Microestrutura e des de Ferros Fundidos Nodulares

8/4/2019 Microestrutura e des de Ferros Fundidos Nodulares

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Microestrutura e propriedades de ferros fundidos nodulares

Correlação entre a microestrutura e propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas dos ferros fundidos dependem da matriz metálica, damorfologia e quantidade de grafita e ainda do tamanho e distribuição das célulaseutéticas.

As matrizes perlíticas proporcionam maior resistência mecânica, enquanto amatriz ferrítica, maior ductilidade e menor dureza. Podem-se obter também matrizesferrítico-perlítico para as quais as propriedades têm valores intermediários.

Os elementos de liga alteram as condições de equilíbrio entre as fases, principalmente o silício, pois ele é o elemento de liga em maior quantidade, depois docarbono nos ferros fundidos.

Considerando o efeito destas variáveis, a formação da ferrita é facilitada quantomenor for à velocidade de resfriamento da peça, maior a quantidade de grafita namicroestrutura, maior a ramificação do esqueleto da grafita lamelar ou mais elevado onúmero de nódulos e maior a quantidade de silício. A perlitização seria favorecida pelavariação contrária desses fatores e/ou com a adição de elementos de liga, como o cobre,o níquel e o estanho, denominados perlitizantes.

Os ferros fundidos nodulares possuem resistência mecânica muito mais elevadaque os ferros fundidos cinzentos, em virtude da maior homogeneidade de estrutura.Quando a grafita se apresenta na forma de nódulos, diminui sensivelmente o efeito deentalhe em comparação ao que se tem quando a grafita é lamelar. Desta forma, tanto aresistência quanto a ductilidade desses materiais são maiores que nos ferros fundidoscinzentos.

Quando a quantidade de grafita presente na microestrutura é maior, ocorregeralmente uma diminuição da resistência do ferro nodular, isso porque a distância paraa difusão do carbono torna-se menor, aumentando a tendência à obtenção de maior

porcentagem de ferrita na matriz. Nos ferros fundidos nodulares, uma mesma quantidade de grafita pode estar

diferentemente distribuída, havendo alterações do número de nódulos e,conseqüentemente, de seu tamanho médio. Isto provoca a formação de microestruturasdiversas, afetando diferentemente as propriedades mecânicas.

A velocidade com que a peça é resfriada é outro fator que determina a

constituição da matriz metálica. Um aumento da velocidade de resfriamento eleva avelocidade com que a transformação ocorre na zona F1 – P1. Deste modo, obtém-seestruturas predominantemente perlitícas, já que a transformação da austenita se dá,

principalmente, abaixo de P1 em decorrência da redução do tempo para a difusão docarbono na região F1 – P1. Outro efeito observado é a diminuição do espaçamentointerlamelar da perlita, o que proporciona um aumento da resistência da matriz.

É por essa razão que algumas vezes se efetua a desmoldagem à quente das peçasfundidas, para se obter um aumento da dureza, porém durante essa desmoldagem poder ocorrer trincas, em virtude do excesso de tensões internas, problema que se agrava como aumento da velocidade de resfriamento. Normalmente, na fabricação de ferro fundidonodular, não se efetua a desmoldagem a quente com o objetivo de se aumentar a

resistência. Esta prática é adotada nas fundições, em decorrência do aumento de produção.



Para ferros fundidos nodulares, foi observado que a alteração da porcentagem deFe-Si utilizado na inoculação, mantidas as demais variáveis constantes, não causoumodificação nas propriedades mecânicas de resistência. Isto esta relacionado asalterações de distribuição de impurezas, modificações da morfologia da grafita e damatriz metálica.

Assim nos ferros fundidos nodulares os teores de fósforo e enxofre sãosubstancialmente menores que nos ferros fundidos cinzentos, o que diminui o efeito dedistribuição desses elementos.

A morfologia da grafita não sofre modificação sensível nos nodulares, uma vezque é alterado apenas o número e, consequentemente, o tamanho de nódulos, o que nãomodifica significativamente o efeito entalhe. Ocorre, porém, uma diminuição dasdistâncias para a difusão do carbono durante a reação eutetóide, o que favorece aformação da ferrita. A resistência mecânica praticamente não será alterada, se a matrizmetálica não sofrer modificações sensíveis, isto é, quando a variação da proporção

perlita/ferrita for pouco significativa.

