FERRO FUNDIDO VERMICULAR

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Ferro Fundido Vermicular
Aquiles Silva de Oliveira 
UNIMEP 2007
DEFINIÇÃO
• São ligas Fe-C-Si que 
caracterizam-se pela presença de 
grafita na forma de lamelas de 
maior espessura e menor 
comprimento, com extremidades 
arredondadas (vermículos ou 
bastonetes).
PROPRIEDADES
• Propriedades físicas e mecânicas intermediárias 
entre o ferro fundido cinzento e o nodular;
• Comparado ao ferro fundido cinzento, apresenta 
resistência mecânica 75% maior, 40% a mais de 
módulo de elasticidade e resistência a fadiga 
duas vazes maior;
Condutividade Térmica
Porque é Difícil Produzir o FV?
• Janela do processo é muito estreita e não é 
estacionária (desloca-se de acordo com as 
variáveis de processo).
• Exemplo: quanto maior o teor de oxigênio e 
enxofre dissolvido no banho, maior é o consumo 
de magnésio (difícil controle da composição 
quimica).
• Processo é sensível as adições de inoculante 
( quanto maior o nível de inoculação menor 
deve ser a adição de magnésio).
Variáveis do Processo
Janela de Processo do FV
Faixa de magnésio para a produção de vermicular 
(Sergeant & Evans, The British Foudr. )
Faixa de magnésio para a produção de vermicular (Hörle et all, Giess 
Praxis 8/89 )
Caracterísiticas da Grafita
• Grafita nodular: diminui condutividade térmica, diminui usinabilidade e 
aumenta resistência mecânica.
– No ferro fundido nodular, a grafita esferoidal tem reduzido efeito na 
resistência mecânica (70 a 90% da resistência mecânica de um aço 
com a mesma matriz metálica).
– Propriedades são determinadas pela matriz metálica.
• Grafita lamelar: baixa resistência mecânica podendo causar a falha 
prematura no componente.
– No ferro fundido cinzento a grafita é interconectada (matriz metálica 
fica descontinuada). Acentuado efeito de entalhe. Aproximadamente 
30% da resistência mecânica de um aço com a mesma matriz 
metálica.
– Propriedades são determinadas pela qualidade, tipo, tamanho e 
distribuição da grafita.
Influência da Grafita Nodular
Efeito de Entalhe
Modelo de origem da trinca em ferro fundido cinzento
Caracterísiticas da Grafita
• Grafita vermicular: tem a forma de vermículos 
ou bastonetes, porém é menos ramificada que 
no ferro fundido cinzento.
• No ferro fundido vermicular o efeito de entalhe é 
intermediário. Desta forma a resistência 
mecânica também é intermediária sendo 
aproximadamente 40 a 60% de um aço com a 
mesma matriz metálica.
• Depende mais da grafita que da matriz.
Ramificação da Grafita
Esquema de um esqueleto de grafita e 
características da seção plana.
Forma de Crescimento da 
Grafita Lamelar e Esferoidal
Diversas formas de crescimento de grafita (Stefanescu & 
Loper, Giess Praxis 5/81)
Formas da Grafita
Formas da Grafita
Formas da Grafita Vermicular
Formas da Grafita Vermicular
Formas da Grafita Vermicular
Processos de Fabricação do 
Vermicular
• Mg
• Mg-Ti
• Ce
• Mg-Ti-Ce
• Alto S
• Nitrogênio
Nitrogênio
• Adições de FeMn nitrogenado em banho 
de ferro fundido contendo pequenos 
teores de Al e Ti. Adição de produtos 
químicos contendo Nitrogênio ferricianeto 
de potássio ou carburante contendo N tal 
como o coque calcinado de petróleo);
• Processo pouco utilizado -> teores 
residuais superiores a 0,008 -0,010% 
podem resultar na formação de 
porosidades de gases.
Cério
• Adições de 0,02 a 0,05% de cério em 
ferros fundidos contendo baixo teor de 
enxofre;
• Adição pode ser feita através de ligas 
contendo Ce e Ca ou outras terras raras;
• Pouco utilizado atualmente devido as 
dificuldades de controle do processo. 
Favorece a formação de grafita nodular e 
promove a formação de carbonetos em 
seções finas.
Magnésio
• Janela do processo é muito estreita (difícil 
controle do processo);
• Adições elevadas resultam na formação 
de grafita nodular enquanto teores 
insuficientes podem levar a ocorrência de 
grafita lamelar;
• Atualmente, o processo é utilizado em 
conjunto com o processo SinterCast, 
NovaCast ou OxyCast.
Magnésio + Titânio
• A adição de teores de 0,08 a 0,15% de titânio juntamente 
com teores residuais de Mg aumenta consideravelmente a 
janela de processo;
• A faixa de Mg situa-se entre 0,015 e 0,035% podendo ser 
adicionado na forma de liga FeSiMg, NiMg, CuMg, etc;
• É o processo mais utilizado para a produção do FFV 
obtendo-se bons resultados em peças desde tampas de 
seção fina e coletores de gases de exaustão até moldes de 
vidraria e grandes lingoteiras;
• Dificuldades do processo: adição de Ti deve ser cuidadosa 
pois afeta a usinabilidade das peças fundidas.
