Desempenho de fundidos pesados de ferro nodular para moinhos de vento

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Desempenho de fundidos pesados de ferro nodular 
para moinhos de vento. 
 
 
 Resumo: O principal objetivo do presente trabalho é revisar as características 
específicas e as condições de performance obtidas por fundidos de ferro nodular (em 
inglês, Dl) pesados, tipicamente aplicados na indústria de moinhos de vento, em peças 
tais como alojamentos de cubos e rotores. Os requisitos para as propriedades de alto 
impacto a baixas temperaturas em ferro nodular são parte da norma EN-GJS-400-18U-
LT (SRN 1563), comumente chamado de GGG 40.3 (DIN 1693). O fator de influência 
perlítica (Px) e o fator de ação anti-nodularizante (K1) foram descobertos como tendo 
uma importante influência na estrutura e nas propriedades mecânicas, assim como têm 
os teores de Mn e P, a adição de terras raras e o poder de inoculação. A presença de 
ferro gusa de alta pureza na carga é extremamente benéfica, não apenas para controlar 
os complexos fatores Px e K1, mas também para melhorar a “qualidade metalúrgica” do 
ferro fundido. A correlação dos limites de C e Si com o módulo da seção é muito 
importante para limitar a flotação do nódulo da grafita. As grafitas maciças (chunky) e 
as de superfície degenerada são as morfologias de grafita mais controladas nos fundidos 
de moinhos de vento. O trabalho conclui com a composição química, procedimentos de 
fusão, ligas de Mg e sistemas inoculantes peculiares ótimos, bem como soluções 
práticas para limitar a degeneração da grafita e para assegurar fundidos da maior 
integridade, usados tipicamente neste campo. 
 
 Introdução: Por todo mundo as pessoas precisam se preparar para novas formas 
de energia. O aumento significativo no consumo de energia pede por fontes sustentáveis 
que não criem mais gases de efeito estufa, poluição e resíduos para as futuras gerações. 
A potência dos ventos é uma fonte de energia renovável, previsível e limpa. 
Uma capacidade substancial pode ser construída rapidamente, oferecendo a 
independência energética demandada pelas maiores economias e de crescimento mais 
rápido do mundo. A indústria da energia dos ventos tem experimentado um crescimento 
fantástico em anos recentes. É esperado que a parcela de energia consumida dos ventos 
atualmente em cerca de 1% irá crescer para no mínimo 20% até 2020. As metas de 
energia renovável da União Europeia e da China irão dar conta de 20% e 15%, 
respectivamente, em 2020, e se espera que os EUA adotem objetivos similares. 
 Essas metas significam que a capacidade instalada está com projetos para crescer 
de 75.000 MW em 2006, para no mínimo 1.000.000 MW em 2020, o que se traduz em 
um crescimento anual de 20%. Atualmente, a energia eólica é a mais limpa e a melhor 
opção para se reduzir as emissões de CO2. Apenas uma das turbinas de vento V90-3.0 
MW pode evitar o lançamento na atmosfera de 5.000 toneladas de emissões de CO2, 
durante todo ano [1]. 
 Na primavera de 2008, os chefes de estado europeus decretaram um pacote de 
medidas ambientais e energéticas, que impõe que 20% do consumo de energia europeu 
em 2020 deverá ser de energia renovável. Esse objetivo agregador pela energia 
renovável vai ter um grande impacto no fornecimento futuro de energia da Europa e ao 
mesmo tempo oferecer paz de espírito aos investidores em energia renovável. Ao 
mesmo tempo, é um sinal de que a liderança europeia está comprometida em assegurar 
que o desenvolvimento positivo na indústria do vento continue. A energia dos ventos é 
logicamente competitiva no mercado liberalizado. O custo de produção por kWh tem 
sido reduzido em mais de 80% dentro dos últimos 20 anos e é esperado que essa 
tendência continue resultando em uma tecnologia completamente competitiva em 7 a 10 
anos. 
 Hoje as turbinas de vento em bons locais de vento já podem competir com novas 
plantas combinadas de calor e energia (cogeração ou CHP, em inglês), mas o vento 
ainda não pode competir nos termos atuais do mercado. Os preços nas bolsas de energia 
europeias refletem o atual excesso de capacidade energética e o fato da maioria das 
instalações de energia já estarem depreciadas e pagas pelos clientes. Além disso, os 
custos para a saúde e o meio ambiente não são calculados dentro do preço do kWh para 
as tecnologias energéticas individuais. A energia eólica seria completamente 
competitiva hoje, se esses custos fossem considerados [2]. 
 
