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Processos Metalurgicos Fundio II
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Processos Metalurgicos Fundio II
INTRODUO
O Ferro Fundido (FoFo) o material fundido de maior consumo no Brasil e no mundo.
Aproximadamente 80% de todo material fundido no Brasil em algum tipo de FoFo.
um material extremamente importante para a indstria, pois apresenta atributos que no so encontrados em nenhum outro material.
um dos metais mais baratos que se dispe.
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INTRODUO VANTAGENS
Baixo ponto de fuso (em relao aos aos)
Apresenta baixa contrao
Excelente usinabilidade - FoFo com formao de grafita
Elevada dureza e resistncia ao desgaste - FoFo sem formao de grafita
Propriedades mecnicas bem definidas
Baixo custo de produo
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CONCEITOS E DEFINIES
Ferro Fundido o termo genrico utilizado para as ligas Ferro-Carbono nas quais o contedo de carbono excede o seu limite de solubilidade na austenita () na temperatura do euttico. A maioria dos ferros-fundidos contm no mnimo 2% de carbono, mais silcio (entre 1 e 3%), mangans, fsforo e enxofre, podendo ou no haver outros elementos de liga.
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CONCEITOS E DEFINIES
O excesso de carbono faz com que o mesmo seja precipitado de duas formas durante a solidificao
Grafita ou Carboneto (Fe3C) Grafita a forma estvel
Quando o C esta presente nessa forma, o material apresenta dureza baixa, baixa resistncia mecnica e boa usinabilidade
Carboneto a forma meta-estvel Quando o C esta nessa forma, o material apresenta dureza elevada, alta resistncia mecnica e ao desgaste e baixa tenacidade
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Ferro Fundido
Carboneto Branco
Grafita
Cinzento
Nodular
Vermicular
Grafita + Carboneto
Mesclado
CONCEITOS E DEFINIES
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO BRANCO
O Carbono se apresenta na forma de carbonetos
Apresenta elevada resistncia a abraso e a compresso
Extremamente duro e frgil
Baixissima usinabilidade
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO BRANCO APLICAES
Peas de desgaste
Moinhos de bolas
Peas para minerao
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO CINZENTO
A grafita se apresenta na forma de lamelas
Apresenta baixa ductilidade em virtude da forma da grafite (apresenta e efeito de entalhe)
Baixa resistncia a trao
Boa resistncia a compresso
tima capacidade de amortecer vibraes
Bom dissipador de calor
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO CINZENTO APLICAES
Bloco de motor
Cabeotes
Disco de freio
Maquinas agrcolas
Engrenagens de grandes dimenses
Peas que exigem baixa solicitao mecnica
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO NODULAR
A grafita se apresenta na forma de ndulos
Apresenta boa ductilidade em virtude da forma da grafite (no apresenta e efeito de entalhe)
Boa resistncia a trao
Bom alongamento
Boa usinabilidade
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO NODULAR - APLICAES
Virabrequins
Bielas
Engrenagens
Caliper de freios
Garfos de cambio
Peas que precisam de boa ductilidade e resistncia mecnica.
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO VERMICULAR
A grafita se apresenta na forma compacta
Apresenta propriedades mecnicas intermediarias entre os ferros cinzento e nodular
Material novo que est se desenvolvendo em diversas aplicaes.
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO VERMICULAR APLICAES
Bloco de motor diesel
Coletores
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO MESCLADO
O Carbono na estrutura se apresenta nas duas formas: Carbonetos na superficie e Grafita no centro.
Material apresenta alta resistencia ao desgaste na superficie com boa ductilidade.
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CONCEITOS E DEFINIES TIPOS E CARACTERISTICAS
FERRO FUNDIDO MESCLADO APLICAES
Cilindros de laminao
Eixo comando de valvulas
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SOLIDIFICAO
Transformao
Liquido Solido
Ocorre em duas etapas Nucleao
Como surge a fase solida na forma estvel
Crescimento Como o solido cresce na forma de cristais ou gros cristalinos
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SOLIDIFICAO ASPECTOS GERAIS IMPORTNCIA
Salvo rarssimas excees todos os produtos
metlicos passam necessariamente pela
solidificao em algum estgio de sua obteno.
na fundio de metais que a solidificao
encontra seu mais vasto campo de aplicao
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SOLIDIFICAO ASPECTOS GERAIS IMPORTNCIA
Na fundio, a solidificao do metal ocorre,
geralmente, em poucos segundos.
um tempo muito breve no processo produtivo de
uma pea, mas o corao do processo.
Se estes poucos segundos de solidificao no
forem bem controlados eventuais defeitos de
fabricao podem surgir inviabilizando a
utilizao da pea produzida
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SOLIDIFICAO ASPECTOS GERAIS
Na solidificao de um metal tem-se
a formao de, geralmente, vrios
ncleos cristalinos envolvidos
em um lquido que possui natureza
amorfa.
Ncleo atomicamente
ordenado (cristal)
Lquido atomicamente
desordenado (amorfo)
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SOLIDIFICAO NUCLEAO
Nucleao Homognea Ocorre sem a presena de agentes externos
O ncleo slido nasce totalmente a partir do lquido
pouco realista
Nucleao Heterognea Ocorre com a presena de agentes externos
O ncleo slido nasce em contato com uma superfcie slida
So os casos mais freqentes na pratica
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SOLIDIFICAO NUCLEAO
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SOLIDIFICAO NUCLEAO E CRESCIMENTO
Nucleao Necessita de um super-resfriamento T
Crescimento
Ocorre a uma temperatura constante nos metais puros
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DIAGRAMA DE FASES
So mapas que mostram as fases existentes em equilbrio em funo da temperatura.
So classificados pela quantidade de componentes Binrio dois componentes
Ternrio trs componentes
Classificao em relao a solubilidade das fases Isomorfo solubilidade total das fases
Diagrama com trs fases solubilidade solida parcial
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DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA ISOMORFO
Temperatura Liquidus - TLiq Temperatura onde se forma o
primeiro solido
Temperatura Solidus - TSol Temperatura onde termina a
solidificao
TLiq
TSol
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DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA COM TRS FASES
No resfriamento uma fase se transforma em duas Monottico
Euttico
Eutetide
No resfriamento duas fases reagem para formar uma terceira fase distinta
Perittico
Peritetide
Sinttico
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DIAGRAMA DE FASES REAES
Euttico L +
Perittico + L
Monottico L1 + L2
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DIAGRAMA DE FASES REAES
Eutetide +
Peritetide +
Sinttico L1 + L2
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SEQUENCIA DE SOLIDIFICAO LIGA EUTTICA
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
Ferro Fundido
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
Os ferros fundidos se caracterizam por apresentarem a reao euttica durante sua solidificao.
Por ser uma liga Fe-C-Si adotamos o conceito de carbono equivalente, para uma melhor compreenso do diagrama de equilbrio.
O diagrama Fe-C estudado no um diagrama completo pois representado somente at 6,7% de carbono, que o teor presente no Fe3C
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
Carbono Equivalente
Grau de Saturao a relao entre percentual de carbono da liga e o carbono do euttico
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
O diagrama Fe-C possui dois pontos importantes para a metalurgia dos ferros fundidos.
