Pós 5 - Inoculação-resumo

NUCLEAÇÃO: DEFINIÇÃO

Adição ao banho metálico de compostos

grafitizantes, visando reduzir o superesfriamento

na solidificação evitando a ocorrência da reação

metaestável, gerando grafitas mais homogenêas e

melhores distribuidas.

1 Ferro Fundido Cinzento

Ferro Fundido Cinzento 2

3 Ferro Fundido Cinzento

A inoculação visa eliminar grafitas de alto

Superresfriamento (grafitas D ou E), obtendo-se apenas

grafitas do tipo A

CE

Inoc. com FE-Si

Efeitos do inoculante + sensível para ligas de CE

Efeitos do inoculante

• ºN, SR da solidificação do Eutético.

• Grafita A (uniforme) Refina a Microestrutura

• % das grafitas D,B (ferrita ) e E

• coquilhamento (SR ) mesmo seção fina e canto vivo.

• usinabilidade desgaste da ferramenta

• Tração e HB

Falta de núcleos

•Carbonetos livres,

•promovendo a elevação da dureza,

•dificultando a usinabilidade.

•Diminui a quantidade de grafita

•elevando a contração promovendo

a microrechupes.

•Grafita de SR

•tipo D,B + Ferrita,

•Dureza tração.

Quantidade de inoculante adicionado

•Controlar o peso do inoculante e do metal a

ser tratado,

•pequena variação significa a ocorrência de

defeitos,

• estruturas inadequadas e custo adicional

(excesso).

•Ferro fundido cinzento

•0,20 a 0,35% na panela, geralmente

0,25% é eficiente.

•0,05% a 0,15% no molde ou no jato de

vazamento.

Fadiga

•Perda de eficiência do inoculante com o tempo

transcorrido

•Inicia imediatamente após a inoculação,

•é contínuo

•todos os inoculantes apresentam.

•fadiga entre 5 a 7 minutos cair pela metade,

•Temperatura do metal e o tempo

transcorrido até a solidificação são os

fatores mais relevantes,

•Influem também:

•granulometria,

•tipo de inoculante,

•presença de escória

•oxidação do metal líquido

•composição química do ferro fundido.

As partículas Nucleantes devem ter:

1. Estabilidade na temperatura do líquido, deve-

se esperar alta eficiência dos inoculantes

contendo Ce, Ca, Sr , Ba ou TR

11 Ferro Fundido Cinzento

12

2. baixo desajuste entre os reticulados (substrato

x Grafita): menor que 6%).

austenita : desajuste > 10% e natureza diferente

(metal vs. não-metal) austenita não nucleia a

grafita

13 Ferro Fundido Cinzento

Desajuste de reticulado entre sulfetos (plano110) e grafita CaS -4,1%

CeS -2,9%

SrS +1,3%

BaS +7,5%

CaC2 -1,7%

SiO2 +3,0%

3. Superfície limpa, mais eficiente quando

formada dentro do banho.

4. Substância sólida na temperatura do

ferro líquido.

5. Densidade compatível com a do líquido,

para não decantar

SULFETOS CeS LaS PrS NdS MgS CaS

Densidade (g/m) 5,02 4,91 5,04 5,18 2,84 2,50

6. Pequeno tamanho do núcleo

Sulfetos Diâmetro Médio Velocidade de

Flotação Relativa

CeS 1,88 1,00

LaS 2,61 1,93

PrS 2,93 2,43

NdS 3,60 3,68

Granulometria

•Inoculante fino

•dissolução rápida,

•Inoculante grosseiro

•pode oxidar ou flotar antes da dissolução,

•recomenda-se:

•Panela de transferência 0,2 a 4,0 mm

•Panela de vazamento 0,4 a 2,0 mm

•Jato no molde 0,1 a 0,6 mm

•In molde 0,1 a 0,4 mm

•2 a 12mm para panelas de 100 a 2.000Kg

•2 a 6mm para panelas de 100 a 300Kg

•6 a 12mm para panelas de 500 a 2000Kg

•São ligas a base de Si (desoxidante)

•geram grafitas na solidificação,

•aumenta o número de células eutéticas

•Diminui o tamanho das fases pró-eutéticas.

• Potencial de nucleação

• depende da quantidade de oxigênio

• As partículas de Sílica e óxidos complexos

atuam como nucleantes.

• Sulfetos, são potentes nucleantes

•Sulfetos a base de Ca, Ba, Ce, e Sr.

•possuem parâmetros similares a grafita.

Tipo de inoculante

•Aumenta a nucleação com adições no forno de

•0,2 a 1,5% de SiC (FE)

•1 a 2% de SiC (FC).

