Ferro colatés un grup d'aliatges ferro-carboni amb un contingut de carboni superior al 2%.La seva utilitat deriva de la seva temperatura de fusió relativament baixa.Els components de l'aliatge afecten el seu color quan es fracturen: el ferro colat blanc té impureses de carbur que permeten que les esquerdes passin directament, el ferro colat gris té escates de grafit que desvien una esquerda que passa i inicien innombrables esquerdes noves a mesura que el material es trenca, i la fosa dúctil té forma esfèrica. "nòduls" de grafit que impedeixen que l'esquerda continuï progressant.

El carboni (C) que oscil·la entre l'1,8 i el 4% en pes i el silici (Si) entre l'1 i el 3% en pes, són els principals elements d'aliatge del ferro colat.Els aliatges de ferro amb menys contingut de carboni es coneixen com acer.

El ferro colat acostuma a ser trencadís, excepte les ferros colades mal·leables.Amb el seu punt de fusió relativament baix, bona fluïdesa, colabilitat, excel·lent maquinabilitat, resistència a la deformació i resistència al desgast, les ferros colades s'han convertit en un material d'enginyeria amb una àmplia gamma d'aplicacions i s'utilitzen en canonades, màquines i peces de la indústria de l'automòbil, com ara cilindres. culata, blocs de cilindres i caixa de canvis.És resistent als danys per oxidació.

Els primers artefactes de ferro colat daten del segle V aC i van ser descoberts per arqueòlegs a l'actual Jiangsu a la Xina.El ferro colat s'utilitzava a l'antiga Xina per a la guerra, l'agricultura i l'arquitectura.Durant el segle XV, el ferro colat es va utilitzar per a canons a Borgonya, França, i a Anglaterra durant la Reforma.Les quantitats de ferro colat utilitzats per als canons requerien una producció a gran escala. El primer pont de ferro colat va ser construït durant la dècada de 1770 per Abraham Darby III, i es coneix com The Iron Bridge a Shropshire, Anglaterra.El ferro colat també es va utilitzar en la construcció d'edificis.

Elements d'aliatge

Les propietats del ferro colat es modifiquen afegint diversos elements d'aliatge o aliants.Al costat del carboni, el silici és l'aliatge més important perquè obliga el carboni a sortir de la solució.Un baix percentatge de silici permet que el carboni es mantingui en solució formant carbur de ferro i la producció de ferro colat blanc.Un alt percentatge de silici obliga el carboni a sortir de la solució formant grafit i la producció de ferro colat gris.Altres aliatges, manganès, crom, molibdè, titani i vanadi contraresten el silici, afavoreixen la retenció de carboni i la formació d'aquests carburs.El níquel i el coure augmenten la resistència i la mecanització, però no canvien la quantitat de grafit format.El carboni en forma de grafit dóna com a resultat un ferro més tou, redueix la contracció, disminueix la resistència i disminueix la densitat.El sofre, en gran part un contaminant quan està present, forma sulfur de ferro, que evita la formació de grafit i augmenta la duresa.El problema del sofre és que fa que la fosa fosa viscós, la qual cosa provoca defectes.Per contrarestar els efectes del sofre, s'afegeix manganès perquè els dos es formen en sulfur de manganès en lloc de sulfur de ferro.El sulfur de manganès és més lleuger que la fosa, de manera que tendeix a surar fora de la fosa i cap a l'escòria.La quantitat de manganès necessària per neutralitzar el sofre és d'1,7 × contingut de sofre + 0,3%.Si s'afegeix més d'aquesta quantitat de manganès, es forma carbur de manganès, que augmenta la duresa i el refredament, excepte en el ferro gris, on fins a un 1% de manganès augmenta la força i la densitat.

El níquel és un dels elements d'aliatge més comuns perquè perfecciona l'estructura de perlita i grafit, millora la tenacitat i uniformitza les diferències de duresa entre els gruixos de la secció.El crom s'afegeix en petites quantitats per reduir el grafit lliure, produir fred i perquè és un potent estabilitzador de carbur;sovint s'afegeix níquel conjuntament.Es pot afegir una petita quantitat d'estany com a substitut del 0,5% de crom.El coure s'afegeix al cullerot o al forn, de l'ordre del 0,5-2,5%, per reduir el fred, refinar el grafit i augmentar la fluïdesa.S'afegeix molibdè de l'ordre del 0,3-1% per augmentar el fred i refinar l'estructura de grafit i perlita;sovint s'afegeix juntament amb níquel, coure i crom per formar ferros d'alta resistència.El titani s'afegeix com a desgasificador i desoxidant, però també augmenta la fluïdesa.S'afegeix un 0,15-0,5% de vanadi a la fosa per estabilitzar la cementita, augmentar la duresa i augmentar la resistència al desgast i a la calor.El zirconi del 0,1 al 0,3% ajuda a formar grafit, desoxidar-se i augmentar la fluïdesa.