Efeito do processo de obtenção:
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 20 40 60 80 100
% grafita vermicular
L
R
 (
M
P
a
) TR/Ce
Mg
Mg+Ti
Log. (Mg)
A Pieske, L M Chaves Filho, F Assada. Obtenção de ferros fundidos com 
grafita vermicular. Congresso ILAFA, nov/76, Rio de Janeiro.
3,6C - 2,1Si - 0,25Mn – 0,020S – 0,09P
Bloco Y 25 mm, matriz com 50-80% perlita
Processo de Fabricação Vermicular 
Mg+Ti
FUSÃO 
ADIÇÃO DE ELEMENTOS DE LIGA (Si, Mo, Ti)
CONTROLE DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA
ADIÇÃO CONTROLADA DE MAGNÉSIO
VAZAMENTO DAS PEÇAS
CONTROLE DA MICROESTRUTURA
PRODUÇÃO DE BLOCOS DE MOTOR
• Grafita nodular: 20% máximo;
– Quanto maior o percentual de grafita nodular, menor 
será a fundibilidade da liga, menor a usinabilidade e 
principalmente, menor será a condutividade térmica do 
componente;
• Grafita lamelar: é fundamental evitar este tipo de grafita 
(na prática admite-se grafita lamelar < 1% em amostra 
retirada na região mais crítica do bloco – mancal);
– O principal objetivo é eliminar áreas fracas localizadas 
que podem levar à falha prematura do componente;
• Matriz: predominantemente perlítica -> proporciona maior 
resistência mecânica e maior rigidez do componente (ideal 
acima de 90% perlita).
Propriedades Tipicas do FFV (10% Nodular)
Propriedades Temperatura (°C) 70% Perlita 100% Perlita
Limite de 25 420 450
Resistência 100 415 430
(MPa) 300 375 410
Limite de 25 315 370
Escoamento (0,2%) 100 295 335
(MPa) 300 284 320
Módulo de 25 145 145
Elasticidade 100 140 140
(GPa) 300 130 130
25 1,5 1
Alongamento 100 1,5 1
(%) 300 1 1
Limite de 25 195 210
Fadiga sem 100 185 190
Entalhe (MPa) 300 185 175
Relação 25 0,46 0,44
Fadiga/ 100 0,45 0,44
Resistência 300 0,44 0,43
Condutividade 25 37 36
Térmica 100 37 36
(W/m°C) 300 36 35
Coeficiente de 25 11 11
Expansão 100 11,5 11,5
Térmica (μm/m°C) 300 12 12
25 0,26 0,26
Coeficiente de 100 0,26 0,26
Poisson 300 0,27 0,26
Dureza Brinell (HB) 25 190 - 225 207 - 255
Propriedades do FFV (10 a 30% Nodular)
Propriedades Unidades
GJV-300 GJV-400 GJV-500
Ferrítico Ferrítico/Perlítico Perlítico
Resistência à Tração N/mm2 300 400 500
Limite Escoamento 0,2% N/mm2 240 300 340
Alongamento à Ruptura % 1,5 1 0,5
Resistência à Compressão N/mm2 600 800 1000
Dureza Brinell HB 140 - 210 190 - 250 240 - 280
Resistência à Flexão
N/mm2 160 200 250
Alternante
Resistência à Tração/
N/mm2 100 135 175
Compressão Alternante
Coeficiente do Efeito
1,4 1,3 1,2
de Entalhe βk
Módulo de Elasticidade
kN/mm2 140 160 170
(tração)
Módulo de Elasticidade
kN/mm2 140 160 170
(compressão)
Contração Transversal 0,25 0,25 0,25
Densidade g/cm3 7 7,0 - 7,1 7,0 - 7,1
Condutividade Térmica W/mK 45 40 35
Coeficiente Linear de 
mm/mK 11 11 11
Dilatação Térmica
Capacidade J/(g.K) 0,5 0,5 0,5
PROPRIEDADES
• Grafita nodular: pode conter mais do que 50% de 
grafita nodular;
– Não afeta a fundibilidade -> pequena 
complexidade geométrica comparado a um 
bloco de motor ou cabeçote de cilindro;
• Grafita lamelar: deve ser isento (<1% aceitável);
• Matriz: essencialmente ferrítica (10% de perlita 
máximo);
– Proporciona maior estabilidade dimensional a 
altas temperaturas.
