Metais Ferrosos (Ferro Fundido)

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materiais mecânicos de construção
Eng. Mecânico Fabrício Fasolo
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Engenharia Mecânica 
METAIS
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 Metais ferrosos (Aços, ferros fundidos);
 Metais não ferrosos ( Ligas de alumínio, cobre, níquel, estanho, zinco, chumbo);
 AÇOS: Classificam-se em aço carbono e aço liga:
Aço baixo teor de carbono (inferior a 0,2%), Aço médio teor de carbono (0,2 a 0,5%), Aço alto teor de carbono (Acima de 0,5);
 Aços de baixo teor de liga (elementos de liga abaixo de 5%), aços média liga (5 a 10%) e aços alto teor de liga (elementos de liga acima de 10%);
 FERROS FUNDIDOS;
 Materiais não ferrosos.
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FERRO FUNDIDO
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 Importância na indústria, pois mediante a introdução de elementos de liga, aplicação de tratamentos térmicos e desenvolvimento do ferro fundido nodular, tornou-se viável para substituição do aço;
 Estudo fundamental para o Engenheiro Mecânico, tendo mais uma opção para seleção de materiais metálicos;
 Liga Fe-C com teor de carbono variando de 2,11% a 6,67%;
 Considerado uma liga ternária (Fe-C-Si), onde o Silício esta presente em elevados teores, até acima da porcentagem de Carbono;
 Em função da constituição estrutural, o carbono esta presente de forma “livre”;
 
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FERRO FUNDIDO
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 Portanto, definição de ferro fundido é:
“ Ferro Fundido é a liga ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0%, em quantidade superior à que é retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios ou lamelas de grafita. “
	
 Ferro Fundidos com Formação de Grafita: Cinzento, Nodular, Vermicular;
Ferro Fundidos com Formação de Cementita: Ferro Fundido Branco;
Principais Matérias Primas: Sucata de Ferro Fundido, Sucata de Aço e Ferro Gusa
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DIAGRAMA FERRO CARBONO	
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DIAGRAMA FERRO CARBONO	
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Ao teor de carbono de 4,3% e temperatura de 1148C (ponto C), corresponde a liga de mais baixo ponto de solidificação ou fusão, chamada de eutética;
 As ligas entre 2,0 e 4,3% de carbono são chamadas hipoeutéticas, e aquelas acima de 4,3% de carbono de hipereutéticas. Ou seja, os ferros fundidos são denominados hipoeutéticos (2,0 a 4,3%), hipereutéticos (acima de 4,3%) e eutéticos (exatamente 4,3%);
 Ao resfriar lentamente uma liga binária Fe-C com teor de carbono correspondente à liga eutética (ponto C), verifica-se que nesse ponto a mesma se solidifca, havendo equilíbrio de duas fase: austenita de um lado e Fe3C (cementita) do outro. Esse eutético cristalizado é chamado de “ledeburita”e é constituido de um fundo de cementita com 6,7% de carbono e cristais dentríticos de austenita, contendo 2% de carbono;
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DIAGRAMA FERRO – CARBONO - SILÍCIO
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DIAGRAMA FERRO – CARBONO - SILÍCIO
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 Diagrama de natureza metaestável ou pseudo-equilibrio, pois com o tempo, pode ocorrer decomposição do Fe3C em ferro carbono, na forma de grafita;
Decomposição acelerada pela presença de sílicio;
Principal alteração é que altera a composição do eutético, o qual diminui com a presença de sílicio;
Ferros fundidos tomados com ligas ternárias, utiliza-se a forma abaixo que possibilita levar em consideração o efeito de sílicio nas transformações estruturais, ou seja, nas propriedades.
Conceito do carbono equivalente:
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DIAGRAMA FERRO – CARBONO - SILÍCIO
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 Essa fórmula indica que o efeito do silício corresponde a um terço do efeito do carbono;
Além do efeito que o silício desloca o eutético para teores mais baixos de carbono, ele também é fundamental sob o ponto de vista de estrutura e propriedades mecânicas, que relaciona-se com sua tendência grafitizante, ou seja, promover a decomposição do Fe3C em ferro e carbono, sob a forma de grafita lamelar;
Grafita que determina as propriedades mecânicas dos
 ferros fundidos. 
