trabalho de materiais ferro cinzento e nodular

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PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO FERRO FUNDIDO
O ferro fundido é conhecido por ser uma liga ternária, ou seja, é uma liga composta por ferro, carbono e silício. O que define cada tipo de ferro fundido é a quantidade de elementos químicos que entram na sua composição, assim como, a maneira pela qual ele é resfriado quando sai do forno. 
O ferro fundido pode ser cinzento, branco, maleável ou nodular, a aparência da fratura é o que determina o tipo de ferro fundido depois que ele resfria. O que causa a coloração branca ou cinzenta é a forma com que o carbono se apresenta depois que o metal fica sólido, que pode se apresentar como cementita ou grafita.
PROPRIEDADES DO FERRO FUNDIDO CINZENTO
No ferro fundido cinzento o carbono se apresenta como grafita sob a fórmula de flocos ou lâminas que dão a cor acinzentada para a fratura do material. Esse metal tem bastante dureza, além de alta resistência ao desgaste, é de fácil usinagem e tem grande capacidade de amortecer vibrações. As propriedades desses materiais dependem dos seguintes fatores: microestrutura, composição química e secção de material. 
Na microestrutura, a presença de carbono livre ou grafita é o fator microestrutural predominante, sua maior quantidade, provocará em um material mais mole e menos resistente. Também a forma da grafita, a dimensão dos veios e a sua distribuição influenciam igualmente as propriedades.
A presença de ferrita e perlita na microestrutura do ferro fundido cinzento, caso a ferrita predomine na matriz metálica, a usinabilidade do material é melhor, porém as suas resistências ao desgaste e mecânica são afetadas. Se a perlita predominar na matriz metálica, os ferros fundidos correspondentes apresentarão melhor resistência metálica. Em caso de apresentarem proporções iguais dos dois materiais resultará em dureza e resistência mecânica intermediárias.
Os elementos básicos que influenciam nas propriedades mecânicas são o carbono, silício e em menor extensão o fósforo. Dessa composição química, o elemento mais importante é o silício, ele é o principal responsável pela formação de grafita, além de melhorar a resistência à corrosão e à oxidação a temperaturas elevadas do material.
O gráfico 1 Carbono equivalente x resistência a tração de barras de ferro fundido cinzento de 30 mm de diâmetro e a equação do carbono equivalente abaixo representam o efeito simultâneo do carbono, silício e fósforo. Na equação indica que, na base de porcentagem em peso, os teores de silício e fósforo do ferro fundido cinzento afetam as propriedades mecânicas em um terço, do mesmo modo do carbono total, diferindo apenas nas proporções. O fósforo deve ser mantido o mais baixo possível, dentro das características dessas ligas.
 
 
Gráfico 1 – Relação típica entre carbono equivalente e a resistência à tração de barra de 30 mm de diâmetro de ferro fundido cinzento.
A secção das peças é outro fator significativo porque devido ao efeito da velocidade de resfriamento, quando lenta, proporciona maior quantidade de grafita, quando rápida pode levar a formação do ferro fundido branco ou mesclado. Em moldes de areia a fundição em peças mais espessas apresenta muita grafita e em peças mais finas apresentam menos grafita, cuja quantidade diminuem ainda mais se os moldes forem de matais. Peças fundidas em secções variadas influenciam na quantidade de grafita, nas dimensões dos veios e na matriz metálica, alterando na dureza das espessuras.
Contudo, a análise do efeito dimensional permite observar que as propriedades mecânicas, no quesito, resistência à tração de uma peça obtida através do ferro fundido cinzento, dependerá do tipo de material do molde e dos tipos de secções aplicadas a peça.
O gráfico 2 abaixo relaciona a espessura da secção e a resistência a tração com o carbono equivalente, pode-se observar que os ferros fundidos cinzentos com baixo carbono equivalentes são menos sensíveis a variações dimensionais que os de carbono equivalente mais elevado.
 
Gráfico 2 – Efeito do carbono equivalente na resistência à tração do ferro fundido cinzento em função da espessura da secção.
APLICAÇÕES DO FERRO FUNDIDO CINZENTO
Devido as suas propriedades, o ferro fundido cinzento é muito usado nas fábricas de automóveis, em equipamentos agrícolas e máquinas em geral.
Algumas das principais aplicações do ferro fundido cinzento estão listadas na tabela 1 abaixo:
Tabela 1 – aplicações de ferros fundidos cinzentos, segundo as classes ASTM
 
