Comportamento mecânico dos ferros fundidos avançados

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Disciplina de Resistência e Falha em Materiais, artigo 01 - 2019.2 
 
 
 
 
 
 
Comportamento mecânico dos ferros fundidos avançados 
 
Letícia Mayelin Ostrowski de Oliveiraª 
 
ªDepartamento de Engenharia, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Campus Blumenau, 89036-002 Blumenau, SC, Brasil 
 
 
 
I n f o r m a ç õ e s 
 
 
 Entrega do artigo: 25 novembro de 
2019; 
 Disciplina ministrada pelo Prof Dr. 
 Wanderson Santana da Silva. 
 
 
 
Palavras-chave: 
Propriedades 
Grafita 
Elementos de liga 
Resistência mecânica 
Ductilidade 
R e s u m o 
 
 
Além das propriedades mecânicas das diferentes classes de 
ferro fundido, tradicionalmente descritos como ligas ternárias de 
ferro, carbono e silício, neste artigo serão apresentadas as 
microestruturas, aplicações e influência dos elementos de liga 
presentes em cada uma delas. As classificações tradicionais 
foram ferro fundido branco (alta resistência mecânica por conta 
da presença de cementita) e cinzento (teor de silício superior a 
1%, que facilita a decomposição do carbeto de ferro, 
possibilitando que o carbono se apresente em sua forma livre - 
grafita, que, por ser concentradora de tensões, fragiliza o 
material). Sabendo que a adição de outros elementos de liga e 
diferentes tratamentos térmicos conferem aos ferros fundidos 
morfologias, aplicações e propriedades distintas, também foram 
explorados os ferros fundidos nodulares, que, combinam 
tenacidade e resistência mecânica graças à grafita em forma de 
nódulos, formada através da adição de magnésio ao ferro; ferros 
fundidos maleáveis, classificados em núcleo branco e núcleo 
preto, são os mais dúcteis dentre as classes de ferros fundidos 
graças a tratamentos térmicos especiais; ferros fundidos 
vermiculares, que possuem maior resistência à fadiga térmica e 
propriedades intermediárias entre os fundidos cinzentos brutos e 
nodulares; ferro fundido nodular austemperado, que obtém 
resistência mecânica e tenacidade superiores ao ferro fundido 
nodular bruto graças à matriz ausferrítica; ferros fundidos 
conhecidos comercialmente como Ni-hard, que são ferros 
fundidos brancos ligados a níquel, onde a matriz martensítica 
confere excelente resistência à abrasão; ferros fundidos com 
nióbio, com carbonetos duros e alta temperabilidade e ferros 
fundidos ligados com titânio, onde há possibilidade de formação 
de carbonitretos, partículas altamente abrasivas.​ 
 
 
 
 
 
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1.Introdução 
Os ferros fundidos são definidos como 
ligas ternárias, constituídas essencialmente por 
ferro, carbono e silício,cujo teor de carbono se 
situa acima de 2,11% [1], quantidade superior à 
retida em solução sólida na austenita (ferro 
gama, com estrutura CFC), como observado no 
ponto F do diagrama metaestável da liga 
ferro-carbono da figura 1. [2] 
Desta forma, uma fração de carbono pode 
assumir sua forma livre, através de veios ou 
lamelas de grafita, o que resulta em uma 
excelente usinabilidade, elevada resistência 
mecânica e alto potencial para fundição. Este alto 
teor de carbono faz com que o material se rompa 
antes de experimentar um alto nível de 
deformação. Não há, portanto, estricção na zona 
de fratura, que se dá em uma superfície 
perpendicular ao carregamento (figura 3). O 
silício, por sua vez, desfavorece a formação de 
cementita (carboneto de ferro, ​Fe₃C) e estabiliza 
a fase ferrítica do ferro (estrutura CCC, onde a 
solubilidade de carbono varia entre 0,008% e 
2,10%), deslocando o ponto eutético (ponto G no 
diagrama apresentado, onde ocorre o equilíbrio 
entre as fases líquida e sólida) para teores mais 
baixos de carbono.[3] 
 
Figura 1: parte do diagrama Ferro-Carbono. 
 
 
Figura 3: aspecto da fratura frágil. 
 