Ponto Euttico com 4,3% de carbono a 1147C
Ponto Eutetide com 0,8% de carbono a 723C
Euttico
Eutetide
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Ferrita Ferro alfa (a)
Austenita Ferro gama (g)
Cementita Carboneto de Fe Fe3C
Perlita
Ledeburita
Steadita
Grafita
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Ferrita Ferro alfa (a) solubilidade de carbono
cerca de 0,008% a temperatura ambiente, e 0,23% a 727 0C.
mole e dctil, com limite de resistncia abaixo de 32 Kgf/mm2 e dureza Brinell em torno de 90 HB.
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Austenita Ferro gama (g) a forma estvel do ferro puro entre 910 C e 14000C. A solubilidade mxima do carbono na austenita 2,0% a 1147C
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Cementita Carboneto de Fe - Fe3C
o excesso de carbono em relao ao limite de solubilidade formando uma segunda fase. Comparado a ferrita e austenita, a cementita muita dura, cerca de 67HRC ou 900 HV.
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Perlita proveniente da reao eutetide g a + Fe3C, pois abaixo da temperatura eutetide as fases estveis so a ferrita e a cementita.
A perlita uma estrutura formada por finas lamelas alternadas de Fe3C e ferrita sendo a ferrita a fase contnua. A perlita contm 12% de cementita e 88% de ferrita.
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C CRESCIMENTO DA PERLITA
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Ledeburita proveniente da reao euttica - L g + Fe3C
A Ledeburita o constituinte euttico formado no resfriamento a partir do equilbrio das fases austenita de um lado e Fe3C de outro. Continuando o resfriamento a temperatura de 7230C, a austenita se transforma em perlita, resultando em uma estrutura constituda de glbulos de perlita sobre um fundo de cementita.
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Steadita um euttico que se forma quando o teor de fsforo (P) no ferro fundido elevado.
Esse euttico tem um ponto de fuso mais baixo que a austenita e a grafita.
Durante a solidificao, o fsforo e outras impurezas so segregadas para o lquido que se solidifica no contorno das clulas eutticas.
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
CONSTITUINTES DAS LIGAS FE-C
Grafita proveniente da reao euttica - L g + grafita
um constituinte mole e pode se apresentar em lamelas, ndulos ou formas intermediarias
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C DIAGRAMA Fe-C
Ao atingir a linha liquidus, ocorre o inicio da solidificao com a
formao de austenita em meio ao liquido.
Neste ponto temos a presena de duas fases em equilibrio.
Austenita em meio ao liquido, onde o liquido vai se enriquecendo de
carbono em virtude da formao da austenita.
Ao atingir a linha do eutetico(solidus) ocorre a reao eutetica no liquido remanescente.
Liq g + (Grafita ou Fe3C) neste ponto que teremos a
formao de grafita e/ou cementita
Neste ponto temos a presena de austenita pr euttica , austenita
euttica e grafita, oriundas da reao euttica
Ao atingir a linha do eutetoide, toda a austenita se transforma em ferrita e cementita pela reao eutetoide.
g a + Fe3C
Ao atingir este ponto o metal est na sua constituio final, no
ocorrendo mais nenhuma reao.
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C SOBREPOSIO DOS EUTTICOS
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C FoFo CINZENTO
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C FoFo NODULAR
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C FORMAS DA GRAFITA
Cinzento Vermicular Nodular
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C FORMAS DA GRAFITA
Cinzento Vermicular Nodular
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SOLIDIFICAO DE LIGAS Fe-C TIPOS DE GRAFITA - LAMELAR
Tipo A - Irregular desorientada
Tipo B - Roseta Tipo C - Desigual Irregular
Tipo D - Interdendritica desorientada
Tipo E - Interdendritica
orientada
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS
Os elementos qumicos exercem influncia na microestrutura e nas propriedades mecnicas dos ferros fundidos. Alm dos elementos normais como C, Si, Mn, P e S, podem ser adicionados outros elementos aos ferros fundidos para se obter estruturas e propriedades desejadas. A adio de elementos de liga a ferros fundidos, via de regra, possibilita a obteno de propriedades mecnicas mais elevadas, tanto no estado bruto de fuso como aps tratamento trmico
De uma maneira geral, nos ferros fundidos os elementos de liga tm dois efeitos.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS ELEMENTOS GRAFITIZANTES
Tendem a ampliar a faixa entre as temperaturas do euttico estvel e metaestvel e tendem a decompor a cementita.
Silcio, alumnio, nquel, cobre e titnio
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS ELEMENTOS ESTABILIZADORES DE Fe3C
Tendem a estreitar a faixa entre as temperaturas dos eutticos e estabilizar os carbonetos, ou seja, retardam a formao de grafita
Mangans, molibdnio, cromo e vandio.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS CARBONO
o elemento mais importante do ferro fundido, pois o maior responsvel pelas propriedades mecnicas e de fundio. Com exceo do carbono na forma de perlita na matriz, o carbono geralmente est presente como grafita. O carbono combinado em ferros fundidos cinzentos perlticos, em geral, varia de 0,5% a 0,8% e o carbono graftico de 2,0 a 3,0%.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS CARBONO
Teores Tpicos Cinzento 2,7 3,8%
Nodular 3,4 -3,9%
Teores crescentes de Carbono a fluidez (0,10% equivale a 15C ou 0,20%P)
a quantidade de grafita
a porcentagem de ferrita
a tendncia de futuao de grafita
a tendncia ao coquilhamento
as propriedades mecnicas de resistncia
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS CARBONO
Teores crescentes de Carbono Especificamente para FoFo Cinzento
a resistncia ao choque trmico
a condutividade trmica
o amortecimento de vibraes
a tendncia a formao de rechupe por aumentar a %Geut em ligas hipoeutticas (Si/C= 0,6 a 0,8)
0,6 h metalurgico 0,8 Resistencia
Dificultam a obteno de superficies lisas na usinagem por aumentar os veios de grafita
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS CARBONO
Teores crescentes de Carbono Especificamente para FoFo Nodular
o numero de nodulos e a % de Ferrita, tendendo a aumentar o alongamento e a facilitar a usinagem.
Em ligas ferriticas a dureza, resistencia a trao
a resistencia ao impacto quando o CE aumenta
a tendencia de flutuao de grafita em seces espessas.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS SILCIO
Atua como forte grafitizante tanto na solidificao como nas transformaes no estado slido, consequentemente favorece a formao de grafita na solidificao, reduzindo o coquilhamento e formao de carbonetos eutticos nas transformaes no estado slido. No observvel na microestrutura, pois fica em soluo slida na ferrita. juntamente com o carbono os que mais afetam a fundibilidade.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS SILCIO
Teores Tpicos Cinzento 1,5 3,2%
Nodular 2,0 -2,9%
Forte Desoxidante
Principal responsavel pela solidificao no sistema estvel (ferro-grafita)
Endurece a ferrita por soluo slida.
Para teores crescentes no nodular ferrtico, h a diminuio do alongamento e aumento da dureza.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS MANGANS
Atua como neutralizador do enxofre. Coloca-se sempre em excesso ao estequiomtrico necessrio para evitar a formao do sulfeto de ferro. Grandes excessos de mangans agem como promovedor de carbonetos na solidificao e de perlita na reao eutetide.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS MANGANS
Teores tipicos Ferro Cinzento: 0,2 1,0%
Ferro Nodular: 0,2 0,8% 0,3 mx quando se deseja matriz ferritica.
