FERRO FUNDIDO Virabrequins Peças diversas de motores

FERRO FUNDIDO

Virabrequins

Peças diversas de motores

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Ferro Fundido

É uma liga de Fe-C-Si É considerada uma liga ternária devido a

presença do Si Os teores de Si podem ser maiores que o

do próprio C O Si influi muito nas propriedades dos

fofos

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS 1- composição típica dos fofos

C 2-4% Si 0,5-3% Mn <1% S < 0,2%

O teor de C (>2%) está acima do teor que pode ser retido em solução sólida na austenita.

Conseqüência

O fofo tem Carbono parcialmente livre

Na forma de veios ou lamelas de Grafite

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Efeitos do SilícioEfeitos do Silício

Substitui parcialmente o carbono

C equivalente =% C(em peso) +1/3 %[Si+P] (em peso)

**Para se usar o diagrama Fe-Fe3C deve-se levar em conta também o teor de Si

Promove a formação de grafite em vez de cementita

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS 2- Propriedades dos fofos

Baixo custo Ponto de fusão mais baixo que Boa fluidez Versatilidade de propriedades e aplicações

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS 3- classificação dos fofos

Os fofos são classificados segundo: Composição química Taxa de resfriamento Adição de inoculantes

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS 4- Microestrutura dos fofos

A microestrutura dos fofos é controlada:

Pela composição química Pelo processo de fabricação

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS 4- Microestrutura dos fofos

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

Fatores que favorecem a formação do grafite

Alto teor de C Alto teor de Si Resfriamento lento Seções espessas Presença de : S, P, Al, Mg, Sb,

Sn, Cu, Ni, Co Adição de Inoculante

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

Fatores que favorecem a Fatores que favorecem a formação da cementitaformação da cementita

Baixo teor de C Baixo teor de Si Resfriamento rápido Seções finas Adição de : Ti, V, Zr, Cr, Mn, Mo

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

5- Classificação dos fofos quanto ao tipo de liga

Fofo Cinzento Fofo branco Fofo mesclado Fofo maleável Fofo dúctil ou nodular

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Composição Química dos ferros fundidos

C Si Mn S P

Cinzento 2,5-4,0 1,0-3,0 0,25-1,0 0,02-0,25 0,05-1,0

Branco 1,8-3,6 0,5-1,9 0,25-0,80 0,06-0,20 0,06-0,18

Maleável 2,0-2,6 1,1-1,6 0,20-1,0 0,04-0,18 0,18 mãx.

Dúctil 3,0-4,0 1,8-2,8 0,10-1,0 0,03 máx. 0,10 máx.

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERROS FUNDIDOS – TIPOS BÁSICOS

FF CINZENTO(Gray iron)

FF DÚCTIL OU NODULAR

(Spheroidal iron)

FF BRANCO(White iron)

FF MALEÁVEL(Malleable iron)

Existe sobreposição de composição química,

sendo que só se distinguem através do

processamento!

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

A – FerriteP – PerliteGf – Grafite em flocosGn – Grafite nodularGr – Grafite em rosetas

Tipos básicos de ferros

fundidos, em relação à sua composição,

microestrutura e

processamento

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

5.1- Fofo cinzento

É caracterizado pelos fatores que favorecem a É caracterizado pelos fatores que favorecem a formação do grafiteformação do grafite

A fratura é de cor cinzenta É barato É o mais usado É de boa resistência Mecânica (até 40 Kgf/mm2) e ao

desgaste É de fácil usinagem e difícil soldagem É obtido pelo resfriamento lento É de fácil fusão Elevado coeficiente de amortecimento (os veios de

grafita absorvem o impacto e o som)

DUREZA BRINELL: 150 HRB: 87

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

•Ferro fundido mais usado (75%)•Fundição de componentes mecânicos em geral•Blocos de motores•Engrenagens de grandes dimensões•Máquinas agrícolas•Carcaças e suportes de máquinas

Aplicações Fofo cinzento

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS APLICAÇÕES

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

Composição típica dos fofos cinzentos C 2,5-4% Si 1-3% Mn 0,4 -1%

Alto teor de Si melhora

Resistência à corrosão

Fluidez

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

Estrutura típica dos fofos Estrutura típica dos fofos cinzentoscinzentos

Grafita lamelar devido ao C livre na matriz de ferrita, perlita ou outra estrutura proveniente da austenita.

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Estrutura de Ferro Fundido Cinzento

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

Classificação dos fofos Classificação dos fofos cinzentos segundo ABNTcinzentos segundo ABNT

FCXX XX= Limite máximo de resistência à

tração

NOMENCLATURA

•Não se faz pela composição química, mas sim pela resistência

•ASTM A48 Classe 20, 30, ...•A Classe determina a resistência à tração mínima, em 1000 psi

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO CINZENTO

Classe

Resist. mínima tracção

(psi)

(MPa)

20 20 000 138

25 25 000 172

30 30 000 207

35 35 000 241

40 40 000 276

45 45 000 310

50 50 000 344

55 55 000 380

60 60 000 414

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

•Recozimento para alívio de tensões ou para facilitar a usinagem (obtendo matriz ferrítica)•Têmpera e revenido, ou austêmpera, para obtenção de martensita (maior dureza)•Tratamentos térmicos atuam apenas na matriz=>obtenção de grafite em veios é irreversível

Tratamentos térmicos dos Tratamentos térmicos dos fofos cinzentosfofos cinzentos

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Alívio de tensões

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO BRANCO

MICROESTRUTURA

•2,0%C3,5 ; 0,5%Si2,0 ; 0,5%Mn (anti-grafitizante) •Alta veloc. resfriamento => Carb. solidifica sob a forma de cementita•A extrema dureza e fragilidade da cementita caracterizam este ff•Em peças de maior tamanho pode obter-se ff branco à superfície e ff cinzento no núcleo

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Diagrama de Equilíbrio

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO BRANCO

DUREZA BRINELL: 450 RC: 44

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Microestrutura de f.f. branco hipoeutético

– Ferro fundido branco Hipoeutético. Dendritas de Perlita, áreas pontilhadas de Ledeburita, áreas brancas de Cementita.

