Ferro Fundido.docx

7/25/2019 Ferro Fundido.docx

1/17

FERRO FUNDIDO


2/17

Ferro Fundido

O ferro fundido, o material metlico mais barato que existe, , embora seu

emprego apresente uma serie de limitaes. Genericamente, os ferros fundidos so

uma classe de ligas ferrosas com teores de carbono acima de 2,1! de ". #a prticaos ferros fundidos contm entre $ e ,% ! de ", alm de outros elemento de liga. &,

a $,%! de 'i, e quantidades de (n, ) e ' acima dos limites admitidos para os aos*

carbonos. O ferro fundido cin+ento obtido por refuso de gusa com sucata de ao ou

do prprio ferro fundido. -erros -undidos com mais de ! * ,%!" no so

interessantes comercialmente deido / alta fragilidade.

0 um material quebradio, rompendo*se sempre por fratura frgil, com uma

pequena deformao permanente inferior a 1!, em qualquer condio de

temperatura, deido / presena de grafite carbono em forma de eios e escamas, o

que facilita as fraturas e fa+ com que a resist3ncia / trao e / ductilidade do material

se4am bastante baixas. O ferro fundido tem grande fusibilidade, preenc5endo

facilmente moldes complicados e muita boa usinabilidade.

6uanto / resist3ncia /s temperaturas, permite*se o emprego do ferro fundido

apenas na faixa entre &7" e $%&7". )ara temperaturas acima de 2%7", O ferro

fundido est su4eito / grafiti+ao decomposio da cementita, -e$", com

precipitao de carbono lire e penetrao de gases na estrutura metlica, 5aendo

em consequ3ncia, um grande aumento permanente nas dimenses da pea que pode

c5egar a %&! e que resulta em perda de resist3ncia mec8nica e extrema fragilidade.

9m geral, a resist3ncia / corroso do ferro fundido sensielmente mel5or do

que a dos aos*carbonos, deido / maior quantidade de carbono lire e de cementita,

que so componentes catdicos em relao ao ferro andico. O ferro fundido,

embora se cubra de uma camada de ferrugem, tem excelente comportamento em

contato com a atmosfera, com o solo e com guas neutras alcalinas. #o contato comtodos esses ambientes corrosios, a ferrugem do ferro fundido progride bem mais

deagar do que a dos aos*carbono. 9xistem tubulaes enterradas, de ferro fundido

com mais de $&& anos e ainda em condies de uso.

:ependendo da composio exata e da forma de produ+ir e de trabal5ar o

limite de resist3ncia / trao do ferro fundido pode ir de 1 a & ;g2

()a. )ropriedades (ec8nicas


3/17


4/17

aproeitadas para fundio. ?dicionalmente, alguns ferros fundidos so muitos frgeis

e a fundio a tcnica de fabricao mais coneniente.

-igura 1 C :iagrama de fase -erro*carbono, no primeiro diagrama a temos

presente a fase cementita, no segundo diagrama a fase grafBtica.a faixa ermel5a

indica a composio usual do ferro fundido.

:essa forma, o erdadeiro diagrama de equilBbrio para o ferro e o carbono no

aquele apresentado anteriormente. Os dois diagramas so irtualmente id3nticos nolado rico em ferro.

Fatores que fa*orecem a Forma#)o da grafita ou da cementita.

D mencionarmos anteriormente que os principais fatores que faorecem a

formao do ferro fundido est ligado diretamente a composio e a elocidade de

resfriamento. Eimos que o silBcio o elemento mais importante para decompor acementita em silBcio, abaixo segue os principais componentes.

"arbono. "omo nos aos, o elemento de liga bsico, determina, obiamente, a

quantidade de grafita que pode se formar.

/$licio. um dos efeitos do silBcio modificar a composio do eutetico diagrama de

equilBbrio binrio C ,$&! de carbono. )or exemplo, com 2,$&! de silBcio, O ponto

euttico situa*se cerca de $,F&! de carbono. 0 o elemento grafiti+ante, ou se4a,

faorece a decomposio do carboneto de ferro cementita C -e$", sua presena,


5/17

independente do teor de carbono, pode fa+er um ferro fundido tender para o tipo

cin+entoH ou para o tipo brancoH.