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FERRO FUNDIDO CINZENTO
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Fratura com coloração escura, caracterizada por apresentar como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício e estrutura com uma parcela grande do carbono no estado livre (grafita lamelar) e outra parcela combinado (Fe3C);
Apresenta de 2,5 a 4% de carbono, sendo o mais comum, devido ao seu baixo custo, pois é fabricado a partir de sucatas;
Tem elevada usinabilidade devido a presença de grafite livre em sua microestrutura. Alta fluidez na fundição, permitindo a fundição de peças com paredes finas e complexas. Facilidade de fabricação pois não exige equipamentos complexos para controle de fusão e solidificação;
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FERRO FUNDIDO CINZENTO
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Utilizado em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, indústria automobilística, ferroviária, naval e outras. 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.
Grafita em blocos. Frágil em tração e resistente em compressão. Resistente ao desgaste. Excelente absorção de impacto.
Liga mais usada devido: Fácil fusão e moldagem; Boa resistência mecânica; Excelente usinabilidade; Boa resistência ao desgaste; Boa capacidade de amortecimento.
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FERRO FUNDIDO CINZENTO
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Estrutura do ferro fundido cinzento do tipo hipoeutético, mostrando os 
Constituintes perlita, ferrita e veios de grafita.
Alguns tipos de grafita encontrados nos ferros fundidos cinzentos.
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FERRO FUNDIDO CINZENTO
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CLASSIFICAÇÃO DOS FERROS FUNDIDOS CINZENTOS SEGUNDO ABNT:
FC (ferro fundido cinzento), e os dois algarismos representam o limite mínimo de resistência a tração.
FC-10 e FC-15 são os ferros fundidos cinzentos comuns, com excelente fundibilidade e melhor usinabilidade. Classe F-15 utilizada em bases de máquinas, carcaças metálicas e aplicações semelhantes;
FC-20 e FC-25 também boa fundibilidade e usinabilidade, com melhor resistência mecânica e se aplicam em elementos estruturais como barramento, cabeçotes e mesas de máquinas operatrizes;
FC-30 e FC-35 apresentam maiores durezas e resistência mecânica, aplicando-se em engrenagens, pequenos virabrequins, bases pesadas de máquinas, colunas de máquinas, buchas e grandes blocos de motor;
FC-40é a classe de uso comercial que possui a maior resistência mecânica, apresentando combinações de elementos de liga como níquel, cromo e molibdênio. Utilização é limitada a peças de espessuras médias e grossas.
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FERRO FUNDIDO CINZENTO
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Algumas propriedades dos ferros fundidos cinzentos:
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FERRO FUNDIDO CINZENTO
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INOCULAÇÃO: Consiste na adição de uma liga metálica no metal, enquanto estiver líquido, quer no próprio forno ou na panela de fundição, pouco antes do vazamento do metal líquido. Essa pratica provoca o aparecimento de “núcleos” no metal fundido nos quais a formação de grafita pode começar. 
Efeito consiste no decréscimo da tendência de formação de ferro branco, onde além disso fica favorecido a formação de veios menores de grafita, com distribuição mais uniforme
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FERRO FUNDIDO NODULAR
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Ferro Fundido Nodular ( 3,2% - 4,0% ) de carbono;
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;
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;
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FERRO FUNDIDO NODULAR
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Propriedades mecânicas dos nodulares: boa resistência mecânica à tração, boa ductilidade e resistência, boa resistência à compressão;
O Ferro Base tem a composição de um Ferro Fundido Cinzento Hipereutético;
Teor de Magnésio da ordem de 0,04%.(0,03 a 0,05%), onde é necessário um tratamento para adicionar o Magnésio ao Metal Base Fundido;
Grafita em nódulos;
Matriz perlitica, que provoca melhor ductilidade
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FERRO FUNDIDO NODULAR
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Algumas aplicações: Tubos centrifugados para saneamento; Válvulas para vapor e produtos químicos; Virabrequins e engrenagens;
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FERRO FUNDIDO NODULAR
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FERRO FUNDIDO NODULAR
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CLASSIFICAÇÃO CONFORME ABNT: FE (Ferro Fundido Nodular);
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	Classe	LRT mín
(kgf/mm²)	LE min
(0,2%) (kgf/mm²)	Alongamento min (%)
	FE 3817	38	24	17
	FE 4212	42	28	12
	FE 5007	50	35	7
	FE 6002	60	40	2
	FE 7002	70	45	2
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FERRO FUNDIDO VERMICULAR
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Conhecido também como “ferro fundido com grafita vermicular”;
Produto intermediário entre ferro fundido cinzento e ferro fundido nodular;
Apresenta melhor resistência mecânica que o ferro fundido cinzento além de alguma ductilidade. Acabamento por usinagem é superior que o cinzento, e possui maior capacidade de amortecimento e condutibilidade térmica que o nodular;
Características devido a forma da grafita que se apresenta mais arredondada e mais grosseira, intermediaria a do ferro cinzento e ferro nodular;
Aplicações como rotores de freio de discos e cabeçotes;
Carbono varia de 3 a 3,8% e silício de 1 a 3,5%.
