A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
15 pág.
Desempenho de fundidos pesados de ferro nodular para moinhos de vento

Pré-visualização | Página 2 de 4

do 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 resultante