Os ferros fundidos são comumente 
classificados em: 
A) Ferro fundido branco: ​superfície 
de fratura de coloração branca, onde a maior 
parte do carbono está presente na forma de 
carbonetos, elevando a resistência mecânica do 
material, uma vez que estes carbonetos 
diminuem o livre caminho médio para o 
deslizamento de discordâncias, principais 
agentes responsáveis pela deformação plástica. 
Os ferros fundidos brancos são geralmente 
utilizados em aplicações que exijam alta 
resistência ao desgaste, como cilindros de 
coquilhamento e equipamentos de manuseio de 
terra. Sua estrutura hipoeutética, isto é, com 
teores de carbono entre 2,11% e 4,2% pode ser 
observada na figura 4, bem como a eutética, com 
4,3% de carbono (figura 5) e hipereutética, com 
teores de carbono superiores a 4,3% (figura 6). 
[4] 
 
Figura 4: ferro fundido branco hipoeutético; dendritas de perlita, 
pontilhado é ledeburita, e área branca é cementita. 
 
Figura 5: ferro fundido branco eutético. 
 
Figura 6: ferro fundido branco hipereutético; longos cristais de 
cementita sobre um fundo de ledeburita. 
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B) Ferro fundido cinzento:​ possui 
fratura de coloração escura, devido a alta parcela 
de carbono na forma de grafita, resultado de um 
teor de silício superior a 1%. 
As lamelas de grafita são concentradoras 
de tensão, tornando a liga frágil, de modo que 
praticamente não apresenta ductilidade e 
alongamento. O ferro fundido cinzento não 
possui alta resistência à corrosão, isso porque a 
grafita é insolúvel na maioria dos meios 
corrosivos, entretanto, pode ser usado em 
aplicações que exigem boa usinabilidade, visto 
que a grafita funciona como um lubrificante, 
pois é formada por camadas sucessivas de folhas 
de carbono, onde as ligações entre elas (Van der 
Waals) possuem fracas interações, favorecendo 
o deslizamento desses planos [5]. Além disso, 
possui capacidade de amortecer vibrações 
(resultado do atrito entre a grafita e a matriz 
metálica, durante a solicitação mecânica), o que 
o torna o principal material utilizado na 
fabricação de motores, já a sua elevada fluidez o 
torna útil na fabricação de peças com geometria 
complexa. A relação entre limite de resistência e 
coeficiente de amortecimento de vibrações pode 
ser observada na figura 7, onde é mostrado que 
com com o uso de pequenas adiçõees de Mo 
(0,2%) e Nb (0,03-0,09%), aumenta-se 
consideravelmente o limite de resistência para 
um dado coeficiente de amortecimento de 
vibrações. [6] 
 
Figura 7: relação entre limite de resistência e coeficiente de 
amortecimento de vibrações. 
 
Sua estrutura hipoeutética pode ser 
observada na figura 8, eutética na figura 9 e 
hipereutética na figura 10: 
 
Figura 8: ferro fundido cinzento hipoeutético; dendritas 
de austenita formando uma matriz em que estão distribuídas 
lamelas de grafita 
 
Figura 9: ferro fundido eutético. 
 
Figura 10: ferro fundido cinzento hipereutético; lamelas de 
grafita longas, retas e ramificadas. 
 
A adição de diferentes elementos de liga e 
tratamentos térmicos conferem aos ferros 
fundidos morfologias, aplicações e propriedades 
particulares. Entretanto, suas principais 
finalidades são decompor a cementita (além do 
silício, alumínio, níquel, cobre e titânio) ou 
retardar a formação de grafita (como manganês, 
cromo, molibdênio e vanádio).Além disso, todos 
estes elementos tendem a aumentar a resistência 
à tração e a dureza dos ferros fundidos, sendo 
vanádio e cromo os mais eficientes.[7] ​Este 
endurecimento é devido principalmente ao 
aumento da quantidade de perlita e refino destas 
lamelas. No caso do silício, há ainda um 
endurecimento da ferrita por solução sólida. 
 
