Ferros fundidos sertemaq

SERTEMAQ - FUNDIÇÃO 1
Empresa com 20 anos de atuação no setor sucro
energético. Construiu sua fundição em 2010 com
o objetivo de melhorar a qualidade dos produtos
fornecidos às usinas e destilarias.
A fundição fez tanto sucesso qualidade tornou-se
o diferencial, agora procuramos novos
segmentos para apresentar nossa qualidade,
pontualidade e seriedade.
SERTEMAQ

Apresentamos uma revisão bibliográfica para
maior entendimento de fundidos, para nossos
clientes e colaboradores.
A função não é esgotar o assunto, mas mostrar
que premissas são levadas em consideração para
a determinação da qualidade do fundido.
SERTEMAQ

O ferro fundido (fofo)  material fundido de maior
consumo no país e no mundo.
Apresenta atributos não encontrados em nenhum
outro material e também é um dos metais mais
baratos que se dispõe.
FUNDIÇÃO

Vantagens:
Ferros fundidos
• Baixo ponto de fusão (próximo a 1300ºC)
• Apresenta contração baixa ( menor que 1%)
• Excelente usinabilidade (similar ao bronze)
• Propriedades mecânicas bem definidas

Os ferros fundidos  ligas de ferro (92 a
97%), carbono (2,5 a 4,0%) e silício (1 a 3%).
Estas ligas sempre foram usadas nas mais
diversas aplicações. Atualmente existem
aplicações específicas.
Ferros fundidos

Os ferros fundidos se caracterizam por apresentar
reação eutética durante sua solidificação em
decorrência, as temperaturas de fusão são bem
mais baixas que a de outras ligas ferrosas,
podendo se utilizar para sua fusão equipamentos e
processos diferenciados em relação ao aço.
Ferros fundidos

Diagrama de equilíbrio ferro carbono
As transformações responsáveis pela formação
dos constituintes das ligas ferro-carbono, onde os
ferros fundidos se incluem, é estudada e
analisada, a partir do diagrama de equilíbrio ferro-
carbono.
Ferros fundidos

O diagrama de fase a seguir não é um diagrama de
equilíbrio completo, pois é representado somente até
6,7% de carbono, porque forma com o ferro o composto
Fe3C que contém 6,67% de carbono.
Ligas com mais de 4,0 a 4,5% de carbono, apresentam
pouco ou nenhum interesse comercial, devido à alta
dureza e fragilidade que elas apresentam.
Ferros fundidos

Esse diagrama não é um diagrama de equilíbrio
verdadeiro, pois a cementita não é uma fase de
equilíbrio. A grafita é mais estável que a cementita e
sob condições adequadas, a cementita se decompõe,
formando grafita.
Em aços comuns essa decomposição nunca é
observada, porque a nucleação da cementita no ferro
supersaturado de carbono ocorre mais facilmente que
a nucleação da grafita.
Ferros fundidos

O diagrama ferro-carbono se caracteriza por três
pontos principais:
Ponto peritético com 0,16% de carbono a 1493 0C ;
Ponto eutético com 4,3% de carbono a 1147 0C ;
Ponto eutetóide com 0,8% de carbono a 723 0C .
Ferros fundidos

Ponto
Peritético
Ponto
Eutetóide
Ponto
Eutético

A transformação peritética ocorre a temperaturas
elevadas e em aços de baixo teor de carbono. Todas
as composições desta fase passam, em seguida, pelo
campo monofásico CFC. Assim, os efeitos sobre a
estrutura à temperatura ambiente são secundários e
normalmente são desprezados.
Ferros fundidos

A solução sólida cúbica de face centrada CFC, ou fase
 (gama), é chamada de austenita. Todas as ligas
contendo menos que 2,06% de C passam pela região
austenítica no resfriamento.
As ligas contendo menos que 2,06% de carbono são
arbitrariamente chamadas de aços (maioria dos aços
contém menos que 1,0% de carbono).
Ferros fundidos

Ferros fundidos  ligas com mais de 2% de
carbono, porém considera-se que os ferros fundidos
comerciais não são ligas binárias ferro-carbono, pois
elas contêm teores relativamente elevados de outros
elementos, principalmente o silício. Em geral os
ferros fundidos são ligas ternárias de ferro-carbono-
silício.
Ferros fundidos

Alotropia do ferro puro
1- Temperatura de Fusão a 15380C
2- Entre 15380C a 13940C, o ferro solidifica de acordo
com o reticulado CCC (ferro delta - ).
3- A 13940C o ferro delta () sofre uma redisposição
espontânea e forma-se um novo reticulado CFC, (ferro
gama - ) que permanece estável até 9120C.
4- A 9120C o ferro sofre uma nova transformação, com
um novo rearranjo atômico CCC, (ferro alfa - ), não
havendo mais transformações até a temperatura
ambiente.
Ferros fundidos

Constituintes das ligas ferro-carbono metaestáveis
Ferrita ou ferro alfa ():
Ferros fundidos
Estrutura CCC  menores espaçamentos interatômicos e
pronunciadamente alongados, não podem acomodar com
facilidade os átomos de carbono solubilidade de carbono
é cerca de 0,008% a temperatura ambiente, e 0,23% a 727
0C.
Ferrita  mole e dúctil, com limite de resistência abaixo de
32 Kgf/mm2 e dureza Brinell em torno de 90 HB.

