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Tipos de Ferros Fundidos
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Solidificação
 A adição de pequenos teores de elementos como
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• ↑S → ↑Mg → grafita esfe...
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Tratamento Térmico
 A estrutura normal do ferro fundido nodular n...
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  1. 1. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Tipos de Ferros Fundidos 2
  2. 2. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Introdução  O ferro fundido nodular apresenta carbono na forma de grafita nodular como característica dominante de microestrutura.  A grafita nodular é obtida pela adição de elementos químicos e condições especiais de fabricação, que condicionam seu crescimento. 3
  3. 3. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Introdução  Ao adicionar uma pequena quantidade de magnésio e ou cério na composição do ferro fundido cinzento (líquido) antes de moldá-lo, produz-se uma microestrutura distinta e um conjunto de propriedades mecânicas diferenciadas.  A grafita ainda é formada, mas como nódulos ou partículas de formato esférico em vez de veios.  A matriz em volta destas partículas pode ser perlita ou ferrita, a depender do tratamento térmico. 4
  4. 4. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Características  Grafita na forma de nódulos  Adição de magnésio ao ferro no estado líquido  Teores mais baixos de S e P (cinzento)  Ampla faixa de limite de escoamento com razoável ductilidade • Limite de Escoamento: tensão mínima necessária para um metal sofrer deformação plástica. 5
  5. 5. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Características  O ferro fundido dúctil tem características mecânicas que se aproximam do aço.  Devido à matriz em volta das esferas de grafita ser contínua, esse material apresenta-se dúctil e resistente em relação ao ferro fundido cinzento.  Com auxílios de tratamentos térmicos adequados, esse material pode apresentar propriedades mecânicas como ductilidade, usinabilidade, além de resistência mecânica e a corrosão melhores do que as de alguns aços carbono. 6
  6. 6. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Características  Vantagens em relação ao cinzento:  Baixo ponto de fusão;  Boa fluidez e fundibilidade  Excelente usinabilidade  Boa resistência ao desgaste  Alta resistência, dutilidade e tenacidade;  Alta trabalhabilidade a quente 7
  7. 7. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Solidificação  A adição de pequenos teores de elementos como Mg, Ca, Ce a um ferro fundido comum produz grafita em forma de nódulos quase esféricos.  O magnésio retarda a formação inicial de grafita.  O ferro fundido branco solidifica com a formação de cementita.  Depois da ação do magnésio, a cementita se decompõe e a grafita se desenvolve por igual em todas as direções. 8
  8. 8. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Solidificação  0,1% Mg é adicionado ao ferro líquido • 3 a 4%C e 1,8 a 2,8% Si  Mg – desoxidante e dessulfurante  Na ausência de O e S → crescimento de grafita nas direções radiais→ grafita esferoidizada 9
  9. 9. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Nodularização 10  A maior quantidade de magnésio residual implica em maior quantidade de grafita transformada, influenciando nas propriedades do material.
  10. 10. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Nodularização  A transformação na grafita para a forma nodular aumenta a resistência mecânica e o alongamento do ferro fundido. 11
  11. 11. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Nodularização  Influência da morfologia da grafita na curva tensão x deformação de diferentes tipos de ferros fundidos. 12
  12. 12. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Composição Química  Efeito da Composição Química na Estrutura e Propriedades:  Carbono • C – 3 a 4% (3,6 a 3,9%) • Teor de C mais alto (cinzento) → alta densidade de nódulos de grafita • C > 4,6% → flotação de C  Silício • Si – 1,8 a 2,8% (2,2 a 2,7%) • ↑ Si → ↑ número de nódulos • ↓Si → tendência ao coquilhamento • ↓ ↓ Si → formação de C em excesso nas seções finas aumenta a resistência da ferrita. 13
  13. 13. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Composição Química  Enxofre (S < 0,03%) • ↑S → ↑Mg → grafita esferoidal  Fósforo - máx 0,10% ( abaixo de 0,05%) • Forma a steadita → ↓ tenacidade e dutilidade  Outros elementos • Pb, Ti, Al, Sb, Zr → formação de grafita em veios • Sn, V, B, Cr, As → devem ser evitados → favorecem a formação da perlita ou carboneto de ferro • Mn, Ni e Mo → utilizados nos ferros fundidos nodulares ligados (melhorar as propriedades) 14
  14. 14. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Composição Química  Influência dos elementos químicos na forma da grafita: 15 Forma da grafita Elemento Esferoidizada Magnésio, Cálcio, Terras raras (Cério, Lantânio, etc.), Itrio Neutra Ferro, Carbono, Elementos de liga em geral Forma degenerada (antiesferoidizada) Alumínio, Arsênio, Bismuto, Telúrio, Titânio, Chumbo, Enxofre, Antimônio.