Para se obter matriz predominantemente ferritica %Mn= 1,7*(%S) + 0,20 a 0,30 para %S
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS FSFORO
Forma um euttico de baixo ponto de fuso Steadita que pode prejudicar as propriedades mecnicas. Atua
como promovedor fraco de grafita na solidificao e de
perlita na reao eutetide.
Em Fofos de alta resistncia teor abaixo de 0,10%.
Quando se deseja alta fluidez teores maiores que 0,6%.
Acima de 0,20% j tende a diminuir a usinabilidade.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS ENXOFRE
Forma sulfetos de ferro que tendem a segregar para os contornos das clulas eutticas, atuando como fragilizante. neutralizado pela adio de mangans.
Nos cinzentos deve ficar entre 0,03 < %S < 0,10
Nos nodulares neutraliza a ao do magnsio. O teor deve ser menor que 0,03%.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS MAGNSIO
Promove a formao de grafita em nodulos
Reage com o enxofre e o oxigenio durante o processo de nodulizao, formando escorias mistas e fluidas, responsaveis por defeitos de em peas (drosses)
O excesso promove a formao de carbonetos dispersos na matriz
Teor final desejado situa-se entre 0,02 0,07%
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS CROMO
Pode estar presente como elemento residual (at 0,10 %).
Para elevar a resistncia trao e a dureza teores de 0,15 -
1,0%.
Forma carbonetos acima de 0,30% em peas de sees finas e
cantos vivos (utilizar elementos grafitizantes para contrabalanar
seu efeito).
Nos Fofos baixa liga, o teor de cromo recomendado deve produzir
uma estrutura completamente perltica sem formao de
carbonetos livres nos contornos das clulas eutticas ou sob a
forma de ledeburita.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS MOLIBDNIO
Aumenta a resistncia trao, a dureza e o mdulo de
elasticidade. adicionado em teores entre 0,20 - 0,80%
Os melhores efeitos so obtidos quando o teor de
fsforo abaixo de 0,10%, (molibdnio, e cromo, tende
a formar um euttico complexo com o fsforo o que
reduz o efeito desse elemento de liga).
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS MOLIBDNIO
Possui menor tendncia para formar carbonetos que o
cromo, vandio e tungstnio. Refina a perlita e favorece
a obteno de estrutura baintica. Em teores baixos,
quando usado isoladamente, favorece a obteno de
ferrita na matriz.
Aumenta significativamente a temperabilidade. O
molibdnio extensamente usado para aumentar as
propriedades a temperaturas elevadas.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS NQUEL
Nquel: elemento grafitizante mdio, diminuindo a tendncia de
formao de carbonetos na solidificao. Na reao eutetide atua
como perlitizante e como consequncia tende a aumentar a dureza
e a resistncia trao.
Nos Fofos de baixa liga, os teores adicionados esto entre 0,25 -
3,0%. A faixa mais comum entre 0,5 - 1,5%, sendo usado
principalmente para contrabalanar o efeito estabilizante do cromo,
do molibdnio e do vandio. caro e raramente usado
isoladamente.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS COBRE
Possui ao grafitizante semelhante ao nquel,
diminuindo a tendncia formao de regies
coquilhadas.
O seu efeito grafitizante em relao ao silcio de 1
para 4, como consequncia, quando se deseja melhor
aproveitar o efeito da adio isolada de cobre na
resistncia mecnica, recomenda-se uma reduo no
teor de silcio de 0,25% para cada 1% de cobre
adicionado.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS COBRE
Como perlitizante mais eficiente que o nquel,
principalmente para eliminar restos de ferrita permitindo
aumentar a resistncia e a dureza. Os teores usuais
esto entre 0,5 a 2%. Em peas grossa at 3%.
Favorvel na usinabilidade. Diminui a resistncia ao
impacto . Tende a melhorar a resistncia corroso em
meios contendo enxofre.
Pode ser usado isolado ou como combinao, por
exemplo, Cu-Cr, Cu-Mo e Cu-Cr-Mo.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS ESTANHO
Recomendam-se adies de at 0,10% (em peas espessas
0,15%).
Teores crescente eleva a dureza devido a passagem da estrutura
de ferrtica-perltica para perltica. A resistncia trao atinge um
mximo quando a estrutura 100% perltica. Teores acima do
necessrio para produzir estrutura perltica tendem a reduzir a
resistncia trao.
Diminui a tenacidade e a resistncia ao impacto em teores acima
de 0,10%.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS VANDIO
Tem um efeito similar ao molibdnio. Teores mximos devem ser limitados em torno de 0,20%.
Em peas muito espessas pode-se aceitar at 0,50%, caso de deseje evitar a formao de carbonetos.
Usualmente, considera-se seu efeito na estabilizao de carbonetos 2,5 vezes maior que a do cromo.
Na reao eutetide atua como estabilizador e refinador da perlita.
O vandio tem um efeito favorvel nas propriedades a quente do ferro fundido cinzento
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS TITNIO
Pode estar presente como residual ou ser adicionado.
Atua como grafitizante em baixos teores e como estabilizador de carbonetos em teores mais elevados. Baixos teores, na faixa 0,05
a 0,20%, promove a grafitizao, reduz a tendncia ao
coquilhamento e refina a grafita. Teores na faixa de 0,15 a 0,20%
tende a produzir grafita tipo D, que em geral no desejvel.
Verifica-se, porm, que em ferros fundidos de carbono equivalente elevado (acima de 4,0) adies de 0,15 - 0,20% de Ti produzem
uma estrutura ferrtica-perltica com grafita tipo D, que tem
propriedades mecnicas superiores que a mesma composio sem
adio de titnio.
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS TITNIO
O efeito grafitizante de baixos teores de titnio seria devido a um efeito indireto, pela reao do Ti com oxignio e nitrognio, que
esto sempre presentes nos ferros fundidos. Esses gases
favorecem a formao de euttico metaestvel (carbonetos
eutticos) e a sua remoo resulta em efeito grafitizante.
Na ausencia do Cerio afeta a forma da grafita nodular
Conduz a formao de grafita vermicular, dependendo do teor de Mg
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INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS ALUMNIO
Sempre est presente como residual nos ferro-ligas, ou
eventualmente em outras matrias-primas.
Em baixos teores, menores que 0,25% ,tem forte ao
grafitizante tanto durante a solidificao como no
estado slido.
Em teores elevados (acima de 4%) pode atuar tambm
como estabilizador de carbonetos.
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Processos Metalurgicos Fundio II
INFLUNCIA DOS ELEMENTOS QUMICOS ALUMNIO
Residuais de alumnio tem sido apontado como um dos principais responsveis indiretos pelo aparecimento de
pin-holes em ferros fundidos cinzentos. Estes pin-holes, na grande maioria dos casos, so produzidos por hidrognio e residuais de alumnio favoreceriam a
absoro do hidrognio.
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Processos Metalurgicos Fundio II
MICROESTRUTURAS E PROPRIEDADES MECNICAS
Micro-estrutura
Composio Qumica
Velocidade de
resfriamento
Dimenses das peas
Tratamentos do Banho Metlico
Tratamentos Trmicos
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Processos Metalurgicos Fundio II
CLASSIFICAO FERRO CINZENTO
A ABNT - NBR 6589, classifica os ferros fundidos cinzentos de acordo com sua resistncia a trao, nos seguintes tipos:
FC-100 FC-150 FC-200 FC-250 FC-300 FC-400
A designao FC significa ferro fundido cinzento e os trs algarismos seguintes indicam o limite mnimo de resistncia trao em MPa
Exemplo: FC-100, o FC significa ferro cinzento e 100 significa que ele deve ter no mnimo 100 MPa (10 Kgf/mm2) de resistncia a trao.