Ferro puro – grãos de ferrita.
Ferros fundidos

Austenita ou ferro gama (): forma estável do ferro
puro entre 910 ºC e 14000C.
Estrutura CFC, com espaços interatomicos maiores,
mas são menores que o átomo de carbono, de forma
que a dissolução de carbono na austenita introduz
deformações na estrutura, impedindo que todos os
interstícios sejam preenchidos simultaneamente,
ficando a solubilidade máxima de carbono em 2,0% em
peso (8,7% em átomos).
Ferros fundidos

Ferrita delta ou ferro delta (): acima de 1400 0C, a
austenita deixa de ser a forma mais estável, voltando a
estrutura ser CCC. Este constituinte não apresenta
importância no estudo dos aços.
Ferros fundidos

Cementita ou carbeto de ferro (Fe3C): é o excesso de
carbono em relação ao limite de solubilidade formando
uma segunda fase.
Possui reticulado ortorrômbico com 12 átomos de ferro e
4 de carbono por célula, correspondendo isso a 6.67% de
carbono.
Dada a proporção de átomos de ferro e carbono de 3
para 1 no reticulado cristalino é usualmente representada
como Fe3C.
Ferros fundidos

Comparado a ferrita e austenita, a cementita é muita
dura, cerca de 67HRC ou 900 HV.
A cementita quando presente, associada a ferrita em
partícula finas, aumenta muito a resistência do aço, pois
inibe o escorregamento e evita o cisalhamento da fase
dúctil ferrita. (Ou seja, melhora as propriedades
mecânicas ajustando a resistência da metriz ferrosa).
Ferros fundidos

Perlita com as lamelas de cementita
em um fundo de ferrita. Ferro com
0,8% de carbono. Ampliação de 500X.
Ferros fundidos

Perlita: abaixo da temperatura eutetóide as fases
estáveis são a ferrita e a cementita. A 0,8% de
carbono, ocorre uma reação, que envolve a formação
simultânea de ferrita e cementita a partir da austenita
de composição eutetóide, resultando em uma mistura
das fases ferrita e cementita denominada de perlita.
Essa estrutura consiste de plaquetas alternadas de
Fe3C e ferrita sendo a ferrita a fase contínua. A perlita
contém 12% de cementita e 88% de ferrita.
Ferros fundidos

1-Nucleação inicial
da cementita.
2- Nucleação de lamelas de
ferrita ao lado da cementita.
3- Crescimento lateral e
para frente da cementita.
4- Novo núcleo de cementita formado com
orientação diferente dos anteriores.
5- Crescimento da nova colônia.
Fe3C
γγ
α
Fe3Cγγ
γ
γ
γ
γ
γ γ
Fe3C
Ferros fundidos

Ledeburita: constituinte eutético formado no
resfriamento a partir do equilíbrio das fases austenita
de um lado e Fe3C de outro. Continuando o
resfriamento a temperatura de 7230C, a austenita se
transforma em perlita, resultando em uma estrutura
constituída de glóbulos de perlita sobre um fundo de
cementita.
Ferros fundidos

Perlita formada pela
transformação da
austenita primária.
Cementita (Fe3C).
Ferros fundidos

Cementita (Fe3C). Perlita.
Ferros fundidos

Tipos de ferros fundidos
Ferro fundido branco
Característica:
Ferros fundidos
• Apresenta fratura de coloração branca
• Carbono combinado na forma de Fe3C
• Solidificação pelo diagrama metaestável
• Constituintes principais: ledeburita, cementita e
perlita.
• Elevada dureza
• Resistência ao desgaste

Por possuir baixo teor de silício não ocorre a
grafitização.
Aplicações: equipamentos de manuseio de terra,
mineração e moagem, rodas de vagões, cilindros
coquilhados, revestimentos de moinhos.
Ferros fundidos

Ferro fundido branco hipoeutético com as
dendritas de perlita (em escuro), pontilhados
de ledeburita e áreas brancas de cementita.
Ataque: nítrico. 100 X.
Ferros fundidos

Ferro fundido cinzento
São os mais usados devido:
Ferros fundidos
• Excelente usinabilidade
• Baixo ponto de fusão
• Boa resistência mecânica
• Boa resistência ao desgaste
• Capacidade de amortecer vibrações
• Solidificação pelo diagrama estável (grafita e
austenita)

Estrutura do fofo cinzento  ferrita, perlita e grafita.
Apresenta fratura escura devido a grafita livre formando
veios e uma pequena parte se encontra combinada com o
ferro na relação de 3 átomos de ferro para 1 átomo de
carbono, formando o constituinte cementita.
Ferros fundidos

Grafita  é muito mole e se apresenta na forma de
lamelas, formando superfícies de separação que farão
com que esta liga seja frágil, não apresentando
praticamente nenhuma ductilidade.
Silício  é o principal responsável pela formação da
grafita, por isso normalmente os ferros fundidos cinzentos
apresentam alto teor deste elemento.
Ferros fundidos

Ferros fundidos
Esquema de um célula de grafita, apresentando a região de corte
como se vê no microscópio.

Ferros fundidos
Grafitas em matriz ferrosa, ampliação 100 X.