0angan1s.tem efeito oposto ao do silBcio, isto , tende a estabili+ar a cementita e

contrabalana, de certo modo, o efeito do silBcio@ alm disso, o mangan3s atua, com ose sabe, com o elemento dessulfurante@

2elocidade de resfriamento

? influ3ncia da elocidade de refriamento est3 relacionada com a espessura

das pe#as que solidificam no interior dos moldes, ou se4a, pequenas sees

significam elocidades de resfriamento mais eleadas que sees espessas. ?ltas

elocidades de resfriamentos originadas c5amadas Isees coquil5adas I, em que

5oue pouca ou nen5uma decomposio da cementita.

9sse fato lea ao aparecimento, nessas sees, de ferro fundido branco. #as

se#%es espessas, d*se tempo suficiente para a decomposio da cementita,

ocorrendo ento a grafiti+aoJ um ferro fundido, nessas condies, apresentar uma

fratura escura, deido / presena de carbono lire e corresponder ao ferro fundido

cin+ento, ao contrrio do anterior, cu4a fratura ser branca pela quase total aus3ncia

de grafita

Resumo dos ferros fundidos em rela#)o aos a#os

)rincipais antagens dos ferros fundidos cin+entos em relao aos aos

K Laixo "usto

K )onto de fuso mais baixo

K Loa -luide+

K 9leada capacidade de amortecimento de ibraes@

K Asinagem facilitada pelos eios de grafita, que faorecem a quebra de caacos

e a durabilidade das ferramentas.

K Ma+oaelmente resistente / corroso de rios ambientes comuns superior

aos aos carbonos@

K Loa fluide+, facilitando a fundio de peas complexas@


6/17


7/17

Ferro Fundidos "inzentos

Os teores de carbono e de silBcio nos ferros fundidos cin+entos ariam entre 2,%

! e ! de " e ', e !, de /i, respectiamente. )ara a maioria desses ferros

fundidos, a grafita existe na forma de flocos semel5ante a flocos de mil5o, os quais

se encontram normalmente enolidos por uma matri+ de ferrita ou de perlita@ a

microestrutura de um ferro cin+ento tBpico est mostrado na figura 1. 9m ra+o destes

flocos de grafita, uma superfBcie fraturada assume uma apar3ncia aci+entada

Forma#)o do Ferro Fundido "inzento fase matriz

O ferro fundido cin+ento o tipo mais comum de ferro fundido. ? fase matri+

que enole essas partBculas consiste ou em perlita ou em ferrita, dependendo do

tratamento trmico.


8/17

)ara os ferros fundidos cinzentos os teores de carbono ariam entre 2,% e

,&!p, e os teores de silBcio *ariam entre ', e !,p7Am ferro fundido com um alto

teor de silBcio 2!p 'i sofre grafiti+ao to imediatamente que a cementita

Fe3C

nunca se forma. :urante a solidificao surgem lamelas ou flocos de grafita

no metal. )ara a maioria dos ferros fundidos, a grafita existe na forma de flocos, que

so normalmente circundados por uma matri+ de ferrita ou de perlita.

-igura 1* eio grafBticos no ferro fundido cin+ento.

:urante a fratura, a trinca se propaga de uma lamela para outra, deido a

pouca resist3ncia da grafita@ o nome ferro fundido cin+ento adm da apar3ncia

acin+entada da superfBcie de fratura.

#a temperatura eutetide, a austenita se transformar em perlita e a estrutura

resultante, com eios de grafita em uma matri+ perlBtica, ser denominada ferro

fundido cinzento perltico. 'e a elocidade de resfriamento for extremamente lenta ao

passar pela temperatura eutetide, a austenita se transformar em grafita e ferrita

isso porque o carbono ter maior tempo de sair da ferrita e formar a grafita

empobrecendo a ferrita de carbono, desse modo a austenita ficar lire de carbono,

no formando pelita ao ser resfriada, e a estrutura, com eios de grafita em umamatri+ ferrBtica, ser denominada ferro fundido cinzento ferrtico.