•Os inoculantes devem ter:

• elevada dissolução no banho líquido para

maior homogeneidade

• devem ser mantidos em locais secos.

•Os inoculantes podem ser classificados:

• comuns, especiais e

•estabilizadores (grafita“A”e matriz perlítica em

FC)

Grupos Inoculante Si Ca Al

Grafitizantes

comuns

Grafita

Si-metálico 98,5 0,04

Fe-Si 50% 47,5 0,2 1,3

Fe-Si 75% A 76,5 - 0,5

Fe-Si 75% B 76,5 0,5 1,3

SiCa 62,5 32 1,1

Grupos Inoculante Si Ca Al Outros elementos

Grafitizantes

Especiais

CaSi 57,5 14 1

CaSiTi 52,5 6 1 10Ti

CaSiMn 55,0 11 1 18Mn

CaSiMnC 52,5 9 7,5Mn + 3,5C

SiZr 50 2 40Zr

SiZrCa 80 2,5 1,5 1,5Zr

SiMnZr 62,5 3,5 1,0 6Mn +6Zr +2,5Ba

SiBa 50 1,0 1,0 10Ba

SiMnZrBa 62,5 2,1 1,0 6Mn + 6Zr +2,5Ba

SiMnCaBa 62,5 2,5 1,25 10Mn + 5Ba

SiMnZrCaBaC 47,5 5,0 0,75 4Ba + 7Zr + 7Mn + 18C

Si TR 50 2,5 4,25 31,5Tr

SiCa 30 0,5 0,5 10Ca + 3TR

SiSr 77,5 0,5 1Sr

SiC 63 28C

Si e Fe-Si puro .

•Pouco eficiente e com elevada fadiga.

• Presença de Al e Ca promove:

•aumento do numero de células eutéticas,

•aumento do intervalo de solidificação

•promove a grafita do tipo A nos ferros fundidos

cinzentos.

•FeSi75 mais usado (0,8-1,2%Ca e 0,5 a

1,0%Al),

•Além do Fe-Si (75%Si, Al, Ca), há vários tipos

de inoculantes mais eficientes que contém Zr,

Sr, Ba, Terras raras (Ce).

Ca-Si. •É constituído por 60%Ca, 30%Si e 1-2%Al

•Mais eficiente para ferro fundido cinzento

hipoeutético,

•diminui o coquilhamento em até 50% a mais que

o Fe-Si.

•Gera grande quantidade de grafita A,

•pouca eficiência para ferro fundido cinzento

hipereutético.

•Não é usado em FE devido ao baixo efeito

grafitizante.

Fe-Si-Ba.

•Elevada resistência a fadiga (acima 15 minutos),

•Ampliam a faixa de temperatura de atuação do

inoculante ( 1280 a 1320ºC).

FeSiSr.

•Alta eficiência com baixo teor de 0,5% Al e 0,1% Ca,

•pequena a tendência de pinholes e drosses.

•%Ca é limitada a 0,10%, pois interage com o Sr.

•Menor quantidade de Ca e Al

•gera menor quantidade de drosses quando se

utiliza o inoculante Fe-Si-Sr

•Diminui o coquilhamento

•sem aumentar muito o número de células

eutéticas

•menor incidência de microrechupes decorrentes

de excessiva nucleação.

Fe-Si-Mn-Zr.

•Diminui o coquilhamento similar ao Ca-Si em

ferro cinzento hipoeutético.

•Forte grafitizante,

•ideal para peças finas em cinzento

•36% mais caro que o inoculante tradicional.

Fe-Si-Zr.

•Mais eficiência que o Fe-Si-Ba

•diminui mais o coquilhamento,

•mas a fadiga é mais acentuada.

•O Zr é aglomerante do O, N e S dissolvido no

metal.

Fe-Si-Tr e Ce.

•Ferro cinzento com mais de 0,05%S

• elevar número de células eutéticas,

•tem efeito similar ao Fe-Si-Sr.

Formam sulfetos complexos;

Neutralizam possíveis elementos residuais formadores

de carbonetos, por exemplo, cromo e chumbo;

Assim como o bário, zircônio e estrôncio, além de

formarem sulfetos, formam óxidos e silicatos complexos

de alta energia livre, permanecendo por mais tempo

estáveis no metal líquido.

MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DO GRAU DE

NUCLEAÇÃO

1. Altura de Coquilhamento;

2. Análise Térmica;

3. Análise Metalográfica;

4. Ensaios Mecânicos.

28 Ferro Fundido Cinzento

1. Medição da Altura de Coquilhamento:

Coquilhamento Claro e Total;

quanto menor a quantidade de ferro branco na

ponta da cunha mais eficiente foi a inoculação

efetuada.