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CLASSIFICAO EQUIVALENCIA
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CLASSIFICAO FERRO NODULAR
A ABNT NBR 6916 classifica os ferros fundidos nodulares
nos seguintes tipos:
FE 42012 FE 50007 FE 60003 FE 70002 FE 80002
As letras FE indicam ferro grafita esferoidal (ndulos), os trs
primeiros algarismos indicam a resistncia a trao em MPa e
os dois ltimos algarismos o alongamento em %.
Exemplo: FE 50007 - Ferro esferoidal com 500 MPa de
resistncia a trao e 7,0% de alongamento mnimo.
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CLASSIFICAO EQUIVALENCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO
Composio qumica
Velocidade de resfriamento
Grau de nucleao
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO
TEE
TEM
Cinzento
Mesclado
Branco
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO COMPOSIO QUIMICA
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Processos Metalurgicos Fundio II
COMPOSIO QUIMICA AMOSTRAGEM
Determinar a composio qumica o Espectrmetro Todos os elementos
o Leco - %C e %S
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Processos Metalurgicos Fundio II
COMPOSIO QUIMICA ANLISE TRMICA
a anlise feita em uma amostra de metal, durante o processo de solidificao, onde observamos os fenmenos realizados durante as mudanas de fases e suas respectivas temperaturas.
As curvas de resfriamento apresentam patamares e mudanas de inflexo como resultados dos eventos ocorridos durante a solidificao de um material.
Estas curvas de anlise trmica mostram um balano trmico entre o calor gerado pela amostra (a partir das transformaes de fase) e o retirado pelo molde.
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Processos Metalurgicos Fundio II
COMPOSIO QUIMICA ANLISE TRMICA
Analise feita em composio hipoeuttica
Estvel C+Si/3+P/3 4,3
Metaestvel C+Si/9+P/3,5 4,3
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Processos Metalurgicos Fundio II
COMPOSIO QUIMICA ANLISE TRMICA
Usa-se as temperaturas de liquidus e solidus TLiq: temperatura liquidus hipoeuttica.
TSol: temperatura do euttico de ferro fundido branco (temperatura solidus no sistema metaestvel).
%CE = (1,6304 0,001*TLiq)/0,000110791
%C = 0,01693*TSol 0,00796*TLiq 6,05
%Si = 3(%CE - %C) - %P ou
%Si = -6,4 13,2*(%P) + (7553,08-6,6TSol)
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Processos Metalurgicos Fundio II
COMPOSIO QUIMICA ANLISE TRMICA
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Processos Metalurgicos Fundio II
COMPOSIO QUIMICA ANLISE TRMICA
Preciso do mtodo
%CE = 0,03
%C = 0,05
%Si = 0,15
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO
Espessura da pea
Tipo de molde
Temperatura de vazamento
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Processos Metalurgicos Fundio II
VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO ESPESSURA DA PEA
A espessura da pea afeta a velocidade de resfriamento da seguinte maneira:
espessura - velocidade de resfriamento Decorrente da maior quantidade(massa) de material.
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Processos Metalurgicos Fundio II
VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO TIPO DE MOLDE
O tipo de molde afeta a velocidade de resfriamento da seguinte maneira:
Molde de areia - velocidade de resfriamento
Molde metalico - velocidade de resfriamento
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Processos Metalurgicos Fundio II
VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO TEMPERATURA DE VAZAMENTO
TEMPERATURAS ALTAS
Causa rpida perda de eficincia do inoculante ("fading" do inoculante).
Aumentar a reao metal-molde (penetrao de metal na areia)
Ocorrencias de microchupagens (necessita maior suprimento de metal para compensar o aumento da contrao)
Causa oxidao do banho. (Drosses).
Aumenta o desgaste do refratrio e perda de elementos qumicos.
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Processos Metalurgicos Fundio II
VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO TEMPERATURA DE VAZAMENTO
TEMPERATURAS BAIXAS
Dificulta os processos de inoculao e nodulizao.
Dificulta o enchimento dos moldes.
Favorece a formao de carbonetos, proprciando a ocorrencia de pontos duros.
Ocorrencia de rechupe material chega frio no massalote.
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO GRAU DE NUCLEAO
Grau de nucleao natural
Tratamentos no banho metlico
Superaquecimento
Inoculao
Nodulizao
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIVEIS DE PROCESSO SUPERAQUECIMENTO
aquecer o metal lquido de 100 a
150C acima da temperatura de
vazamento de 5 15 minutos.
Destruir ou diminuir os ncleos de solidificao
instveis Homogeneizao do banho
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Processos Metalurgicos Fundio II
Adicionar compostos grafitizantes no
metal lquido momentos antes do
vazamento.
Promover a formao da grafita na solidificao.
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Microestrutura de um ferro fundido cinzento sem
inoculao. 100X
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO
Microestrutura de um ferro fundido cinzento com
inoculao. 100X
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Processos Metalurgicos Fundio II
Grupo de inoculantes Inoculantes
Inoculantes grafitizantes
comuns
Grafita
Silcio metlico
Ferro-silcio 50%
Ferro-silcio 75%
Ferro-silcio 85%
Ca-Si
Inoculantes grafitizantes
especiais
Ca-Si-Ti
Ca-Si-Mn
Ca-Si-Mn-C
Fe-Si-Zr
Fe-Si-Zr-Ca
Ca-Si-Ba
Fe-Si-Mn-Zr-Ba
Si-Mn-Ca-Ba
Si-Terras raras
Inoculantes estabilizadores
perlitizantes
Fe-Cr
Cr-Si-Mn
Cr-Si-Mn-C
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Processos Metalurgicos Fundio II
Composio qumica do ferro base
Carbono
Grafitizao
Em ligas
hipoeutticas Quantidade de inoculante que
nas ligas hipereutticas
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
Teor de impurezas
Oxignio em excesso Consumo de inoculante
Os inoculantes so excelentes desoxidantes
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
Temperatura de inoculao
Temperatura elevada
Temperatura baixa
Destruio dos centros efetivos
para nucleao da grafita
Dissoluo incompleta dos
inoculantes
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
Mais eficiente quanto maior a quantidade de inoculante?
Quantidade de inoculante
Existe um limite a partir do qual o aumento de inoculante
no atuar eficientemente.
Excesso provoca mais escria, riscos de
incluses e porosidades no produto.
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
Prof. Djalma D. do Amaral 104
Processos Metalurgicos Fundio II
Limpeza do banho
Antes da inoculao
Preparao do banho
Remoo da escria
O inoculante desoxidante e seria consumido na
desoxidao da escria no ocorrendo a grafitizao.
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
Prof. Djalma D. do Amaral 105
Processos Metalurgicos Fundio II
Fading
Tempo de atuao do inoculante
Importncia Controlar o tempo decorrido entre a
inoculao e o incio da solidificao.
