ME Aula ferro fundido

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MATERIAIS PARA ENGENHARIA
Profa. Maria Eliziane Pires de Souza
1° semestre/2019
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Fe3C 3Fe (a) + C (grafita)
Formação da grafita: presença de Si >1%p.
Fundidos com facilidade.
É o termo genérico utilizado para as ligas Ferro-Carbono nas quais o conteúdo de Carbono excede o seu limite de solubilidade na Austenita na temperatura do eutético. A maioria dos ferros-fundidos contém no mínimo 2% de carbono, mais silício (entre 1 e 3%) e enxofre, podendo ou não haver outros elementos de liga.
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Registro mais antigo - leão chinês de 500 a.C..
Foi introduzida na Europa entre os séculos XIII e XV. 
Tubulações de esgoto de Versailles (França, 1681)
Ponte de Coalbrookdale (Inglaterra, 1708)
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O eutético após a linha solidus (4,3% C) é chamado ledeburita (austenita + cementita)
Ferros fundidos eutéticos:
Ledeburita (glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita).
Ferros fundidos hipoeutéticos:
Ledeburita e perlita
Ferros fundidos hipereutéticos
Longos cristais de cementita sobre um fundo de ledeburita.
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Aspecto micrográfico de ledeburita (ferro fundido branco eutético): glóbulos de perlita sobre fundo de cementita. (fonte: ALBUQUERQUE, Victor Hugo Costa de et al.Sistema de segmentação de imagens para quantificação de microestruturas em metais utilizando redes neurais artificiais. Matéria (Rio J.) [online]. 2007, vol.12, n.2, pp)
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Aplicações: 
Elevada resistência ao desgaste e à abrasão 
Amortecimento de vibrações 
Componentes de grandes dimensões 
Peças de geometria complicada 
Peças onde a deformação plástica a frio é inadmissível
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	Vantagens: 
Baixo ponto de fusão
Elevada dureza e resistência ao desgaste
Boa resistência à corrosão 
Baixo custo 
	Desvantagens
Grande fragilidade e baixa ductilidade
Deformação plástica impossível à temperatura ambiente 
Soldadura muito limitada
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Nos ferros fundidos, o carbono pode estar presente em três formas:
Dissolvido nas diversas fases;
Como cementita;
Como grafita.
Classificação com relação ao aspecto da sua fratura e/ microestrutura. 
Elementos presentes: Silício (mais comum), Manganês, enxofre e fósforo.
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Nome comercial
Fase rica em carbono
Matriz
Estrutura final obtida
Ferro fundido cinzento
Grafita Lamelar
P, F
Solidifcação
Ferro fundido nodular
Grafita nodular
F, P, A
Solidificação ou tratamento térmico
Ferrofundido de grafita compactada
Grafita vermicular compactada
F, P
Solidificação
Ferro fundido branco
Cementita
P. M
Solidificação e tratamento térmico
Ferro fundido maleável
F,P
Tratamentotérmico
Ferro fundido nodularaustemperado
Grafita nodular
bainita
Tratamentotérmico
Ferros fundidos e suas característica estruturais*
F=ferrita, P=perlita, M=martensita, B=bainita.
*Colpeart, H. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns, Blucher, 4ªed. 2008. 
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Diferentemente dos aços, nos ferros fundidos durante a solidificação pode ocorrer tanto a precipitação da cementita quanto da grafita (fase estável do sistema Fe-C). 
Fatores que influenciam no aparecimento dessas fase:
	1- velocidade de resfriamento
		2- composição química
Velocidade de resfriamento
Lenta – favorece o o equilíbrio – formação de grafita.
Rápida – favorece a fase metaestável –cementita.
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Influência da velocidade de resfriamento
Aspecto da fratura de uma cunha de ferro fundido – relação entre taxa de resfriamento e posição na cunha. (Fonte: H. Colpaert, 2008).
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Influência da velocidade de resfriamento
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Efeito da composição química
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Efeito da composição química
Carbono
Geralmente entre 2,0 e 4,0 %. À medida que se aumenta o teor de carbono, melhoram as condições para a formação de grafita (ferro cinzento). 
Silício
Depois do carbono é o mais importante elemento nos ferros fundidos. Reduz a estabilidade da cementita (ferrita e grafita). Afeta vários equilíbrios importantes: redução do teor de carbono no eutético, redução da solubilidade do carbono.
Manganês
Dificulta a decomposição da cementita, onde pode dissolver (Fe,Mn)3C. Em teores elevados pode pode anular a ação do silício e o ferro fundido resultar em branco.
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Efeito da composição química
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Fósforo
Quando em teores baixos é grafitizante e não desempenha papel preponderante; em teores elevados contribui para a fragilidade e atua como estabilizador da cemetita.