29 Ferro Fundido Cinzento

2. Análise Térmica:

30 Ferro Fundido Cinzento

Análise térmica, verificar as curvas de

resfriamento identificando o menor

superesfriamento

3. Análise Metalográfica

•Tipo de Grafita Lamelar

• tipo “A” bom, outros tipos ruim

•Numero de células eutéticas,

•quanto maior o número mais eficiente foi a

inoculação.

Sem Inoculação Com Inoculação 34 Ferro Fundido Cinzento

A morfologia da grafita nos ferros cinzentos,

•Inoculação eficiente

•reduz o superesfriamento,

•gera uma grafita lamelar tipo A.

•Inoculação ineficiente

•promove grafitas tipo B na superfície das peças

•e seu interior com grafitas tipo D,

•sendo grafitas pequenas em função do alto

superesfriamento

•com formação de matriz ferrítica.

4. Ensaios Mecânicos:

a) Dureza;

b) Limite de Resistência a Tração.

36 Ferro Fundido Cinzento

Seleção do método de inoculação.

• Não existe um método de inoculação de

aplicação universal

• Cada método apresenta vantagens e

limitações.

• A escolha do método depende:

• de particularidades tecnológicas do processo

• dados operacionais da fundição;

• confiabilidade da técnica,

• nível de performance do material e

• valor total da produção do fundido.

MÉTODOS DE INOCULAÇÃO

1. Inoculação na Panela;

2. Inoculação no Jato;

3. Inoculação com Arame Recheado;

4. Inoculação no Molde.

38 Ferro Fundido Cinzento

A tecnologia de inoculação em panela

elevada porcentagem de inoculante adicionada

utilizada para pequenas e grandes volumes de

produção.

Principal problema

fadiga do inoculante

Contornado com o uso de inoculantes

contendo Ba, Bi, Ca, Sr e TR.

Inoculação em Panela

Técnica de adição

•Ocorrer na panela ou quando o metal é vazado no molde.

•Fadiga entre 5 a 7 minutos (cai pela metade).

•Grande volume de metal

•vazamento é automático e fornos de manutenção

(holding)

•são empregados, pós-inoculação ou inoculação tardia

são utilizados após inoculação em panela.

•Pequeno volume de metal.

•inoculação na panela é mais empregada.

•As vezes esta técnica é seguida de inoculação em

molde.

•Ferro cinzento, não se deve usar outro método de

inoculação

jorro Forno-Panela:Adição por gravidade;

• Método simples e flexível

• Adição no jorro metálico (após1/4 do

metal ter sido transferido).

• garante a dissolução do inoculante

e aproveita a agitação do metal.

Adição por ar comprimido;

• Inoculante não por no fundo de uma panela vazia (encapsulamento

por escória líquida ou oxidação do mesmo).

• fundições que não dispõem de fornos ou panelas vazadoras.

• Mais usado FeSi75, com Ca e Al.

Adição com arame

• Controlar o coquilhamento em paredes finas com baixo carbono

equivalente : Ba, Bi, Sr e TR.

• Há redução na fadiga do inoculante quando presentes Ba, Bi e

Terras Raras no inoculante.

Ferro Fundido Cinzento 45

Ferros fundidos Cinzentos:

• adição entre 0,1 a 0,4% (típico 0,2 a 0,3%).

•Em excesso são ineficazes:

•problemas de dissolução,

•acúmulo na panela,

•obstrução de filtros,

•defeitos de drosses

•e risco de super inoculação.

Pós inoculação ou tardia

•Fundições com sistemas automáticos ou mecânicos de

vazamento.

•Implica na utilização de fornos de manutenção

(Holding),

•Temperaturas elevadas e por longos períodos,

reduzindo o efeito de qualquer inoculação realizada

anteriormente.

Saúde, Meio Ambiente e Segurança Ocupacional

•Pós inoculação (no jorro ou no molde) pode ser usada vazamento

manual.

•Elimina a fadiga e a redução na % inoculante adicionado.

•Pós-inoculação inadequada:

• inclusão de partículas não dissolvidas

• distribuição disforme do inoculante.

• monitoramento e o controle do efeito da inoculação são

dificultados.

•Remover a escória antes de efetuar a pós-inoculação (Fe-Si75),

sendo 2/3 na panela 1/3 do inoculante na pós inoculação.

•A eficácia da inoculação

•elevada com redução do tempo entre a inoculação e a

solidificação

•diminuição da temperatura de adição.

Resumo pós inoculação:

Adição: - 0,05 a 0,10%

Vantagem: - Dissolução gradativa

Forma: - Granular

- Bloco prensado

- Bloco pré-fundido

Problemas: - Dissolução não uniforme

- Inclusões e Drosses

- Não Colocação do inoculante

Ferro cinzento - 0,20% inoculante,

- varia com espessura da peça, há casos de

0,10%.