A grafita é o constituinte mais importante dos ferros
fundidos cinzentos e se forma quase que,
exclusivamente, durante a solidificação. Sua
morfologia (forma, tamanho e distribuição) e
quantidade são responsáveis pelas propriedades
deste material.
Ferros fundidos

A morfologia da grafite é normalmente classificada
por diversas normas, sendo a mais difundida a
classificação da ASTM e DIN.
Os ferros fundidos cinzentos apresentam grafita na
forma Iamelar e que é classificada em 5 tipos.
Ferros fundidos

Tipo A
Ferros fundidos

Tipo B
Ferros fundidos

Tipo C
Ferros fundidos

Tipo D
Ferros fundidos

Tipo E
Ferros fundidos

Carbono 2,50 a 4,00 %
Silício 1,00 a 3,00%
Manganês 0,20 a 1,00%
Fósforo 0,02 a 1,00%
Enxofre 0,02 a 0,25 %
A composição química básica do ferro fundido cinzento
Ferros fundidos

• Velocidade de resfriamento
Propriedades mecânicas
Função da estrutura
do ferro fundido
• Composição química
• Inoculação
• Tratamentos térmicos
• Dimensões das peças
Função
Ferros fundidos

Tipos Limite de Resistência à Tração Mpa
FC-100 100
FC-150 150
FC-200 200
FC-250 250
FC-300 300
FC-400 400
Ferros fundidos

Grafita
Perlita
Ferrita
Ferro Fundido FC300 fundido em
areia – grafita tipo “A”. 500X
Ferros fundidos

Dendritas de
ferrita
Grafita tipo
“D” em matriz
ferrítica.
Ferro fundido FC300 coquilhado
e recozido. 100X
Ferros fundidos

Ferro Fundido Maleável
Ferros fundidos
Fofo Branco
Fofo Cinzento
Fragilidade
Baixa
temperatura
de fusão
Alta fluidez
Aço
Alta
resistência
mecânica
Elevada
temperatura
de fusão
Fofo Maleável
Baixa
temperatura
de fusão
Alta fluidez
Alta
resistência
mecânica

Ferro fundido maleável de núcleo preto (Americano)
Características:
Ferros fundidos
• Fratura escura
• Carbono totalmente combinado (bruto de fusão)
• Constituída basicamente por ferro, carbono e
silício

Ferro fundido maleável de núcleo preto (Americano)
Ferros fundidos
Apresenta na sua estrutura grafita compacta, ferrita e
perlita. Esta forma compacta da grafita permite uma
certa maleabilidade ao ferro fundido.
Tratamento térmico
em atmosfera neutra
Maleabilização
Decomposição
da cementita
Ferrita
Carbono na forma de grafita
compacta

Ferro fundido maleável de núcleo preto, apresentando nódulos de
grafita formados pela decomposição da cementita na temperatura
de austenitização. Ataque: picrico. 200 X.
Ferros fundidos

Ferros fundidos
Carbono 2,2 a 2,85 %
Manganês 0,50% máximo
Fósforo 0,1% máximo
Enxofre 0,20 % máximo
Ferro fundido maleável núcleo preto composição típica

Fundido maleável de núcleo branco (Europeu)
Características:
• Fratura com aspecto prateado claro
• Sua estrutura é composta de ferrita, perlita, podendo
apresentar grafita de recozimento (compacta) no núcleo
da peça.
Ferros fundidos

Ferro fundido maleável de núcleo branco (Europeu)
Ferros fundidos
Tratamento térmico em
atmosfera Oxidante
Descarbonetação
Decomposição
da cementita
Ferrita
Oxidação do carbono

Ferro fundido maleabilizado de núcleo branco apresentando zona de
transição entre a parte central e a região periférica. Observam-se
perlita, grafita e inclusões sobre um fundo de ferrita. Ataque: picrico.
160 X.
Ferros fundidos

Ferros fundidos
Carbono 3,0 a 3,5 %
Manganês 0,10 a 0,40%
Fósforo 0,1% máximo
Enxofre 0,20 % máximo
Ferro fundido maleável núcleo branco composição típica

Ferro Fundido Nodular
Maior resistência dentre os fofos  a grafita se
apresenta na forma de nódulos não interrompendo
tanto a continuidade da matriz quanto a grafita dos
ferros fundidos cinzentos. Este formato da grafita é
obtida através da adição de magnésio ou cério ao ferro
liquido no momento do vazamento.
Propriedades mecânicas melhores até que de alguns
tipos de aços ao carbono.
Ferros fundidos

Ferro fundido nodular ferrítico. Ataque: nital. 100X
Nódulos de grafita.
Fundo de ferrita.
Ferros fundidos

Ferro fundido nodular perliítico. Ataque: nital. 250X
Fundo de
perlita.
Nódulos de grafita envolvidos pela ferrita.
Invólucro de
ferrita.
Ferros fundidos

Ferros fundidos

A ABNT classifica este tipo de ferro fundido nos
seguintes tipos:
FE 42012
FE 50007
FE 60003
FE 70002
FE 80002
As letras FE indicam ferro grafita esferoidal (nódulos),
os três primeiros algarismos indicam a resistência a
tração em MPa e os dois últimos algarismos o
alongamento em %.
Exemplo: FE 50007- Ferro esferoidal com 500 MPa de
resistência a tração e 7,0% de alongamento mínimo.
Ferros fundidos

A ABNT classifica este tipo de ferro fundido como:
FE
Ferro Grafita Esferoidal
Resistência à tração MPa
38017
Alongamento (%)
Ferros fundidos

Ferros Fundidos com grafita compacta – Ferro
Vermicular
Apresentam propriedades físicas e mecânicas
intermediárias entre os fofos cinzentos e nodulares.
São indicadas para aplicações que requeiram elevada
resistência mecânica, baixa condutibilidade térmica e
alta resistência à fadiga térmica.
.
Ferros fundidos