Formao de carbonetos
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
Granulometria
Partculas pequenas Facilmente oxidadas
Partculas grandes Demorada dissoluo
Tamanho das partculas entre 0,7 a 2,8 mm.
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de inoculao
Depende
Quantidade de inoculantes
Nmero de inoculaes
Tipo de inoculante
Granulometria
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de inoculao
Inoculao durante a transferncia do metal
do forno para a panela de vazamento, no jorro
de metal.
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
Prof. Djalma D. do Amaral 109
Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de inoculao
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
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Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de inoculao
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
Inoculao no
jorro para o molde
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Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de inoculao
VARIVEIS DE PROCESSO INOCULAO - EFICINCIA
Inoculao com
insero do fio
de inoculante no
sifo do forno
vazador
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Processos Metalurgicos Fundio II
Elementos nodularizantes
Magnsio - mais utilizado
Crio
Clcio
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de nodularizao
Simples transferncia
FeSiMg adicionado ao
fundo da panela e
recoberta com sucata de
ao para retardar a
reao.
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de nodularizao
Sandwich
A panela de vazamento possui um
degrau no fundo onde colocado o
FeSiMg e recoberta com sucata de
ao para retardar a reao.
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Simples
transferncia Sandwich
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
Prof. Djalma D. do Amaral 116
Processos Metalurgicos Fundio II
Tcnicas de nodularizao
Tundish Cover
Consiste em uma panela de tratamento que possu
um degrau para colocao da liga nodulizante e uma
tampa sobre a panela, contendo uma bacia com um
orifcio para vazamento do metal.
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Tundish Cover
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Fatores a serem considerados nas tcnicas de
nodularizao:
Composio qumica
O teor de enxofre crtico pois o magnsio
um excelente dessulfurante. Quando o teor de
enxofre alto deve-se proceder a tratamentos
de dessulfurao antes da nodularizao.
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
Prof. Djalma D. do Amaral 119
Processos Metalurgicos Fundio II
Temperatura do banho
Temperatura muito alta
acentua a perda por
oxidao e volatilizao.
Temperatura muito baixa
poder causar cementita
livre na estrutura.
Fatores a serem considerados nas tcnicas de
nodularizao:
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
Recomendam-se
temperaturas de tratamento
em torno de 1480 a 1520C.
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Processos Metalurgicos Fundio II
Temperatura de
vazamento
Acima de 13700C, pois abaixo disso
tender a haver formao de
carbonetos eutticos.
Temperaturas mais elevadas
provocara uma maior tendncia de
reao metal molde, e a formao
de microporosidades.
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
Fatores a serem considerados nas tcnicas de
nodularizao:
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Processos Metalurgicos Fundio II
Panela de
vazamento
A rea de superfcie da panela
deve ser a menor possvel.
Minimizar as perdas por
oxidao e volatilizao.
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
Fatores a serem considerados nas tcnicas de
nodularizao:
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIVEIS DE PROCESSO NODULARIZAO
Variao do teor de Mg com o tempo para
nodularizao em
panela com:
H/D = 1 (srie A)
H/D = 2 (srie B)
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Processos Metalurgicos Fundio II
Panela de Nodulizao
Liga Nodulizante
Ao para cobertura
Vazamento do metal
Inicio da reao
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Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 125
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 126
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 127
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 128
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 129
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 130
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 131
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 132
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 133
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 134
Processos Metalurgicos Fundio II
Operao - Nodularizao
Prof. Djalma D. do Amaral 135
Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO GRAU DE NUCLEAO
Grau de nucleao = Ncleos naturais + inoculao
Baixo grau de nucleao - super-resfriamento
variao na microestrutura e nas propriedades mecnicas
Alto grau de nucleao - super-resfriamento
aumenta a tendncia ao rechupe
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO GRAU DE NUCLEAO
Solidificao de ferros fundidos: Formao de AUSTENITA (nucleao fcil)
Formao de GRAFITA (nucleao difcil)
Formao de grafita a determinante na solidificao Define o super-resfriamento para nucleao
Determina o tamanho e a distribuio das lamelas de grafita na microestrutura
Determina as propriedades mecnicas dos FoFos cinzentos
Determina os esforos de expanso e contrao durante a solidificao (tendncia ao rechupe)
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Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO GRAU DE NUCLEAO
Grau de nucleao natural varia
Toda a responsabilidade repassada inoculao
Conseqncias tpicas propriedades mecnicas
usinabilidade
resposta alimentao (rechupes)
Prof. Djalma D. do Amaral 138
Processos Metalurgicos Fundio II
VARIAVEIS DE PROCESSO GRAU DE NUCLEAO
Hereditariedade
Composio qumica (Carbono equivalente)
Elementos de liga residuais (%S)
Tipo de forno
Tipo de carga metlica
Histrico trmico do banho
Grau de oxidao do banho
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Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO HEREDITARIEDADE
Substratos para nucleao da grafita: Grafita no-dissolvida
xidos de silcio ou silicatos
Sulfetos
Regies ricas em silcio (inoculantes)
Prof. Djalma D. do Amaral 140
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO COMPOSIO QUMICA
Carbono equivalente Grau de nucleao
CE tpicos: 3,90 a 4,10% baixos ( Grau de nucleao)
4,10 a 4,25% altos ( Grau de nucleao)
Prof. Djalma D. do Amaral 141
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO ELEMENTOS RESIDUAIS
Teor de enxofre 0,03 < %S < 0,10 Grau de nucleao
Teor de enxofre < 0,03% Grau de nucleao (dificulta ao dos inoculantes)
Teor de enxofre > 0,10%
Grau de nucleao (afeta crescimento das clulas eutticas)
Prof. Djalma D. do Amaral 142
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO TIPO DE FORNO
Forno cubilot
Grau de nucleao
Forno de induo
Grau de nucleao
Forno eltrico a arco (FEA)
Grau de nucleao
Prof. Djalma D. do Amaral 143
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO TIPO DE CARGA
Ferro gusa
Grau de nucleao
Retorno de FoFo
Grau de nucleao
Sucata de ao + carburante
Grau de nucleao
Prof. Djalma D. do Amaral 144
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO HISTRICO TRMICO
Manuteno em baixas temperaturas (1500C) Grau de nucleao
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Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO INOCULAO
Eficincia de inoculao: Tipo de inoculante
Composio qumica do metal base (%S)
Composio qumica do inoculante
Temperatura do metal base
Tempo aps adio
Mtodo de adio
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Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO INOCULAO
Tcnicas de inoculao (mtodos de adio)
Inoculao na panela
fading FeSi + Al, Ca, Ba, Zr, Ce, ....
Inoculao no molde (complementar)
Inoculao no jato
dissoluo FeSi modo
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Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA GRAU DE NUCLEAO
L g + Fe3C
FoFo cinzento tpico
3,90 a 4,20
Lquido g + L
L + Grafita
L g + Grafita
%CE = 4,3
Prof. Djalma D. do Amaral 148
Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA ELEVADO GRAU DE NUCLEAO
Lquido
%CE = 4,3
g + L L + Grafita
L g + Fe3C
L g + Grafita
FoFo cinzento tpico
super-resfriamento
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Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA ELEVADO GRAU DE NUCLEAO
O material nesta condio, com um pequeno super-resfriamento, apresenta uma estrutura de grafita tipo A com matriz perlitica
Usinabilidade
Propriedades mecnicas
Prof. Djalma D. do Amaral 150
Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA BAIXO GRAU DE NUCLEAO
Lquido
%CE = 4,3
g + L L + Grafita
L g + Fe3C
L g + Grafita
FoFo cinzento tpico
super-resfriamento
Prof. Djalma D. do Amaral 151
Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA BAIXO GRAU DE NUCLEAO
O material nesta condio, com um grande super-resfriamento, apresenta uma estrutura de grafita tipo D com matriz parcialmente ferritica
usinabilidade
propriedades mecnicas.
