5ª Lista – Materiais de Construção Mecânica 2

Entrega: 15-05-2013

Prof. Bruno Roberto Spirandeli

1 – De uma boa definição para ferros fundidos. Quais os principais tipos de ferros fundidos

existentes?

Ferro fundido é a liga Fe-C-Si, com teores de carbono acima de 2%, em quantidade

superior a que é retida em solução sólida pela austenita, de forma a resultar em carbono

parcialmente livre na forma de grafita. Os principais (fabricados em maior quantidade) são: fofo

cinzento, fofo branco, fofo maleável e fofo nodular.

2 – Explique detalhadamente as microestruturas:

1. Cementita;

Carboneto de ferro (Fe3C) contendo 6,67%C, muito dura e quebradiça. É a responsável

pela alta dureza e resistência dos aços de alto carbono, assim como pela sua menor

ductilidade. Possui estrutura ortorrômbica. (LRT – 30MPa; AL=0%; 650 HB).

ADCIO. Quando a solubilidade do carbono na ferrita é excedida, a cementita já pode

aparecer na estrutura dos aços.

2. Perlitica;

A perlita é um micro-constituinte lamelar formado por duas fases: ferrita (α) e cementita

(Fe3C), uniformemente dispostas em lamelas (uma após a outra) que se formam

simultaneamente durante a transformação. O nome perlita deriva da aparência de

madrepérola desta estrutura após um ataque com reagente apropriado e vista ao

microscópio a perlita existem como colônias, dentro de cada colônia as camadas estão

orientadas essencialmente na mesma direção, a qual varia de uma colônia para outra. A

camada mais clara é a fase ferrita, enquanto a fase cementita aparece como finas

lamelas de coloração escura.

3. Ferritica;

A ferrita (α) é o ferro puro na sua forma estável a temperatura ambiente, possui

estrutura CCC, baixíssima dureza e resistência e grande ductilidade. Pode manter

baixíssimos teores de carbono em solução (0,002% C). LRT=340MPa; AL=40%;

90HB .

4. Ledeburitica;

A microestrutura ledeburítica consiste em glóbulos de perlita sobre um fundo de

cementita abaixo de 727ºC. É Estrutura do eutético com 4,3% C à temperatura

ambiente. Mas a ledeburita não existe sempre nesta forma de glóbulos de perlita sobre um

fundo de cementita, pois, tomando-se uma liga com a composição eutética em seu

resfriamento desde a fase líquida temos que, assim que o liquido com esta composição se

solidifica, temos a formação de austenita e cementita, que é a primeira estrutura ledeburítica

formada. Conforme a liga vai se resfriando a austenita se transforma em perlita após 723ºC,

constituindo-se então de glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita.

3 – Explique de que forma a grafita altera as propriedades dos ferros fundidos.

Sabe-se que nos ferros fundidos o carbono pode estar presente de duas formas: a forma

combinada com o ferro, conhecida como cementita ou carboneto de ferro (Fe3C) ou na forma de

grafita, que é carbono livre, sozinho.

Os ferros fundidos com grafita ao invés de cementita possuem dureza menor e maior

tenacidade, além de grande capacidade de amortecimento (em função do movimento relativo

entre a grafita e a matriz), ótima usinabilidade (os ferros brancos onde o carbono esta todo na

forma de cementita não pode ser usinado em função de sua alta dureza) devido à característica

lubrificante da grafita e maior ductibilidade.

4 – Por que o silício é importante para os ferros fundidos? Para qual ferro fundido sua

importância é maior.

O silício é um elemento muito importante nestas ligas, sendo uma importante adição

quando se visa à produção de ferros fundidos com grafita precipitada (como o cinzento, nodular

e maleável), pois favorece a decomposição de cementita em austenita e grafita, diminui a

solubilidade do carbono na austenita mantendo mais carbono no líquido e amplia o campo de

estabilidade da grafita, favorecendo sua precipitação. Resumindo, o silício é um elemento

grafitizante, possuindo a característica intrínseca de favorecer a decomposição da cementita em

grafita.

5 – Observe o diagrama abaixo para a região de solidificação dos ferros fundidos.

1. Explique os fenômenos que ocorrem nos resfriamentos de duas ligas com composição

correspondente às linhas tracejadas x (2,5%C) e y (5%C), partindo de 1800ºC até a

temperatura ambiente (me diga as transformações que ocorrem e as estruturas que são

formadas quando as linhas tracejadas vão atravessando as diversas regiões do diagrama

até a temperatura ambiente.