Ferros fundidos

Cinzento Vermicular Nodular
Ferros fundidos

Ferros fundidos

Ferros Fundidos com grafita compacta – Ferro
Vermicular
Processos de fabricação
Por ser um tipo de fofo ainda recente em escala
industrial, vários processos de obtenção de grafita
vermicular podem ser utilizados mas que exigem
controles extremamente rígidos de processo.
Ferros fundidos

Influência dos elementos químicos
Elementos químicos no ferro fundido exercem
influência na microestrutura e nas propriedades dos
ferros fundidos. Além dos elementos normais como C,
Si, Mn, P e S, podem ser adicionados outros elementos
aos ferros fundidos para se obter estruturas e
propriedades desejadas.
Ferros fundidos

Ferros fundidos
Fofos de alta resistência sem adição de elementos de liga
Obtido por meio de controle:
• Composição química
• Técnicas de processamento
Inoculação
Velocidade de resfriamento
Temperatura de vazamento
Superaquecimento
etc

Ferros fundidos
Fofos de alta resistência sem adição de elementos de liga
São ligas de baixo carbono equivalente e com maior
tendência ao aparecimento de problemas devido:
• A menor fluidez
• A maior contração na solidificação
• A maior tendência ao aparecimento de carbonetos
• Ao aparecimento de grafita de super resfriamento e
a ferrita associada a ela.

Devido a esses problemas é usual a utilização de
elementos de liga para obtenção de ferros fundidos de
alta resistência com carbono equivalente mais alto.
.
Ferros fundidos

Carbono: é o elemento mais importante do ferro
fundido. É o maior responsável pelas propriedades
mecânicas e de fundição. Com exceção do carbono na
forma de perlita na matriz, o carbono está presente
como grafita em forma de veios. O carbono combinado
em ferros fundidos cinzentos perlíticos, em geral, varia
de 0,5% a 0,8% e o carbono grafítico de 2,0 a 3,0%.
Ferros fundidos

Silício: atua como forte grafitizante tanto na
solidificação como nas transformações no estado
sólido, consequentemente favorece a formação de
grafita na solidificação, reduzindo o coquilhamento e
formação de carbonetos eutéticos nas transformações
no estado sólido. Não é observável na microestrutura,
pois fica em solução sólida na ferrita. É juntamente com
o carbono os que mais afetam a fundibilidade.
Ferros fundidos

Manganês: neutralizador do enxofre. Coloca-se
sempre em excesso ao estequiométrico necessário
para evitar a formação do sulfeto de ferro. Grandes
excessos de manganês agem como promovedor de
carbonetos na solidificação e de perlita na reação
eutetóide.
Em uso normal o teor de manganês varia na faixa 0,55
a 0,75%.
Ferros fundidos

Enxofre: forma sulfetos de ferro que tendem a
segregar para os contornos das células eutéticas,
atuando como fragilizante.É neutralizado pela adição
de manganês.
Contaminação adição do coque nos fornos cubilot.
Nos nodulares neutraliza a ação do magnésio. O teor
deve ser menor 0,03%.
Ferros fundidos

Fósforo: em teores baixos forma “Steadita” que pode
prejudicar as propriedades. Atua como promovedor
fraco de grafita na solidificação e de perlita na reação
eutetóide.
Em Fofos de alta resistência  teor abaixo de 0,10%.
Quando se deseja alta fluidez  teores maiores que
0,6%.
Acima de 0,20% já tende a diminuir a usinabilidade.
Ferros fundidos

Steadita
Ferros fundidos

Cromo: pode estar presente como elemento residual
(até 0,10 %).
Para elevar a resistência à tração e a dureza  teores
de 0,15 - 1,0%.
Forma carbonetos acima de 0,30% em peças de
seções finas e cantos vivos (utilizar elementos
grafitizantes para contrabalançar seu efeito).
Ferros fundidos

Cromo
Nos Fofos baixa liga, o teor de cromo recomendado
deve produzir uma estrutura completamente perlítica
sem formação de carbonetos livres nos contornos das
células eutéticas ou sob a forma de ledeburita.
Resistência à corrosão dos Fofos  Adição de cromo
em teores acima de 1,5%.
Ferros fundidos

Molibdênio: aumenta a resistência à tração, a dureza e
o módulo de elasticidade. É adicionado em teores entre
0,20 - 0,80% .
Os melhores efeitos são obtidos quando o teor de
fósforo é abaixo de 0,10%, (molibdênio, e cromo, tende
a formar um eutético complexo com o fósforo o que
reduz o efeito desse elemento de liga).
Ferros fundidos

Molibdênio:
Possui menor tendência para formar carbonetos que o
cromo, vanádio e tungstênio. Refina a perlita e favorece
a obtenção de estrutura bainítica. Em teores baixos,
quando usado isoladamente, favorece a obtenção de
ferrita na matriz.
Aumenta significativamente a temperabilidade. O
molibdênio é extensamente usado para aumentar as
propriedades a temperaturas elevadas.
Ferros fundidos

Níquel: elemento grafitizante médio, diminuindo a
tendência de formação de carbonetos na solidificação.
Na reação eutetóide atua como perlitizante e como
consequência tende a aumentar a dureza e a
resistência à tração.
Nos Fofos de baixa liga, os teores adicionados estão
entre 0,25 - 3,0%. A faixa mais comum é entre 0,5 -
1,5%, sendo usado principalmente para contrabalançar
o efeito estabilizante do cromo, do molibdênio e do
vanádio. É caro e raramente usado isoladamente.
Ferros fundidos