 1 – Fundidos de Ferro Nodular na Indústria de Moinhos de Vento 
 Os fundidos de ferro nodular estão atuando em papel fundamental nessa 
importante indústria. Todas as vantagens do ferro nodular têm contribuído para o 
crescimento dessa engenharia de materiais. Alguns desses fundidos têm vindo de novas 
aplicações e projetos, mas muitos têm chegado como resultado de conversões a partir de 
outros materiais e possivelmente outros métodos de dar forma. O material primário que 
tem sido substituído é o aço, na forma de fundidos, forjados e peças soldadas. 
Entretanto, o ferro nodular também tem substituído fundidos de ferro cinzento, ferro 
maleável, e alumínio, provando que o ferro nodular é muito efetivo em custos. 
 O ferro nodular feito conforme a norma alemã DIN 1693, classificação GGG 
40.3 é o material da escolha de muitos dos maiores fabricantes mundiais de turbinas de 
moinhos de vento, tal como para a diversidade de fundidos de alojamentos de cubos e 
rotores (Figura 1). 
 
 A necessidade de alcançar o desempenho ótimo e seguro nessas unidades torna 
imperativo que apenas fundidos de ferro nodular da mais alta integridade e em completa 
conformidade com a especificação possam ser aceitos. Os requisitos para as 
propriedades de alto impacto em baixas temperaturas do ferro nodular para o florescente 
mercado de energia dos ventos são parte da Norma Europeia EN-GJS-400-18U-LT, 
comumente referida como GGG 40.3. Essa norma não apenas tem os requisitos 
mecânicos normais para o ferro ferrítico, mas também os requisitos do ensaio Charpy 
para entalhes em V a -20°C (-4°F) conforme tabela 1. 
 Para atender as propriedades de impacto a baixas temperaturas a fundição 
precisa produzir componentes de ferro nodular ferrítico que precisam estar livres de 
fases de contorno de células, tais como fosfetos e carbonetos, caso contrário, as 
propriedades de impacto não serão atingidas. 
 Outras características metalúrgicas tais como alta contagem de nódulos, 
inoculação efetiva e tempo de vazamento são fundamentais para minimizar as fases de 
contorno de células prejudiciais, mas a composição do metal é uma consideração 
primária. Além disso, nesse metal está a sucata de aço que possivelmente tem elementos 
de liga, tais como P, V, Ti, Cr, Mo, B, Mn e Cr, que podem resultar em fases de 
carbonetos ou fosfetos que segregam nos contornos das células. Isso agora já é um 
problema a ser resolvido e será um desafio ainda maior no futuro, visto que a demanda 
por elementos de liga nos aços aumentará nos anos que virão [3]. As demandas das 
normas de qualidade dos fundidos exigidas pelos produtores das turbinas de vento são 
também fortes. 
 
 
 Cada fundido é testado por ultrassom em áreas especificadas para garantir que 
estejam livres dos defeitos de porosidade e inclusão. Além disso, é feito o exame 
radiográfico para confirmar a integridade de cada fundido. O alcance de forma 
consistente das combinações mínimas das especificações de resistência à tração e 
escoamento, alongamento e as propriedades de resistência ao impacto em baixas 
temperaturas na classificação de totalmente ferrítico da EN-GJS-400-18U-LT/ GGG 
40.3 é muito apertada. 
 Isso aliado ao fato de que um tratamento térmico de recozimento completo 
desses grandes fundidos é muito caro, a fundição precisa fazer todo esforço para atingir 
a especificação diretamente na condição de bruto de fundição. Isso requer um alto grau 
de controle metalúrgico na preparação do ferro nodular líquido para um controle de 
composição preciso, bem como um processamento do metal líquido para garantir a 
nodularidade correta, moldagem cuidadosa e preparaçãodo macho e supervisão estrita 
sobre o vazamento e extração do fundido do molde [4]. 
2 - Controle da Composição Química do Ferro Nodular para Fundidos de Moinhos 
de Vento 
 Porque os ferros nodulares têm uma composição química complexa, um controle 
rigoroso é necessário para todos os elementos que afetam a estrutura e o comportamento 
desses materiais [5]. Um fator crítico é a distribuição dos elementos durante a 
solidificação, tanto dentro da célula eutética (Si, Ni e Cu), quanto dentro das regiões 
intercelulares (P, Mn, Ti, Cr, Mo e V). O último grupo de elementos promove a 
formação dos carbonetos, estabiliza a perlita em ferros ferríticos e afeta a formação de 
grafita lamelar intercelular. Com respeito à obtenção de estruturas ferríticas no ferro 
nodular, o mais importante são aqueles elementos que estabilizam a perlita, com um 
efeito cumulativo dado pelo fator de influência perlítica, tal como Px [6] (Figura 2a). 
 