Linha x – 2,5%C :

1. Acima da linha líquidus, a liga está totalmente liquefeita;

2. Ao atingir o ponto x1 começa a se formar austenita, coexistindo por um tempo austenita

+ líquido;

3. Quando chega no ponto x2 temos austenita + líquido;

4. Ao atingir o ponto x3 o líquido se transforma em ledeburita (constituída de cementita e

austenita nesta temperatura);

5. Ao atravessar a linha A1 toda a austenita se transforma em perlita (tanto a que estava

sozinha quanto a da ledeburita).

6. Assim, abaixo de 727ºC teremos perlita e cementita, mais precisamente glóbulos de

perlita sobre um fundo de ledeburita (que por sua vez agora pé composta de perlita e

cementita).

Linha y – 5%C:

1. Inicialmente a liga esta liquida;

2. Ao atravessar a primeira linha começa a se formar cementita, teremos portanto líquido +

cementita;

3. Ao atravessar a linha identificada como sólidus, todo o líquido começa a se transformar

em ledeburita (austenita + cementita);

4. Ao atravessar a linha de 727ºC toda a austenita se transforma em perlita, restanndo

portanto, a temperatura ambiente, teremos cristais alongados de cementita em um

fundo de ledeburita.

5. Caso a liga possuísse a composição eutética, quais seriam os produtos micro-estruturais

do resfriamento?

1. Ao se resfriar lentamente uma liga Fe-C com composição eutética, verifica-se que

exatamente no ponto C a mesma se solidifica, havendo duas fases em equilíbrio:

austenita de um lado e cementita de outro lado: este eutéctico cristalizado é chamado de

ledeburita e é consstituído por um fundo de cementita com aproximadamente 6,7% de

carbono e cristais dendríticos de austenita contendo 2% de carbono;

2. Continuando o resfriamento, verifica-se uma diminuição gradativa do teor de carbono de

austenita. Este fenômeno ocorre até que se tenha atingido a temperaturatura de 727ºC,

correspondente a 0,77% de carbono, até a linha abaixo da qual não mais pode existir a

austenita;

3. Ao ultrapassar esta liga a austenita se transforma em perlita assim sendo a ledeburita

abaixo de 727ºC até a temperatura ambiente é formada por glóbulos de perlita sobre um

fundo de cementita.

6 – Explique:

1. Qual a influencia da velocidade de resfriamento na formação dos ferros fundidos?

Velocidades de resfriamentos mais lentas favorecem o equilíbrio e a formação de grafita;

Velocidades maiores favorecem a formação de cementita (carboneto de ferro);

2. Qual a influencia da espessura das peças na formação dos ferros fundidos?

A espessura da peça se relaciona à velocidade de resfriamento: peças de grande

espessura podem se resfriar rapidamente na superfície, mas resfriam lentamente em seu

interior, formando-se mais carbono livre (grafita) no interior. Peças de seções finas

tendem a resfriar rapidamente, não dando tempo de se formar grafita, formando-se

então cementita, que é o carbono combinado com o ferro.

3. Que tipo de ferro fundido obteríamos caso usássemos moldes de areia?E se usássemos

coquilha?

Moldes de areia proporcionam resfriamento mais lento, dessa forma é provável

que tenhamos ferros fundidos com grafita precipitada como, por exemplo, o fofo

cinzento ou o nodular; já com o uso de coquilhas, que são moldes metálicos que

proporcionam rápida velocidade de resfriamento teríamos ferro fundido branco, onde

todo o carbono se encontra na forma combinada (cementita).

7 – Analise as imagens abaixo e responda as alternativas.

1. A figura 1 mostra uma metalografia de que material? Identifique os constituintes A e B

na microestrutura.

A figura mostra a estrutura ledeburítica de um ferro fundido branco. Esta estrutura

consiste a temperatura ambiente em glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita.

A = cementita;

B = perlita.

2. Na metalografia do ferro cinzento (figura 2) identifique o constituinte C.

C = grafita.

3. Identifique os microconstituintes D e E.

D = ferrita;

E = glóbulo de grafita.

4. Qual material esta representado na figura 4? Qual é o constituinte representado pela

letra F?

Ferro fundido vermicular. F = grafita.

5. Qual o constituinte representado pela letra G? Que ferro esta representado na figura 5?

G = perlita. Ferro fundido nodular perlítico (ou com matriz perlítica).

6. A estrutura da figura 6 representa que material? Qual o possível tratamento

(resfriamento) que este material sofreu para desenvolver esta micro-estrutura

Ferro fundido branco. Pode-se ver os glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita

(branca)