Aços, Aços liga e ferros fundidos continuação

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Materiais de Construção Mecânica 
CCE 0687
Unidade 3 – Aços, Aços-Liga e Ferros Fundidos
Ferros FundidosFerros Fundidos
Fábio Oliveira
2017/1
Introdução
Do ponto de vista
do diagrama de
equilíbrio Fe-C, sãoequilíbrio Fe-C, são
ligas Fe-C com
teores de carbono
acima de 2%.
Introdução
Na realidade, são ligas fundidas (ferro-carbono-silício),
com teores de carbono geralmente entre 2 e 4% e
teores de silício entre 1 e 3% tal que, após solidificação,
a microestrutura pode conter, além dos
microconstituintes observados nos aços, carbono
parcialmente livre, sob a forma, fundamentalmente, de
veios/lamelas de grafita.
Introdução
FF Hipoeutético
FF Eutético
FF Hipereutético
Introdução
Introdução
Os ferros fundidos constituem um grupo de ligas de
importância fundamental para a indústria, em função
de suas características intrínsecas e também pela
possibilidade de se adicionar elementos de liga
tornando-os tratáveis termicamente originando
categorias de materiais com emprego em aplicações
que eram exclusivas dos aços.
Introdução
O seu uso, em uma série de aplicações, é
resultado do seu, relativamente, baixo
custo de fabricação e de sua versatilidadecusto de fabricação e de sua versatilidade
em termos de propriedades de engenharia.
Classificação dos Ferros Fundidos
- Ferro fundido cinzento (FC);
- Ferro fundido branco (FB);
- Ferro fundido maleável (FM);
- Ferro fundido nodular, dúctil ou esferoidal (FE).
Composição Química 
dos Ferros Fundidos
Elemento FC (%) FB (%) FM (%) FN (%)
Carbono (C) 2,20 – 4,00 1,80 – 3,60 2,00 – 2,60 3,00 – 4,00
Silício (Si) 1,00 – 3,00 0,50 – 1,90 1,10 – 1,60 1,80 – 2,80
Manganês 
(Mn)
0,25 – 1,00 0,25 – 0,80 0,20 – 1,00 0,10 – 1,00
Enxofre (S) 0,02 – 0,25 0,06 – 0,20 0,04 – 0,18 0,03 máx.
Fósforo (P) 0,05 – 1,00 0,06 – 0,18 0,18 máx. 0,10 máx.
Composição Química 
dos Ferros Fundidos
- C: determina a quantidade de grafita que pode ser formada;
- Si: elemento grafitizante, favorece a decomposição da cementita em
grafita, dependendo do seu teor pode transformar o ferro fundido em
cinzento ou branco;cinzento ou branco;
- Mn: efeito oposto ao do Si, tende a estabilizar a cementita
contrabalançando o efeito do Si sendo também um elemento
dessulfurante;
- P: estabiliza a cementita (Fe3C);
- S: em teores normais não tem ação significativa.
Velocidade de Resfriamento 
dos Ferros Fundidos 
Está relacionada com a espessura das peças que
solidificam em moldes. Pequenas seções significam
velocidades de resfriamento mais elevadas que seções
espessas. O aumento da velocidade de resfriamento
em seções finas e em moldes metálicos, originam
seções onde não ocorre decomposição da cementita
em grafita resultando na formação de ferro fundido
branco.
Velocidade de Resfriamento 
dos Ferros Fundidos 
Resfria-
mento
Região 
(a)
Região 
(b)
Região 
(c)
Nome Estrutura
Rápido
γ + 
líquido
γ + Fe3C P + Fe3C FB
Médio
γ + 
líquido
γ + GV P + GV
FC 
Perlíticolíquido Perlítico
Lento
γ + 
líquido
γ + GV α + GV
FC 
Ferrítico
Médio
γ + 
líquido
γ + GE P + GE
FN 
Perlítico
Lento
γ + 
líquido
γ + GE α + GE
FN 
Ferrítico
Rápido - γ + GL P + GL
FM 
Perlítico
Lento - γ + GL α + GL
FM 
Ferrítico
Velocidade de Resfriamento 
dos Ferros Fundidos 
Ferros Fundidos Cinzentos
Dentre os ferros fundidos é o mais usado
devido a sua fácil fusão e moldagem, boa
resistência mecânica, excelente usinabilidade,resistência mecânica, excelente usinabilidade,
boa resistência ao desgaste e boa capacidade de
amortecimento. Superfície de fratura de
coloração cinza escuro.
Ferros Fundidos Cinzentos
Propriedades Mecânicas
- Dureza: 100 a 600 HB;
- Resistência à compressão: 50-140 kgf/mm2 (é 3-4,5 vezes a
resistência à tração);resistência à tração);
- Limite de fadiga: 6-17,5 kgf/mm2;
- Resistência ao choque: normalmente frágeis mas os ligados e
adequadamente tratados termicamente podem atingir valores
de 7-14 kgf.m.
Ferros Fundidos Cinzentos
Propriedade Mecânica
Capacidade de amortecimento de vibrações
Ferros Fundidos Brancos
São ferros fundidos em que o carbono se
apresenta, praticamente todo, na forma
combinada (cementita). Superfície de fratura decombinada (cementita). Superfície de fratura de
coloração clara. Ferros fundidos brancos não
ligados apresentam, normalmente, matriz
perlítica (fina).
Ferros Fundidos Brancos
Adicionando-se elementos de liga como
Cr, Ni, Mo, e V a matriz pode se tornar
martensítica, bainítica ou austenítica. Osmartensítica, bainítica ou austenítica. Os
FB apresentam elevada dureza e
resistência ao desgaste o que os torna
difíceis de usinar.