En les foses de ferro mal·leable, s'afegeix bismut, a una escala del 0,002 al 0,01%, per augmentar la quantitat de silici que es pot afegir.En el ferro blanc, s'afegeix bor per ajudar a la producció de ferro mal·leable;també redueix l'efecte gruixut del bismut.

Ferro colat gris

La fosa grisa es caracteritza per la seva microestructura gràfica, que fa que les fractures del material tinguin un aspecte gris.És el ferro colat més utilitzat i el material colat més utilitzat en funció del pes.La majoria dels ferros colats tenen una composició química d'un 2,5-4,0% de carboni, 1-3% de silici i la resta de ferro.El ferro colat gris té menys resistència a la tracció i resistència als cops que l'acer, però la seva resistència a la compressió és comparable a l'acer de carboni baix i mitjà.Aquestes propietats mecàniques estan controlades per la mida i la forma dels flocs de grafit presents a la microestructura i es poden caracteritzar segons les directrius donades per l'ASTM.

Ferro colat blanc

La fosa blanca mostra superfícies fracturades blanques a causa de la presència d'un precipitat de carbur de ferro anomenat cementita.Amb un menor contingut de silici (agent de grafitització) i una velocitat de refredament més ràpida, el carboni de la fosa blanca precipita fora de la fosa com a cementita de fase metastable, Fe.₃C, en lloc de grafit.La cementita que precipita de la fusió es forma com a partícules relativament grans.A mesura que el carbur de ferro precipita, retira carboni de la fosa original, movent la mescla cap a una que estigui més propera a l'eutèctica, i la fase restant és l'austenita de ferro i carboni inferior (que en refredar-se es pot transformar en martensita).Aquests carburs eutèctics són massa grans per oferir el benefici del que s'anomena enduriment per precipitació (com en alguns acers, on els precipitats de cementita molt més petits poden inhibir la [deformació plàstica] impedint el moviment de les dislocacions a través de la matriu de ferrita de ferro pura).Més aviat, augmenten la duresa a granel de la fosa simplement en virtut de la seva pròpia duresa molt alta i la seva fracció de volum substancial, de manera que la duresa a granel es pot aproximar mitjançant una regla de mescles.En qualsevol cas, ofereixen duresa a costa de la duresa.Com que el carbur constitueix una gran part del material, la fosa blanca es podria classificar raonablement com a cermet.El ferro blanc és massa fràgil per utilitzar-lo en molts components estructurals, però amb una bona duresa i resistència a l'abrasió i un cost relativament baix, s'utilitza en aplicacions com les superfícies de desgast (impulsor i voluta) de bombes de purins, revestiments de carcassa i barres elevadors en bola. molins i molins de mòlta autògens, boles i anells en pulveritzadors de carbó i les dents de la galleda d'excavació d'una retroexcavadora (tot i que l'acer martensític de carboni mitjà fos més comú per a aquesta aplicació).

És difícil refredar peces foses gruixudes amb prou rapidesa com per solidificar la fosa com a ferro colat blanc fins al final.Tanmateix, es pot utilitzar un refredament ràpid per solidificar una closca de ferro colat blanc, després del qual la resta es refreda més lentament per formar un nucli de ferro colat gris.La fosa resultant, anomenada afosa refrigerada, té els avantatges d'una superfície dura amb un interior una mica més resistent.

Els aliatges de ferro blanc d'alt crom permeten colar a la sorra peces de fosa massiva (per exemple, un impulsor de 10 tones), ja que el crom redueix la velocitat de refrigeració necessària per produir carburs a través dels gruixos més grans de material.El crom també produeix carburs amb una resistència a l'abrasió impressionant.Aquests aliatges d'alt crom atribueixen la seva duresa superior a la presència de carburs de crom.La forma principal d'aquests carburs són els eutèctics o primaris M₇C₃carburs, on "M" representa ferro o crom i pot variar segons la composició de l'aliatge.Els carburs eutèctics es formen com a feixos de barres hexagonals buides i creixen perpendicularment al pla basal hexagonal.La duresa d'aquests carburs es troba dins del rang de 1500-1800HV.

Ferro colat mal·leable

El ferro mal·leable comença com una fosa de ferro blanc que després es tracta tèrmicament durant un dia o dos a uns 950 °C (1.740 °F) i després es refreda durant un dia o dos.Com a resultat, el carboni del carbur de ferro es transforma en grafit i ferrita més carboni (austenita).El procés lent permet que la tensió superficial formi el grafit en partícules esferoïdals en lloc de flocs.A causa de la seva menor proporció d'aspecte, els esferoides són relativament curts i allunyats els uns dels altres, i tenen una secció transversal més baixa respecte a una esquerda o fonó que es propaga.També tenen límits contundents, a diferència dels flocs, la qual cosa alleuja els problemes de concentració d'estrès que es troben a la fosa grisa.En general, les propietats de la fosa mal·leable s'assemblen més a les de l'acer suau.Hi ha un límit a la mida que es pot fer una peça en ferro mal·leable, ja que està feta de ferro colat blanc.

Ferro colat dúctil