Prof. Djalma D. do Amaral 152
Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA MUITO BAIXO GRAU DE NUCLEAO
Lquido
%CE = 4,3
g + L L + Grafita
L g + Fe3C
L g + Grafita
FoFo cinzento tpico
FoFo com Fe3C
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Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA BAIXO GRAU DE NUCLEAO
O material nesta condio, com um grande super-resfriamento, apresenta uma estrutura de grafita tipo D acompanhada da formao de carbonetos (Fe3C)
usinabilidade
propriedades mecnicas.
Prof. Djalma D. do Amaral 154
Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA TIPOS DE GRAFITA
Prof. Djalma D. do Amaral 155
Processos Metalurgicos Fundio II
ANLISE TRMICA CURVAS
Prof. Djalma D. do Amaral 156
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO RESULTADOS PRTICOS
Prof. Djalma D. do Amaral 157
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO RESULTADOS PRTICOS
Prof. Djalma D. do Amaral 158
Processos Metalurgicos Fundio II
GRAU DE NUCLEAO RESULTADOS PRTICOS
Prof. Djalma D. do Amaral 159
Processos Metalurgicos Fundio II
CONTROLES DE PROCESSO TESTE DE CUNHA
Teste realizado para avaliar o grau de nucleao dos banhos de Ferro Fundido, atravs da altura do coquilhamento.
Prof. Djalma D. do Amaral 160
Processos Metalurgicos Fundio II
MICROESTRUTURA METALOGRAFIA
Macrografia
Celulas euteticas
Tamanho influencia diretamente nas propriedades mecnicas
Prof. Djalma D. do Amaral 161
Processos Metalurgicos Fundio II
MICROESTRUTURA METALOGRAFIA
Prof. Djalma D. do Amaral 162
Processos Metalurgicos Fundio II
MICROESTRUTURA METALOGRAFIA
Prof. Djalma D. do Amaral 163
Processos Metalurgicos Fundio II
MICROESTRUTURA METALOGRAFIA
Prof. Djalma D. do Amaral 164
Processos Metalurgicos Fundio II
MICROESTRUTURA METALOGRAFIA
Prof. Djalma D. do Amaral 165
Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO TIPOS DE FORNOS
FORNO CUBILOT
FORNO ELTRICO ARCO
INDUO CADINHO
CANAL
FORNO A LEO COMBUSTVEL
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Processos Metalurgicos Fundio II
Cubilot Moderno 3 no brasil 1982 Sofunge (atualmente na Tupy)
2001 Luk 20 a 22t/h
2005 Teksid 25 t/h
A maioria dos cubils em funcionamento no pas so simples e de pequeno porte, que podem ser desligados quando for necessrio.
H aproximadamente 135 fundies atuando com fornos cubilot. (Fonte: Metais & Fundio Brasil 15/12/2008)
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
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Processos Metalurgicos Fundio II
O cubilot um forno vertical feito de chapa de ao, revestida internamente por tijolos refratrios.
Dimetro interno do forno: pode chegar a cerca de 1,80m.
Altura: pode superar 15 metros.
Capacidade de fuso: varia de 1 t/h at cerca de 50 t/h.
O bico de vazamento com furo de 12,5mm, por ex.: pode descarregar cerca de 5 t/hora de metal lquido.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 168
Processos Metalurgicos Fundio II
A parte superior aberta e o fundo consta de um par de portas de ferro fundido que permite a remoo do coque no consumido e do metal no fundido aps cada corrida.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 169
Processos Metalurgicos Fundio II
O bico de vazamento geralmente circular de s entre 12,5 a 25mm, e est localizado a uma distncia do fundo compreendida entre 10 e 15cm.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
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Processos Metalurgicos Fundio II
Caixa de vento: localiza-se acima do cadinho e envolve o cubilot. O ar, enviado por um ventilador, penetra por aberturas chamadas ventaneiras.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
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Processos Metalurgicos Fundio II
Ventaneiras, feitas na carcaa (chapa e refratrio) do forno, chocando-se com a cama de coque (obs: cama = certa carga de coque).
Plano das ventaneiras: no deve estar a mais de 50-60 cm acima do fundo do forno. As ventaneiras podem ser de seo circular ou retangular.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
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Processos Metalurgicos Fundio II
O carregamento do forno feito pela parte superior
Altura da porta: 5 a 6 metros, a fim de que sejam aproveitados os gases quentes ascendentes, praquecendo-se a carga.
Plataforma de carga: no necessrio se carregamento mecnico. Necessrio se o carregamento manual.
Bica de escria: situa-se no lado oposto da bica vazamento, localizando-se mais acima.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
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Processos Metalurgicos Fundio II
O espao entre o fundo e o furo de forno coberto com areia de moldagem assentada em rampa, facilita o escoamento do metal para a panela de fundio.
A panela constitui o cadinho do forno, cuja altura depende do tipo de trabalho:
Para peas leves a altura do cadinho pode ser pequena,
Para peas grandes altura do cadinho deve ser grande (para um maior armazenamento de metal lquido).
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 174
Processos Metalurgicos Fundio II
O forno cubilot funciona baseado no princpio da contra corrente.
A carga metlica e o coque descem
Os gases sobem
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 175
Processos Metalurgicos Fundio II
Carcaa metlica
Porta de
carregamento
Anel de vento
Ventaneiras Principio da contra
corrente
Tijolos refratrios
Produo de
1 50 t/h
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Processos Metalurgicos Fundio II
A carga metlica composta de: Sucata metlica de fundio (canais,
alimentadores, peas quebradas)
Ferro gusa de alto forno
Sucata de ao
Ferro Silcio e Ferro Mangans
Coque
Fundente Calcareo
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
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Processos Metalurgicos Fundio II
Operacionalmente o forno no permite flexibilidade
de produo e to pouco controle rigoroso de
composio qumica e temperatura de vazamento.
Operao pode ser: Intermitente
Continua
Sistema duplex uso do forno cubilot + forno de induo.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 178
Processos Metalurgicos Fundio II
O cubilot no produz um material de grande uniformidade de composio qumica.
No utilizado para produo de peas de ferro fundido de grande responsabilidade quanto qualidade.
Por usar coque, o ferro obtido tem enxofre alto.
No usado para produzir Ferro Nodular
A temperatura do metal liquido de difcil controle.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 179
Processos Metalurgicos Fundio II
Escoria
A escria no forno cubilot muito importante, pois ela pode nos dar uma indicao das condies de operao e qualidade do ferro fundido.
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 180
Processos Metalurgicos Fundio II
Escoria
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Caractersticas a observar Observaes
Fluxo Calmo Viscosidade boa, operao normal.
Agitado Escria espumosa, operao irregular.
Basicidade cido Fios longos.
Bsico Fios curtos.
Cor
Preta Escria ruim, condies extremamente oxidantes.
Marrom escuro Escria ruim, condies oxidantes.