#o entanto, usualmente prealecem as elocidades de resfriamento

intermedirias, das quais resultam as microestruturas 5Bbridas. Am exemplo disso

ocorre nos ferros fundidos cin+entos, resfriados a uma elocidade entre moderadaH e

baixaH. ? perlita se decompe apenas parcialmente e a estrutura resultante uma

matri+ perlBtica, com eios de grafita enolidos por ferrita. 9ssa microestrutura est

mostrada esquematicamente na -igura 1 b.


9/17

8ropriedades mec4nicas e usos

O ferro fundido cin+ento de todos os ferros fundidos o mais utili+ado,

comparatiamente fraco e frgil, com ductilidade quase despre+Bel, quando

submetido / trao, pois as extremidades das lamelas ou flocos de grafita so afiadas

e pontiagudas, e podem serir como pontos de concentrao de tenses quando uma

tenso de trao externa aplicada.

O ferro fundido cin+ento um dos materiais de mel5or fundibiidade e apresenta

uma das mais baixas temperaturas de fuso dentre as ligas ferrosas. 'ua contrao

na passagem lBquida para slido baixa, faorecendo a obteno de peas sem

defeitos internos. )ara a maioria das aplicaes pode ser utili+ado no estado bruto defuso.

(as os ferros cin+entos so eficientes no amortecimento de energia

ibracional, sendo indicados para aplicaes expostas a ibraes, tais como as

estruturas de base para mquinas e equipamentos pesados. O efeito do

amortecimento ibracional para o ao e o ferro cin+ento apresentado de forma

qualitati*ana -igura 2.

-igura 2 C ?bsoro de ibrao pelo ferro fundido cin+ento.

Ferros Fundidos 9rancos

)ara os ferros fundidos brancos com baixo teor de silBcio, que contem menos

que 1! de 'i e para taxas de resfriamento rpidas, a maioria do carbono existe na

forma de cementita, em e+ de grafita. ? superfBcie de fratura dessa liga denominada

de ferro fundido branco. Eerificar a figura $.


10/17

"omo consequ3ncia das grandes quantidades da fase cementita, o ferro

branco extremamente duro, mas tambm muito frgil, a ponto de sua usinagem ser

irtualmente impossBel.

-igura $ C :iagrama :o resfriamento -erro fundido branco.

6uando resfriados rapidamente, os ferros fundidos com baixo teor de silBcio

1,&!p 'i apresentam a maioria do carbono " na forma de cementita ( Fe3C

em lugarde grafita. "onforme a -igura $. )artindo do resfriamento seguindo a faixacolorida que compreende entre 2,1% C ,&! ". Pemos a formao dos primeiros

gros de austenita na fase lBquida. )rosseguindo o resfriamento at a regio abaixo da

euttica ol5ar a -igura $ C ocorre a formao da fase lBquida em austenita e grafita.

Lquido (Austenita)+C(grafita)

?o resfriar o lBquido a austenita formada prooca a formao da austenita

primria fase proeuttica. 'e a liga resfriada rapidamente, ao cru+ar a temperaturaeuttica O lBquido restante se solidificar, formando uma microestrutura composta de

austenita numa matri+ de cementita Fe3C . Q medida que o resfriamento continua,

a austenita primria e a austenita euttica re4eitam carbono :embrando que a

capacidade de absor#)o de carbono pela austenita de apenas ;,'+ ", 0


11/17

-igura C (icrografia do ferro fundido branco, a parte branca consiste de cementita

ferro fundido branco

9ssa liga, cu4a microestrutura pode apresentar dendritas de perlitanuma matri+

de cementitafundo branco na figura, denominada ferro fundido branco. ? superfBcie

fraturada dessa liga de colorao esbranquiada. :aB o nome ferro branco. ? -igura

apresenta uma fotomicrografia tica de um ferro fundido branco. 'egundo alguns

autores, a quantidade de cementita presente no ferro fundido branco de

aproximadamente $&! em olume do produto. ?ssim, o ferro fundido branco

extremamente duro, com fratura frgil e resistente / abraso.

