1. Quais as principais diferenças entre os ferros fundidos cinzentos e os ferros fundidos nodulares? Considere na sua resposta aspectos microestruturais, propriedades mecânicas e preço;

Passo 1

O enunciado pede para comparar os ferros fundidos cinzentos e nodulares nos seguintes aspectos:
  • Microestrutura
  • Propriedades mecânicas
  • Preço
Esse conteúdo pertence à ciência dos materiais, mais especificamente à metalurgia do ferro–carbono. Vamos ver como a forma do grafite influencie a estrutura e, consequentemente, o comportamento mecânico e o custo de produção.

Passo 2

Microestrutura
  • No ferro fundido cinzento, o carbono precipita como grafite em formato de “lâminas” ou “flocos”. Essas lâminas ficam distribuídas num matriz ferrítica ou perlítica, criando pontas que concentram tensão.
  • No ferro fundido nodular (ou dúctil), adiciona-se magnésio (ou cério) ao banho fundido, fazendo com que o grafite nucleie em formato esferoidal (nódulos). Esses nódulos minimizam pontos de concentração de tensão e mantêm a matriz ferrítica ou perlítica ao redor sem perturbações tão acentuadas.

Passo 3

Propriedades mecânicas
  • Ductilidade e tenacidade:
  • No cinzento, a ductilidade é baixa ( \sim 1%– \,2% de alongamento) e a tenacidade ao impacto também é limitada devido às lâminas de grafite que agem como incisores de trincas.
  • No nodular, o alongamento pode chegar a \sim 10%– \,20% e a tenacidade é bem maior, pois os nódulos de grafite retardam o crescimento de trincas.
  • Resistência à tração:
  • Cinzento: tipicamente entre 200,MPa e 400,MPa.
  • Nodular: varia de 400,MPa até mais de 700,MPa, dependendo da matriz (ferrítica, perlítica ou bainítica).
  • Dureza e desgaste:
  • Cinzento: boa resistência ao desgaste, pois as lâminas de grafite atuam como lubrificante sólido.
  • Nodular: também tem bom desgaste, mas costuma ser menor que o cinzento puro, a menos que se trate termicamente para formar perlita/bainita.
  • Amortecimento de vibrações:
  • Cinzento: excelente devido à interligação das lâminas.
  • Nodular: menor do que o cinzento, embora ainda razoável.

Passo 4

Preço
  • O ferro fundido cinzento é mais barato de fabricar porque:
  • Não exige tratamentos especiais além da inoculação básica.
  • A metalurgia de produção é mais simples.
  • O ferro fundido nodular é mais caro por causa de:
  • Adição de elementos de liga (magnésio, cério, etc.).
  • Controle mais rígido das temperaturas e dos tempos de resfriamento.
  • Eventuais tratamentos térmicos para melhorar a matriz metálica.

Resposta

Ferro fundido cinzento
  • Grafite em lâminas, baixa ductilidade (∼1–2 %), tenacidade limitada, resistência à tração de 200–400 MPa, ótimo amortecimento, baixo custo.
Ferro fundido nodular
  • Grafite em nódulos, ductilidade alta (∼10–20 %), tenacidade elevada, resistência à tração de 400– 700+ MPa, bom desgaste, custo mais alto devido à liga e controle térmico.

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