2.Ferro fundido nodular 
Derivados dos ferros fundidos cinzentos, 
os ferros fundidos nodulares, comumente 
utilizados em engrenagens, tampas de bueiros, 
válvulas e demais aplicações que exijam alta 
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resistência ao desgaste, tenacidade, alta 
resistência ao impacto e à fadiga, são resultado 
da adição de magnésio ao ferro líquido no 
momento do vazamento, aliado a um teor baixo 
de silício, pois, se este estiver em alta 
quantidade, formará sulfetos, fazendo com que o 
efeito de nodulação se perca por escassez de 
magnésio. Além disso, altos teores de enxofre e 
fósforo também atrapalham a formação de 
nódulos, fragilizando a estrutura. 
O magnésio não permite que a grafita 
cresça morfologicamente no seu usual formato 
capilar (ilustrado na figura 11), fazendo com que 
esta cresça na mesma velocidade ao mesmo 
tempo em todas as direções, formando um 
nódulo. 
 
Figura 11: formato capilar da grafita. 
 
O formato nodular da grafita eleva a 
resistência mecânica, a tenacidade e a 
ductilidade, visto que há um maior raio para que 
as tensões se concentrem. A seguir é 
apresentado o diagrama tensão x deformação 
para o ferro fundido nodular (representado pela 
curva de maior módulo de elasticidade), que, 
diferente dos ferros fundidos comuns, rompe no 
campo plástico, ou seja, experimenta 
deformação irreversível, e isso aproxima as 
propriedades mecânicas do ferro fundido 
nodular às propriedades mecânicas dos aços, 
com a vantagem de que tem custo e densidade 
inferiores.[8] A sua microestrutura pode ser 
observada na figura 13, onde há grafita nodular 
em matriz ferrítica. 
 
Figura 12: diagrama tensão x deformação do ferro fundido 
nodular. 
 
Figura 13: ferro fundido nodular. 
 
Um ligante de grande importância nos 
ferros fundidos nodulares é o cromo, que 
melhora ainda mais a usinabilidade e aumenta a 
resistência à corrosão, principalmente em meios 
que contém enxofre. Sua presença no material é 
caracterizada por nódulos de grafita envoltos 
por ferrita, dispersos em matriz perlítica, 
conforme a figura 14: 
 
Figura 14: ferro fundido nodular com adição de cobre. 
 
O cobre é adicionado normalmente em 
teores de 0,5% a 2%. Quando a adição passa de 
3,%, a resistência cai, visto que este é o limite de 
solubilidade do elemento [9]. Esta relação pode 
ser observada na figura 15: 
 
Figura 15: limite de resistência à tração x teor de cobre em ferros 
fundidos cinzento com diferentes teores de carbono. 
 
Como ressaltado anteriormente, os 
tratamentos térmicos também influenciam na 
microestrutura do material e, 
consequentemente, em suas propriedades 
mecânicas. No caso dos ferros fundidos 
nodulares, o mais comum é a grafitização e 
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ferritização após recozimento. O tempo e a 
temperatura (geralmente entre 700ºC e 900ºC) 
permitem a transformação da estrutura perlítica 
da matriz para uma estrutura ferrítica, além de 
ativar o mecanismo de difusão dos átomos de 
carbono, o que resulta em nódulos de grafita de 
maior diâmetro. Por consequência, o livre 
caminho médio para escorregamento de 
discordâncias aumenta, bem como sua 
ductilidade, diminuindo dureza e resistência 
mecânica do material.[10] 
A relação geral entre dureza e 
propriedades de tração de ferros nodulares 
fundidos e recozidos pode ser analisada na 
figura 16: 
 
Figura 16: relação entre dureza Brinell e propriedades de tração 
dos ferros fundidos nodulares 
3. Ferro fundido maleável 
Derivado do ferro fundido branco, 
entretanto com resistência mecânica inferior, 
além de elevada ductilidade e tenacidade, 
resultantes de um tratamento térmico especial. 
Por conta disso, diz-se que o ferro fundido 
maleável é a liga intermediária entre o aço e o 
ferro fundido cinzento.[11] 
A diferença entre os ferros fundidos 
maleáveis e os ferros fundidos comuns pode ser 
observada na figura 17, onde é notável a maior 
maleabilidade da classe discutida nesta seção e 
representada pela curva azul em relação aos 
comuns, representados pela curva vermelha: 
 