PRODUÇÃO DE COLETORES DE ESCAPE
Coletores CGI, produzidos com o processo 
Mg-Ti – especificação típica
(Giesserei Praxis 8/89)
No tubo No flange
Forma da grafita (III) >50>30
% perlita Max 30
LR – MPa Min 300
LE – MPa Min 240
Along - % Min 3
HB 30 155 – 205
Coeficiente de dilatação 
térmica – um/m.K
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Especificação de Material para Coletores 
de FFV ligado Si/Mo. (Mg+Ti)
Volantes em CGI 300 (Mg-Ti)
(Giesserei Praxis 8/89)
Especific Real
grafita III - % 50 min 80-95
Perlita - % 20 max 10-20
LR – MPa 300 min 334-338
LE – MPa 240 min 258-272
Along - % 3 min 3-7,5
HB superfície 160-200 154-179
HB núcleo 160-200 153-170
APLICAÇÕES
O ferro fundido vermicular é empregado em aplicações 
onde é necessário uma combinação de propriedades 
tais como elevada resistência mecânica e alta 
condutividade térmica.
• Volantes;
• Coletores de exaustão;
• Placas de base;
• Blocos de motores;
• Cabeçotes de cilindro;
• Discos de freio;
• Carcaças de transmissão
Cabeçote do Cilindro
Bloco de Motor
Microestrutura do bloco de motor
Coletores de Escape
Microestrutura do Coletor de Escape
Disco de Freio Capa do mancal
a) Caixa de marcha intermediária;
b) Garfos de conecção;
c) Roda dentada.
Produção de coletores em vermicular 
SiMo na GF Herzogenburg, Áustria 
(Giess-Praxis, 11/2000)
• Processo Mg-Ti
• 0,010-0,013% S
• 3,4-3,6 C 
• 3,9-4,1 Si (antes da inoculação)
• Cu + Mn < 0,35%
• 0,5% Mo
• 0,14-0,16 Ti
• Mg = 0,015-0,020% após conversor
• Mg = 0,010-0,015% no forno vazador
• Conversor GF
• Forno vazador
• Pré- inoculação no abastecimento do forno = 
0,2% Inolate 40
• Inoculação no jato = 0,2% Inolate 40
• Controles:
– Dureza no flange do cabeçote = 195 a 245 HB 
10/3000
– Velocidade sônica (no flange de saída)
– Metalografia cp = 50% min vermicular
Produção de coletores em vermicular SiMo 
na GF Herzogenburg, Áustria (Giess-Praxis, 
11/2000)
Controle do Processo via 
Análise Térmica
• SINTERCAST;
• NOVACAST;
• OXYCAST.
• SINTERCAST: A análise térmica permite controlar algumas 
características da curva de resfriamento, tais como 
superresfriamento, recalescência, temperatura do eutético 
e velocidade de resfriamento durante a solidificação;
• A avaliação destes fatores dá uma idéia (previsão) do grau 
de nucleação do banho tratado e da forma da grafita na 
amostra solidificada, possibilitando tomar ações corretivas 
antes do vazamento do produto final.
Controle do Processo via 
Análise Térmica
• NOVACAST: A análise térmica neste caso é utilizada para 
avaliar a quantidade e o tipo de ligação do oxigênio no ferro 
fundido;
• A atividade do oxigênio está relacionada diretamente com a 
localização relativa da temperatura de liquidus no diagrama 
Fe-C.
• OXYCAST: Processo de medição da atividade do oxigênio 
por meio de uma sonda de medição EMK desenvolvida pela 
ElektroNite (célula de medição eletroquímica), auxiliado por 
análise térmica para verificação do superresfriamento. 
Processo tem dois estágios:
– Pré tratamento com liga de Mg para serem realizadas as medições;
– Ajuste fino do processo com a adição de Mg e agente de inoculação 
por um dispositivo de alimentação de arame com alma de inoculante.
Painel de controle do 
processo NovaCast.
Câmara de reação com liga 
nodulizante e filtro. Requisitos 
do processo in-mold.
A simulação é 
ferramenta importante 
para o processo in-
mold.
Uso de forno vazador 
com o processo in-mold.
Vazamento em Forno Pressurizado
©SinterCast SCP 055/0401
Holding Untreated Iron
The SinterCast Process
©SinterCast SCP 025/0401
Mg-fade Simulation
With Wall ReactionWith Wall ReactionWithout Wall ReactionWithout Wall Reaction
O Processo SinterCast
©SinterCast SCP 020/0600
The CGI Wall Reaction
Controle de Processo:
Atividade do oxigênio livre do ferro liquido pela 
Fundição Celox
Tempo de Medição <20 seg
Sistema de Controle do 
Processo (FeedBack)
Calculo do Cumprimento
do Fio de FeSiMg 
Parâmetros de Controle:
•Temperatura ( oC)
•Atividade de O2 (ao ppm)
•Taxa de Tempo (min.)
A atividade do oxigênio deve ser medida sob 
condições bem definidas
Lança com vibração para medida de atividade de oxigênio.
Diagrama Força Eletromotriz (EMK) – Temperatura Eutética 
mínima (TEmin), indicando-se o campo de ferro fundido vermicular. 
(Hummer et all Giess Rundschau 7-8/99)