8ropriedades 0ec4nicas

Ama e+ que o ferro fundido branco possui o carbono ligado diretamente a

estrutura do ferro, este material extremamente frgil. #o podendo ser usinado, ou

sofrer qualquer processo de conformao mec8nica, sua forma final dee ser

adquirida durante o processo de fundio.

O seu uso esta limitado a aplicaes que exigem uma superfBcie muito dura eresistente ao desgaste, sem um alto grau de ductilidade. 'ua aplicao restrita aos

casos em que a dure+a eleada e resist3ncia ao desgaste so necessrias, como nos

cilindros de laminao. O ferro fundido branco geralmente, utili+ado como um

processo intermedirio na produo do ferro fundido maleel.


12/17

-igura % C O Lranco carrega as piores propriedades mec8nicas de todo o ferro

fundido deido ao carbono que est diretamente ligado a matri+ do ferro. Ama

associao que uso sempre para lembrar que o ferro fundido Lranco com o estibularonde o branco estaria em desantagem em demais aos outros. Sembrando que de

forma alguma sou a faor de preconceito racial, e outras idiotices. 0 s uma analogia

para que cs possam decorar com mais facilidade.

Ferro Fundido Nodular

O ferro fundido nodular, tambm con5ecido como ferro fundido dTctil, obtidopela adio controlada de pequenas quantidades de magnsio ou crio no ferro

fundido de fato carbono em estado lBquido, de modo a produ+ir a forma dese4ada de

Grafita e contrabalancear o efeito de alguns elementos de liga indese4eis tais como

o tit8nio, c5umbo, bismuto e ars3nio que interferem no processo de noduli+ao. ?

estrutura normal do ferro nodular no estado fundido bruto uma matri+ perlBtica com

grafita esferoidal, podendo apresentar ferrita ou cementita lire -igura F.

-igura F* (icrografia do ferro fundido nodular.


13/17

O ferro fundido de origem, para produ+ir o ferro nodular, possui uma

composio quBmica semel5ante / do ferro fundido cin+ento comum ou com baixo teor

de liga. Os processos de noduli+ao desses materiais consiste na adio, no metal

fundido, de determinadas ligas contendo magnsio, crio, clcio, lBtio, sdio ou brio. ?

liga mais comum (g*'i*-e, isto que o magnsio , dentre todos os elementos, o de

mais baixo custo. ? grafita ainda na forma de ndulos ou partBculas com formato

esfrico e no em flocos. ? liga resultante c5amada de ferro nodular ou dTctil.

?o introdu+ir*se a liga na panela contendo o ferro fundido lBquido, ocorre uma

iolenta reao que causa ferura. O magnsio age como uma espcie de inibidor da

grafiti+ao, de curta durao, de modo que o ferro fundido solidifica inicialmente com

formao de cementita. 6uando cessa a ao do magnsio, a cementita comea a

decompor*se, originando uma grafita que se desenole em todas as direes,adquirindo uma forma prxima da esfrica.

? estrutura final apresenta*se, pois, como grafita esferoidal numa matri+

perlBtica, podendo apresentar igualmente ferrita e cementita lire. Am tratamento

trmico de reco+imento ou normali+ao decompe a cementita em ferrita e produ+

mais grafita esferoidal. O reco+imento, alm dessa ao, aliia as tenses e a

normali+ao produ+ mel5ores propriedades mec8nicas.

