Aula 08-Ferros fundidos-2018-4

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Processos Metalúrgicos MAM402
Ferros FundidosFerros Fundidos
Prof.Victor Hugo Velázquez Acosta
Engº Metalúrgico, MsC
Definições iniciais
• Ligas constituídas essencialmente de ferro, 
carbono e silício, na qual o carbono está 
presente em quantidade maior daquela que 
pode ficar em solução sólida na austenita na pode ficar em solução sólida na austenita na 
temperatura eutética.
• Para fins práticos carbono de 2,5 a 4% e Silício 
de 0,5 a 3,5%
Diagrama Fe-C - Metaestável 
Fundição e Solidificação de 
Ferros Fundidos
• Sistema Estável Formação de austenita + grafita Ferro Fundido 
Cinzento
• Sistema Metaestável Formação de austenita + Fe3C Ferro Fundido 
BrancoBranco
• Fatores que influem -Velocidade de Resfriamento
no Equilíbrio -Elementos de Liga
Influência dos Elementos de Liga
Aumenta diferença entre
• Si temperaturas de Grafitizante
equilíbrio Estável e
MetaestávelMetaestável
Diminui diferença Estabilizador de
• Cr entre temperaturas de Carbonetos
equilíbrio Estável e
Metaestável
Classificação dos Ferros Fundidos
• Ferros Fundidos Comuns Cinzentos
Brancos
• Ferros Fundidos Especiais Nodulares
Vermiculares
Maleáveis
Ligados
Classificação dos Ferros Fundidos
• Cinzento PERLÍTICO
• Nodular FERRÍTICO
• Maleável BAINÍTICO• Maleável BAINÍTICO
• Branco MARTENSÍTICO
• Vermicular
Formas da grafita
Ferro Fundido Nodular
Ferro fundido cinzento
Composição e propriedades dos 
ferros fundidos cinzentos
CQ- Ferros cinzentos e 
nodulare
Inoculação F.F.cinzento
• Os objetivos da inoculação podem ser resumidos da seguinte
forma:
• 1) Evitar ou reduzir a tendência a formação de estrutura
branca (cementita ou carbetos) e aumentar a aptidão a
formação de grafita tipo A (a mais desejável)
• 2) Obter uma estrutura homogênea numa peça apesar das• 2) Obter uma estrutura homogênea numa peça apesar das
condições de resfriamento variável em função das espessuras.
• 3) Em consequência dos objetivos a e b obter melhores
propriedades de utilização dos ferros fundidos.
Portanto a inoculação facilita a produção de peças em fero
fundido de alta qualidade com baixo carbono equivalente
apesar de sua tendência em solidificar-se com estrutura
branca.
Nota: O efeito de inoculação é tanto mais limitado quanto mais
elevado for o carbono equivalente até se obter resultados
inversos. Comprova-se que nos ferros fundidos de
composição que se eutética a inoculação leva a uma queda da
resistência mecânica. Por isso a inoculação dos ferros
fundidos euteticos e hipereuteticos é geralmente semfundidos euteticos e hipereuteticos é geralmente sem
interesse quando se pretende melhorar as propriedades
mecânicas, entretanto inocula-se suavemente afim de reduzir
eventual coquilhamento.
Observação:
Ferro fundido eutético - C. Eq. = 4,3%
Ferro fundido hipoeutético - C. Eq. < 4,3%
Ferro fundido hipereutético - C. Eq. > 4,3%
Carbono equivalente - CT. +( % Si + % P)/3
Efeito da Inoculação na forma da 
grafita
INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS 
NOS INOCULANTES
• GRAFITE: os inoculantes a base de grafite é bastante eficaz 
para reduzir o coquilhamento mesmo quando o enxofre é 
baixo (0,04%)
• SILICIO: o silício é tido como um elemento grafitizante, 
porém a sua eficácia é notada quando outros elementos 
estão presentes, geralmente o cálcio e alumínio.estão presentes, geralmente o cálcio e alumínio.
• CALCIO: o cálcio facilita o aumento do grau de nucleação 
consequentemente maior número de núcleos em 
crescimento, porém deve ser usado com muito critério pois 
o alto teor de cálcio provoca elevada quantidade de escoria 
fluida originando defeito de drosses.
• ALUMINIO: esse elemento é um forte grafitizante, porém teores 
excessivos promovem o aparecimento de porosidades nos fundidos. O 
teor máximo admissível é de 2%. Normalmente o alumínio está presente 
nos inoculantes como impurezas. Salientamos também que o alumínio é 
inibidor da nodularização.
• TITANIO: o titânio além de grafitizante é um ótimo desoxidante sendo 
seu uso recomendado para ferros fundidos altamente oxidados. Uma 
outra vantagem é o efeito de neutralizar a ação de residuais de nitrogênio outra vantagem é o efeito de neutralizar a ação de residuais de nitrogênio 
que quando presente em teores elevados podem dar origem a 
porosidades. OBSERVAÇÃO: fundições que também produzem ferros 
fundidos nodulares devem tomar cuidado pois o titânio em pequenas 
percentagens inibe a nodularização, pois o mesmo pode estar 
hereditariamente contido no retorno.