	Classe
	Espessura das peças
	Aplicações
	20
	Fina: até 13mm
Média: de 13 a 25 mm
Grossa: acima de 25 mm
	Utensílios domésticos, bases de máquinas como tampas de poços de inspeção, certos tipos de tubos e conexões.
	25
	Fina: até 13mm
Média: de 13 a 25 mm
Grossa: acima de 25 mm
	Mesmo da 20 quando se necessita de maior resistência.
	30
	Fina: até 13mm
Média: de 13 a 25 mm
Grossa: acima de 25 mm
	Elementos construtivos, pequenos tambores de freio, placas de embreagem, buchas, pistões hidráulicos, conjuntos elétricos, mecânicos e automotivos.
	35
	Fina: até 13mm
Média: de 13 a 25 mm
Grossa: acima de 25 mm
	Aplicações idênticas a da classe 30.
	40
	Fina: até 13mm
Média: de 13 a 25 mm
Grossa: acima de 25 mm
	Aplicações de maior dureza e resistência à tração, usar elementos de liga de baixo teores: engrenagens, cabeçotes, buchas, rotores, cilindros e anéis de locomotivas.
	50
	Fina: até 13mm
Média: de 13 a 25 mm
Grossa: acima de 25 mm
	Aplicações idênticas a classe 40.
	60
	Fina: até 13mm
Média: de 13 a 25 mm
Grossa: acima de 25 mm
	É a classe de maior resistência mecânica, tambores de freis especiais, bielas, virabrequins, cabeçotes, peças de bomba de alta pressão e cilindros hidráulicos.
PROPRIEDADES DO FERRO FUNDIDO NODULAR
O ferro fundido nodular tem na sua estrutura partículas de grafita, isso acontece na adição de magnésio na massa metálica quando ele ainda está na fase líquida. Quando tem o tratamento térmico adequado, o ferro fundido nodular tem boa ductilidade, tem também boa usinabilidade, tenacidade e resistência à corrosão.
O ferro fundido dúctil distingue-se dos ferros fundidos cinzentos tradicionais pelas suas propriedades mecânicas excecionais (elevado limite de elasticidade, resistências aos impactos e à trações e alongamento significativo). Estas são devidas à forma esferoidal das partículas de grafite.
Estas características ainda podem ser melhoradas pelo domínio da análise química e do tratamento térmico da matriz metálica. O ferro fundido dúctil conserva, no entanto, as qualidades mecânicas tradicionais dos ferros fundidos, provenientes do seu forte teor em carbono como: resistência a compressão, aptitude na moldagem, resistência a abrasão, maquinabilidade e resistência a fadiga.
O ferro fundido nodular é caracterizado por apresentar carbono livre na forma de grafita esferoidal, devido a um tratamento realizado ainda no estado líquido, o que confere ao material característica de boa ductilidade, daí a denominação frequente para esse material de ferro fundido dúctil.
O ferro fundido nodular é uma liga é uma liga composta de carbono e silício, sua denominação se dá devido a estrutura em nódulos e esferas de grafita que apresenta. Suas principais características são alongamento elevado, baixa dureza e boa usinabilidade. No estado perlítico apresenta carbono na forma de carboneto, também chamado de cementita.
O ferro fundido nodular é uma liga composta de carbono e silício. Essa liga apresenta uma microestrutura característica com a presença de nódulos e ou esferas de grafita. A matriz metálica que envolve as partículas do material podem ser ferrítica ou perlítica.
A ferrítica faz com que o material apresente elevado alongamento, baixa dureza e boa usinabilidade. A perlítica faz com que o ferro fundido nodular tenha uma presença praticamente de quase todo carbono na forma de carboneto de ferro (Fe3C), conhecido com cementita, apresenta dureza elevada, alta resistência mecânica e ao desgaste e menor tenacidade. A estrutura da matrizpode ainda conter uma mistura da ferrítica com a perlítica, apresentando valores intermediários de dureza e resistência a tação.
Para que o ferro fundido nodular seja feito da melhor forma possível, é necessário ter um controle na constituição do metal líquido, pode-se tratar o fero fundido nodular de diversas formas, porém o mais utilizado é o “sandwich” pelo baixo custo e alta eficiência.
Os ferros nodulares são obtidos através da adição de magnésio ao ferro líquido. Esse magnésio passa pelo processo de vaporização, onde o vapor passa pelo ferro líquido diminuindo o teor de enxofre, provocando a formação de grafita esteroidal de maneira mais econômica e segura.
Em relação as propriedades do ferro fundido nodular, considera-se: As propriedades de tração são muito bem relacionadas com a dureza de Brinell. Essa relação depende da microestrutura do material. O gráfico abaixo mostra a relação entre a dureza e a resistência à tração, limite de escoamento e alongamento de ferros nodulares nas condições fundida e recozida podendo apresentar-se com ferrita e ou perlita.
APLICAÇÕES DO FERRO FUNDIDO NODULAR
As características mecânicas que acompanham o ferro nodular muito se aproximam do aço. Esse material apresenta boas características de resistência mecânica, amortecimento, tenacidade, resistência à choques térmicos, condutividade térmica, e ductibilidade.
Encontra-se nos produtos como Mancais, virabrequins, cubos de roda e peças de transmissão de veículos, buchas de hastes de válvulas, válvulas e corpos de bomba, em serviços de petróleo, tubos de escoamento, carcaças de tubos alimentares, componentes de compressores de ar, entre outras.
A tabela abaixo está subdividida em especificação, classe, usos gerais e aplicações do ferro fundido nodular