Figura 17:diagrama tensão x deformação com a curva de um 
material dúctil. [12] 
 
Os ferros fundidos maleáveis têm boa 
resistência à corrosão, devido à camada 
superficial que se desenvolve durante a 
maleabilização, constituída de ferrita ligada com 
silício na faixa de 0,80 a 1,70%. Esta classe, 
normalmente utilizada em peças de válvulas 
para serviços de pressão, equipamentos navais, 
peças de automóveis e compressores, sofre ainda 
uma subdivisão: 
A) Maleável de núcleo branco 
(europeu)​: a maleabilidade se origina de um 
processo de descarbonetação, fazendo com que 
precipitados sejam eliminados e o livre caminho 
médio para o deslizamento de discordâncias 
aumente; além disso, o número de carbonetos, a 
fase dura do material, é diminuído. Neste 
tratamento, a peça é colocada em uma atmosfera 
rica em oxigênio em altas temperaturas, que 
oxida a peça e faz com que o carbono seja 
eliminado da peça em forma de gás. 
Sua estrutura é constituída 
principalmente por ferrita e carbono 
remanescente no estado combinado, e pode ser 
observada na figura 18: 
 
Figura 18: Ferro fundido maleabilizado de núcleo branco 
apresentando zona de transição entre a parte central e a região 
periférica. Observam-se perlita, grafita e inclusões sobre um 
fundo de ferrita. 
 
Seus valores de limite de escoamento 
estão normalmente próximos a 200 MPa; o 
limite de resistência à tração entre 330 e 390 
MPa e alongamentos que variam de 3 a 10%. 
 
B) Maleável de núcleo preto 
(americano): ​Proveniente da maleabilização 
por grafitização, onde o material é aquecido em 
atmosfera neutra, dando tempo e energia 
suficientes para difusão atômica, o que promove 
a decomposição da cementita. Apresenta ferrita, 
perlita e grafita compactada, que permite a 
maleabilidade do ferro fundido, conforme a 
microestrutura apresentada na figura 19: 
5 
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Figura 19: ferro fundido maleável de núcleo preto; é possível 
observar a grafita compactada na matriz ferrítica; 
 
A dureza Brinell deste material fica entre 
150 e 285HB, alongamento normalmente até 
8%, limite de escoamento entre 190 e 490 MPa e 
limite de resistência à tração chegando a 500 
MPa. 
 
C) Maleável perlítico e 
martensítico: ​derivados do ferro fundido 
americano, nestes, a maleabilidade pode ser 
combinada com alta resistência mecânica 
através do controle da taxa de resfriamento. 
Nos perlíticos, há resfriamento lento até 870ºC 
seguido de resfriamento ao ar; já nos 
martensíticos, o resfriamento é feito em forno 
até a temperatura de têmpera de 845 a 870ºC, e 
seguida de um banho de óleo agitado. Em ambosos casos, a resistência mecânica é aumentada 
pela diminuição do livre caminho médio para 
escorregamento de discordâncias pois não 
ocorre completa difusão atômica. 
Nestes materiais, é comum a presença de 
estanho, que atua como forte estabilizador da 
perlita, sem apresentar tendência para formação 
de carbonetos e sem afetar significativamente a 
morfologia da grafita. 
 
4. Ferro fundido vermicular: 
Também chamado de ferro fundido com 
grafita compactada, é utilizado em componentes 
resistentes à temperatura e à fadiga térmica, 
como blocos de motor e coletores de gases de 
descarga. Possuem um coeficiente de dilatação 
térmica e módulo de elasticidade mais baixos 
que o ferro fundido nodular, portanto, têm 
menor resistência mecânica e menor dureza. 
Neste viés, pode-se dizer que suas propriedades 
estão entre as propriedades dos ferros fundidos 
nodulares e os cinzentos tradicionais. 
A grafita na forma vermicular é produzida 
a partir da adição controlada de elementos como 
magnésio e cério (que atuam como inoculantes), 
e, por conta disso, é inevitável que parte da 
grafita se apresente na forma nodular; a matriz 
pode estar na forma perlítica (conferindo maior 
resistência mecânica e maior dureza) ou ferrítica 
(mais dúctil e tenaz). Os módulos de elasticidade 
desta classe de ferro fundido variam entre 140 
GPa e 165 GPa. [13] 
Sua microestrutura pode ser observada 
na figura 20, onde é possível perceber que o livre 
caminho médio entre as partículas é pequeno: 
 
Figura 20: Microestrutura de um disco de freio; ferro fundido 
vermicular. 
 
