Ferro fundido cinza Exibe boa condutividade térmica, o que significa que pode transferir o calor relativamente bem, ajudando a evitar superaquecimento localizado em sistemas de alta temperatura. No entanto, seu coeficiente de expansão térmica é maior em comparação com materiais como aço ou alumínio, o que significa que ele se expandirá e se contrairá mais com flutuações de temperatura. Em sistemas que sofrem ciclagem térmica frequente, como trocadores de calor, válvulas de vapor ou tubulação de fluido quente, essa expansão e contração podem introduzir tensões térmicas. Se essas tensões não forem gerenciadas corretamente, elas podem levar a problemas como deformação ou distorção do acessório da válvula. Em alguns casos, as superfícies de vedação podem ficar comprometidas, afetando a integridade do selo e levando a vazamentos ou ineficiência operacional. Com o tempo, essa expansão e contração repetidas podem degradar o material, especialmente se os gradientes térmicos dentro da válvula causarem aquecimento irregular.
Um dos desafios mais críticos para o ferro fundido cinza em sistemas com ciclismo térmico frequente é sua fragilidade, o que é inerente à presença de flocos de grafite dentro do material. Embora a grafite ajude com a usinabilidade e o amortecimento, também enfraquece a resistência do material à propagação de rachaduras, particularmente sob estresse térmico. A fadiga térmica pode se desenvolver à medida que o material se expande e se contrai sob temperaturas variadas, levando ao início e propagação de rachaduras, especialmente em regiões de alta estresse, como corpo da válvula, áreas de flange ou articulações. Essas microcracks podem se tornar mais proeminentes ao longo do tempo e, eventualmente, levar a uma falha catastrófica se não for tratada mais cedo.
As modificações de projeto podem reduzir significativamente os efeitos adversos da ciclagem térmica nos acessórios de válvula de ferro fundido cinza. Por exemplo, transições graduais na espessura da parede entre seções espessas e finas podem reduzir as concentrações de tensão, que são causas comuns de iniciação de trincas. Além disso, os projetos que incorporam espessuras uniformes da parede podem evitar distorção térmica, pois alterações abruptas na espessura podem levar a expansão ou contração desigual durante os ciclos de aquecimento e resfriamento. Além disso, certas técnicas de fabricação, como tratamento térmico (por exemplo, tempeamento ou recozimento), podem melhorar a tenacidade e a resistência do material ao ciclismo térmico. Esses tratamentos alteram a microestrutura do ferro fundido, tornando -o menos quebradiço e mais resistente às tensões causadas por flutuações térmicas.
O ciclo térmico repetido pode contribuir para o desgaste e a degradação do material nos acessórios das válvulas, especialmente em áreas que estão em contato constante com outros componentes, como assentos de válvula ou superfícies de vedação. À medida que o ferro fundido cinza passa por expansão e contração térmica, sua superfície pode experimentar rachaduras e abrasão microscópicas devido ao atrito repetido entre partes móveis. Isso pode comprometer a eficácia do selo dos assentos da válvula ou aumentar a taxa de desgaste de componentes como fusos e capotas, levando a maiores necessidades de manutenção e uma redução na vida útil da válvula. Para mitigar esses efeitos, tratamentos de superfície como endurecimento ou revestimento (por exemplo, revestimentos de cerâmica, revestimento de níquel ou revestimentos epóxi) podem ser aplicados para aumentar a resistência ao desgaste de superfícies críticas expostas ao ciclo térmico.
O ferro fundido cinza, quando exposto a altas temperaturas e ambientes flutuantes, pode ser vulnerável à oxidação (formação de ferrugem), especialmente em aplicações envolvendo fluidos de alto calor, vapor ou produtos químicos agressivos. O ciclo térmico repetido pode acelerar a oxidação na superfície, principalmente se o acessório da válvula for exposto a condições úmidas ou corrosivas. Com o tempo, isso pode levar à deterioração do material, afetando sua integridade e funcionalidade estruturais. As válvulas de ferro fundido cinza sujeitas a gases de vapor ou combustão de alta temperatura podem sofrer degradação induzida por oxidação, onde a camada superficial do metal se torna quebradiça e escamosa, levando a propriedades mecânicas reduzidas e falha prematura. Para melhorar a resistência à corrosão, os acessórios das válvulas podem ser revestidos ou tratados com materiais como cromo, níquel ou cerâmica para proteger a superfície da oxidação e corrosão em condições de ciclagem térmica.