Cobre: ação grafitizante semelhante ao níquel,
diminuindo a tendência à formação de regiões
coquilhadas. O seu efeito grafitizante em relação ao
silício é de 1 para 4, como consequência, quando se
deseja melhor aproveitar o efeito da adição isolada de
cobre na resistência mecânica, recomenda-se uma
redução no teor de silício de 0,25% para cada 1% de
cobre adicionado.
Ferros fundidos

Cobre:
Como perlitizante é mais eficiente que o níquel,
principalmente para eliminar restos de ferrita permitindo
aumentar a resistência e a dureza. Os teores usuais
estão entre 0,5 a 2%. Em peças grossa até 3%.
Favorável na usinabilidade. Diminui a resistência ao
impacto . Tende a melhorar a resistência à corrosão em
meios contendo enxofre.
Pode ser usado isolado ou como combinação, por
exemplo, Cu-Cr, Cu-Mo e Cu-Cr-Mo.
Ferros fundidos

Estanho: atua como forte estabilizador da perlita, sem
apresentar tendência para formação de carbonetos na
solidificação e sem afetar significativamente a
morfologia da grafita.
É útil para eliminar as áreas de ferrita que tendem a
aparecer junto à grafita de superesfriamento. O seu
efeito é mais efetivo em Fofos hipoeutéticos.
Ferros fundidos

Estanho:
Recomendam-se adições de até 0,10% (em peças
espessas 0,15%).
Teores crescente eleva a dureza devido a passagem da
estrutura de ferrítica-perlítica para perlítica. A
resistência à tração atinge um máximo quando a
estrutura é 100% perlítica. Teores acima do necessário
para produzir estrutura perlítica tendem a reduzir a
resistência à tração.
Diminui a tenacidade e a resistência ao impacto em
teores acima de 0,10%.
Ferros fundidos

Antimônio: em teores até 0,05% teria efeito
semelhante ao do estanho. Em quantidades acima de
0,05% de Sb, esse elemento tende a reduzir a
tenacidade e a resistência ao impacto.
Ferros fundidos

Vanádio: tem um efeito similar ao molibdênio. Teores
máximos devem ser limitados em torno de 0,20%. Em
peças muito espessas pode-se aceitar até 0,50%, caso
de deseje evitar a formação de carbonetos.
Usualmente, considera-se seu efeito na estabilização
de carbonetos 2,5 vezes maior que a do cromo. Na
reação eutetóide atua como estabilizador e refinador da
perlita. O vanádio tem um efeito favorável nas
propriedades a quente do ferro fundido cinzento.
Ferros fundidos

Titânio: pode ocorrer como residual ou ser adicionado.
Atua como grafitizante em baixos teores e como
estabilizador de carbonetos em teores mais elevados.
Baixos teores, na faixa 0,05 a 0,20%, promove a
grafitização, reduz a tendência ao coquilhamento e
refina a grafita. Teores na faixa de 0,15 a 0,20% tende
a produzir grafita tipo D, que em geral não é desejável.
Ferros fundidos

Titânio:
Verifica-se, porém, que em ferros fundidos de carbono
equivalente elevado (acima de 4,0) adições de 0,15 -
0,20% de Ti produzem uma estrutura ferrítica-perlítica
com grafita tipo D, que tem propriedades mecânicas
superiores que a mesma composição sem adição de
titânio.
Ferros fundidos

Titânio:
O efeito grafitizante de baixos teores de titânio seria
devido a um efeito indireto, pela reação do Ti com
oxigênio e nitrogênio, que estão sempre presentes nos
ferros fundidos. Esses gases favorecem a formação de
eutético metaestável (carbonetos eutéticos) e a sua
remoção resulta em efeito grafitizante.
Ferros fundidos

Alumínio: quase sempre está presente como residual
nos ferro-ligas, ou eventualmente em outras matérias-
primas.
Em baixos teores, menores que 0,25% ,tem forte ação
grafitizante tanto durante a solidificação como no
estado sólido.
Em teores elevados (acima de 4%) pode atuar também
como estabilizador de carbonetos.
Ferros fundidos

Alumínio:
Residuais de alumínio tem sido apontado como um dos
principais responsáveis indiretos pelo aparecimento de
“pin-holes” em ferros fundidos cinzentos. Estes “pin-
holes”, na grande maioria dos casos, são produzidos
por hidrogênio e residuais de alumínio favoreceriam a
absorção do hidrogênio.
Ferros fundidos

Alumínio:
Fofos ao alumínio são ligas de ferro-carbono-alumínio,
onde o alumínio substitui praticamente o silício. São
ligas de alta resistência mecânica, elevada tenacidade
e baixíssima tendência ao coquilhamento, o que a
indica para fundição de peças em moldes metálicos.
Quanto às propriedades mecânicas os Fofos ao
alumínio podem ser considerados como um produto
intermediário entre Fofo cinzento e Fofo nodular.
Ferros fundidos

Formação da grafita nos ferros fundidos
O diagrama Fe-C é de natureza metaestável, a rigor
trata-se de um diagrama Fe-Fe3C. O equilíbrio estável
corresponde à liga ferro-grafita, onde ocorre a
decomposição do Fe3C em ferro e carbono na forma de
grafita.
Esta decomposição depende, dentre outros fatores, da
velocidade de resfriamento e da composição química
Ferros fundidos