Para fins de comparação, é apresentada 
na figura 21 a influência do carbono equivalente 
(CE = %C + 0,33*%Si) sobre a resistência à 
tração de ferro fundido cinzento, ferro fundido 
nodular e ferro fundido de grafita compactada: 
 
Figura 21: resistência à tração x carbono equivalente para as 
diferentes classes de ferros fundidos. 
 
Além disso, é possível comparar a 
influência da morfologia da grafita na curva do 
diagrama tensão x deformação na figura 22. 
Desta forma, é evidente que o ferro fundido 
vermicular tem resistência mecânica superior à 
do ferro fundido cinzento comum, mas inferior à 
do ferro fundido nodular, além de ductilidade 
superior à do ferro fundido nodular, mas 
inferior à do ferro fundido cinzento comum. 
Para melhor visualização, a tabela 1 apresenta 
uma comparação entre as propriedades destes 
materiais. 
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Figura 22: diagrama tensão x deformação para 
diferentes classes de ferros fundidos [14] 
 
Tabela 1: comparação entre as propriedades dos ferros 
fundidos nodulares, cinzentos e vermiculares de matriz perlítica 
[15] 
 
 
Nos ferros fundidos vermiculares, um 
importante ligante é o titânio, que aumenta a 
resistência mecânica e melhora propriedades de 
fricção, além de evitar a formação de grafita 
nodular. Também é comum utilizar molibdênio, 
que confere resistência à quente, e, portanto, 
resistência à fadiga térmica, relação observada 
na figura 23: 
 
Figura 23 - Influência do teor de molibdênio sobre o tamanho de 
trinca formada por fadiga térmica. [16] 
 
5. Ferro fundido austemperado (ADI): 
Utilizados principalmente na fabricação 
de máquinas agrícolas, tratores pesados e 
máquinas para transporte em mineradoras, são 
obtidos através do tratamento térmico de 
austêmpera nos ferros fundidos nodulares. Isso 
confere à categoria uma excelente combinação 
entre resistência mecânica e ductilidade. 
O tratamento de austêmpera consiste em, 
após a temperatura de austenitização (entre 840 
e 950ºC), resfriar o material em velocidade 
suficiente para que não haja formação de perlita 
e então estabilizá-lo em uma determinada 
temperatura que torne possível o controle da 
formação da Ferrita. Além disso, é importante 
que o tempo de austenitização seja o suficiente 
para que ocorra a dissolução da cementita e a 
difusão de parte do carbono da grafita para a 
matriz. O efeito do tempo de tratamento pode 
ser observado na figura 24. [17] 
 
Figura 24: efeito da temperatura de austêmpera sobre o 
alongamento de ferros fundidos nodulares austemperados. 
 
Por conta do tratamento térmico, a 
principal característica do ADI é sua matriz 
ausferrítica (austenita estável na forma de placas 
e ferrita acicular na forma de agulhas), como 
mostrado na figura 25, além da presença da 
grafita em nódulos: 
 
Figura 25: microestrutura típica do ADI.[18] 
 
Após a formação das agulhas, o carbono 
não absorvido pela ferrita é dissolvido na 
austenita retida, estabilizando-a e promovendo 
um aumento nas propriedades mecânicas desta, 
contribuindo para o aumento da resistência 
mecânica do ADI quando comparado a ferros 
nodulares brutos, de modo que a influência do 
número de nódulos nas propriedades mecânicas 
do material pode observado na figura 26. Cabe 
ressaltar que o número de nódulos é fortemente 
influenciado pela homogeneidade da peça, 
tempo de austenitização e teor de magnésio 
presente. 
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Disciplina de Resistência e Falha em Materiais, artigo 01 (2019.2) 
 
 
Figura 26: Limite de escoamento, limite de resistência e 
alongamento em função do número de nódulos [19] 
 
