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