Aumenta a fluidez do metal líquido, permitindo fundir peças de paredes mais finas e de contornos mais nítidos.
Efeito da composição química
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Efeito da composição química
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Efeito da composição química
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Ferro fundido branco: baixo teor de Si (< 1%p) e resfriamento rápido - cementita
perlita
cementita
- Extremamente duro e frágil.
 Usinagem impossível.
 aplicado como superfície dura, resistente à abrasão.
 usado como intermediário para a produção de ferro fundido maleável.
As condições de solidificação e processamento não levam a formação de grafita, prevalecendo a formação da cementita (equilíbrio metaestável).
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Diagrama Fe-C metaestável, evolução microestrutural de ferro fundido branco.
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Fero fundido branco hipoeutético. As dendritas de austenita se trasnformarm em perlita (escura). A ledeburita trasnformada, entre as dendritas, é composta por cementita (branca) e perlita (escura, pequenos “pontos”)
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Fero fundido branco hipereutético. Longos cristais de cementita em uma matriz de ledeburita transformada.
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Ferro fundido cinzento
Grafita presente na forma de lamelas, envolvidos por uma matriz de ferrita a ou perlita
a
grafita
- Mecanicamente fraco e frágil.
- Extremidades da grafita servem como concentradores de tensão.
Sob cargas de compressão apresentam uma melhor resistência e ductilidade.
 eficientes no amortecimento vibracional.
 elevada resistência ao desgaste.
 alta fluidez do fundido: fabricação de peças complexas.
 é um dos materiais metálicos mais barato.
Aplicações: base para máquinas e equipamentos pesados, cabeçote de cilindros, pistões, caixas de transmissão etc.
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Importância do Silício – estabilidade da grafita
Diminui a solubilidade do carbono na austenita, mantendo mais carbono no líquido.
Aumenta a temperatura do eutético estável.
Aumenta o campo de estabilidade da grafita, favorecendo a sua precipitação.
Composição do eutético é deslocada para menores teores de carbono.
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Ferro fundido cinzento
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Ferro fundido cinzento, com veios de grafita. 
A presença da grafita na microestrutura pode produzir significante amortecimento de vibrações devido ao movimento relativo entre grafita e a matriz. 
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Ferro fundido dúctil (nodular): adição de Mg e/ou Ce 
A característica fundamental destas ligas está no ajuste da composição química e na inoculação do metal líquido, favorecendo a formação de grafita em nódulos. 
a
grafita
Mais resistentes e dúcteis que o ferro cinzento.
- Possui características mecânicas que se aproximam do aço. 
- LRT: entre 380 e 480 MPa e ductilidade Al% entre 10 e 20%
Aplicações: válvulas, corpos de bombas, virabrequim e outros componentes automotivos e de máquinas.
Grafita se forma como nódulos (partículas esféricas) em uma matriz de ferrita a ou perlita (depende do tratamento térmico)
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Ferro fundido dúctil (nodular): adição de Mg e/ou Ce 
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Aspecto da grafita nodular em ferro fundido.
Ferro fundido dúctil (nodular): adição de Mg e/ou Ce 
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Ferro fundido dúctil (nodular): adição de Mg e/ou Ce 
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Ferro fundido nodular, recozido. Observa-se a segregação do Silício 
Ferro fundido dúctil (nodular): adição de Mg e/ou Ce 
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Ferro fundido dúctil (nodular): adição de Mg e/ou Ce 
O Si aumenta a temperatura do equilíbrio eutetóde.
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Ferro fundido maleável
Dois tipos de ferro fundido maleável:
De núcleo branco
De núcleo preto.
Na produção do ferro fundido maleável branco, o ferro é fundido como um ferro branco (contendo cementita eutética) e perlita. Em seguida o ferro é descarbonetado, durante um tratamento térmico. 
O ferro fundido maleável de núcleo preto é produzido de modo a solidificar, ao longo de todo a seção da peça, como ferro fundido branco. Posteriormente é tratado termicamente de forma a decompor a cementita precipitando grafita. 
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Seção transversal de uma luva de ferro fundido maleabilizado por descarbonetação. A região branca, junto à superfície, é formada por ferrita (descarbonetação completa) e a região central, msi escura, é constituída por ferrita e perlita.
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Ciclo de tratamento térmico típico para a obtenção de ferro fundido maleável preto ferrítico. 
Ferro fundido maleável
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Quando usar ferro fundido maleável
Fundidos de pequenas espessuras
Peças que sofram conformação a frio, cunhagem ou corte
Quando é preciso tenacidade a baixas temperaturas.
Peças com elevada resistência ao desgaste (martensítico)
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