Diferente dos aços, onde o tratamento de 
austêmpera precipita carboneto de ferro, que 
compromete a ductilidade do material, na 
austêmpera dos ferros fundidos o significativo 
teor de silício faz com que seja formada apenas 
ferrita, que garante o aumento da resistência 
mecânica (duas vezes maior que o ferro fundido 
nodular bruto) sem perda significativa da 
ductilidade, graças à austenita retida. Além 
disso, essa característica confere ao material 
resistência ao impacto, alta resistência à fadiga, 
alta resistência ao desgaste e boas condições de 
usinabilidade. A figura 27 mostra a influência da 
estrutura da matriz nos ferros fundidos 
nodulares, onde é possível observar que o ADI 
possui uma combinação de propriedades que 
superam outras formas de estruturas. 
 
Figura 27: resistência x alongamento para diferentes matrizes do 
ferro fundido nodular [20] 
 
O ADI é utilizado para substituir aços de 
maior resistência e algumas ligas não ferrosas, 
como alumínio, com a vantagem de custo de 
produção inferior, o que pode ser observado na 
tabela 2, onde é comparado o consumo de 
energia para fabricação de engrenagens a partir 
do ferro nodular e aço forjado. A economia de 
energia pode ser explicada pela densidade mais 
baixa e melhor usinabilidade do ADI: 
 
Tabela 2: comparação de gasto energético para fabricação de 
engrenagens a partir de ferro nodular austemperado e aço 
forjado: 
 
 
Alguns elementos de liga, como cobre, 
manganês e molibdênio aumentam a 
temperabilidade do material, de forma que peças 
de maior espessura possuam estrutura 
completamente ausferrítica após tratamento 
térmico de austêmpera, o que influencia 
diretamente no aumento da resistência 
mecânica. O cobre em especial tem efeito 
grafitizante, podendo ser utilizado como 
substituto parcial do silício, entretanto, seu teor 
no material deve ser limitado para que não haja 
redução das propriedades mecânicas, visto que 
estetem limite de solubilidade em a 0,8%, e, ao 
ultrapassar este percentual, precipita-se na 
forma de partículas metálicas de cobre puro. Por 
conta disso, pode ser substituído por níquel (não 
há uma perda tão significativa na resistência À 
tração), que também tem efeito grafitizante. 
 
6. Ni-Hard 
Utilizados geralmente para bolas de 
moinho até 50mm de diâmetro, devido à baixa 
tenacidade, os Ni-hard são ferros fundidos 
brancos martensíticos muito resistentes ao 
desgaste e a baixo impacto, ligados a níquel, que 
aumenta a temperabilidade (e, por 
consequência, a dureza, como observado na 
figura 28), e cromo, que inibe o efeito 
grafitizante do níquel. Nesta classe, a influência 
do teor de carbono e a quantidade de carbonetos 
na dureza e resistência mecânica do material é 
baixa, visto que sua matriz por si só já possui 
propriedades mecânicas mais elevadas do que o 
ferro fundido branco tradicional, de matriz 
perlítica. [21] 
 
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Figura 28: influência do teor de níquel na dureza do material. A 
zona A, é uma região onde um menor teor de níquel deve ser 
usado para evitar a formação excessiva de austenita. Na zona B, 
os ferros de 4,2% de Ni têm matriz satisfatória, enquanto a 
dureza dos ferros com 3,7% de Ni caem à medida que 
quantidades significativas de perlita ou bainita aparecem. Na 
zona C, o maior teor de níquel garante melhores resultados 
mecânicos. [22] 
 
Cabe salientar que, em consequência da 
matriz martensítica, observada na figura 29, a 
usinabilidade é fortemente prejudicada. 
 
Figura 29: microestrutura característica de um Ni-Hard. 
 
Como já ressaltado, a martensita tem 
forte influência nas propriedades mecânicas. 
Um exemplo é a dureza Vickers, que, nesta 
classe, costuma ficar próxima de 660 HV, como 
observado na figura 30. Além disso, a martensita 
garante uma excelente resistência à abrasão. 
 
