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Relatório IV - Ferro Fundido

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
CURSO DE ENGENHARIA
METALOGRAFIA
Turma 3003
ENSAIO DE TÊMPERA EM FERRO FUNDIDO (BRANCO)
Professor: PASCHOAL
Alunos: CLAUDIO RIBEIRO - 201309050971
 RENAN CARDOSO - 201309050953
 LUCAS SOARES - 201309053367
 JAQUESSON BATISTA DE OLIVEIRA - 201201536642
Objetivos
O principal objetivo do tratamento térmico do ferro fundido branco é reduzir as tensões que se originam pelas diferentes velocidades de resfriamento e, conseqüentemente de solidificação, que se verificam através das secções das peças. Com efeito, as diferentes secções atingem as temperaturas críticas de transformação em tempos diferentes; além disso, ocorre diferença de contração entre o ferro fundido branco da secção coquilhada e o ferro fundido cinzento das secções mais internas.
 Pelo tratamento térmico procura-se, igualmente, melhorar as propriedades mecânicas do material, cuja estrutura é tipicamente fundida e, portanto, pouco regular, do tipo dentrítico. O refino ou uniformização dessa estrutura e, assim, essencial, sobretudo quando as peças são sujeitas a esforços mecânicos de choque.
2. Referencial Teórico
 
Têmpera - Processo de Tratamento Térmico : Têmpera é um dos processos utilizados no tratamento térmico de metais para aumentar a dureza e consequente resistência dos mesmos. O processo da têmpera consiste em duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido. O aquecimento visa obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada austenitização. O nome deriva do sobrenome, Austen, do descobridor dessa fase, a qual é explicada abaixo. O esfriamento brusco visa obter a estrutura martensita (supersaturada em carbono; nome deriva do sobrenome Martens, de seu descobridor).
 
 Na têmpera o aquecimento é superior à temperatura crítica, que é de 727ºC. O objetivo é conduzir o metal a uma fase, na qual se obtém o melhor arranjo possível dos cristais do metal, e portanto, da futura dureza. A partir dessa fase o aço pode ser conduzido para outras fases, dependendo das necessidades em jogo. A temperatura dessa fase chama-se temperatura de austenização. Como cada aço tem composição própria, a temperatura de austenização varia de aço para aço. Conseqüentemente, a têmpera é obtida em temperaturas diferentes, dependendo da composição do aço da peça e dos seus objetivos. 
 Portanto, a têmpera de uma dada peça leva em consideração muitos fatores. O próprio tempo de exposição da peça na temperatura de austenização é considerado quando se faz a sua têmpera. Cada aço tem uma temperatura de austenização, e que é aquela que proporciona o máximo de dureza. Essa temperatura é obtida dentro de fornos, os quais podem ser por chama ou por indução elétrica. Dependendo das exigências do cliente, a austenização, e conseqüentemente a têmpera, vai ocorrer apenas na superfície da peça ou em toda ela.
 A segunda etapa da têmpera é o resfriamento, o qual deve ser brusco, em óleo ou água. A rapidez do resfriamento é importante para impedir que o aço mude para fase diferente daquela que se obteve na temperatura de austenização (obter estrutura martensítica). Quase sempre, após a têmpera, a peça é submetida ao revenimento.
Ferro Fundido: O ferro fundido é o que chamamos de uma liga ternária. Isso quer dizer que ele é composto de três elementos: ferro, carbono (2 a 4.5%) e silício (1 a 3%). Existe ainda o ferro fundido ligado, ao qual outros elementos de liga são acrescentados para dar alguma propriedade especial à liga básica. Dependendo da quantidade de cada elemento e da maneira como o material é resfriado ou tratado termicamente, o ferro fundido será: Cinzento, Branco, Maleável e Nodular.
 
 O que determina a classificação em cinzento ou branco é a aparência da fratura do material depois que ele resfriou. E essa aparência, por sua vez, é determinada pela forma como o carbono se apresenta depois que a massa metálica solidifica. E ele se apresenta sob duas formas: como cementita (Fe3C) ou como grafita, um mineral de carbono usado, por exemplo, na fabricação do lápis. 
 
 Entre os ferros fundidos, o cinzento é o mais comum, devido às suas características como baixo custo (em geral é fabricado a partir de sucata); elevada usinabilidade, devida à presença de grafite livre em sua microestrutura Alta fluidez na fundição, permitindo a fundição de peças com paredes finas e complexas; e facilidade de fabricação, já que não exige equipamentos complexos para controle de fusão e solidificação.
 
 Este tipo de material é utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras. A presença de veios de grafite em sua microestrutura proporciona diversas características que tornam do ferro fundido cinzento quase que insubstituível na fabricação de carcaças de motores e bases de equipamentos. A grafite, entrecortando a matriz metálica, absorve vibrações, facilita a usinagem e confere ao ferro fundido uma melhor estabilidade dimensional.
 