Ao solidificar um ferro fundido cinzento hipoeutético,
resulta, em primeiro lugar, cristais de austenita cuja
quantidade aumenta com o decréscimo da temperatura.
O líquido residual toma-se mais rico em carbono e
silício, que são rejeitados à medida que a proporção de
austenita cresce.
Ferros fundidos

Quando é atingida a temperatura de equilíbrio do
eutético estável, seu carbono equivalente é
praticamente igual ao eutético (4,3%), ocorrendo uma
separação simultânea de austenita e grafita. O eutético
estável cresce a partir desses núcleos, sendo que o
crescimento se dá com uma frente de solidificação
aproximadamente esférica. Cada agregado esférico de
austenita e grafita lamelar é chamado de célula eutética
ou grão eutético.
Ferros fundidos

Cristais de austenita
Crescimento dos
cristais de austenita

Nos ferros fundidos cinzentos hipereutéticos, a única
diferença é que a primeira fase a precipitar é a grafita
hipereutética na forma de lamelas longas, retas e
ramificadas e em seguida a sequência de solidificação
é praticamente idêntica a dos ferros fundidos
hipoeutéticos.
Ferros fundidos

Abaixo da temperatura de solidificação, tem se
dendritas de austenita cujo teor de carbono decresce
com a queda da temperatura, formando uma matriz em
que estão distribuídas lamelas de grafita. O carbono
precipitado da austenita aparece em parte como perlita
e parte como grafita livre, dependendo da sua
velocidade de resfriamento e do teor de silício,
principalmente.
Ferros fundidos

Ao se ultrapassar a ultima linha do eutetóide, toda a
austenita remanescente se transforma em perlita e se o
resfriamento for lento pode a perlita se decompor
parcialmente em ferrita e grafita, ficando a estrutura
constituída de perlita, ferrita e grafita que é a estrutura
mais comum em ferros fundidos comerciais.
Ferros fundidos

Fofos nodulares  obtidos pela adição de magnésio ao
ferro liquido. O magnésio é vaporizado e o vapor
atravessa o ferro líquido, diminuindo seu teor de
enxofre, provocando a formação de grafita esferoidal.
O magnésio atua como inibidor de curta duração, que
retarda a formação inicial de grafita. O fofo cinzento
solidifica inicialmente com formação de cementita e
logo a seguir cessada a ação do magnésio, a cementita
decompõem-se produzindo grafita que se desenvolve
por igual em todas as direções, resultando assim numa
forma sensivelmente esférica.
Ferros fundidos

Um ferro fundido nodular hipoeutético inicia sua
solidificação com a formação de dendritas de austenita
relativamente pobres em carbono. À medida que a
temperatura diminui, o líquido residual toma-se mais
rico em carbono e silício, que são rejeitados da
austenita.
Ferros fundidos

Após um determinado superesfriamento (citado acima),
abaixo da temperatura do eutético estável, começam a
se formar os nódulos de grafita no líquido residual rico
em carbono e silício.
Para ferros fundidos nodulares eutéticos, a solidificação
inicia-se após um certo superesfriamento abaixo da
temperatura do eutético, com a formação de nódulos de
grafita em contato direto com o líquido.
Ferros fundidos

Uma diferença fundamental que existe entre os nódulos
de grafita observados em ligas hipereutéticas em
relação aos obtidos em ligas eutéticas e hipoeutéticas,
é que nas hipereutéticas os nódulos têm tamanhos
bastante diferentes, sendo os nódulos maiores os que
se formaram entre as temperaturas de liquidus
hipereutéticos e a do eutético, enquanto que os
menores são provenientes de reação eutética.
.
Ferros fundidos

Obtenção do ferro fundido
Introdução
Os ferros fundidos são ligas de ferro carbono silício
com teores de carbono na ordem de 2,5 a 4,0% e
silício. Por essa razão, as temperaturas de fusão são
bem mais baixas, podendo se utilizar para sua fusão
equipamentos e processos, diferenciados em relação
ao aço.
Ferros fundidos

Matérias primas
Matérias primas básicas utilizadas na produção de
fofos  ferro gusa, sucata de aço e ferros ligas.
Ferro gusa  principal fonte de ferro utilizada na
fabricação de ferros fundidos com teor de carbono
variando de 3,2 a 4,6% e teor de silício de 0,5 a 3,0%.
Apresentam variações de composição química de lote
para lote. Os lotes devem ser identificados e separados
e o calculo de carga refeito a cada novo lote diminuindo
a necessidade de correções de composição química do
metal fundido.
Ferros fundidos

Matérias primas
Enxofre  gusas provenientes de alto forno a carvão
vegetal são os que possuem menores teores deste
elemento.
Impurezas  gusas vazadas em areia apresentam
maior teor de impurezas que os vazados em maquinas
de lingotar.
Sucata de aço  está condicionado ao tipo de ferro
fundido que se quer obter. É o principal responsável
pelo diminuição dos teores de carbono do fofo. Seu uso
varia de l0 a 50% do peso da carga.
Ferros fundidos

Matérias primas
Ferros ligas  são utilizados na produção dos ferros
fundidos para corrigir teores ou adicionar elementos do
ferro fundido e para inocular a liga para aumentar a
grafitização.
Ferros fundidos

Equipamentos de fusão
Obtenção dos ferros fundidos  em fornos cubilot ou
em fornos elétricos a arco elétrico e a indução.
Ferros fundidos

