Tipos de Ferros Fundidos

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MATERIAIS PARA MATERIAIS PARA 
CONSTRUCONSTRUÇÇÃO MECÂNICAÃO MECÂNICA
ProfProfªª. Daniela . Daniela LupinacciLupinacci VillanovaVillanova –– UNISC UNISC –– 20092009
AULA 5AULA 5
1. Ferros fundidos
2. Ferro fundido branco e cinzento
3. Ferro fundido maleável
Materiais para Construção Mecânica
Materiais para Construção Mecânica
Ferros Fundidos – Generalidades
Ligas importantes indústria 
característica inerentes ao material
adiçãoligas
Definições:
Ligas de Fe-C cujo teor de C se situa acima de 2,0%, aprox.
Si – influência sobre a liga – liga Fe-C-Si
Presente em teores superiores ao do C
C – constituição estrutural – livre
“Liga de Fe-C-Si, de teores de C acima de 2,0%, em quantidade 
superior à que é retida em solução sólida na austenita, de modo a 
resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios ou grafita”
Materiais para Construção Mecânica
- Aumento do teor de C – liga + dura – trabalho frio/quente dificultado
- Emprego do FoFo – razões:
- Temperatura de fusão mais baixa
-Menor consumo de combustível
-Fabricação de peças inteiras e de formato complicado
- Características típicas:
-São frágeis
-Apresentam boa resistência à compressão
- possuem má resistência à tração e flexão
Carbono nos ferros fundidos
CT = CC + CL
CT – carbono total
CC – carbono combinado (cementita)
CL – carbono livre
Ferros Fundidos - Generalidades
Tipos de Liga – Classificação:
- FoFo cinzento – fratura – coloração escura – elementos de liga 
C e Si –
- parcela do C – estado livre – grafita lamelar 
- parcela – combinada – Fe3C
Composição típica 
C - 2,5-4%
Si - 1-3%
Mn - 0,4 -1%
Alto teor de Si melhora
• Resistência à corrosão
• Fluência
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Tipos de Liga – Classificação:
- FoFo branco – fratura – coloração escura – elementos de liga C 
e Si –
- quase inteiramente combinado – Fe3C
Tem teores de Fe, C e Si menores que o cinzento
Composição típica
C - 1,8-3,6%
Si - 0,5-1,9%
Mn - 0,25-0,8%
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Tipos de Liga – Classificação:
- FoFo mesclado– fratura – composição variável entre o branco e 
o cinzento
Propriedades típicas:
- Boa ductilidade
- Boa resistência à tração
- Boa dureza
- Boa resistência à fadiga
- Boa resistência ao desgaste
- Boa usinabilidade
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Tipos de Liga – Classificação:
- FoFo maleável – É o fofo branco tratado termicamente 
(tratamento especial) para conferir maleabilidade
Propriedades típicas:
- Alta ductilidade (essa propriedade é melhorada 
significativamente)
- Boa resistência à tração
- Boa dureza
- Boa resistência à fadiga
- Boa resistência ao desgaste
- Boa usinabilidade
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Tipos de Liga – Classificação:
- FoFo nodular – Caracteriza-se por sua ductilidade devido a 
adição de inoculantes
- C livre – grafita esferoidal
Propriedades típicas:
- Boa ductilidade
- Alta resistência à tração
- Boa fundibilidade
- Elevado limite de escoamento
- Custo mais elevado
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Tipos de Liga – Classificação:
- FoFo de grafita compactada – grafita – escamas (ou vermicular)
- exige a adição de elementos especiais como os 
terras raras além de elementos adicionais como o Ti 
(reduz formação grafita esferoidal)
- intermediário entre o cinzento e o nodular
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* Sem elementos de liga
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Faixa dos FoFo’s – comerciais (até 4%)
4,3% C
Liga eutética
1148ºC mais baixo ponto de 
fusão
~2 a 4,3% C - hipoeutéticos
4,3% C – hiperuetéticos
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Liga eutética – ledeburita – matriz de cementita (~6,7%C) e cristais dendríticos
de austenita (2%C) – acima de 727ºC
Aspecto 
micrográfico da 
ledeburita
Estrutrura típica de 
um fofo branco com 
4,3%C: glóbulos de 
perlita em uma 
matriz de cementita
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Aspecto micrográfico de um ferro fundido hipoeutético. A estrutura apresenta 
dendritas de perlita, áreas pontilhadas constituídas de ledeburita e algumas 
áreas brancas constituídas de cementita
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Aspecto micrográfico de um ferro fundido branco hiper-eutético. A estrutura 
apresenta longos cristais de cementita sobre um fundo de ledeburita
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Diagrama de equilíbrio 
Fe-C-Si
Para 4 teores
diferentes de Si 
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Ferros fundidos 
Como ligas ternárias
Efeito do silício nas 
Transformações estruturais
e propriedades dos Fofos
Carbono equivalente:
C.E. = %C + 1,3 (%Si + %P)
ou
C.E. = %C + 1/3 (%Si)
Faixa aproximada de quantidades de carbono e 
silício nas ligas ferrosas
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Como e quando se forma a grafita?