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FERRO FUNDIDO VERMICULAR
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Vantagens da grafita compactada sobre a grafita lamelar (ferro fundido cinzento):
Maior resistência a tração; 
Relação mais alta resistência/fadiga;
Maiores ductilidade e tenacidade;
Menor oxidação e dilatação a temperaturas elevadas.
Vantagens comparando com a grafita esferoidal (ferro fundido nodular):
Coeficiente de dilatação térmica mais baixo;
Maior condutibilidade térmica;
Melhor resistência ao choque térmico;
Maior capacidade de amortecimento;
Maior fundibilidade;
Maior usinabilidade.
Aplicações: Cárters, caixas de engrenagens, carcaças de turbo, garfos de ligação, rodas dentadas...
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FERRO FUNDIDO BRANCO
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Ferro Fundido Branco ( 2,5% - 3,0% );
Todo carbono se encontra na forma combinada de carboneto de ferro Fe3C, com fratura clara.
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.
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FERRO FUNDIDO BRANCO
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No Ferro Fundido Branco todo carbono presente está na forma de cementita ou outros carbonetos metálicos, de tal modo que sua estrutura pode ser interpretada como metaestável no sistema ferro-cementita;
Para tal faz-se necessário que o teor de carbono e silício seja relativamente baixo (2,5-3,0%C e 0,5-1,5%Si), bem como os demais elementos grafitizantes, e que a velocidade de solidificação seja elevada;
Estes materiais ao fraturarem apresentam uma superfície branca, de aspecto cristalino ou brilhante;
A grande quantidade de carbonetos de ferro na estrutura é
responsável pela boa resistência ao desgaste, definindo desta forma as
principais aplicações deste material.
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FERRO FUNDIDO MALEÁVEL
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Ferro Fundido Maleável ( 2% - 2,8% );
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;
Tratamento térmico do FF branco a 800-900ºC, onde a Grafita aparece em rosetas, que torna o material mais dúctil.
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FERRO FUNDIDO MALEÁVEL
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Os ferros fundidos maleáveis são obtidos a partir do ferro fundido branco, quando submetidos a um tratamento térmico de grafitização (aprox. 940ºC), quando os carbonetos de ferro transformam-se em grafita (nódulos de carbono revenido).
 O modo de resfriamento após o tempo de encharque para grafitização é que determinará a matriz da microestrutura formadapor nódulos de carbono revenido, como segue:
Ferro Maleável Ferrítico: resfriamento rápido até 740ºC a 760ºC, seguido de resfriamento lento;
Ferro Maleável Perlítico: resfriamento lento até 870ºC seguido de resfriamento ao ar;
Ferro Maleável Martensítico Revenido: resfriamento em forno até a temperatura de tempera de 845 a 870ºC, mantendo-se 15 a 30 minutos para homogenização, resfriando-se em seguida em banho de óleo agitado para obtenção de uma matriz martensítica.
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FERRO FUNDIDO MALEÁVEL
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DIFERENÇAS FERRO FUNDIDO BRANCO X FERRO FUNDIDO CINZENTO
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QUESTÕES DA AULA
O que são ferros fundidos?
Quais são as classificações dos ferros fundidos?
Qual a forma da microestrutura do ferro fundido cinzento? Quais são as principais propriedades do ferro fundido cinzento?
Qual a forma da microestrutura do ferro fundido nodular? Quais são as principais propriedades do ferro fundido nodular?
Qual a forma da microestrutura do ferro fundido vermicular? Quais são as principais propriedades do ferro fundido vermicular?
Qual a forma da microestrutura do ferro fundido branco? Quais são as principais propriedades do ferro fundido branco?
Qual a forma da microestrutura do ferro fundido maleável? Quais são as principais propriedades do ferro fundido maleável?
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