O ferro fundido nodular apresenta mel5or resist3ncia mec8nica, tenacidade e

ductilidade do que o ferro fundido cin+ento. Usso o resultado da morfologia da grafitaesferoidal presente na microestrutural do material. "om base na figura = e V, e

conforme imos anteriormente, a grafita ela no funciona como uma boa barreira para

impedir o moimento das discord8ncias. ? grafita muito frgil, no segurando muita

deformao. ?o mesmo tempo que a grafita funciona como um concentrador de

tenso no local, o modo como esta se apresenta no material pode aumentar


14/17

-igura =* efeitos dos tipos de grafita na estrutura do material, considerando que os

ndulos de grafita

-igura V C ? presena da grafita tradu+*se em efeito de concentrao de tenso na

matri+ prxima / grafita. ? intensidade da concentrao de tenses depende da forma

de grafita.

? matri+ metlica nos ferros fundidos nodulares , basicamente, composta de

ferrita e perlita. ? quantidade de cada fase na matri+ um importante par8metrometalTrgico, isto que tem influencia na dure+a, limite de escoamento, limite de

resist3ncia, propriedades de fadiga, caracterBsticas de desgaste e usinabilidade dos

ferros fundidos. ? quantidade de cada fase determinada pela interao entre a taxa

com que o fundido resfriado aps a solidificao e a composio quBmica do fundido

ou posterior tratamento trmico. ? taxa de resfriamento em ferros fundidos est

relacionada com a seo transersal da pea fundida. )ara elocidades baixas de

resfriamento tem*se uma matri+ ferrBtica, ao passo que para elocidades altas de

resfriamento tem*se uma matri+ perlitica.


15/17

2antagens do ferro fundido Nodular

K (aior resist3ncia mec8nica e ductilidade dentre os ferros fundidos

K (enor concentrao de tenso

K )ior conduo de calor, amortecimento de ibraes e usinabilidade que os

-erros fundidos cin+entos

Ferro Fundido male3*el

?quecimento do ferro branco at temperaturas entre V&& e >&&7" na regio de

transformao da austenita durante um perBodo de tempo prolongado e em uma

atmosfera neutra causa a decomposio da cementita, formando grafita, a qual

existe na forma de aglomerados ou rosetas enolidas por matri+ de ferrita ou de

perlita.

-igura > * :iagrama do tratamento trmico para ferro fundido maleel.? microestrutura semel5ante /quela exibida pelo ferro nodular, o que implica

em uma resist3ncia relatiamente alta e uma ductibilidade e maleabilidade

considerel.


16/17

-igura 1& C (icrografia do -erro -undido maleel

/oldagem Ferro Fundido

? sua soldagem extremamente difBcilJ

? soldabilidade dos ferros fundidos tambm baixa por causa da facilidade de

formao deJ

a 6uando o ferro fundido rapidamente resfriado, partindo*se do seu estado defuso, obtm*se o ferro fundido branco, que duro, frgil e suscetBel / ruptura

causada pelas altas tenses geradas durante o resfriamento. Os conteTdos de

enxofre e oxig3nio mais eleadas tambm faorecem a formao dos ferros

fundido branco@b O carbono do ferro fundido e o oxig3nio da atmosfera de solda formam "O,

que poder causar a formao de poros@c O ferro fundido frgil, deido a sua baixa ductilidade. Penses residuais

podem se concentrar nos pontos de mudana de espessura, cantos, bordas etc

e, consequentemente, as trincas podem*se nuclear facilmented 'e o ferro fundido for aquecido por longo tempo, a grafita pode se tornar

grosseira, tambm comum a presena de caidades ou incluso de areia no

ferro fundido. :essa forma, o eletrodo utili+ado poder, eentualmente, ser

incompatBel com o metal base, surgindo bol5as na soldagem.

?lm disso, tenses residuais de soldagem combinadas com uma morfologia

de grafita concentradora de tenso podem acelerar a nucleao de trincas.

Libliografia


17/17

"omo formar equipes encedoras, SuB+ -elipe 'colari, 2&1, Aniersidade de

(unique, ?leman5a.

Documents

Ferro Fundido.docx