Estrutura de ferro fundido cinzento do tipo hipoeutético, mostrando os 
constituintes perlita, ferrita e veios de grafita.
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Fatores de influência na estrutura do Ferro Fundido
- Composição química: C e Si
- Carbono – determina a quantidade de grafita que se pode formar
- Silício – elemento grafitizante – favorece a decomposição do Fe3C
- Manganês – estabiliza a cementita
- Fósforo e enxofre – não tem efeito significativo na grafita
- Fósforo – estabilizador da cementita – principal ação: na estrutura do 
material – steadita (carboneto de ferro de fosfeto de ferro)
- Velocidade de resfriamento:
-Relaciona a velocidade de resfriamento na solidificação nos moldes e a 
espessura das peças moldadas:
Seções espessas – velocidades lentas
Seções finas – velocidades rápidas – podem gerar seções coquilhadas
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Estrutura do ferro fundido apresentando grandes veios de grafita, o eutético
complexo rico em fósforo mais inclusões, numa matriz perlítica
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Cunha de coquilhamento, em que as dimensões variam conforme indicado. 
O tempo necessário para realizar o ensaio varia de 35s, para a menor cunha 
até 10min para a maior cunha
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Componentes estruturais dos ferros fundidos 
Grafita – mais importante
Determina as características mecânicas dos fofos
Classificação ASTM
Aspecto e forma
A: irregular desorientada
B: em roseta
C: desigual irregular
D: interdendrítica desonrientada
E: Interdendrítica orientada
Tamanho – Nº 1 a Nº 8
Nº1 – dimensões maiores (veios mais longos)
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Componentes estruturais dos ferros fundidos 
Ferrita, cementita e perlita
Ledeburita
ocorre nos ferros fundidos brancos
pequenos glóbulos de perlita em um fundo de cementita
elevada dureza
Steadita
constituinte de natureza eutética
partículas de Fe3P e Fe3C
baixo ponto de fusão (< 982º)
P > 0,15%
dura e frágil
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Classificação da grafita
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Classificação da grafita
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Outros fatores de influência na grafitização-Inoculação
- inoculantes grafitizantes comuns: grafita, silício metálico, 
ferro-silício (com 50%, 75% ou 85% Si)
- inoculantes grafitizantes especiais: maior efeito grafitizante
Ca-Si, Ca-Si-Ti, Ca-Si-Mn, Si-Zr-Ca, Si-Ba, Si-terras raras, etc
- inoculantes estabilizadores: ou perlitizantes – para fofos 
cinzentos %C.E. elevado (4 a 4,5%) – Cr-Si, Cr-Si-Mn, etc
- Superaquecimento
- Temperatura do fofo quando inteiramente liquefeito
- Para melhores resultados – 1500 a 1700ºC
- resulta em início de grafitização a temp mais baixas – veios 
menores e mais finos
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos - Generalidades
Materiais para Construção Mecânica
Ferros Fundidos Brancos
Praticamente todo C – forma combinada 
Superfície fratura clara
Propriedades fundamentais (alta quantidade de cementita):
- dureza elevada
- resistência ao desgaste elevada
Usinabilidade prejudicada
Produção do fofo branco
combinação adequada C e Si e velocidade de resfr.