Forno cubilot
Equipamento de fusão empregado para a produção de
ferros fundidos que utiliza como matéria prima o ferro
gusa, sucata de aço, calcário (para separar
impurezas) e, como combustível, o coque.
Operacionalmente o forno não permite flexibilidade de
produção e tão pouco controle rigoroso de composição
química e temperatura de vazamento.
Sistema duplex  uso do forno cubilot + forno de
indução.
Ferros fundidos

Operação do forno cubilot
Funcionamento baseado no princípio da contra
corrente.
Carga metálica  sucata metálica de fundição (canais,
alimentadores, peças quebradas) e sucata em geral,
ferro gusa de alto forno, sucata de aço, adições de ferro
silício e ferro manganês.
Ferros fundidos

Carcaça metálica
Porta de
carregamento
Anel de vento
Ventaneiras
Principio da contra
corrente
Tijolos refratários
Produção de
1 à 50 t/h
Ferros fundidos

Fornos elétricos
Permite o controle da temperatura do banho, bem como
condições favoráveis para oxidação e adições de
elementos de liga permitindo a obtenção de ferros
fundidos com características excepcionais e alta
qualidade.
Ferros fundidos

Forno a arco
Ocorre a transformação da energia elétrica em energia
térmica. A corrente elétrica passa por transformadores
e é levado aos eletrodos de grafite, por meio de
terminais e cabos flexíveis. Os eletrodos penetram no
forno através da abóbada e o arco é formado entre os
eletrodos e a carga metálica, por meio do qual serão
fundidos os materiais e ou mantido líquido o banho
metálico.
Ferros fundidos

Forno de Indução
O processo de aquecimento difere dos outros
processos de fusão do aço pelo fato de que o calor não
é transmitido à carga pela irradiação, e sim produzido
no interior da mesma.
Ferros fundidos

Forno de Indução
Forno de Indução a canal
Consistem de um núcleo, uma bobina (primário) e um
secundário formado pelo banho metálico, que com o
formato de uma calha circular, circunda o núcleo e a
bobina primária.
Ferros fundidos

A fusão é obtida ao se fazer passar pela bobina uma
corrente alternada de alta voltagem, será feito circular
no banho metálico uma corrente induzida de menor
voltagem, porém de maior intensidade. A secção
pequena e o grande comprimento do banho na calha
de fusão apresentam uma grande resistência a
passagem da corrente elétrica, a qual se transforma em
calor e causa o aquecimento da carga.
Ferros fundidos

Desvantagens:
• Manter uma poça de material fundido após a fusão;
• Manutenção do canal difícil;
• Erosão do revestimento e arraste de pequenos
fragmentos para o metal líquido;
Ferros fundidos

Vantagens:
• Menor consumo de energia;
• Menor investimento inicial ;
• Boa rentabilidade em serviço contínuo;
Não é indicado para o trabalho com metal sólido sendo
mais adequado para manutenção de banho líquido
(sistema duplex).
Ferros fundidos

Metal fundido
Canal
Núcleo de ferro
Bobina
Canal
Refratário
Ferros fundidos

Forno de Indução a cadinho
A carga metálica desempenha o papel de secundário
do circuito. O enrolamento primário é constituído por
uma bobina de tubos de cobre resfriados à água,
colocados no interior da carcaça do forno. A câmara de
aquecimento é um cadinho refratário ou é constituída
de revestimento refratário socado no lugar, de natureza
ácida.
Ferros fundidos

Forno de Indução a cadinho
Ferros fundidos
Vantagens:
• Trabalha com qualquer tipo de sucata;
• Flexibilidade na troca de ligas uma após
a outra fusão intermitente;
• Curto período de fusão;

Ferros fundidos
Plataforma
Refratário
Tampa
Bica
Cabo de força e
refrigeração
Pedestal e cilindro
hidráulico de
elevação
Bobina
Metal
Líquido

Ferros fundidos
Variáveis de processo
Escória
Forno cubilot  indicação das condições de operação
e qualidade do ferro fundido.
Constituída de:
Al203
SiO2
CaO
Refratário
Areia da fundição, cinzas, refratário
Calcário

Ferros fundidos
Escória
Ácida
Básica
SiO2 CaO


SiO2 CaO
Fios
longos
Fios
Curtos

Ferros fundidos
Características a observar Observações
Calmo Viscosidade boa, operação normal.
Fluxo
Agitado Escória espumosa, operação irregular.
Ácido Fios longos.Basicida
de Básico Fios curtos.
Preta
Escória ruim, condições extremamente
oxidantes.
Marrom escuro Escória ruim, condições oxidantes.
Verde garrafa Operação normal.
Verde tingido de
amarelo
Operação normal, mas com excesso de
manganês.
Cor
Marrom Escória ruim com excesso de calcário.

Ferros fundidos
Superaquecimento
É aquecer o metal líquido de 100 a
150°C acima da temperatura de
vazamento de 5 à 15 minutos.
Destruir ou diminuir os núcleos de solidificação
instáveis  Homogeneização do banho

Ferros fundidos
Inoculação
Adicionar compostos grafitizantes no
metal líquido momentos antes do
vazamento.
Promover a formação da grafita na solidificação.