Técnicas de inoculação por injeção

pó/granulado ou fio/arame

eliminam por completo a fadiga do inoculante

e seu impacto negativo na solidificação e propriedades

mecânicas.

Eficiente somente para grandes volumes de produção associado

o sistema de vazamento automático.

Injeção de inoculante granulado com auxilio de ar comprimido

muitas vezes é ineficiente

Devido a perda de inoculante

espalhado sobre o molde

e o metal não conseguir apanhá-lo/incorporá-lo.

Inoculante dentro do sifão do forno vazador:

significativa formação de drosses, principalmente nas regiões

com deficiência na agitação do metal.

Para vazamento manual,

a adição de inoculante,por gravidade, no jorro metálico,

antes da entrada do metal no molde, pode ser uma boa

solução.

Boa relação custo-benefício em virtude da baixa

porcentagem de inoculante requerida por tratamento.

Técnica de inoculação in-mold,

emprega liga na forma de blocos, insertos ou

aglomerados, no sistema de canais da peça,

técnica eficaz de pós-inoculação

elimina o problema de fadiga

empregado tanto em baixos como alto volume de

produção.

Para prevenir inclusões de inoculante usar um filtro

contendo inoculante em seu interior.

•Requer

• um inoculante granulado, fino,

• com composição química apropriada

• baixo teor de oxigênio.

•Sensores são empregados

para interromper o fluxo de

inoculante.

Ferro Fundido Cinzento 55

•Inoculante no jorro metálico g/s ou g/molde.

•FC adição de 0,05 a 0,25% (0,15% a 0,20%).

•granulado fino 0,2 a 0,7mm (20x100 mesh) com

3 a 5%Mn.

•Mn e Zr favorecem a dissolução do inoculante.

•melhor será a distribuição dos elementos

residuais e, conseqüentemente, a confiabilidade.

•É freqüente o emprego de inoculantes contendo

Terras Raras, como FeSi75 com 2% TR, com

adição de 0,1 a 0,3%.

•Injeção de inoculante no jorro com ar comprimido:

•muitas vezes é ineficiente

•inevitável perda de inoculante sobre o molde

•ou quando o jorro metálico não consegue

apanhá-lo. •Vantagens a sua adição pouco antes da solidificação

•eliminação da fadiga,

•Inoculação de maneira individual para cada molde

o que eleva a eficiência e reprodutibilidade.

•A pequena adição (1/3 FC)

•devido a maior eficiência proporciona

•menor custo ao processo,

•menor tendência a defeitos do tipo

• pinholes e drosses ( menor quantidade de

Ca e Al introduzido)

•carga composta por maior quantidade de

retorno (%Si).

•maior reprodutibilidade da microestrutura

•menor quantidade de carbonetos,

•elimina a necessidade de tratamento

térmico,

•grande quantidade de nódulos gera matriz

Ferrita.

Inoculação com fio/arame

•Tubo de aço entre 5 a 10mm de

diâmetro com 8 a 26g/m

•Sendo injetado no sifão do forno

vazador,

•O angulo de injeção varia de 750 a 900.

•Pouco tempo transcorrido até a

solidificar,

•Adição complementar (da panela).

•inoculante diretamente nos

canais da peça

Número de grafitas (meio raio) em ferro nodular com

3,75%C e 2,27%Si.

inoculante Número de nódulos / mm2

5 mm 10mm 15mm

0,8% Fe-Si75 253 255 193

0,8% Fe-Si75

+ 1g no canal

473 335 254

• 2 a 5g de FeSi75 com 30 a 300 mesh,

• 1g para conjuntos de até 20 Kg.

• estruturas + uniformes,

• Inclusões dissolução incompleta

ou ainda drosses.

•Inoculante deve estar na forma de briquetes ou blocos

pré-fundidos.

•Velocidade de dissolução é um fator importantíssimo,

durante o enchimento do molde/peça.

•é colocado no fundo do canal de descida.

•À medida que o metal entra no molde, o inoculante

dissolve gradativamente, promovendo uma inoculação

eficaz.

• câmara reação com granulado 0,1 a 0,7mm

• 0,05 a 0,1% do peso do conjunto de cada molde.

•Câmara de reação deve promover que o fluxo de

metal dissolva de forma gradativa a liga, minimizando

as inclusões de inoculante nas peças fundidas ou

dissolução incompleta do inoculante.

•Empregar filtros para prevenir inclusões de partículas

não dissolvidas.

69 Ferro Fundido Cinzento