- Coquilha ou coquilhamento
-Derramar o metal líquido em moldes metálicos – o metal resfria 
com velocidade tal que toda a grafitização é eliminada
Ferros Fundidos Brancos
Profundidade da camada coquilhada:
- seção da peça em contato com o metal – ajuste Si
Outros fatores de influência:
- temperatura de vazamento
- temperatura de coquilha (molde metálico)
- espessura da peça na seção coquilhada
- espessura da coquilha
- tempo durante o qual o metal fica em contato com a 
coquilha.
Fatores ctes – Si determina a profundidade de coquilhamento
profundidade correspondente à formação do fofo branco
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Materiais para Construção Mecânica
Carbono total:
Também atua 
de modo 
pronunciado
Aspecto esquemático da fratura de uma peça de 
ferro fundido coquilhado
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Efeito do carbono total 
na dureza do ferro 
fundido coquilhado
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Relação entre o 
teor de silício e a 
profundidade de 
coquilhamento
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Efeito do manganês, enxofre e fósforo - profundidade coquilhamento
- Mn e S – em conjunto – ações se contrabalançam:
- estabilizadores do carboneto
- Mn – elimina os efeitos nocivos do S (teor 2x do S + 0,3%)
- estabilizador do carboneto – teor é tal que S se combine com 
Mn
- atua no sentido de aumentar a profundidade de 
coquilhamento
- P: 
- atua no sentido de diminuir a profundidade de 
coquilhamento
- teores < 0,4%
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Efeito dos elementos de liga
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Efeito dos elementos de liga
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Equipamento de 
manuseio de terra, 
mineração e 
moagem:
ASTM – A532-75a
Aplicações típicas 
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Outras aplicações:
- Rodas de vagões:
3,35Ct; 0,50Si; 0,55Mo; 
62 dureza escleroscópica
- Cilindros coquilhados
3,00Ct; 0,75Si; 0,25Mn; 0,40P; 0,12S 
50 a 62 dureza escleroscópica (baixa dureza)
-Revestimentos de moinhos
2,90Ct; 0,50Si; 0,50Mn 
415 a 460 HB
- Bolas de moinhos de bolas
2,80Ct; 0,30Si; 0,40Mn; 
415 a 477HB
Aplicações típicas 
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Liga mais usada:
- fácil fusão e moldagem
- boa resistência mecânica
- excelente usinabilidade
- boa resistência ao desgaste
- boa capacidade de amortecimento
C – livre e combinado
Propriedades – função 
- composição química (% C grafítico e Si) 
- espessura das peças
- forma da grafita
Ampla faixa de 
composição:
Ct – 2,5% a 4,00%
Si – 1,00% a 3,00%
Mn – 0,20% a 1,00%
P – 0,02% a 1,00%
S – 0,02% a 0,25%
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Classificação:
ABNT – FC (ferro fundido cinzento) + 2 algarismos (resistência à tração):
FC-10 e FC-15: fofos cinzentos comuns – excelente fundibilidade e boa usinabilidade
FC-15 – bases de máquinas, carcaças metálicas
FC-20 e FC-25: boas fundibilidade e usinabilidade – melhor RM 
- elementos estruturais – barramentos, cabeçotes, mesas máq operatrizes
FC-30 e FC-35: maiores dureza e RM
- engrenagens, pequenos virabrequins, bases pesadas de máquinas, 
colunas de máquinas, buchas e grandes blocos de motor
FC-40: uso comercial – maior RM (combinação de elementos liga entre Ni, Cr e Mo)