Existem diversas classes de ferro fundido cinzento, com diferentes tipos, tamanhos e quantidades de grafite e diferentes tipos de matriz metálica (variações nos teores de perlita e ferrita). Podem ser submetidos a tratamentos térmicos para endurecimento localizado, porém, em geral, são utilizados nos estados normalizado ou recozido.
Ferro Fundido Branco - Menos comum que o ferro fundido cinzento, o branco é utilizado em peças em que se necessite elevada resistência a abrasão. Este tipo de ferro fundido não possui grafita livre em sua microestrutura. Neste caso o carbono encontra-se combinado com o ferro, resultando em elevada dureza e elevada resistência a abrasão. Praticamente não pode ser usinado. A peça deve ser fundida diretamente em suas formas finais ou muito próximo delas, a fim de que possa ser usinada por processos de abrasão com pouca remoção de material. É utilizado na fabricação de equipamentos para a moagem de minérios, pás de escavadeiras e outros componentes similares.
Ferro Fundido Nodular - O ferro fundido nodular é uma classe de ferro fundido, onde o carbono (grafite) permanece livre na matriz metálica, porém em forma esferoidal. Este formato da grafite faz com que a ductilidade seja superior, conferindo ao material características que o aproximam do aço. A presença das esferas ou nódulos de grafite mantém as características de boa usinabilidade e razoável estabilidade dimensional. Seu custo é ligeiramente maior quando comparado ao ferro fundido cinzento, devido às estreitas faixas de composição químicas utilizadas para este material. O ferro fundido nodular é utilizado na indústria para a confecção de peças que necessitem de maior resistência a impacto em relação aos ferros fundidos cinzentos, além de maior resistência à tração e resistência ao escoamento, característica que os ferros fundidos cinzentos comuns não possuem à temperatura ambiente.
Ferro Fundido Maleável - O ferro fundido maleável é obtido a partir do branco. A ductilidade não é das mais altas, algo na faixa de 10%. Grosso modo, pode-se dizer que apresenta valores entre os do ferro fundido cinzento e os do aço.Algumas vantagens são a facilidade de usinagem e a boa resistência ao choque. Mas apresenta uma certa contração na solidificação, o que exige cuidados na fundição para evitar falhas. Algumas aplicações: conexões para tubulações, sapatas de freios, caixas de engrenagens, cubos de rodas, bielas, etc.
 3. Material necessário
Amostra de Ferro Fundido;
Lixa D’água (100, 220, 400 e 600);
Ácido Nital 2% (solução de ácido nítrico em etanol) dissolvido em 100 ml de álcool;
Máquina para medição da dureza;
Forno especial para têmpera;
Politriz para o polimento da amostra;
Lubrificante para polimento;
Máquina de corte;
Pasta de diamante;
Secador;
Microscópio;
4. Procedimento da Experiência
Com o objetivo de eliminar as imperfeições da superfície da amostra, o lixamento deve ser executado por meio de uma série de lixas d’água denumeração crescente, tomando cuidado quando passar de uma lixa mais grossa para outra mais fina, verificar que os riscos da lixa anterior tenham sido totalmente eliminados e que a direção do lixamento seja sempre perpendicular aos riscos deixados pela lixa da operação anterior. Após o lixamento a amostra passa por uma máquina de polimento (politriz).
 Em seguida, é feito o ensaio de dureza, através da máquina para medição de dureza que consiste em comprimir lentamente a amostra de ferro fundido temperado sobre uma superfície plana, polida e limpa, por meio de uma carga, durante um tempo, produzindo uma calota esférica.
 Após o ensaio de dureza, a superfície está pronta para sofrer o ataque do ácido Nital dissolvido em álcool. O reativo é colocado em um recipiente e a superfície da amostra a ser ensaiada é colocada na solução.
 Feito esse ataque, lavamos a amostra com água corrente e em seguida, aplica-se álcool na superfície preparada, seguido de um jato de ar, de preferência quente, nesse caso foi usado um secador de cabelo. Em seguida a peça é analisada no microscópio para saber mais sobre a estrutura da peça em questão. 
O próximo passo é achar o tempo necessário que a peça deve ficar no forno para fazer a mudança de sua estrutura. Utilizando a “regra de 3” em que para aquecer uma peça de 25mm é necessário 20 min de aquecimento acima da temperatura de crítica (727 °C) e o tempo necessário foi de aproximadamente 8 min de aquecimento. Após o aquecimento resfriamos a peça rapidamente utilizando água em temperatura ambiente. Lixamos a peça novamente (lixa d’água 180) e fazemos o teste de dureza.
 Em seguida colocamos a peça na máquina de corte para corta-la ao meio, depois fazemos todo o processo de lixamento com o objetivo de eliminar todas as imperfeições e por ultimo analisamos a peça no microscópio e observamos que a mesma possui uma nova estrutura (Cementita e Ledeburita). 
 Depois disso a peça é novamente aquecida por 10 minutos acima da temperatura crítica (727 °C), e resfriada rapidamente com água em temperatura ambiente, depois disso a peça é submetida ao processo de lixamento, polimento e ataque com ácido Nital dissolvido em álcool. Depois de feito esse ataque, lavamos a amostra com água corrente e em seguida, aplica-se álcool na superfície preparada, seguido de um jato de ar, de preferência quente, nesse caso foi usado um secador de cabelo. E analisamos a peça no microscópio para ver qual a sua nova estrutura, e a estrutura permanece (Cementita e Ledeburita). 
0005. Resultados e fotografia
6. Conclusões
 Na seguinte atividade, observamos que antes de se fazer o tratamento térmico o teste de dureza é feito normalmente para sabermos quais as suas características antes da Têmpera. 
 Inicialmente, o resultado é de (60 HB), após esse processo, levamos a peça ao forno e deixamos por 10 minutos, depois retiramos a peça, fazemos o processo de lixamento e ataque, novamente fizemos o teste de dureza, no qual o resultado foi(43 HC). 
 Observando a peça no microscópio, concluímos que nos 2 processos a estrutura do material permanece a mesma, o que muda são algumas características do material (Propriedades Mecânicas), o deixando mais resistente ao desgaste e maleável, com isso o material pode ser tratado para diversos tipos de uso, atendendo a necessidade para qual vai ser usado, permitindo uma flexibilidade no uso do mesmo material para diversas finalidades.

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