Figura 30: gráfico de dureza x teor de martensita dos ferros 
fundidos Ni-Hard. [23] 
 
7. Ferros fundidos ligados ao cromo e 
molibdênio 
O cromo, quando em teores de 1 a 4%, 
estabiliza a cementita e impede a formação de 
grafita, que implica em aumento da dureza e da 
resistência ao desgaste . Em teores de 12 a 35%, 
confere resistência à corrosão e à oxidação a 
altas temperaturas, além de aumentar a 
resistência à abrasão devido à formação de 
carbonetos de alta dureza (em torno de 1500 a 
1800 HV25), que ficam envoltos por uma matriz 
dependente da velocidade de resfriamento, 
como observado nas figuras 31 e 32. No primeiro 
caso, os carbonetos são do tipo (onde M CM 3 
representa um metal qualquer) enquanto, no 
segundo, são do tipo , que são menos M 7 C3 
contínuos, portanto, conferem mais tenacidade à 
peça por serem menos frágeis. Entretanto, vale 
salientar que o alto teor de cromo favorece a 
temperabilidade (e, portanto, matriz 
martensítica), pois diminuem a temperatura de 
início de transformação da martensita. 
 
 
Figura 31: microestrutura típica de um ferro fundido com baixo 
teor de cromo e sem tratamento térmico; carbonetos em forma 
de plaquetas e perlita fina; [24] 
 
 
Figura 32: microestrutura típica de um ferro fundido branco com 
alto teor de cromo e sem tratamento térmico; carbonetos em 
forma de bastonetes. 
 
O cromo diminui a velocidade de 
decomposição da austenita, por isso, os ferros 
fundidos ligados a cromo, quando resfriados em 
velocidades moderadas, tem matriz austenítica 
supersaturada em carbonetos, mas heterogênea, 
portanto, é possível notar também presença de 
ferrita e perlita. 
O teor de carbono não influencia apenas 
no número de carbonetos formados, mas 
também na resistência ao impacto. GAHR & 
DOANE, em 1980, observaram que a superfície 
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Disciplina de Resistência e Falha em Materiais, artigo 01 (2019.2) 
 
de fratura nos corpos de prova submetidos a 
ensaio de impacto eram ricos em carbonetos, 
provando que, quanto maior o teor de carbono, 
menor a resistência ao impacto.[25] 
Por serem muito resistentes ao desgaste, 
são amplamente utilizados para componentes 
utilizados durante o processo produtivo da 
indústria siderúrgica e cimentícia. Esta 
propriedade fica ainda mais acentuada com a 
presença de molibdênio na liga, como mostrado 
na figura 33 pois, além de formar carbonetos, 
inibe a formação de perlita, favorecendo a 
têmpera. Estes carbonetos, apesar de 
diminuirem a tenacidade, evitam a propagação 
das trincas que surgem na superfície de 
desgaste. A vantagem deste elemento em relação 
ao níquel, cobre e manganês é que ele estabiliza 
muito mais a estrutura austenítica, facilitando a 
obtenção de estruturas martensíticas. 
 
Figura 33: influência do teor de molibdênio em ferros fundidos 
com diferentes teores de cromo [26] 
 
Já a adição de elementos como vanádio e 
nióbio tem como principal objetivo o aumento 
da resistência mecânica e resistência ao 
desgaste, uma vez que estes elementos, além de 
conseguirem refinar a estrutura fundida, 
formam carbonetos mais duros que o . O M 7 C3 
nióbio forma um carboneto globular do tipo MC, 
com dureza capaz de superar 2000HV, portanto 
extremamente duro. Além disso, atua como 
substituto parcial do molibdênio, uma vez que 
forma carbonetos e libera o cromo para a matriz, 
aumentando a temperabilidade. Por ter custo 
mais baixo, apresenta-se como uma alternativa 
de uso. [27] 
 
8. Ferro fundido ligado a nióbio e titânio 
Ligas desenvolvidas visando o aumento 
de resistência ao desgaste em ferros fundidos 
cinzentos. O titânio confere ainda aumento das 
propriedades anti fricção nos materiais com 
microestrutura semelhantes à observada na 
figura 34, enquanto o nióbio forma carbonetos 
de alta dureza, finamente precipitados, que 
provocam o endurecimento tanto da ferrita livre 
quanto da ferrita da perlita, elevando a dureza e 
a resistência mecânica em materiais com 
microestrutura semelhantes à observada na 
figura 35. Um elemento que provoca efeito 
semelhante ao do nióbio é o vanádio. 
 