- limitada a peças de espessura média e grossas
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Brancos
Materiais para Construção Mecânica
Ferros Fundidos Cinzentos
ASTM - 7 tipos segundo a composição química
20 a 60 – limites de resistência à tração, em lb/pol
Classe 20 – 14 kgf/mm2 ou 140MPa
Classe 25 – 17,5 kgf/mm2 ou 175MPa
Classe 30 – 21 kgf/mm2 ou 210MPa
Classe 35 – 24,5 kgf/mm2 ou 245MPa
Classe 40 – 28,9 kgf/mm2 ou 270MPa
Classe 50 – 35 kgf/mm2 ou 340MPa
Classe 60 – 42 kgf/mm2 ou 410MPa
Composição química – amplas 
faixas (valores se sobrepõem):
-↑%C e %Si - ↓diâmetros
Espessura aumenta
Decrescem %C e %Si
Variação das propriedades 
mecânicas de acordo com o 
diâmetro dos corpos-de-prova
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Variação das 
propriedades 
mecânicas de acordo 
com o diâmetro dos 
corpos-de-prova
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Propriedades - dependem:
- microestrutura
- composição química
- seção do material
Microestrutura: 
principal fator: presença carbono livre ou grafita
Mais grafita – material mais mole e menos resistente
Forma da grafita – tb influenciam propriedades
matriz – ferrita e perlita
predomina ferrita – melhor usinabilidade, baixa RM e res desgaste
predomina perlita – melhor RM
proporções idênticas – dureza e RM intermediárias
adição de elementos de liga ou TT:
modificam a microestrutura
originar perlita fina ou uma matriz acicular: melhora prop mecânicas
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Composição química:
Elementos de influência – maior grau C e Si - menor grau P
Efeito simultâneo do C, Si e P:
Relação típica entre o carbono 
equivalente e a resistência à tração 
de barras de ferro fundido cinzento 
de 30 mm de diâmetro
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Seção das peças:
efeito da velocidade de resfriamento 
- lenta: maior quantidade de carbono livre
- rápida: formação de fofo branco ou mesclado (variações 
nas prop mec)
Seções muito espessas: formação de muita grafita
Seções finas: menos grafita
Seções variadas – diferenças na quantidade de grafita e 
dimensões dos veios
afeta tb a matriz – durezas diferentes
Material do molde – areia ou metal – tb influenciam as prop mec
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Conceito de carbono equivalente - variação dimensional:
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Propriedades fundamentais:
- RM à tração 
- Dureza – varia de 100HB (cinzentos) a 600HB (coquilhados)
- Módulo de elasticidade – não obedece à lei de Hooke
- RM à compressão – 3 a 4,5 vezes superior à RM à tração
- limite fadiga – varia, aparentemente, de modo linear com a 
resistência à tração, na proporção de 0,40 a 0,45.
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Relação entre a resistência à tração e dureza para ferro fundido cinzento, ferro 
maleável, ferro nodular e aço.
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Efeito da temperatura no 
comportamento à fadiga 
de um ferro fundido com
2,84%C
1,50%Si
1,05%Mn
0,07%P
0,12%S
0,31%Cr
0,20%Ni0,37%Cu
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Capacidade de amortecimento
Habilidade de um metal absorver 
vibrações resultantes de tensões cíclicas, 
por fricção interna, transformando a 
energia mecânica em calor.
