Ferros Fundidos

Ferros fundidos 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. Ferros fundidos

Ferros fundidos Vantagens: Ferros fundidos Baixo ponto de fusão Apresenta contração baixa Excelente usinabilidade Propriedades mecânicas bem definidas

Ferros fundidos Os ferros fundidos  ligas de ferro, carbono (2,5 a 4,0%) e silício (1 a 3%). Ferros fundidos

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

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

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 Fe 3 C 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

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

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

Ferros fundidos Ponto Peritético Ponto Eutetóide Ponto Eutético

Ferros fundidos 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

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 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

Ferros fundidos Alotropia do ferro puro 1- Temperatura de Fusão a 1538 0 C 2- Entre 1538 0 C a 1394 0 C, o ferro solidifica de acordo com o reticulado CCC (ferro delta -  ). 3- A 1394 0 C o ferro delta (  ) sofre uma redisposição espontânea e forma-se um novo reticulado CFC, (ferro gama -  ) que permanece estável até 912 0 C. 4- A 912 0 C o ferro sofre uma nova transformação, com um novo rearranjo atômico CCC, (ferro alfa -  ), não havendo mais transformações até a temperatura ambiente. Ferros fundidos

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 0 C. Ferrita  mole e dúctil, com limite de resistência abaixo de 32 Kgf/mm 2 e dureza Brinell em torno de 90 HB.

Ferros fundidos Ferros fundidos Ferro puro – grãos de ferrita.

Ferros fundidos Austenita ou ferro gama (  ) : forma estável do ferro puro entre 910 ºC e 1400 0 C. 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

Ferros fundidos Ferrita delta ou ferro delta (  ): acima de 1400 0 C, 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

Ferros fundidos Cementita ou carbeto de ferro : 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 Fe 3 C. Ferros fundidos

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. Ferros fundidos

Ferros fundidos Ferros fundidos Perlita com as lamelas de cementita em um fundo de ferrita. Ferro com 0,8% de carbono. 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 Fe 3 C e ferrita sendo a ferrita a fase contínua. A perlita contém 12% de cementita e 88% de ferrita. Ferros fundidos

Ferros fundidos 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. Fe 3 C γ γ α Fe 3 C γ γ γ γ γ γ γ γ Fe 3 C

Ferros fundidos Ledeburita : constituinte eutético formado no resfriamento a partir do equilíbrio das fases austenita de um lado e Fe 3 C de outro. Continuando o resfriamento a temperatura de 723 0 C, a austenita se transforma em perlita, resultando em uma estrutura constituída de glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita. Ferros fundidos

Ferros fundidos Ferros fundidos Perlita formada pela transformação da austenita primária. Cementita (Fe 3 C).

Ferros fundidos Ferros fundidos Cementita (Fe 3 C). Perlita.

Ferros fundidos Tipos de ferros fundidos Ferro fundido branco Característica: Ferros fundidos Apresenta fratura de coloração branca Carbono combinado na forma de Fe 3 C Solidificação pelo diagrama metaestável Constituintes principais: ledeburita, cementita e perlita. Elevada dureza Resistência ao desgaste

Ferros fundidos 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

Ferros fundidos 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)

Ferros fundidos 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

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 Ferros fundidos

Ferros fundidos 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

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

Ferros fundidos Tipo A Ferros fundidos

Ferros fundidos Tipo B Ferros fundidos

Ferros fundidos Tipo C Ferros fundidos

Ferros fundidos Tipo D Ferros fundidos

Ferros fundidos Tipo E Ferros fundidos

Ferros fundidos A composição química básica do ferro fundido cinzento Ferros fundidos

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

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

Ferros fundidos 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

Ferros fundidos 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

Ferros fundidos 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

Ferros fundidos 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 Ferros fundidos Ferro fundido maleável núcleo preto composição típica

Ferros fundidos 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

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

Ferros fundidos 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 Ferros fundidos Ferro fundido maleável núcleo branco composição típica

Ferros fundidos 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

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

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

Ferros fundidos A ABNT classifica este tipo de ferro fundido como: FE Ferro Grafita Esferoidal Resistência à tração MPa 380 17 Alongamento (%) Ferros fundidos

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

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 Influência dos elementos químicos 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 Influência dos elementos químicos 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.