Figura 34: microestrutura característica dos ferros fundidos 
ligados à titânio. 
 
 
Figura 35: microestrutura característica dos ferros fundidos 
ligados à nióbio. [28] 
 
As ligas de alto nióbio são utilizadas no 
setor ferroviário e estudos mais recentes revelam 
o potencial do elemento para substituir o 
molibdênio para obtenção do ferro fundido 
austemperado, reduzindo o custo de produção. 
Apesar da queda de resistência mecânica em 
cerca de 100MPa, há um acréscimo de até 15% 
no alongamento e também maior tenacidade. Já 
nos ferros fundidos de alto cromo, o nióbio 
aumenta a temperabilidade da liga. [29] 
A partir do titânio também é possível 
formar carbonitretos de titânio, que são uma 
solução sólida de carboneto de titânio e de 
nitreto de titânio, que, quando em contato com 
outra peça, geram um fluxo plástico na região de 
contato. Por isso, são utilizados como abrasivos 
em ferramentas de corte. 
Como são formadores de carbonetos, 
titânio e nióbio quando adicionados ao ferro 
fundido de alto cromo, compensam o aumento 
da quantidade de grafita formada, pois são 
partículas duras na matriz, aumentando a 
resistênciaao desgaste e fazendo com que este 
10 
Disciplina de Resistência e Falha em Materiais, artigo 01 (2019.2) 
 
material possa ser utilizado, por exemplo, em 
discos de freio. 
 
9.Considerações finais 
 
 Observou-se que a principal característica 
dos ferros fundidos é a presença de carbono e 
silício em sua composição. Apesar de estar 
presente em alto teor, o carbono não é o único 
agente responsável pela alta resistência 
mecânica dos ferros fundidos. Esta, bem como 
tenacidade, dureza e as demais propriedades 
mecânicas dos materiais, é influenciada também 
pela matriz, temperabilidade, morfologia e 
composição de carbonetos e grafita, que, por sua 
vez, são determinadas através da adição de 
elementos de liga e tratamentos térmicos.. Nos 
ferros fundidos, a adição destes elementos têm 
como principal objetivo o aumento da 
resistência mecânica (através de precipitação, 
refino da fase perlítica ou refino da grafita, além 
de favorecer a têmpera), que, entre os 
tradicionais é máxima na classe dos ferros 
fundidos nodulares, devido à maior capacidade 
da grafita nodular em concentrar tensões. Já 
para aplicações que exijam maior maleabilidade, 
os mais indicados são os ferros fundidos 
maleáveis, que passaram pela fase de 
decomposição da cementita (fase mais dura dos 
ferros fundidos) ou por descarbonetação e, por 
isso, têm uma queda de resistência mecânica, se 
tornando mais dúcteis. Já os ferros fundidos 
vermiculares são os utilizados em situações onde 
se faz necessária alta resistência à fadiga térmica 
além de boa combinação entre alta resistência 
mecânica e tenacidade. Cabe também ressaltar 
que, nos últimos anos, novas pesquisas com 
ferros fundidos vem sendo feitas. Exemplo disso 
são os ferros fundidos austemperados, onde um 
tratamento térmico confere aos ferros fundidos 
nodulares uma matriz ausferrítica, garantindo à 
peça resistência superior à dos nodulares brutos 
sem perda da tenacidade; Os ferros fundidos 
Ni-Hard, apesar de baixíssima tenacidade, 
mostraram-se potenciais substitutos dos aços 
forjados, pois, além de excelente resistência à 
abrasão propriedades mecânicas próximas, 
apresentam menor densidade e menor custo de 
produção; ferros fundidos ligados a cromo e 
molibdênio, que possuem uma ótima 
combinação entre tenacidade e resistência 
mecânica, devido à descontinuidade dos 
carbonetos; e ferros fundidos ligados a nióbio e 
titânio, onde são formados carbonetos bastante 
duros, podendo compensar a formação de 
grafita nos ferros fundidos de alto cromo. Cabe 
ressaltar que a adição de titânio também 
possibilita a formação de carbonitretos de 
titânio, que são altamente abrasivos. 
 
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