Aula 13-CM, Notas de aula de Engenharia Mecânica

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Ferros Fundidos

EME716 – Ciência dos Materiais

PG-MEC

Prof. Scheid

Classificação

Designação Comercial Fase Rica em C Matriz Fratura Estrutura Final Cinzento Grafita Lamelar P Cinza Solidificação Nodular Grafita Esferoidal P, F, A, M Prata-Cinzenta Solidificação + Tratamento Térmico Grafia Compacta Grafita Vermicular F, P Cinza Solidificação Branco Cementita P, M Branca Solidificação Mesclado Grafita lamelar e cementita P Mesclada Solidificação Maleável Grafita Coalescida F, P Prata-cinzenta Tratamento Térmico Nodular Bainítico Grafita Esferoidal B Prata-cinzenta Solidificação + Tratamento Térmico Usados em geral para:

• Resistência ao desgaste, Isolamento de vibrações, Componentes de grandes **dimensões,
• Peças de geometria complicada, Peças onde a deformação plástica é inadmissível.**

Ferros Fundidos

% Carbono Aços % Silício Ferros Maleáveis Ferros Brancos Ferros Cinzentos Ferros Nodulares Ligas ternárias Ferro-Carbono-Silício Carbono Equivalente: C.E. = %C + 1/3 (%Si) Exemplo: %Carbono: 3, %Silício: 2, C.E. = 3,6 + 1/3 (2,3) C.E. = 4,3% Liga Eutética!!!

Metalurgia dos Ferros Fundidos Brancos

Recebem este nome devido à sua superfície de fratura (branca). Não apresentam grafita em sua microestrutura. O Carbono está presente na forma de Carbonetos (Fe,Cr) 3 C e (Cr,Fe) 7

C

3

São usualmente muito duros, o que resulta na excelente resistência ao desgaste abrasivo. Podem ser ferros brancos em toda seção (obtidos assim por controle da composição) ou referidos como ferros coquilhados, ou de estrutura obtida por resfriamento rápido do tipo Martensita com carbonetos devido ao contato com o molde metálico ou de carbono. Existem diferenças entre a estrutura e composição para os dois tipos.

Ferros Fundidos Brancos

Aplicações

• Cilindros Coquilhados para Laminação de Polímeros
• Revestimentos de Moinhos
• Moinhos de bola
• Equipamentos de Mineração
• Características:
• Boa Fluidez (fundibilidade) e Baixo custo
• Elevada Resistência ao Desgaste Abrasivo
• Difícil Usinagem Ferro Fundido Branco Eutético

Ferros Fundidos Branco

Ferro Fundido Branco Hipoeutético Ferro Fundido Branco Hipereutético

Metalurgia dos Ferros Fundidos Cinzentos

2 - Taxa de Resfriamento O aumento da taxa de resfriamento resulta em:

• refino da grafita e da estrutura da matriz (maior dureza e resistência mecânica).
• eleva a tendência ao coquilhamento (maior dureza e resistência mecânica) Deve-se acertar a composição química a fim de prover o adequado potencial grafitizante para uma dada taxa de resfriamento. Se considerarmos uma composição fixa, à medida que aumentamos a seção do componente, maior o coalescimento da grafita e a razão perlita/ferrita diminui.

Metalurgia dos Ferros Fundidos Cinzentos

Metalurgia dos Ferros Fundidos Cinzentos

3 - Tratamento do Ferro Líquido O tratamento do Ferro líquido influencia as condições de nucleação e crescimento durante a solidificação. A consequência é a alteração da morfologia da grafita, resultando em diferentes propriedades. Tratamento do Ferro Líquido É realizado pela inoculação de mínimas adições de elementos de liga antes do vazamento. Os inoculantes são: Ferro-Silício, Alumínio e Cálcio. Como efeito observa-se:

• Aumento do potencial grafitizante, pela redução do super-resfriamento.
• Refino da estrutura pelo grande número de células eutéticas formadas, resultando em aumento da resistência.

Metalurgia dos Ferros Fundidos Cinzentos

4 - Tratamento Térmico Altera consideravelmente a estrutura da matriz, embora a forma e o tamanho da grafita permaneça inalterado. Poucos ferros Cinzentos são tratados termicamente, sendo os tratamentos mais usuais:

• Recozimento para Alívio de Tensões,
• Recozimento para Redução da dureza.

Metalurgia dos Ferros Fundidos Nodulares

Em 1940 foi descoberto que a adição de elementos como Magnésio, Níquel-Magnésio e Fe-Si-Mg poderiam esferoidizar a Grafita. Entre 20 e 30 % da produção mundial de Ferros Fundidos é de Nodular. Os inoculantes utilizados são diferentes em relação aos Ferros Cinzentos, apresentando Magnésio na composição. Nº Células/cm² na solidificação: Ferro Cinzento: 8 - 10 Ferro Nodular: 200 – 600

Metalurgia dos Ferros Fundidos Nodulares

1 - Composição Química A escolha da composição do ferro fundido está baseada nos mesmos aspectos apresentados para os Cinzentos, entretanto, o efeito da composição sobre a formação da Grafita é menor, haja visto que o tratamento do ferro líquido é dominante nesta classe de Ferros Fundidos. Efeito dos Elementos de Liga: Elementos que promovem a Esferoidização: Magnésio, Cálcio, Terras Raras, (Cério e Lantânio). Neutros: Ferro, Carbono e Ligas Elementos Degeneradores da Grafita (Antiesferoidização) : Alumínio, Arsênio, Bismuto, Telúrio, Titânio, Estanho, Enxofre, Antimônio.

Metalurgia dos Ferros Fundidos Nodulares

2 - Taxa de Resfriamento Os ferros Nodulares são menos sensíveis ao coquilhamento, tendo em vista o forte Tratamento do Ferro Líquido realizado para estas ligas. Líquido Dendritas de Austenita Crescimento de Nódulos Envolvidos pela Austenita Final da Solidificação Nódulos Diretamente do Líquido Nódulos sendo envolvidos pela Nódulos sendo Austenita envolvidos pela Austenita Nódulos sendo envolvidos pela Austenita Nódulos sendo envolvidos pela Austenita Nódulos sendo envolvidos pela Austenita Nódulos sendo envolvidos pela Austenita

Metalurgia dos Ferros Fundidos Nodulares

3 - Tratamento do Ferro Líquido É realizado em dois estágios: 1 - Modificação: consiste no tratamento do líquido com Magnésio ou Magnésio-ligas antes do vazamento. 2 - Inoculação: consiste em induzir a formação de grande nº de núcleos de solidificação, promovendo a formação de inúmeros nódulos de grafita. Os inoculantes são: Mg, Fe-Si-Mg, Ni-Mg. Parâmetros Importantes do controle da Grafita: Forma (grau de nodularização), Tamanho dos nódulos, Distribuição e Nº nódulos/cm².