131SERTEMAQ - FUNDIÇÃO
Microestrutura de um ferro fundido cinzento sem
inoculação. 100X
Ferros fundidos

132SERTEMAQ - FUNDIÇÃO
Microestrutura de um ferro fundido cinzento com
inoculação. 100X
Ferros fundidos

Grupo de inoculantes Inoculantes
Grafita
Silício metálico
Ferro-silício 50%
Ferro-silício 75%
 Tipo “A”
 Tipo “B”
Ferro-silício 85%
Inoculantes grafitizantes
comuns
Ca-Si
Ca-Si-Ti
Ca-Si-Mn
Ca-Si-Mn-C
Fe-Si-Zr
Fe-Si-Zr-Ca
Ca-Si-Ba
Fe-Si-Mn-Zr-Ba
Si-Mn-Ca-Ba
Inoculantes grafitizantes
especiais
Si-Terras raras
Fe-Cr
Cr-Si-Mn
Inoculantes estabilizadores
perlitizantes
Cr-Si-Mn-C

Ferros fundidos
Inoculação
Sua eficiência depende:
Composição química do ferro base
Carbono

Grafitização
Em ligas
hipoeutéticas
 Quantidade de inoculante que
nas ligas hipereutéticas

Ferros fundidos
Teor de impurezas
Inoculação
Oxigênio em excesso Consumo de inoculante
Os inoculantes são excelentes desoxidantes
?

Ferros fundidos
Inoculação
Temperatura de inoculação
Temperatura elevada
Temperatura baixa
Destruição dos centros efetivos
para nucleação da grafita
Dissolução incompleta dos
inoculantes

Ferros fundidos
Inoculação
Mais eficiente quanto maior a quantidade de inoculante?
Quantidade de inoculante
Existe um limite a partir do qual o aumento de inoculante
não atuará eficientemente.
Excesso provoca mais escória, riscos de
inclusões e porosidades no produto.

Ferros fundidos
Inoculação
Limpeza do banho
Antes da inoculação Preparação do banho
Remoção da escória
O inoculante é desoxidante e seria consumido na
desoxidação da escória não ocorrendo a grafitização.

Ferros fundidos
Inoculação
Fading
Tempo de atuação do inoculante
Importância
Controlar o tempo decorrido entre a
inoculação e o início da solidificação.
Formação de carbonetos

Ferros fundidos
Inoculação
Granulometria
Partículas pequenas Facilmente oxidadas
Partículas grandes Demorada dissolução
Tamanho das partículas entre 0,7 a 2,8 mm.

Ferros fundidos
Inoculação
Técnica de inoculação
Depende
Quantidade de inoculantes
Número de inoculações
Tipo de inoculante
Granulometria

Ferros fundidos
Inoculação
Técnica de inoculação
Inoculação durante a transferência do metal
do forno para a panela de vazamento, no jorro
de metal.

Ferros fundidos
Nodularização
Elementos nodularizantes
Magnésio - mais utilizado
Cério
Cálcio

Ferros fundidos
Nodularização
Técnicas de nodularização
Simples transferência
FeSiMg adicionado ao
fundo da panela e
recoberta com sucata de
aço para retardar a
reação.

Ferros fundidos
Técnicas de nodularização
Sandwich
A panela de vazamento possui um
degrau no fundo onde é colocado o
FeSiMg e recoberta com sucata de
aço para retardar a reação.
Nodularização

Ferros fundidos
Nodularização
Simples transferência Sandwich

Ferros fundidos
Nodularização
Fatores a serem considerados nas técnicas de
nodularização:
Composição química
O teor de enxofre é crítico pois o magnésio é
um excelente dessulfurante. Quando o teor de
enxofre é alto deve-se proceder a tratamentos
de dessulfuração antes da nodularização.

Ferros fundidos
Nodularização
nodularização:
Temperatura do banho
Temperatura muito alta
acentua a perda por
oxidação e volatilização.
Temperatura muito baixa
poderá causar cementita
livre na estrutura.

Ferros fundidos
Nodularização
nodularização:
Temperatura do banho
Recomendam-se
temperaturas de tratamento
em torno de 1480 a 1520ºC.

Ferros fundidos
Nodularização
nodularização:
Temperatura de
vazamento
Acima de 13700C, pois abaixo disso
tenderá a haver formação de
carbonetos eutéticos.
Temperaturas mais elevadas
provocara uma maior tendência de
reação metal molde, e a formação
de microporosidades.

Ferros fundidos
Nodularização
nodularização:
Panela de
vazamento
A área de superfície da panela
deve ser a menor possível.
Minimizar as perdas por
oxidação e volatilização.

Ferros fundidos
Variação do teor de Mg com o tempo para nodularização
em panela com H/D = 1 (série A) e H/D = 2 (série B)

Porcentagem dos elementos dos materiais de acerto e rendimento em fornos de indução
Material Elementos Porcentagem Rendimento
Carbono 97 Mín. 0,97Material de
eletrodo Enxôfre 0,4 Max -
Carbono 65 Min. 0,97
Babaçu
Enxôfre 0,1 Max -
Carbono 65 Mín. 0,97
Moinha de coque
Enxôfre 1 Max. -
Cromo 50 – 60 1
Carbono 05 – 07 0,97
Ferro cromo
(alto cromo)
Silício 1,5 - 3 0,75
Manganês 74 – 76 1Ferro manganês
(alto carbono) Carbono 06 – 07 0,97
Ferro Silício Silício 42 – 48 0,75
Sucata de cobre Cobre 99 Min. 1
Molibdênio 55 - 70 1Ferro molibdênio
(alto carbono) Carbono 2,5 Max. 0,97
Magnésio 8 - 10 0,33
FeSiMg
Silício 43 - 48 0,75

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