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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.
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