Ferros Fundidos Flashcards
Catacteristicas ferros fundidos
- Elevada resistência ao desgaste e à abrasão
- Amortecimento de vibrações
- Componentes de grandes dimensões
- Peças de geometria complexa
Desvantagens ferros fundidos
- Grande fragilidade e baixa ductilidade
- Deformação plástica baixa
- Soldadura limitada
Ferro fundidos cinzentos
- É dos Ferros Fundidos mais utilizados (aprox. 75%)
facilidade de fusão, boa maquinabilidade, resistência mecânica satisfatória, boa resistência ao desgaste e boa capacidade de amortecimento. - É caracterizado pelos fatores que favorecem a formação da grafite
- É barato
- Utilizado para fundição de componentes mecânicos em geral: blocos de motores; Engrenagens de grandes dimensões; Máquinas agrícolas; Carcaças e suportes de mecânicas.
Composição quimica ferro fundido cinzento
- Composição típica: C [2.5 a 4 %]; Si [1 a 3 %]; Mn [0.4 a 1 %]
- Teores de Si altos melhora a Resistência à corrosão e Fluidez
- Apresenta uma estrutura de grafite lamelar devido ao C livre na matriz de ferrite, perlite ou outra estrutura originada da austenite
Ferros fundidos nodulares - CQ e microestrutura
Temos flocos?
- 3.5 < %C < 4.0; 1.8 < %Si < 3.0; pequenas adições de Mg
- Em vez de flocos formam-se nódulos
- A matriz é ferrítica → velocidade de arrefecimento baixa; é perlítica quando a velocidade de arrefecimento é moderada
- Grafite em forma de nódulos origina maior resistência mecânica, ductilidade e tenacidade
Propriedades ferros fundidos nodulares
- Melhor resistência mecânica, ductilidade e tenacidade
- Boa maquinabilidade
- Possibilidade de deformação a quente
- Boa fluidez
- Soldabilidade melhorada
- Custo de produção baixo, porém, superior ao dos F.F. Cinzentos
Aplicaçõesferros fundidos nodulares
- Engrenagens
- Cambotas
- Juntas universais
- Válvulas
- Componentes sujeitos a desgaste
Ferros Fundidos Nodulares / Dúctil
Propriedades
Microestrutura
Aplicações
- Melhores propriedades mecânicas (ductilidade e resistência mecânica) dentre os ferros fundidos
Microestrutura: - GN + Ferrite
- GN + Perlite
- GN + Ferrite / Perlite
- GN + Austenite / Ferrite
Aplicações: - Válvulas para vapor e produtos químicos
- Cilindros para papel
- Engrenagens
Ferro Fundido branco - Microestrutura
- 2.0 < %C < 3.5; 0.5 < %Si < 2.0; 0.5%Mn
- Elevada velocidade de arrefecimento → o Carbono solidifica sob a forma de cementite
- A cementite deste tipo de Ferros fundidos é caracterizada por possuir elevada dureza e ser frágil
- Em peças de elevadas espessuras, pode-se obter Ferro Fundido Branco à superfície e Ferro fundido Cinzento no núcleo
Ferro Fundido branco - Propriedades
- Elevada resistência à compressão e à abrasão (cementite)
- Muito duro e frágil
- De difícil maquinabilidade
- De difícil soldabilidade
- Baixo custo de produção
Ferro Fundido branco eutético- evolução da microestrutura
- Abaixo de temperaturas de (aprox.) 727 ºC, a austenite transforma-se em perlite.
- Como consequência a ledeburite será constituída por glóbulos de perlite sobre o fundo de cementite
Ferros Fundidos Branco (hipoeutético)
Por exemplo um Ferro Fundido Branco hipoeutético com aprox. 3%C:
* Durante a fase de arrefecimento a liga começa a solidificar formando austenite. A continuação da solidificação e atingindo-se a temperatura de aproximadamente 1130 ºC, obtém-se austenite com 2% de C e líquido com composição eutéctica
* Abaixo da temperatura de 1130 ºC, o líquido transforma-se no eutéctico ledeburite.
* A Cementite continua a “perder” carbono (C), formando-se Fe3C. Abaixo de 727 ºC a austenite (0.8 %C), isolada, transforma-se em perlite. À temperatura ambiente a microestrutura será composta por perlite e Fe3C envolvidos (encapsulados) por ledeburite.
Formas de carbono livre
Grafite e como é formada
- Grafite (variedade alotrópica do carbono, estrutura cristalina hexagonal)Ferro Fundido cinzento
- A grafite é um componente microestrutural dos ferros fundidos.
- A grafite é formada pelo excesso de carbono da liga em relação ao teor máximo do carbono que pode ser dissolvido no ferro (estado sólido).
- Forma-se durante a fase de solidificação do material
- Apresenta diferentes morfologias decorrentes principalmente das características da solidificação do “fundido” e da composição química da liga.
Carbono nos FF
Porque é usado?
o que acontece ao que não foi dissolvid na matriz metalica
- O carbono é o principal elemento de liga nos materiais ferrosos devido a sua capacidade de alterar as propriedades mecânicas com adições de baixo custo.
- No ferro fundido, o carbono que não ficou dissolvido na matriz metálica, ou precipitou na forma de carbonetos de cementite, ou que não tenha sido utilizado na formação da cementite irá formar a grafite nos ferros fundidos.