 
 
 
 
 
 Entretanto, outros elementos também promovem a perlita, notavelmente P, que 
tem o efeito de uma ordem de magnitude mais potente que Mn, enquanto o Ni tem o 
mesmo nível de influência do Cr (Figura 2b) [7,8]. A influência anti-nodularizante dos 
elementos também precisa ser considerada ao assegurar níveis aceitáveis de 
nodularidade, definidos para o ferro nodular como > 80% de grafita nodular (NG) e < 
20% de grafita vermicular (VG), sem nenhuma grafita lamelar (LG). 
 O controle da composição se torna crítico quando os níveis mais altos de 
nodularidade da grafita estão especificados (até 100% NG), como é o caso de fundidos 
de moinhos de vento e ainda mais quando a máxima compactação da grafita nodular 
(NG) necessitar ser alcançada (por exemplo, para ferros do tipo K da ASTM). 
Geralmente, em ferros tratados com Mg, o fator anti-nodulizante complexo K1 
(Thieman) não deve ser maior do que 1.0, como resultado das diferentes combinações 
dos elementos representativos (Figura 2c) [6,9]. 
 Um grupo importante de elementos anti-nodulizantes são aqueles que favorecem 
a ocorrência de grafita lamelar (LG) intercelular (Bi, Pb, Sb, As, Cd, Al, Sn e Cu). Com 
relação ao ferro nodular, a influência importante é exercida por ambos os elementos 
que formam a ferrita (Si) e os elementos que formam a perlita (Ni, Cu, Sn, Mo e V). 
 A presença do Si fortalece a ferrita, mas, com efeito, também há um decréscimo 
importante no alongamento (efeito fragilizador), enquanto o Ni aumenta a resistência à 
tração e resistência ao escoamento, com nenhuma influência negativa óbvia sobre o 
alongamento. Consequentemente o Ni está frequentemente presente no ferro nodular 
ferrítico, quando a obtenção da resistência à tração com o alto alongamento se torna 
problemática. 
 Foi descoberto [5] que a influência do Mn é dependente do P e do nível dos 
elementos residuais. As condições básicas para se obter uma estrutura ferrítica na 
condição conforme fundido, assim como é requerido pela especificação da classificação 
do ferro nodular 400-18, é de que P < 0,03%, Mn < 0,20% e Px < 2.0. Nos mesmos 
níveis baixos de Mn e P, o aumento do teor dos elementos residuais (Px > 2.0) conduz a 
presença da perlita na condição de conforme fundido, embora a estrutura ferrítica seja 
obtida após um curto tratamento térmico de recozimento. 
 Teores de P e Mn altos (P 0,04% – 0,045%) e (Mn 0,25% – 0,35%) conduzem a 
uma estrutura de perlita estabilizada, mesmo com baixos teores de elementos residuais 
(Px < 2.0). A ação anti-nodulizante dos elementos residuais até um nível correspondente 
a Ki = 2.0 pode ser contra-atacada pela adição de terras raras, sendo tais adições 
benéficas para Ki < 1,2 e podem ser vistas como compulsórias para Ki > 1,2 [5]. 
 Para muitas fundições a sucata de aço é um componente essencial da carga 
(Tabela 2), pois se trata de material de custo menor. Entretanto, ela também é um 
importante fator de contribuição para os elementos residuais. O ferro gusa de alta 
pureza, a despeito de seu alto custo, é muito atrativo por ser o que menos contribui para 
os elementos residuais e com o potencial de melhorar a nucleação da grafita e a 
qualidade metalúrgica do ferro fundido. Ele também expande a faixa de sucata de aço 
que pode ser tolerada devido ao seu gerenciamento dos níveis dos elementos residuais. 
 