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Ferros fundidos Steadita

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Influência dos elementos químicos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos ferros fundidos O diagrama Fe-C é de natureza metaestável, a rigor trata-se de um diagrama Fe-Fe 3 C. O equilíbrio estável corresponde à liga ferro-grafita, onde ocorre a decomposição do Fe 3 C em ferro e carbono na forma de grafita. Esta decomposição depende, dentre outros fatores, da velocidade de resfriamento e da composição química Ferros fundidos

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

Ferros fundidos Cristais de austenita Crescimento dos cristais de austenita

Ferros fundidos Formação da grafita nos ferros fundidos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

Ferros fundidos Formação da grafita nos 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

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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido 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

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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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

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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão Forno de Indução a canal 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão Forno de Indução a canal 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão Forno de Indução a canal 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

Ferros fundidos Metal fundido Canal Núcleo de ferro Bobina Canal Refratário Ferros fundidos

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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

Ferros fundidos Obtenção do ferro fundido Equipamentos de fusão 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 Ferros fundidos Plataforma Refratário Tampa Bica Cabo de força e refrigeração Pedestal e cilindro hidráulico de elevação Bobina Metal Líquido

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Escória Forno cubilot  indicação das condições de operação e qualidade do ferro fundido. Constituída de: Al 2 0 3 SiO 2 CaO Refratário Areia da fundição, cinzas, refratário Calcário

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Escória Ácida Básica SiO 2 CaO   SiO 2 CaO Fios longos Fios Curtos

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

Ferros fundidos Microestrutura de um ferro fundido cinzento sem inoculação. 100X Ferros fundidos

Ferros fundidos Microestrutura de um ferro fundido cinzento com inoculação. 100X Ferros fundidos

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

Ferros fundidos Ferros fundidos Teor de impurezas Variáveis de processo Inoculação Sua eficiência depende: Oxigênio em excesso Consumo de inoculante  Os inoculantes são excelentes desoxidantes ?

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Inoculação Sua eficiência depende: Temperatura de inoculação Temperatura elevada Temperatura baixa Destruição dos centros efetivos para nucleação da grafita Dissolução incompleta dos inoculantes

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

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Inoculação Sua eficiência depende: Granulometria Partículas pequenas Facilmente oxidadas Partículas grandes Demorada dissolução Tamanho das partículas entre 0,7 a 2,8 mm.

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Inoculação Sua eficiência depende: Técnica de inoculação Depende Quantidade de inoculantes Número de inoculações Tipo de inoculante Granulometria

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Inoculação Sua eficiência depende: Técnica de inoculação Inoculação durante a transferência do metal do forno para a panela de vazamento, no jorro de metal.

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Nodularização Elementos nodularizantes Magnésio - mais utilizado Cério Cálcio

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

Ferros fundidos 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. Variáveis de processo Nodularização

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Nodularização Simples transferência Sandwich

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo 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 Ferros fundidos Variáveis de processo Nodularização Fatores a serem considerados nas técnicas de 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 Ferros fundidos Variáveis de processo Nodularização Fatores a serem considerados nas técnicas de nodularização: Temperatura do banho Recomendam-se temperaturas de tratamento em torno de 1480 a 1520ºC.

Ferros fundidos Ferros fundidos Variáveis de processo Nodularização Fatores a serem considerados nas técnicas de nodularização: Temperatura de vazamento Acima de 1370 0 C, 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 Ferros fundidos Variáveis de processo Nodularização Fatores a serem considerados nas técnicas de nodularização: Panela de vazamento A área de superfície da panela deve ser a menor possível. Minimizar as perdas por oxidação e volatilização.

Ferros fundidos 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)

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