Verde garrafa Operao normal.
Verde tingido de amarelo Operao normal, mas com excesso de mangans.
Marrom Escria ruim com excesso de calcrio.
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
Prof. Djalma D. do Amaral 182
Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FORNO CUBILOT
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Processos Metalurgicos Fundio II
Permite o controle da temperatura do banho, bem como condies favorveis para oxidao e adies de elementos de liga permitindo a obteno de ferros fundidos com caractersticas excepcionais e alta qualidade.
PROCESSAMENTO FORNOS ELTRICOS
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Processos Metalurgicos Fundio II
Ocorre a transformao da energia eltrica em energia trmica. A corrente eltrica passa por transformadores e levado aos eletrodos de grafite, por meio de terminais e cabos flexveis. Os eletrodos penetram no forno atravs da abbada e o arco formado entre os eletrodos e a carga metlica, por meio do qual sero fundidos os materiais e ou mantido lquido o banho metlico.
PROCESSAMENTO FEA - FORNO ELTRICO ARCO
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FEA - FORNO ELTRICO ARCO
Prof. Djalma D. do Amaral 186
Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FEA - FORNO ELTRICO ARCO
Prof. Djalma D. do Amaral 187
Processos Metalurgicos Fundio II
O aquecimento por induo utiliza as propriedades do campo magntico para a transferncia de energia eltrica em energia calorfica sem recorrer ao contato direto. A intensidade das correntes induzidas funo da potncia da bobina que por sua vez proporcional ao volume de material a ser fundido.
no primrio de energia eltrica em magntica (bobina).
no secundrio de energia magntica em eltrica e eltrica em calorfica (slido metlico).
PROCESSAMENTO FORNOS A INDUO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Principio de funcionamento
PROCESSAMENTO FORNOS A INDUO
Prof. Djalma D. do Amaral 189
Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FORNOS A INDUO - CADINHO
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Processos Metalurgicos Fundio II
Vantagens
Trabalha com qualquer tipo de sucata
Flexibilidade na troca de ligas uma aps a outra fuso intermitente;
Curto perodo de fuso
PROCESSAMENTO FORNOS A INDUO - CADINHO
Prof. Djalma D. do Amaral 191
Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FORNOS A INDUO - CANAL
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Processos Metalurgicos Fundio II
Desvantagens
Manter uma poa de material fundido aps a fuso;
Manuteno do canal difcil;
Eroso do revestimento e arraste de pequenos fragmentos para o metal lquido;
Vantagens
Menor consumo de energia;
Menor investimento inicial ;
Boa rentabilidade em servio contnuo;
No indicado para o trabalho com metal slido sendo mais adequado para
manuteno de banho lquido (sistema duplex).
PROCESSAMENTO FORNOS A INDUO - CANAL
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FORNOS A INDUO - VAZADOR
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO FORNOS A OLEO
Prof. Djalma D. do Amaral 195
Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
CARGA BASE OU CARGA FRIA
constituda por todos os materiais que so colocados no forno para a fuso em sua etapa inicial
CARGA ADITIVA
constituda pelos materiais que sero adicionados para corrigir a composio qumica dos banhos
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
MATERIAIS DE CARGA
Ferro Gusa
Retorno
Sucata ao
Ferro ligas
Carburantes
Materiais Metlicos Cu Ni etc.
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
FERRO GUSA
Otima fonte de carbono e silcio (h gusa especial).
Menor tempo de fuso (consumo de energia)
Melhora usinabilidade do fundido.
Baixa concentrao de elementos residuais.
Melhora a Grafitizao.
Proporciona uma reduo considervel no percentual de nitrognio e um decrscimo no nvel de porosidade.
Reduz a temperatura de fuso da carga.
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
RETORNO
Otima fonte de carbono e silcio.
Material prximo da composio final.
Seu uso limitado pela quantidade que gerada.
Tem que ser limpa antes de usar.
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
SUCATA DE AO
usada para se controlar os teores dos elementos principais Carbono e Silicio
usado para adicionar elementos de liga
Evitar o uso de sucata oxidada Ataca o refratario
Gera maior quantidade de escoria
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
FERRO LIGAS, CARBURANTES E MAT. METLICOS
Usados para se acertar os teores dos elementos qumicos
Usados para adicionar elementos de liga.
Usados nos tratamentos do banho metalico Inoculao
Nodulizao
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Processos Metalurgicos Fundio II
CALCULO DA CARGA
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARGA DO FORNO
CALCULO DA CARGA
Deve ser feito sempre pela massa dos elementos
Definir uma proporo dos componentes da carga em funo da disponibilidade de materias primas, custo e qualidade desejada.
Usar como base de referencia a capacidade do forno, porem toda a carga fria tem que ser usada.
Exemplo: 40% Gusa 40% Retorno 20% Sucata Ao
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO RENDIMENTO DAS INCORPORAES
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CARBURANTES
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CALCULO DA CARGA BASE
Forno 1000 kg
Composio qumica desejada %C: 3,65 3,75
%Si: 1,90 2,00
%Mn: 0,25 0,35
%Cu: 0,20 0,30
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CALCULO DA CARGA BASE
Materiais disponveis - Composio qumica
%C %Si %Mn %Cu
Gusa 4,50 0,50 0,10
Retorno 3,70 2,80 0,30 0,25
Sucata de Ao 1010 0,10 0,60
FeSi 75% 75
Grafite sinttico 100
Cobre Metlico 100
Composio Objetiva 3,65 - 3,75 1,90 - 2,00 0,25 - 0,35 0,20 - 0,30
Capacidade do forno 1000 kg
Massa necessria(kg) 36,5 - 37,5 19,0 - 20,0 2,5 - 3,5 2,0 - 3,0
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Processos Metalurgicos Fundio II
Exemplo 1 - 40% Gusa - 40% Retorno - 20% Sucata Ao