 
 
 
 A presença de ferro gusa de alta pureza na carga é altamente benéfica, não 
apenas para controlar os fatores complexos Px e Ki, mas também para melhorar a 
“qualidade metalúrgica” do banho metálico. Foi descoberto que o uso de ferro gusa de 
alta pureza torna possível lidar com níveis mais altos de Px ou adições de inoculação 
menos poderosas [10-12]. A qualidade dos retornos de ferro nodular produzidos com o 
ferro gusa de alta pureza transmite benefício para a nova produção, mesmo em períodos 
sem o ferro gusa de alta pureza na carga. Foi mostrado que os principais fatores de 
influência na necessidade do ferro gusa de alta pureza na carga metálica comum são 
como segue: 
(a) Matriz metálica: Ferrítica: de 15% - 40% de ferro gusa de alta pureza x Perlítica / 
Ferrítica: 5% - 20% de ferro gusa de alta pureza; 
(b) Participação dos retornos de ferro nodular: Quanto menos retorno de ferro nodular, 
maior a necessidade de ferro gusa de alta pureza; 
(c) Nível A de alongamento: Quanto mais alto A, maior será a adição de ferro gusa de 
alta pureza; 
(d) Qualidade da sucata de aço: Quanto menor a qualidade, maior a necessidade de ferro 
gusa de alta pureza (Figura 3) [11]. 
 
3 DEGENERAÇÃO DA GRAFITA EM FUNDIDOS PESADOS DE FERRO 
NODULAR 
3.1 FLOTAÇÃO DO NÓDULO DA GRAFITA 
 Na faixa da composição hipereutética, a primeira fase formada durante a 
solidificação deve ser a grafita primária começando próximo ao nível da temperatura 
liquidus da grafita e com o crescimento continuando até o começo da temperatura de 
solidificação do eutético. 
 Depois de atingir um tamanho crítico, os esferóides de grafita podem flutuar no 
metal fundido e produzir camadas de flotação nas regiões superiores de um fundido de 
ferro nodular (Figura 4.2) [13]. A flotação é normalmente revelada pela presença de man-
chas escuras na superfície superior. Usualmente, é uma grande concentração de nódulos 
(incluindo alguns nódulos hipereutéticos explodidos e filamentos de escória). 
 Como uma falha superficial compreende um acabamento superficial deficiente e 
bolhas em combinação com escória, a seção espessa com uma velocidade mais lenta de 
solidificação é tipicamente responsável por esse defeito, o que reduz as propriedades de 
tração. Nas áreas críticas, ela pode ter um efeito devastador nas propriedades de fadiga, 
extremamente importantes para os fundidos de moinhos de vento. Uma correlação entre 
os limites de C e Si com o módulo da seção é muito importante. A esse respeito, um 
carbono equivalente (CE) deve ser considerado, para limitar a tendência de flotação do 
nódulo da grafita. 
 
3.2 DESVIOS CENSURÁVEIS DA FORMA DE GRAFITA ESFEROIDAL EM 
FUNDIDOS PESADOS DE FERRO NODULAR 
 A estrutura dos fundidos de ferro nodular usualmente não apenas inclui 
partículas de grafita esferoidal, mas também outros desvios indesejados de maior nível 
de compactação, tais como irregular (Figura 4.1), explodida (Figura 4.3), maciça 
(Figura 4.4), em espiga (Figura 4.5), floco intercelular (Figura 4.6) e vermicular (Figura 
4.7) com muitas e diferentes causas [13-15]. 
 A maior parte dessas morfologias da grafita está usualmente presente em 
fundidos pesados de ferro nodular, com efeitos prejudiciais nas propriedades mecânicas. 
A grafita maciça no centro térmico dos fundidos e a grafita de superfície degenerada 
(Figura 4.8) são as morfologias de grafita mais controladas em fundidos de moinhos de 
vento. 
 