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Ferro Fundido Branco Hipoeutético

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Ferro Fundido branco hipereutetico

FoFo branco hipereutético.

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO BRANCO

PROPRIEDADES

•Grande resist. à compressão e ao desgaste (cementita)

•Extremamente frágil•Não pode ser usinado

•Soldagem impossível•Baixo custo

APLICAÇÕES

•Principal aplicação é a produção de ferro fundido maleável

•Peças sujeitas a elevada compressão e atrito

•Esferas de moinhos e rolos de laminadores

•Elevada taxa de resfriamento necessária limita o tamanho das peças

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO BRANCO

TRATAMENTOS TÉRMICOSOBJETIVOS- Reduzir tensões devido ao coquilhamento (periferia da peça é constituída de fofo branco devido a alta taxa de resfriamento e núcleo de fofo cinzento devido a taxa de resfriamento ser menor. Ex. prático: cilindros laminadores)Melhorar as propriedades (a estrutura bruta de fusão é dendrítica de característica frágil)- Tratamento térmico que pode ser feito é o tratamento para obtenção do ferro fundido maleável

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal)

MICROESTRUTURA

•3,5%C4,0 ; 1,8%Si3,0 Carbono livre na forma esferoidal

DevidoAo tratamento feito no estado líquido

Inoculação com briquetes da liga Fe-Mg-Si (+ comum)

•Em vez de flocos de C formam-se nódulos•A matriz é ferrítica (veloc. baixa) ou perlítica (veloc. moderada)

•Grafite em nódulos proporciona maior resistência, ductilidade e tenacidade

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Microestrutura de f.f. nodular

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal)

PROPRIEDADES

•Alta resistência, tenacidade e ductilidade•Excelente usinabilidade•Possibilidade de deformação a quente•Grande resistência ao desgaste•Fluidez boa•Soldabilidade melhorada•Baixo custo (superior ao ff cinzento)

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal)

APLICAÇÕES

• Válvulas, carcaça de bombas, virabrequins, engrenagens, pinhões, cilindros e outros componentes de máquinas e automóveis.

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal)

TRATAMENTOS TÉRMICOS

•Recozimento para alívio de tensões ou para melhorar a ductilidade•Têmpera e revenido•Tratamentos térmicos atuam apenas na matriz=>obtenção de grafite em nódulos é irreversível

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Tratamentos Isotérmicos

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS Curva TTT de F.F. Nodular

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO DUCTIL OU NODULAR

NOMENCLATURA

• Faz-se pela ASTM A536, em 5 classes:

• Classe 5 (60-40-18)• Classe 4 (65-45-12)• Classe 3 (80-55-06)• Classe 2 (100-70-03)• Classe 1 (120-90-02)

• Os números entre parentesis significam:

• 1º - resistência mínima à tracção, em 1000psi

• 2º - tensão de cedência mínima à tracção, 1000psi

• 3º - extensão de rotura em tracção

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

MICROESTRUTURA

•% elementos constituintes idênticas ao ferro fundido branco •Obtido do ff branco por tratamento térmico de maleabilização•A microestrutura obtida resulta da decomposição da cementita em rosetas de grafite, numa matriz de ferrita, perlita ou martensita

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

DUREZA BRINELL: 300 RC: 30

A alta taxa de resfriamento

necessária para produzir inicialmente

a estrutura do fofo branco restringe o

tamanho e a espessura das peças de

fofo maleável (menores de 4,5 Kg).

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

PROPRIEDADES

•Variando a taxa de resfriamento, pode obter-se um largo espectro de propriedades

•Grande resistência à corrosão•Boa usinabilidade e fluidez•Propriedades similares ao ff dúctil•Alta resistência, tenacidade e ductilidade

Te

mp

era

tura

Tempo

Temperatura críticade transformação

cementite grafite

MartensitePerliteFerrite

Dependendo do ciclo térmico o fofo maleável

pode ser obtido por: Por descarbonetação Por grafitização

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

APLICAÇÕES

•Aplicação similares ao ff dúctil•Peças sujeitas a alta temperatura•Elementos de ligação•Juntas universais•Pequenas ferramentas

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

NOMENCLATURA

• Faz-se pela ASTM A47, com 5 dígitos, correspondentes à tensão de cedência e extensão de ruptura em tração

• Exemplo: ASTM A47 Classe 32510(ferro fundido maleável com tensão de cedência mínima em tração de 32,5ksi e extensão de ruptura de 10%)

• Exemplo: ASTM A47 Classe 35018(idem de 35,0ksi e extensão de ruptura de 18%)

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

Ele

ani M

aria

da

Cos

ta –

DE

M/P

UC

RS

FERROS FUNDIDOS