Ensaio usual – Foeppl-Pertz
Gráficos – duração relativa de um pulso 
vibratório torcional
Fofo – aplicação em máquinas-
ferramentas 
Capacidade de amortecimento 
veios de grafita
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Usinabilidade: 
Influenciada 
grafita – quantidade, distribuição e tamanho
Matriz - ferrítica ou ferrítica-perlítica
Efeitos da estrutura na velocidade prática de torneamento
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Aplicações
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Grande importância para a indústria automobilística: SAE – especificação J431
G 1800 – peças fundidas miscelâneas- a RM não é fator primordial
G 2500 – pequenos blocos de cilindro, cabeçotes de cilindro, cilindros resfriados a ar, 
pistões, discos de engrenagem
G 3000 – blocos de cilindro de automóveis e motores Diesel, cabeçotes de cilindro, 
volantes, pistões
G 3500 – blocos de motores Diesel, caixas de transmissão de tratores
G 4000 – peças fundidas para motores Diesel, camisas de cilindro, eixos de comandos de 
válvulas
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Efeito dos elementos de liga – Ferros fundidos ligados
Tendem a decompor a cementita – elementos grafitizantes – Si, Al, Ni, Cu e Ti
Tendem a estabilizar carbonetos - retardam formação grafita – Mn, Cr, Mo, V
Todos tendem a ↑ RM e dureza – mais efetivos: V, Mo, Cr
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Tipos 1 e 2 – elevada resistência ao desgaste, em grandes seções
Tipo 3 - elevada resistência ao desgaste, em geral
Tipos 4, 5, 6 e 7 – elevada resistência ao desgaste, boa usinabilidade nas partes 
menos espessas, bombas e motores de combustão interna
Tipos 8, 9 e 10 – peças seção média e fina, ↑RM à tração e desgaste
Tipos 11 e 12 - ↑RM à tração e desgaste, virabrequins, eixo de comando de válvula
Baixo teor de liga
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Alto teor de liga
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Materiais para Construção Mecânica
Ferros Fundidos Maleáveis
Fofo – em geral - Apresenta pouca ou nenhuma ductilidade
Fragilidade – limita utilização
Material alternativo – ferro fundido branco – submetido a TT
maleabilização
Liga adquire mais ductilidade – mais tenaz
Aliado a características como RM à tração, dureza, resistência 
à fadiga, resistência ao desgaste
abrange outras aplicações
Maleabilização
C – forma primária cementita e perlita
aquecimento prolongado
temperatura
tempo
meio
transforma parte ou todo C combinado em grafita 
ou elimina o C
- maleabilização por descarbonetação
- maleabilização por grafitização
Condições previamente definidas
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Materiais para Construção Mecânica
maleabilização por descarbonetação
Origina maleável:
tipo europeu ou de núcleo branco ou branco
Fratura – aspecto metálico
Estrutura – constituída basicamente ferrita
apenas em peças de parede fina (5 a 6mm)
Parede espessas – núcleo cinzento ou escuro – grafitização
- periferia – aspecto metálico
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
maleabilização por descarbonetação
Processo:
Aquecer o fofo em caixas fechadas – ambiente oxidante
com minério de ferro
eliminação do C como gás
Fofo branco inicial:
C comb: 3 a 3,5%
Si : 0,45 a 0,75%
Mn : 0,10 a 0,40%
S : 0,20 a 0,45%
P : 0,15% max
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
maleabilização por descarbonetação
Ciclo de maleabilização:
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
maleabilização por descarbonetação
Reação de descarbonetação - se dá pelo CO2
O2 – caixas – oxida o C da superfície – gera CO+CO2
CO – reage com o óxido do meio – produz mais CO2:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
C + CO2→ 2CO
Ciclo de reações – ocorre até eliminação do C – até 5mm
Espessuras maiores – parte C retido
Simultaneamente à oxidação – ocorre a grafitização
C grafita – tende a se dissolver na austenita processo lento 
Resumo: até 5mm – maleável branco só de ferrita
5 a 15mm – superfície ferrrita
centro - grafita – nódulos matriz de ferrita
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
maleabilização por grafitização
Origina maleável:
tipo americano ou de núcleo preto ou preto
Fratura – aspecto escuro
Estrutura – constituída grafita em nódulos sobre fundo de ferrita
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
maleabilização por grafitização
Processo:
Aquecer o fofo em tempos e temperaturas adequadas (< 
maleável branco), por longo período – atmosfera neutra
Ciclo + curto – precipitação C – distância de migração menor
Fofo branco inicial:
C comb: 2 a 2,8%
Si : 0,90 a 1,60%
Mn : 0,50% max
S : 0,10% max
P : 0,20% max
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
maleabilização por grafitização
Ciclo de maleabilização:
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Propriedades
Ductilidade – pode ultrapassar 10%
Liga intermediária entre aço e ferro fundido cinzento
Materiais para Construção MecânicaFerros Fundidos Cinzentos
Aspecto micrográfico de ferro fundido maleável mostrando ferrita, 
nódulos de grafita e algumas inclusões. 100x
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