 
 
 
 Grafita maciça ocorre nos centros térmicos das seções dos fundidos pesados – 
aqueles com seções maiores do que 50 mm. O resultado dessa forma de grafita é que as 
propriedades nessas áreas defeituosas são dramaticamente reduzidas. A estrutura de 
matriz resultanteé ferrítica dando menores resistências à tração e ao escoamento. A 
grande proximidade entre as partículas de grafita também reduz o alongamento e a 
resistência ao impacto. Altas concentrações (para o tamanho da seção) dos seguintes 
elementos são as causas usuais: Ce, Ca, Si e/ou Ni [13-16]. O excesso de Ce, na 
ausência de elementos residuais (aqueles que promovem a grafita em flocos), em seções 
pesadas de ferro nodular regular irá quase sempre gerar a grafita maciça. 
 A maior parte das ligas de MgFeSi contém algum teor de terras raras, 
especialmente como o Ce, para contra-atacar os efeitos dos elementos antinodulizantes, 
para promover alta contagem de nódulos e para diminuir a incidência de carbonetos. 
Isso é usualmente bom para seções finas das peças, mas não funciona em todos os 
tamanhos de seção. Se a fundição precisa manter um excesso de Ce e ele não pode ser 
facilmente removido pela mudança do tratamento das ligas, então a adição de um 
elemento formador de grafita em flocos pode ser necessária para a grafita maciça em 
fundidos pesados. A adição tanto de Be (até cerca de 0,030%) ou Sb (até cerca de 
0,008%) poderia prevenir a formação da grafita degenerada, resultar em um aumento da 
contagem de nódulos e nodularidade da grafita melhorada [17]. 
 A camada superficial dos fundidos de ferro nodular (usualmente de espessura de 
0,1 a 3,0 mm) pode incluir diferentes variantes das morfologias da grafita, desde uma 
mistura de várias formas de grafita [nodular em compactação variável, vermicular, 
lamelar, etc.] até uma clara transição, tal como [13]: 
Lamelar -> Vermicular -> Nodular irregular -> Nodular regular 
Usualmente, a estrutura da camada superficial inclui três diferentes estratos: 
• Camada externa: flocos finos de grafita 
• Segunda camada: flocos e/ou partículas de vermicular 
• Terceira camada: grafita nodular, aproximadamente a estrutura normal. 
 A formação da grafita degenerada acompanha os defeitos de escória (Figura 
4.9), inclusive na camada superficial. 
 Moldes de areia ligados quimicamente (auto-curável, cura frio e caixa fria) são 
geralmente usados para a produção de fundidos de ferro nodular, especialmente de 
grande módulos, tais como os fundidos de moinhos de vento. 
 Os sistemas de aglomerantes furânicos ou fenólicos catalisados por ácidos de 
cura-frio são muito atrativos em fundições de ferro nodular, devido à ocorrência de 
moldes fortes, e a possibilidade de uso da massalotagem diretamente aplicada, 
respectivamente. Sendo favoráveis para a produção de fundidos de ferro nodular, a 
tecnologia de moldes de resina também pode contribuir para a degeneração da grafita na 
superfície da grafita esferoidal do ferro fundido, como uma camada de grafita em flocos 
(lamelar). 
 Esse defeito pode ocorrer com qualquer técnica de moldagem, mas ele apresenta 
características peculiares para cada uma delas, também com contribuições importantes 
de outros fatores. Alta contaminação e/ou baixo Mg residual produz uma quantidade 
relativamente maior de flocos de grafita. Quando a micro–porosidade, grafita não 
nodular, filamentos de escória e outras imperfeições estão na superfície, todas as 
propriedades são reduzidas, mas, as propriedades de fadiga são significativamente 
afetadas. 
 A contribuição de enxofre do ácido p-toluenossulfônico (PTSA, em inglês) foi 
identificada como o primeiro fator favorável para a degeneração da grafita na interface 
metal-molde. Os fatores mais importantes para se obter 5 < 0,15% (ou mesmo 5 < 
0,07%) no molde e para diminuir a profundidade da camada superficial, são como segue 
[13]: 
• Diminuir a adição de PTSA, idealmente menos de 50% da resina; 
• Adição suficiente de nodulizante, mas usualmente sem eliminação do defeito; 
• Menor temperatura de vazamento, usualmente menor do que 1.350 °C; 
• Misturadores com melhor manutenção e calibração, uso menor de areia reciclada, 
usualmente menos do que 70%; 
• Uma classificação efetiva de tamanho no sistema de recuperação de areia; 
• Composição de CaO/Mg/talco na proteção do molde, com contribuição na 
dessulfuração; 
• Cobertura protetora do molde de alta densidade, mas com eficiência limitada; 
• Ácido fosfórico em mistura com o PTSA, mas com a possível absorção de P. 
 A influência do oxigênio também precisa ser considerada na tecnologia de 
molde de resina, inclusive para os sistemas que incluem 5, especialmente devido ao 
fluxo turbulento, resina para cura frio baseadas em água, reação Mg-sílica ou formação 
de escória. A reação MgS-O é possível e a regeneração de 5 resultante irá sustentar uma 
perda suplementar de Mg. Resinas baseadas em Nitrogênio têm um profundo efeito na 
frequência e severidade dos defeitos de bolhas de gás superficiais, mas uma influência 
limitada na degeneração da grafita superficial. Um excesso de 60 ppm de N é suspeito 
de causar a grafita em floco e matriz perlítica, mas sua influência negativa pode ser 
limitada pela adição de Ti, terras raras ou Zr. 
 
