entanto, como o ferro fundido é comparativamente quebradiço, não é adequado para fins que exijam uma borda afiada ou flexibilidade. É resistente à compressão, mas não à tensão. O ferro fundido foi inventado na China no século VIII a.C. e vertido em moldes para fazer arados e potes, bem como armas e pagodes. Embora o aço fosse mais desejável, o ferro fundido era mais barato e, portanto, era mais comumente usado para implementos na China antiga, enquanto o ferro forjado ou o aço eram usados para armas. Os chineses desenvolveram um método de recozimento do ferro fundido, mantendo as peças fundidas quentes numa atmosfera oxidante por uma semana ou mais, a fim de queimar parte do carbono próximo à superfície e evitar que a camada superficial ficasse muito quebradiça. :43
Pontes de ferro fundido
O uso de ferro fundido para fins estruturais começou no final da década de 1770, quando Abraham Darby III construiu a Ponte de Ferro, embora vigas curtas já fossem utilizadas, como nos altos-fornos de Coalbrookdale. Outras invenções se seguiram, incluindo uma patenteada por Thomas Paine. Pontes de ferro fundido tornaram-se comuns à medida que a Revolução Industrial ganhava força. Thomas Telford adotou o material para a sua ponte rio acima, em Buildwas, e depois para o Aqueduto de Longdon-on-Tern, um aqueduto de canal em Longdon-on-Tern, no Canal de Shrewsbury. Seguiram-se o Aqueduto de Chirk e o Aqueduto de Pontcysyllte, ambos ainda em uso após as recentes restaurações.
Edifícios
As colunas de ferro fundido, pioneiras em edifícios industriais, permitiram aos arquitetos construir prédios de vários andares sem as paredes extremamente espessas exigidas para construções de alvenaria de qualquer altura. Elas também ampliaram o espaço interno em fábricas e a visibilidade em igrejas e auditórios. Em meados do século XIX, as colunas de ferro fundido eram comuns em armazéns e edifícios industriais, combinadas com vigas de ferro forjado ou fundido, o que eventualmente levou ao desenvolvimento de arranha-céus com estrutura de aço. O ferro fundido também foi usado ocasionalmente em fachadas decorativas, especialmente nos Estados Unidos, e o bairro do Soho, em Nova Iorque, possui inúmeros exemplos. Além disso, foi utilizado ocasionalmente em edifícios pré-fabricados completos, como o histórico Iron Building em Watervliet, Nova Iorque.
Fábricas têxteis
Outro uso importante foi em fábricas têxteis. O ar nas fábricas continha fibras inflamáveis do algodão, cânhamo ou lã que estavam a ser fiados. Como resultado, as fábricas têxteis tinham uma propensão alarmante a pegar fogo. A solução foi construí-las inteiramente com materiais não combustíveis, e descobriu-se ser conveniente fornecer ao edifício uma estrutura de ferro, em grande parte de ferro fundido, substituindo a madeira inflamável. O primeiro edifício desse tipo foi em Ditherington, em Shrewsbury, Shropshire. Muitos outros armazéns foram construídos usando colunas e vigas de ferro fundido, embora projetos falhos, vigas defeituosas ou sobrecarga às vezes causassem desabamentos e falhas estruturais.
Entre os ferros fundidos, o cinzento é o mais comum, devido às suas características como baixo custo (em geral é fabricado a partir de sucata); elevada usinabilidade, devida à presença de grafita livre em sua microestrutura; Alta fluidez na fundição, permitindo a fundição de peças com paredes finas e complexas; e facilidade de fabricação, já que não exige equipamentos complexos para controle de fusão e solidificação. Este tipo de material é utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras. A presença de veios de tipos de matriz metálica (variações nos teores de perlita e cementita). Podem ser submetidos a tratamentos térmicos para endurecimento localizado, porém, em geral, são utilizados principalmente no estado bruto de fundição, podendo ainda ser normalizado ou recozido, por tratamento térmico.
Formado por uma taxa de resfriamento mais alta, o ferro fundido branco é menos comum que o ferro fundido cinzento, o branco é utilizado em peças em que se necessite elevada resistência à abrasão, alta dureza e baixa ductilidade. Este tipo de ferro fundido não possui grafita livre em sua microestrutura. Neste caso o carbono encontra-se combinado com o ferro (em forma de cementita), resultando em elevada dureza e elevada resistência a abrasão. Praticamente não pode ser usinado. A peça deve ser fundida diretamente em suas formas finais ou muito próximo delas, a fim de que possa ser usinada por processos de abrasão com pouca remoção de material. É utilizado na fabricação de equipamentos para a moagem de minérios, pás de escavadeiras e outros componentes similares. O ferro fundido branco divide-se em hipoeutéticos, eutéticos e hipereutéticos, de acordo com a porcentagem de carbono equivalente.
O ferro fundido nodular é uma classe de ferro fundido onde o carbono (grafite) junto com cementita e outros que permanece livre na matriz metálica, porém em forma solida e de visualidade circular. Este formato do grafite faz com que a ductilidade seja superior, conferindo aos materiais características que o aproximam do aço. A presença das esferas ou nódulos de grafite mantém as características de boa usinabilidade e razoável estabilidade dimensional. Seu custo é ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundido cinzento, devido às estreitas faixas de composição químicas utilizadas para este material. O ferro fundido nodular é utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitem de maior resistência a impacto em relação aos ferros fundidos cinzentos, além de maior resistência à tração e resistência ao escoamento, característica que os ferros fundidos cinzentos comuns não possuem à temperatura ambiente.
A obtenção é feita a partir do ferro fundido branco e um tratamento térmico chamado maleabilização, a peça do ferro branco fica submetido a uma temperatura de 900° a 1000° durante 30 horas, com todo seu meio de trajeto. Aplicações: conexão para tubulações, sapatas de freios, caixas de engrenagens, cubos de rodas, bielas, alças de caixões etc.
