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FORMAÇÃO DA MICROESTRUTURA DOS
FERROS FUNDIDOS
diagrama de fasessequência de transformações
Composições Químicas Básicas
• % carbono : 2,7 a 3,8% • % silício : 1,5 a 2,6 %
• carbono equivalente: “ %Si=1/3 %C ”• C.E. = % C + 1/3 % Si ( e P )• CE : 3,5 a 4,4%
Sequência de solidificação
DIAGRAMA DE FASES•formação da austenita
•reação eutética
•sistema metaestável (Fe3C)
•sistema estável (grafita)
•resfriamento até o eutetóide
•reação eutetóide
•sistema metaestável (Fe3C)
•sistema estável (grafita)
cementita
grafita100%C
Formação da austenita primária
Carbono equivalente
• alto
• baixo
Líquido
Dendrita deAustenita
calcular Vvγ para
*CE= 3,5%
*CE= 4,2%
detalhe na região do eutéticosistema γ -grafita
sistema γ -Fe3C
Solidificação do Eutético
Efeito do Si e do Cr
COMO SE SOLIDIFICA O FERRO FUNDIDO?
células eutéticas
macro: barra congelada(solidificação interrompida)
células eutéticas
macrografias, cps de 30 mm diam.
35
Temperatura de equilíbrioestável x metaestável
T x %CLÍQUIDO
E
E’ SÓLIDOSA u s t e n i t a + g r a f i t a
A u s t e n i t a + c eme n t i t a
Tem
Tee
34
Formação do eutéticoaustenita + cementita
• Estabilidade x metaestabilidade
36
Estável x metaestável(grafita x cementita)
Líquido
Austenita + grafita Célula eutéticafofo cinzento/nodular
Austenita + cementita Célula eutética
fofo branco
curvas de resfriamento
Tee
Tem
38
Efeito da composição química(e da velocidade de resfriamento)
• Composição base • Facilitando para a grafita
Alto Si / Baixo Cr TeeTee
Tem
Tem
39
Efeito da composição química
• Composição base • Facilitando para os carbonetos
Tem
Tee
Tem
Alto Cr / Baixo silício
Tee
40
Estrutura mesclada
• Superresfriamento eRecalescência
• Segregação de Cr, Mn ...
Tee
Tem
início da solidificação
fim da solidificaçãoTem
Constituição dos ferros fundidosPor que há tanta variação das propriedades?
⇒variações da microestrutura
ferramenta básica : metalografia•seleção da posição ( toda peça é heterogênea)•corte, lixamento e polimento•caracterização da grafita•ataque •caracterização dos demais constituintes
Constituição dos ferros fundidosalguns conceitos
FASES E MICROCONSTITUINTESFASES:substância “homogênea” com estrutura e composição previstas no diagrama de fases, para cada composição e temperatura. Exemplos:
líquido; ferrita; grafita; austenita; cementita
MICROCONSTITUINTES:
São formados por uma ou mais fases. Exemplos:
perlita ( ferrita+cementita)
ledeburita(perlita+cementita)
grafita
ferrita
Constituição dos ferros fundidos alguns conceitos
MICROESTRUTURA
•É formada pelos diversos microconstituintes
•O que pode variar?
1) tipos de constituintes presentes
2)quantidades de cada um
3)morfologia / distribuição / tamanho
Constituição dos ferros fundidos alguns conceitos
grafita
•constitui cerca de 10% do volume (obs.:densidade=2,25)
•várias morfologias e tamanhos
classificação
aspecto da grafita lamelar
aspecto da grafita lamelar
aspecto da grafita lamelar
aspecto da grafita lamelar
Contribuição da Grafita
•Diminui o LR, a Resist. à Fadiga e a Dureza•efeitos mais graves para partículas grosseiras
•Melhora a usinabilidade
•Aumenta o efeito de amortecimento de vibrações
•melhora condutividade térmica e resist. a choque ou fadiga térmicos
•responsável pelo efeito de auto-alimentação
Constituição dos ferros fundidos alguns conceitos
perlita
•responsável pela resistência mecânica; constitui 100% da matriz de fofos de alto LR.
•é formada de lamelas alternadas de ferrita (mole) e cementita (dura)
•dureza e resist. mecânica variam com grau de refinamento : 170 a 330 Brinell
figura
Constituição dos ferros fundidosperlita
Constituição dos ferros fundidosperlita em
fofo cinzento
Constituição dos ferros fundidos alguns conceitos
ferrita
•presente nos fofos de menor LR•dureza entre 70 e 150 Brinell - depende da %Si•diminui dureza e resistência mecânica•facilita usinagem•frequentemente, especificações de clientes estabelecem limite máximo (comparar com nodular!)
Constituição dos ferros fundidos
ferrita
Constituição dos ferros fundidos
ferrita
Constituição dos ferros fundidos alguns conceitos
cementita livre
•altíssima dureza: 800 a 1100 •aumenta a dureza do ferro fundido•diminui a resistência mecânica•prejudica muito a usinabilidade•aumenta a resistência ao desgaste: discutir aplicações!•“rouba” grafita necessária à auto-alimentação
gráfico
Constituição dos ferros fundidos
cementita livre
Constituição dos ferros fundidos
efeito de 5 % de cementita livre na vida de ferramenta de usinagem
Constituição dos ferros fundidos alguns conceitos
steadita
•decorre da presença do elemento P•forma-se a partir de teores próximos a 0,1%P•alta dureza : 400 a 600 (mais, com Cr,etc)•fragilizante•prejudicial à usinabilidade•associada a microrrechupe
Constituição dos ferros fundidos
steadita