4 SOLUÇÕES PARA A PRODUÇÃO DE FUNDIDOS DE FERRO NODULAR 
PARA MOINHOS DE VENTO 
4.1 A COMPOSIÇÃO QUÍMICA FINAL DO FERRO NODULAR 
(a) Os efeitos adversos da segregação de elementos associados com uma grande seção 
fundida resfriada lentamente podem ser reduzidos pelo controle da pureza dos materiais 
da carga e o aumento do número de nódulos de grafita ou a contagem das células 
eutéticas, respectivamente. 
(b) O balanço entre o carbono equivalente (CE) e o teor de Si tem de ser alcançado; alto 
o suficiente para prover uma contagem satisfatória de nódulos (usualmente mais de 60 
nódulos/mm2), mas baixo o suficiente para prevenir a formação de flotações de grafita e 
grafita maciça no centro térmico dos fundidos. Geralmente, uma faixa de 4,2% a 4,3% 
de CE (3,4% a 3,6% de C e até 2,2% de Si) é recomendada. 
(c) De forma a obter uma seção pesada de alta qualidade em fundidos de ferro nodular 
é necessário que o teor de P seja limitado a 0,03%, o teor de Mn até 0,02%, o teor de Cr 
até 0,05%, o teor de Ti até 0,025% e o fator cumulativo de influência perlítica (Px) até 
2,0. 
(d) Uma faixa de teor inicial de S, antes do tratamento de nodulização, de 0,005% a 
0,015% é benéfica para controlar a recuperação do tratamento com Mg, nucleação da 
grafita de nodular e a formação da fase de inclusões. 
(e) Uma faixa de teor de Mg final de 0,04% a 0,05% deve ser obtida em fundidos 
pesados; um Mg maior favoreceria a degeneração da grafita e aumentaria a quantidade 
de carbonetos intercelulares. 
(f) A ação antinodulizante dos elementos residuais (Bi, Pb, Sb, As, AI, Sn, etc.) até um 
nível correspondente a K1 = 2,0 poderia ser contra-atacada por adições de terras raras: 
essas adições são benéficas para K1 < 1,2 e pode ser usada como compulsória para K1 > 
1,2. 
4.2 MATERIAIS DA CARGA METÁLICA 
(a) Tem que haver um compromisso entre usar uma carga que seja suficientemente 
pura para evitar efeitos severos de segregação, e o uso de uma carga que é tão pura que 
resulte em grafita maciça ou grafita explodida. 
(b) Controle da composição química da sucata de aço, que tem possivelmente os 
seguintes elementos: P, V, Ti, Cr, Mo, B e Mn, o que pode resultar em fases de 
carbonetos ou fosfetos que se segregam nas fronteiras das células. Isso agora é um 
problema a ser resolvido e será um desafio ainda maior no futuro, pois haverá um 
aumento dos elementos de liga nos aços. Até 50% de sucata de chapas finas de aço 
(Mn<0,2%) na carga é uma referência. 
(c) O ferro gusa especial de alta pureza (tipo “Sorel metal”), que resulta da redução do 
minério de ilmenita (ou titanato de ferro, óxidos de Ti-Fe), tem um papel importante em 
capacitar as fundições para consistentemente atingir a qualidade e todas as especifi-
cações dos ferros fundidos nodulares de GGG 40.3/ EM-GJS-400-1 8U-LT, na condição 
de conforme fundido. A alta pureza e consistência desse ferro gusa peculiar é de alto 
valor, além dos outros conhecidos benefícios, especialmente para melhorar a “qualidade 
metalúrgica”do ferro líquido. Cerca de 30% a 40% de adição desse ferro gusa de alta 
pureza na carga do forno deve ser considerado como referência. 
(d) Até 30% de retorno de ferro nodular, tipicamente de produtos de ferro nodular 
ferrítico, são normalmente usados. 
 