  15. 15. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Composição Química  Taxa típica de carbono e silício para ferros fundidos nodulares de boa qualidade. 16
  16. 16. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Tratamento Térmico  A estrutura normal do ferro fundido nodular no estado fundido é constituída de matriz perlítica com grafita esferoidal: pode, contudo, apresentar ferrita ou cementita livre.  Muitas peças de ferro nodular são empregadas no estado fundido. Outras, entretanto, são tratadas termicamente.  O tratamento térmico usual é o que decompõe a cementita produzindo ferrita e mais grafita esferoidal, mediante um recozimento ou normalização. Pode-se também temperar e revenir à dureza desejada. 17
  17. 17. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Tratamento Térmico  De qualquer modo, as operações de tratamento térmico a que usualmente podem ser submetidos são as seguintes: • Alívio de tensões – Para reduzir ou eliminar as tensões residuais das peças fundidas de grandes dimensões ou de seção transversal não uniforme. Normalmente, a temperatura não pode ultrapassar 600ºC e o tempo é de cerca de 20 minutos por centímetro de secção. Não há efeito sobre as propriedades mecânicas. • Recozimento – Para obtenção de matriz ferrítica, mediante aquecimento a 900ºC, resfriamento até 700ºC, em uma hora, seguido de resfriamento até 650ºC, à razão de 3ºC/h. Esse tratamento é tratamento é também chamado de “recozimento para ferritização”, porque produz uma matriz essencialmente ferrítica. • Normalização – Depois de austenitizado o material (à temperatura de 900ºC, durante o tempo necessário), ele é resfriado no forno até 785ºC e em seguida resfriado ao ar. Se o resultado final apresentar dureza muito elevada, pode-se proceder a um revenido posterior, até a dureza desejada, revenido esse que também reduz as tensões internas. 18
  18. 18. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Tratamento Térmico • Têmpera e Revenido – O material é austenitizado pelo aquecimento entre 870 e 900ºC. Segue-se resfriamento em óleo, geralmente e revine-se até a dureza desejada. As estruturas resultantes correspondem à da martensita revenida e o objetivo do tratamento é conferir ao material resistência mecânica, dureza e resistência ao desgaste maiores. • Têmpera superficial – Pode-se aplicar tanto o processo por chama como por indução, para obter-se uma dureza superficial da ordem de 60 HRC e uma superfície de elevada resistência ao desgaste. A temperatura da superfície deve atingir 900ºC durante alguns segundos, seguindo-se resfriamento imediato por jato de água. 19
  19. 19. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Tratamento Térmico • Austêmpera – Mediante esse tratamento, têm-se obtido substancial melhora das propriedades do ferro nodular. No processo, o aquecimento para austenitização, é feito entre 850 e 925ºC, de modo a que haja transferência suficiente de carbono à matriz austenítica. Como as zonas ferríticas do ferro nodular são isentas de carbono, para que o material se torne endurecível, é necessário, na austenitização, que haja suprimento de carbono à ferrita ou austenita (acima da temperatura crítica), o que ocorre por solução e difusão, a partir dos nódulos de grafita. Esse processo depende da temperatura e do tempo. Por isso, às vezes se austenitiza a temperaturas mais elevadas. Os tempos variam de duas a quatro horas, dependendo da secção, justamente para conseguir-se a máxima solubilização do carbono e resultante endurecibilidade. A temperatura de formação de bainita varia entre 235 e 400ºC, para nodular sem elementos de liga. Na faixa de 235 e 270ºC obtém-se bainita inferior ou acicular, de alta dureza, alta resistência mecânica ao desgaste, com moderadas tenacidades e resistência ao choque. As temperaturas mais altas de austêmpera – 300 a 400ºC – produzem bainita mais dúctil e tenaz. 20
  20. 20. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica  Microestrutura da matriz depende de diversos fatores como no ferro fundido cinzento, sendo as principais: • Formato da peça • Velocidade de resfriamento • Composição química • Tratamento térmico 21
  21. 21. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita (microscópio eletrônico) 22
  22. 22. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita (microscópio eletrônico) 23
  23. 23. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 24
  24. 24. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: ferrita e nódulos de grafita 25
  25. 25. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 26
  26. 26. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: ferrita e nódulos de grafita 27
  27. 27. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita (aumento de 100x). 28
  28. 28. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Micrografias de ferro fundido nodular com (a) matriz ferrítica numa amostra recozida, (b) matriz de perlita fina numa amostra normalizada, e (c) matriz martensítica numa amostra temperada. Ataque Nital. 29
  29. 29. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 30
  30. 30. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 31
  31. 31. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 32
  32. 32. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 33
  33. 33. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 34
  34. 34. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 35
  35. 35. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 36
  36. 36. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 37
  37. 37. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 38
  38. 38. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 39
  39. 39. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita 40
  40. 40. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: nódulos de grafita (sem ataque) 41
  41. 41. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita (com ataque) 42
  42. 42. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita (sem ataque) 43
  43. 43. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular: perlita, ferrita e nódulos de grafita (com ataque) 44
  44. 44. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular em estado bruto de fusão: perlita, ferrita e nódulos de grafita 45
  45. 45. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular normalizado a 850°C e resfriado a ar: perlita, ferrita e nódulos de grafita . 46
  46. 46. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular normalizado a 850°C e resfriado ao ar forçado: perlita, ferrita e nódulos de grafita . 47
  47. 47. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular normalizado a 880°C e resfriado a ar: perlita, ferrita e nódulos de grafita . 48
  48. 48. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular normalizado a 910°C e resfriado a ar: perlita, ferrita e nódulos de grafita . 49
  49. 49. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Microestrutura Típica Ferro fundido nodular normalizado a 940°C e resfriado a ar: perlita, ferrita e nódulos de grafita . 50
  50. 50. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico OBRIGADO! Abril de 2011 brenno.senai@sistemafieg.org.br 51

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