• ZIRCONIO: é um elemento que tem um bom efeito grafitizante atuando também
como refinador da grafita. É considerado um poderoso desoxidante e tende a
combinar com o nitrogênio a fim de prevenir porosidades.
• MANGANÊS: o manganês presente nos inoculantes tem por finalidade abaixar o
ponto eutético do mesmo (melhor dissolução). Atua também como estabilizador
de perlita.
• BARIO: o bário aumenta a eficiência tanto na redução da profundidade de
coquilhamento como na promoção de grafite tipo A, além de refinar as célulascoquilhamento como na promoção de grafite tipo A, além de refinar as células
eutéticas. O bário também aumenta a resistência do desvanecimento.
• ESTRONCIO: este elemento é considerado um dos mais efetivos quanto a redução
de coquilhamento dos ferros fundidos. Entretanto, seu efeito não seria tão intenso
quando em presença de residuais de cálcio. É recomendado na fabricação de
peças finas pelo seu elevado poder grafitizante. O estrôncio aumenta
violentamente a resistência do desvanecimento.
• CROMO: este elemento é um promovedor de perlita. Os inoculantes a base de
cromo pertence à família dos inoculantes estabilizadores. Quando utilizado em
peças finas ou de baixo C. E. deve ser adicionado juntamente com um inoculante
grafitizante devido a sua tendência de formar carbetos (cementita). Melhora as
propriedades mecânicas aumentando a resistência a tração e a dureza.
Nodularização
• A grafita na forma esferoidal é obtida pela adição de determinados
elementos no metal fundido, como magnésio, cério e alguns outros que
devem ser bem controlados, de modo a produzir a forma desejada da
grafita e contrabalançar o efeito de elementos perniciosos, como
antimônio, chumbo, titânio, telúrio, bismuto zircônio, que interferem com
o processo de nodulização e, por isso, devem ser eliminados ou mantidos
os mais baixos possíveis .os mais baixos possíveis .
• Os principais agentes nodularizantes contém, todos eles, geralmente o
magnésio.
• São: magnésio sem liga, nodularizantes a base de níquel e nodularizantes
a base de Mg-Fe-Si. Na maioria das vezes, esses nodularizantes são
introduzidos na forma de ligas, entre as quais podem ser citadas as
seguintes:
15 Mg – 82 Ni ; 15 Mg – 30 Si; 50 Ni 8 Mg ; 46 Si – 42 Fe;
5 Mg – 45 Si – 50 Fe 2 Mg – 40 Si – 18 Cu – 30 Fe
ou o magnésio sem liga, na forma de briquetes, lingotes ou fios.
O nodularizante é colocado no fundo da panela de vazamento e o metal
fundido é rapidamente vertido sobre a liga nodularizante.
• Outro método, no qual é usado o magnésio sem liga, consiste em colocar
este metal no interior de uma panela contendo ferro líquido e a panela é
girada de modo a que o material líquido escorra sobre o magnésio.
• Qualquer que seja a técnica usada, há uma reação violenta que ocasiona
fervura: o magnésio é vaporizado e o vapor atravessa o ferro líquido,fervura: o magnésio é vaporizado e o vapor atravessa o ferro líquido,
diminuindo o seu teor de enxofre e provocando a formação de grafita
esferoidal. Geralmente adiciona-se imediatamente após o agente
nodulizante, Fe-Si para produzir uma matriz de microestrutura adequada.
• O magnésio atua como uma espécie de inibidor de curta duração, que
retarda a formação inicial de grafita. Então, o ferro fundido cinzento
solidifica, inicialmente com formação de cementita; logo a seguir,
cessada a ação do magnésio, a cementita decompõe-se, produzindo a
grafita que se desenvolve por igual em todas as direções, resultando
assim uma forma sensivelmente esférica.
Calculo de carga
•1º) Estimar uma composição de carga que desejamos ter ao final do 
processo atentando para o valor percentual para os componentes da carga 
final. 
• 2º) Calcular a contribuição de cada carga para cada elemento químico. Ex. 
C Si Mn P S Mg Ceq
3,55 2,4 0,25 0,06 0,015 0,045 4,35
• 2º) Calcular a contribuição de cada carga para cada elemento químico. Ex. 
sucata do aço 1020 que foi adicionado na carga vai contribuir com 
• e o FoFo adicionado à carga
C Mn S Si P
0,18 0,09 0,01 0,2 0,05
C Si Mn P S
3,3 2,12 0,52 0,12 0,08
• 3º) Somar o valores obtidos de cada contribuição;
• 4º) Considerar nos valores obtidos as perdas e 
ganhos por fusão;
• 5º) Comparar os valores obtidos com os valores • 5º) Comparar os valores obtidos com os valores 
desejados;
• 6º) Refazer os passos de 1 a 5 quantas vezes 
forem necessárias até que a C.Q. obtida esteja 
adequada a C.Q. desejada para o material em 
questão.
Rendimentos 
Exercício
• Para produzir 1000kg de F.F
• Quantidade de Aço 1020?, Usar 5% retorno, 
ferro-ligas necessárias, grafite.
• Comparara Forno cubilotê com Indução• Comparara Forno cubilotê com Indução
• Montar uma planilha exell, deixar espaço para 
custos.