- O balanço entre a quantidade de grafite formada, a sua morfologia e a quantidade de carbono como elemento de liga na matriz metálica irá determinar a qualidade do ferro fundido.
Inoculação
Como é feita
Objetivo
Introdução de pequenas quantidades de material composto de partículas nucleantes no metal fundido
* Pouco antes ou durante o vazamento
* Objetivo:
o Controlar a microestrutura final
o Controlar as propriedades mecânicas do matéria.
o Para evitar a formação de carbonetos na estrutura.
Inoculação
Efeito
Com o que está relacionada a formação de uma matriz ferrítica?
O que influencia velocidade de arrefecimento no estado sólido?
O que influencia processo de inoculação?
- Efeito da inoculação → proporcionar o aumento de núcleos disponíveis para a formação da grafite.
- Este aumento dos núcleos disponíveis reduz o rápido arrefecimento necessário durante a fase de solidificação, facilitando a solidificação segundo o eutéctico estável.
- A formação de uma matriz completamente ferrítica está relacionada com a eficiência do inoculante utilizado e a velocidade de arrefecimento no estado sólido.
- A velocidade de arrefecimento do estado sólido influencia na velocidade de difusão do carbono da austenita para os nódulos de grafite, tendendo a aumentar a quantidade de perlite na microestrutura, quanto maior for esta velocidade.
- O processo de inoculação influencia no número de nódulos
o Quanto maior o número de nódulos, menores serão as distâncias entre eles e menores serão as distâncias que o carbono terá que percorrer, e portanto, a difusão será facilitada.
Inoculação
O que permite
Do que depende a eficiencia da inoculação
- permite aumentar o potencial de germinação da grafite qualquer que seja o seu tipo de grafite, modo de elaboração ou processo de fundição.
- Consiste na adição de uma pequena quantidade de um produto ativo (entre 0,03 e 0,4 %), que promova a formação de gérmens heterogéneos no banho, de modo a serem pontos de nucleação da grafite.
- proporciona locais preferenciais de nucleação para precipitação da grafite.
- A eficiência da inoculação depende do tratamento de nodularização e das micropartículas formadas nessa etapa.
o Micropartículas revelam-se importantes, visto que depois da inoculação com uma liga de ferro silício contendo elementos ativos, a superfície das micropartículas modifica-se e formam-se silicatos que possuem uma estrutura adequada à precipitação de carbono e ao crescimento da grafite. - Assim, criam-se locais de nucleação para a grafite crescer durante a solidificação. O efeito da inoculação é notório nas propriedades mecânicas.
Nodularização
- Consiste na adição de magnésio, ou uma liga de magnésio, ao banho de forma a promover a precipitação de grafite nodular durante a solidificação.
- O magnésio adicionado ao banho reage com o oxigénio e o enxofre, para formar óxido de magnésio (MgO) e sulfato de magnésio (MgS), e o excesso de magnésio que não reage promove o aumento da tensão interfacial entre o banho e o plano prismático da grafite, originando a formação de grafite esferoidal.
- Com o aumento progressivo dos teores de magnésio dissolvidos no banho, a forma de crescimento da grafite vai sendo alterada, desde a forma lamelar, passando pela compacta até à nodular - característica dos ferros fundidos nodulares.
- O magnésio é normalmente adicionado ao banho sobre a forma de uma liga de Fe-Si-Mg, que contêm teores de magnésio variáveis (entre 1,5 e 30 %) e ainda pequenos teores de outros elementos de liga como: alumínio, cálcio e metais do grupo terras-raras
- A quantidade de magnésio desvanece e baixa gradualmente no banho, por ação da vaporização,
o O desvanecimento será tanto maior quanto mais alta for a temperatura inicial do banho, o teor inicial de magnésio após nodularização e mais elevado o teor inicial de enxofre
Inoculação - O que acontece à medida que sobrearrefecimento aumenta?
à medida que o sobrearrefecimento aumenta, o número de núcleos cresce e, consequentemente, o número de nódulos é maior com uma grafite mais fina e de menor tamanho
* Maiores velocidades de arrefecimento → formação de carbonetos.
* Ferros Fundidos não inoculados → forte tendência a solidificar segundo o eutéctico metaestável (envolvendo a formação de dendrites de austenite e carbonetos, devido ao elevado sobrearrefecimento
Inoculação - Precipitação da grafite é dificultada porque?
Qual é a solução?
Inoculantes mais comuns
A precipitação da grafite é dificultada pelo facto de ser uma fase não-metálica a crescer no seio de um banho metálico.
* As dificuldades de germinação e o crescimento subsequente, associada ao arrefecimento do banho, pode levar à formação de ledeburite.
o Se tal acontecer, porque esta tem uma velocidade de crescimento muito maior do que a da grafite, a microestrutura apresenta grande proporção de ledeburite.
o Para o contrariar há necessidade de utilizar técnicas que promovam a germinação e o crescimento da grafite, que se consegue adequando a composição química e inoculando o banho. Este problema torna-se mais crítico nas peças de secção fina, necessariamente com arrefecimento mais rápido.
* Os inoculantes mais comuns são ligas de ferro-silício contendo pequenas % de bário ou estrôncio ou cálcio ou zircónio ou bismuto ou alumínio.
* O ferro e o silício funcionam como sistema portador dos elementos nucleantes (bário, cálcio, estrôncio, zircónio, bismuto e alumínio). Estes elementos deverão ter uma solubilidade limitada no ferro fundido e formar compostos estáveis com outros elementos.