4.3 MATERIAIS DE CORREÇÃO 
(a) Usualmente, até 1,2% de adição de C no banho metálico é registrado, como um 
recarburante grafítico, com uma alta recuperação de C e alta contribuição de elementos 
prejudiciais. 
(b) Dependendo da constituição da carga metálica e os parâmetros dos tratamentos 
posteriores (tratamento com Mg e inoculação), a liga de FeSi poderá ser usada para con-
trolar o teor de Si no ferro vazado, usualmente em menos do que 1% de Si. Precisa ser 
escolhido o FeSi de classificação para fundição na adição do forno, com baixo teor de 
Ca e AI. A espera do banho na temperatura de superaquecimento de no mínimo 1580 °C 
por 10 minutos, depois da adição do FeSi no banho é benéfica. 
(c) O pré-condicionamento do ferro base durante o período de vazamento é útil para 
melhorar a nodularidade e aumentar a contagem de nódulos, tal como a adição de 0,1% 
de material de alta pureza de carbono grafítico, com tamanho de partículas entre 
granulometrias -20/84+ ou de AI, Zr, pré-condicionador patenteado de Ca-FeSi [19]. 
 
4.4 LIGAS E PROCEDIMENTOS DE TRATAMENTO COM MG 
 As ligas mestras com Mg usadas na produção de ferro nodular normalmente são 
relacionadas com o sistema FeSi/Mg-Ca-Al-TR, em composições químicas variadas, 
dependendo da técnica de tratamento, da qualidade do ferro base fundido (Si, S, ele-
mentos antinodulizantes, etc.), do tempo de espera, das características dos fundidos de 
ferro nodular, etc. Tipicamente para os fundidos pesados de ferro nodular na indústria 
de moinhos de vento, temos: 
(a) Baixo teor de Mg (usualmente menos do que 7% na liga mestra), de acordo com o 
nível baixo de S no ferro base (usualmente menor do 0,02% de S). 
(b) Baixo teor de terras raras, usualmente menos do que 0,5% de terras raras na liga 
mestra, de acordo com a baixa ocorrência de elementos antinodulizantes no ferro base 
(carga de alta pureza) e efeitos negativos do teor excessivo de terras raras, 
especialmente para o ferro base de alta pureza, com a promoção de grafitas maciças e 
explodidas nesses casos. A contribuição dos terras raras precisa ser considerada, para a 
produção de um ferro base de menor qualidade. É possível evitar as terras raras, mas 
apenas em condições especiais. 
(c) Baixo teor de Ca (usualmente menos de 0,5 de Ca na liga mestra), como elemento 
que promove a grafita maciça no ferro base de alta pureza. A contribuição do Ca precisa 
ser considerada para um ferro base de baixa qualidade. 
 O tratamento com Mg precisa ser de acordo com o alto volume de ferro tratado, 
a necessidade de limitar a contribuição do Si (que promove a grafita maciça e a 
fragilização da ferrita em baixas temperaturas) e controlar a recuperação do Mg (nível 
baixo, mas consistente de Mg), para ter uma alta resistência à perda de poder de 
inoculação (tempos longos de espera e de solidificação), e finalmente, baixa 
temperatura de vazamento. 
(d) O método da cobertura em panela Tundish é recomendado para essa produção, como 
uma oportunidade para tratar um alto volume de ferro líquido em condições controladas. 
4.5 LIGAS E PROCEDIMENTOS DE INOCULAÇÃO 
 Na produção de fundidos pesados de ferro nodular, os objetivos da inoculação 
são totalmente diferentes, quando comparados com a produção de fundidos médios e 
especialmente de paredes finas. Geralmente, dois objetivos importantes precisam ser 
considerados: 
(a) A recuperação da nodularidade da grafita, em condições críticas de produção dos 
fundidos: perda intensiva de poder de inoculação (tempos longos de espera e de solidi-
ficação), nível baixo de Mg final residual (tipicamente para fundidos pesados, com forte 
controle da morfologia da grafita), temperatura baixa de vazamento. 
(b) Para obter uma contagem mínima de nódulos nas seções de fundidos pesados (mais 
de 60 nódulos/mm2), para limitar a segregação entre células eutéticas (ocorrência de 
grafita lamelar, carbonetos e de perlita) e formação de grafita maciça, respectivamente. 
 A composição química dos inoculantes precisa assegurar uma alta resistência à 
perda de poder de inoculação, a recuperação de nodularidade da grafita e evitar a grafita 
maciça / explodida. Uma composição química especial dos inoculantes precisa ser 
considerada para aplicações de temperatura baixa do metal (menor do que 1350°C). 
Sistemas de Sr-FeSi e Ba-FeSi (teor de Ca limitado) são normalmente usados. 
 A técnica de inoculação precisa estar em acordo com as características especiais 
desses fundidos. Normalmente os procedimentos de inoculação tardia são usados, tal 
como adição no jato de inoculante granulado (durante o enchimento do molde, tamanho 
do grão de 0,2 a 0,7 mm), adição de inoculante na bacia de vazamento (nas formas 
granular ou de inserto), aplicação na câmara de reação (normalmente na forma de 
grãos). A proporção de adição limitada de inoculantes é tipicamente de 0,15% a 0,30%, 
em relação ao ferro tratado. 
 