Materiais disponveis - Composio qumica Massa de
entrada (kg)
%C %Si %Mn %Cu 100% 1000 C Si Mn Cu
Gusa 4,50 0,50 0,10 40% 400 18,000 2,000 0,400 0,000
Retorno 3,70 2,80 0,30 0,25
re
nd
ime
nto
40% 400 14,800 11,200 1,200 1,000
Sucata de Ao 1010 0,10 0,60 20% 200 0,200 0,000 1,200 0,000
Massa entrante 33,000 13,200 2,800 1,000
Massa desejada 37,000 19,500 3,000 2,500
Massa faltante 4,000 6,300 0,200 1,500
FeSi 75% 75 90 9,333 9,400 0,000 6,345 0,000 0,000
Grafite sinttico 100 90 4,444 4,500 4,050 0,000 0,000 0,000
FeMn AC 6 0,50 75 90 0,296 0,300 0,016 0,001 0,203 0,000
Cobre Metlico 100 90 1,667 1,700 0,000 0,000 0,000 1,530
1015,900 37,066 19,546 3,003 2,530
Composio Objetiva 3,65 - 3,75 1,90 - 2,00 0,25 - 0,35 0,20 - 0,30 3,65% 1,92% 0,30% 0,25%
Capacidade do forno 1000 kg
Massa necessria(kg) 36,5 - 37,5 19,0 - 20,0 2,5 - 3,5 2,0 - 3,0
Prof. Djalma D. do Amaral 208
Processos Metalurgicos Fundio II
Exemplo 2 - 70% Gusa - 30% Sucata Ao
Exemplo 3 - 70% Retorno - 30% Sucata Ao
Exemplo 4 - 20% Gusa - 40% Retorno - 40% Sucata Ao
Calcular
208
Prof. Djalma D. do Amaral 209
Processos Metalurgicos Fundio II
209
Materiais disponveis - Composio qumica
%C %Si %Mn %Cu
Gusa 4,50 0,50 0,10
Retorno 3,70 2,80 0,30 0,25
Sucata de Ao 1010
0,10 0,60
FeSi 75% 75
Grafite sinttico
100
Cobre Metlico
100
Composio Objetiva
3,65 - 3,75
1,90 - 2,00
0,25 - 0,35
0,20 - 0,30
Capacidade do forno
1000 kg
Massa necessria
(kg)
36,5 - 37,5
19,0 - 20,0
2,5 - 3,5
2,0 - 3,0
Prof. Djalma D. do Amaral 210
Processos Metalurgicos Fundio II
Exemplo 2 - 70% Gusa - 30% Sucata Ao
Materiais disponveis - Composio qumica Massa de
entrada (kg)
%C %Si %Mn %Cu 100% 1000 C Si Mn Cu
Gusa 4,50 0,50 0,10 70% 700 31,500 3,500 0,700 0,000
Retorno 3,70 2,80 0,30 0,25
re
nd
ime
nto
0% 0 0,000 0,000 0,000 0,000
Sucata de Ao 1010 0,10 0,60 30% 300 0,300 0,000 1,800 0,000
Massa entrante 31,800 3,500 2,500 0,000
Massa desejada 37,000 19,500 3,000 2,500
Massa faltante 5,200 16,000 0,500 2,500
FeSi 75% 75 90 23,704 24,000 0,000 16,200 0,000 0,000
Grafite sinttico 100 90 5,778 6,500 5,850 0,000 0,000 0,000
FeMn AC 6 0,50 75 90 0,741 0,800 0,043 0,004 0,540 0,000
Cobre Metlico 100 90 2,778 2,800 0,000 0,000 0,000 2,520
1034,100 37,693 19,704 3,040 2,520
Composio Objetiva 3,65 - 3,75 1,90 - 2,00 0,25 - 0,35 0,20 - 0,30 3,65% 1,91% 0,29% 0,24%
Capacidade do forno 1000 kg
Massa necessria(kg) 36,5 - 37,5 19,0 - 20,0 2,5 - 3,5 2,0 - 3,0
Prof. Djalma D. do Amaral 211
Processos Metalurgicos Fundio II
Exemplo 3 - 70% Retorno - 30% Sucata Ao
Materiais disponveis - Composio qumica Massa de
entrada (kg)
%C %Si %Mn %Cu 100% 1000 C Si Mn Cu
Gusa 4,50 0,50 0,10 0% 0 0,000 0,000 0,000 0,000
Retorno 3,70 2,80 0,30 0,25
re
nd
ime
nto
70% 700 25,900 19,600 2,100 1,750
Sucata de Ao 1010 0,10 0,60 30% 300 0,300 0,000 1,800 0,000
Massa entrante 26,200 19,600 3,900 1,750
Massa desejada 37,000 19,500 3,000 2,500
Massa faltante 10,800 -0,100 -0,900 0,750
FeSi 75% 75 90 -0,148 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
Grafite sinttico 100 90 12,000 12,000 10,800 0,000 0,000 0,000
FeMn AC 6 0,50 75 90 -1,333 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
Cobre Metlico 100 90 0,833 0,800 0,000 0,000 0,000 0,720
1012,800 37,000 19,600 3,900 2,470
Composio Objetiva 3,65 - 3,75 1,90 - 2,00 0,25 - 0,35 0,20 - 0,30 3,65% 1,94% 0,39% 0,24%
Capacidade do forno 1000 kg
Massa necessria(kg) 36,5 - 37,5 19,0 - 20,0 2,5 - 3,5 2,0 - 3,0
Prof. Djalma D. do Amaral 212
Processos Metalurgicos Fundio II
Exemplo 4 - 20% Gusa - 40% Retorno - 40% Sucata Ao
Materiais disponveis - Composio qumica Massa de
entrada (kg)
%C %Si %Mn %Cu 100% 1000 C Si Mn Cu
Gusa 4,50 0,50 0,10 20% 200 9,000 1,000 0,200 0,000
Retorno 3,70 2,80 0,30 0,25
re
nd
ime
nto
40% 400 14,800 11,200 1,200 1,000
Sucata de Ao 1010 0,10 0,60 40% 400 0,400 0,000 2,400 0,000
Massa entrante 24,200 12,200 3,800 1,000
Massa desejada 37,000 19,500 3,000 2,500
Massa faltante 12,800 7,300 -0,800 1,500
FeSi 75% 75 90 10,815 11,000 0,000 7,425 0,000 0,000
Grafite sinttico 100 90 14,222 14,500 13,050 0,000 0,000 0,000
FeMn AC 6 0,50 75 90 -1,185 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
Cobre Metlico 100 90 1,667 1,700 0,000 0,000 0,000 1,530
1027,200 37,250 19,625 3,800 2,530
Composio Objetiva 3,65 - 3,75 1,90 - 2,00 0,25 - 0,35 0,20 - 0,30 3,63% 1,91% 0,37% 0,25%
Capacidade do forno 1000 kg
Massa necessria(kg) 36,5 - 37,5 19,0 - 20,0 2,5 - 3,5 2,0 - 3,0
Prof. Djalma D. do Amaral 213
Processos Metalurgicos Fundio II
CORREES Calculo para a correo da % carbono
Diminuio da % de carbono Adio de Ao 1010 ou 1020 e FeSi75 no forno em Kg.
Kgs Ao = 1,0 - % Carbono desejado x Kg carga %Carbono encontrado Kgs FeSi75 = Kg ao x % Silcio no ao % Rendimento do FeSi75
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Processos Metalurgicos Fundio II
CORREES Calculo para a correo da % carbono
Aumento de % de Carbono Adio de grafite no forno Kg. Kg Grafite = % Carbono desejado - % Carbono encontrado x Kg carga % Rendimento Grafite
Prof. Djalma D. do Amaral 215
Processos Metalurgicos Fundio II
CORREES Calculo para a correo da % Silcio
Diminuio de % de Silcio Adio de ao 1010 ou 1020 e grafite. Kg Ao = 1,0 - % Silcio desejado x Kg carga % Silcio encontrado Kg Grafite = Kg ao x % Carbono no ao % Rendimento do grafite
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Processos Metalurgicos Fundio II
CORREES Calculo para a correo da % Silcio
Aumento de % de Silcio Adio de FeSi no forno em Kg Kg FeSi = % Silcio desejado - % Silcio encontrado x Kg Carga % Rendimento FeSi
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Processos Metalurgicos Fundio II
PROCESSAMENTO CUIDADOS OPERACIONAIS
Usar material livre de sujeira(areia) e oxidao.
No colocar material mido no forno quando houver metal liquido no mesmo.(risco de exploso)
Iniciar a carga preferencialmente com o gusa.(facilita a fuso)
Colocar os materiais granulados(carburantes e Ferro Ligas) no inicio pois geralmente so menos densos e tendem a flutuar, dificultando a sua incorporao.