Ferros Fundidos Brancos
Na sua produção combina-se os teores de carbono
e silício e a velocidade de resfriamento a qual é
atingida por meio de coquilhas (moldes metálicos).
As peças coquilhadas são submetidas a tratamento
térmico (815-870°C/7-20h seguido de resfriamento
lento) para alívio de tensões e para uniformizar a
estrutura.
Ferros Fundidos Brancos
Aplicações
- Revestimentos de moinhos (415-460 HB ou 550-650 HB/ligados
com Cr e Ni);
- Bolas de moinhos de bolas (415-477 HB ou 555-627 HB/ligados
com Cr e Ni);
- Rodas de ferro coquilhado para vagões;
- Cilindros de laminação para borracha, vidro, plástico e metais;
- Peças pesadas para britamento de minérios;
Ferros Fundidos Maleáveis
São importantes materiais de engenharia já que
apresentam uma série de desejáveis propriedades tais
como facilidade de fusão, usinabilidade, tenacidade e
ductilidade, resistência à corrosão para certas
aplicações e resistência mecânica adequada. A
estrutura dos ferros fundidos maleáveis é obtida por
meio de tratamento térmico dos fundidos que têm
estrutura de ferros fundidos brancos (cementita).
Ferros Fundidos Maleáveis
Assim, os fundidos em ferro fundido branco
(sem nenhuma ou pouca ductilidade) são
convertidos em ferros fundidos maleáveisconvertidos em ferros fundidos maleáveis
(ferríticos ou perlíticos) por meio de um
tratamento térmico apropriado de recozimento
ou tratamento térmico de maleabilização.
Maleabilização
Tratamento térmico ao qual se submetem ferros
fundidos brancos, de composições bem definidas, com
carbono na forma primária de cementita e perlita, e
que consiste num aquecimento prolongado (900-
1000°C/15-72h) de modo a provocar transformação de
parte ou totalidade do carbono combinado em grafita
ou, em certos casos, eliminar completamente uma
parte do carbono.
Ferros Fundidos Maleáveis
Aplicações típicas
- Conexões para tubulações hidráulicas;
- Conexões para linhas de transmissão elétrica;
- Correntes;
- Suportes de molas;
- Caixas de direção;
- Cubos de rodas, sapatas de freios, pedais de embreagem e
freio.
Ferros Fundidos Nodulares
Consiste em esferóides de grafita dispersos em
uma matriz de ferrita, perlita ou ambos. Durante
a sua solidificação o carbono se decompõe sob aa sua solidificação o carbono se decompõe sob a
forma de grafita esferoidal em contraste com a
grafita lamelar normalmente formada nos ferros
fundidos cinzentos.
Ferros Fundidos Nodulares
Por esta razão estes ferros fundidos
possuem uma combinação de
propriedades tais como baixa temperaturapropriedades tais como baixa temperatura
de fusão e boas fluidez e preenchimento
dos moldes, excelente usinabilidade e boa
resistência ao desgaste.
Ferros Fundidos Nodulares
Além disso, estes materiais apresentam
elevadas resistência mecânica,
ductibilidade e tenacidade. Apresentam,ductibilidade e tenacidade. Apresentam,em particular, elevada tensão de
escoamento, superior as demais classes de
ferros fundidos e aços ao carbono.
Ferros Fundidos Nodulares
Para o processamento deste tipo de ferro
fundido é feita a transferência do metal
líquido para uma panela de nodularizaçãolíquido para uma panela de nodularização
contendo no fundo briquetes ou cavacos
de magnésio ou sob a forma de pré-ligas
(ex: 5Mg45Si50Fe; 12Mg40Si18Cu30Fe).
Ferros Fundidos Nodulares
FerritaPerlita Grafita nodular
1 minuto antes do 
vazamento
24 minutos antes do 
vazamento
10 minutos antes do 
vazamento
Ferros Fundidos Nodulares
Aplicações típicas
- Compressores e lingoteiras; 
- Encanamentos e acessórios; 
- Bielas e peças em geral que exijam maior resistência ao choque; 
- Equipamento agrícola e ferroviário; 
- Máquinas operatrizes; 
- Engrenagens; 
- Mancais e matrizes; 
- Virabrequins, tambores de freio, polias. 
Ferros Fundidos Vermiculares
Uma adição rela�vamente recente à família dos 
ferros fundidos é o ferro fundido vermicular. 
Como ocorre com os demais fofos, o carbono Como ocorre com os demais fofos, o carbono 
existe como grafita, cuja formação é promovida 
pela presença de silício. O teor de silício varia 
entre 1,7 - 3,0 %p, enquanto que o de carbono 
está normalmente entre 3,1 - 4,0 %p.
Ferros Fundidos Vermiculares
Microestruturalmente, a grafita tem forma 
semelhante a um verme. Em certo sen�do, essa 
microestrutura é intermediária entre a do ferro microestrutura é intermediária entre a do ferro 
cinzento e a do ferro dúctil e,
consequentemente, suas propriedades também
as são.
Exercícios
1 – Por que o silício é um elemento importante na fabricação de
ferros fundidos?
2 – Qual é a classificação dos ferros fundidos?
3 – Quais são as principais propriedades dos ferros fundidos
maleáveis?
4 – Como é favorecida a formação da grafita nodular?
5 – O que é maleabilização?
6 – Explique o efeito do manganês nos ferros fundidos.