4.6 INTERAÇÕES QUÍMICAS ESPECIAIS EM FUNDIDOS PESADOS DE FERRO 
NODULAR 
 Dois grupos de elementos ativos são normalmente associados no ferro nodular 
para essa aplicação: elementos nodulizantes (Mg, terras raras) e antinodulizantes (Sb, 
Sn, Bi ou Pb). Para um forte controle do balanço das influências contraditórias desses 
elementos, é possível capitalizar sobre os efeitos benéficos da presença dos terras raras, 
tais como a melhoria da nodularidade da grafita e contagem de nódulos, sem a 
ocorrência de grafitas maciça e/ou explodida. Por essa razão, ao menos um elemento do 
segundo grupo é adicionado durante o procedimento de inoculação, em um teor muito 
baixo, tal como até 0,005% de Bi ou Pb e 0,01% de Sb ou Sn. Efeitos esperados nas 
estruturas de fundidos de moinhos de vento: alta nodularidade da grafita e contagem de 
nódulos e baixa incidência de morfologias indesejáveis de grafita. 
 
4.7 MOLDAGEM E VAZAMENTO DO FERRO 
 Moldes de areia ligados quimicamente (auto-curável, cura frio e caixa fria) são 
geralmente usados para a produção de fundidos de ferro nodular, devido à ocorrência de 
moldes fortes, e à possibilidade de uso da massalotagem diretamente aplicada, uma vez 
que um menor número e menores massalotes serão suficientes, ou mesmo um projeto 
sem massalote pode ser considerado (com um rendimento metálico no fundido de 90%). 
De forma a reduzir a ocorrência de defeitos nos fundidos, especialmente a degeneração 
da grafita, algumas soluções são recomendadas: 
(a) Baixo teor de S no molde (menos de 0,10% de S), especialmente com menor adição 
de ácido p-toluenossulfônico (PTSA, em inglês) em menos do que 50% da resina, mis-
turadores com melhor manutenção e calibração, uso menor de areia reciclada (menos do 
que 70%), uma classificação efetiva de tamanho no sistema de recuperação de areia, etc. 
(b) O ácido fosfórico é também considerado na mistura ou mesmo na substituição do 
ácido p-toluenossulfônico PTSA, de forma a reduzir a incidência e presença de S no 
sistema, TAM como um mix de 3 compostos de ácidos (1/3 de cada ácido USA, 
fosfórico e lático). 
(c) A proteção de molde com a composição CaO/MgO, com a contribuição da 
dessulfurização, como uma camada de CaO/MgO para parar o S e óxido de Zr para 
solução refratária. 
 A temperatura de vazamento baixa, normalmente menor do que 1350°C é 
necessária para fundidos de ferro nodular, não apenas para controlar a nodularidade da 
grafita, mas também para capitalizar sobre a ação da expansão da grafita, para a redução 
de defeitos de contração e necessidade de massalotagem, respectivamente. 
 
 
FONTE : Revista ABIFA Fundição & Matérias-Primas | Edição Especial | 
CADERNO TÉCNICOS 2011 | ANO XIV | DEZEMBRO DE 2011 | EDIÇÃO 139 | 
pag. 504 à pag. 519.