Efeitos dos elementos químicos

Os elementos normalmente presentes nos ferros fundidos com grafita esferoidalsão: carbono, silício, enxofre, fósforo e manganês. Além deles ainda possui onodulizante, que geralmente é magnésio ou cério.

O carbono e o silício influem na resistência mecânica, basicamente por seusefeitos nas quantidades de grafita presente na microestrutura e de austenita pró-eutéticaeventualmente formada, que alteram a matriz metálica obtida. Além disto exerceminfluência no poder grafitizante do banho metálico. A tendência à formação decarbonetos eutéticos diminui com o aumento dos teores desses elementos.

Quando o carbono equivalente sofre acréscimo, o limite de resistência à traçãodiminui, o mesmo acontece com a dureza.

Fig.

O aumento da relação Si/C provoca acréscimo das propriedades mecânicas deresistência. Todavia, a alteração desta relação é geralmente feita em função davelocidade de resfriamento das peças, não sendo, via de regra, processada paramodificar as propriedades mecânicas.

Os teores de enxofre encontrados em ferros fundidos nodulares são inferiores a0,03%. Portanto não causa efeito nas propriedades mecânicas de resistência.

O fósforo é encontrado geralmente em porcentagens menores que 0,1%. Todaviaesse elemento deve ser mantido abaixo desse valor para evitar a formação de steadita,que provoca diminuição da tenacidade.

O manganês promove a formação de perlita, aumentando as propriedades deresistência. Se seu teor for muito elevado, pode haver formação de carbonetos eutéticosna solidificação. Teores desse elemento, inferiores a 0,2%, favorecem a formação deferrita e acima de 0,4% promovem a obtenção de perlita.

Elementos de liga

São utilizados para se obter dureza e propriedades mecânicas de resistência mais

elevadas.



Os elementos de liga mais utilizados são: níquel, cobre, estanho molibdênio. Ovanádio, o cromo e o manganês são utilizados em menor escala, individualmente.

O níquel atua como grafitizante médio na solidificação, aumentando portanto ointervalo entre as temperaturas dos eutéticos estável e metaestável. Nas transformaçõesdo estado sólido o níquel é perlitizante, elevando desta forma os limites de resistência e

de escoamente, diminuído o alogamento e aumentando a dureza no estado bruto defusão. É necessário adições maiores que 5% para se obter matriz totalmente perlítica.O cobre também é um grafitizante na solidificação e um promovedor da

formação de perlita nas transformações no estado sólido. Adições de cobre elevam demaneira significativa os limites de resistência e escoamento, e a dureza, diminuindo oalongamento.

Teores de 0,1 a 0,2% de estanho possibilitam a obtenção de matriz totalmente perlítica. 0,2% de estanho promove um limite de resistência máximo, acima desse valor ocorre uma diminuição contínua desta propriedade.

O Molibdênio provoca um grande aumento da resistência mecânica e da dureza,diminuindo de maneira acentuada a dutilidade.

Características:

• excelente ductilidade (de até 20% em componentes recozidos);• tenacidade superior aos ferros fundidos brancos e cinzentos;• limite de escoamento mais alto que os demais ferros fundidos e aços comuns;• melhor resistência ao impacto e a fadiga que os ferros fundidos cinzentos;• baixa capacidade de absorver vibrações e• sua usinabilidade e a resistência ao desgaste dependem, basicamente, da• microestrutura da matriz

Micrografias de ferros fundidos nodulares



Microestrutura bruta de fundição:

Microestrutura após recozimento

Microestrutura após nitretação



Microestruturas obtidas após têmpera e revenimento

Tratamentos térmicos dos ferros fundidos nodulares

Os ferros fundidos podem ser submetidos a diversos tratamentos térmicos de modo a seatingir os seguintes objetivos:

• alívio de tensões provocadas pela solidificação;

• obtenção de maior ductilidade e melhor usinabilidade;• melhoria das propriedades mecânicas de resitencia;



• decomposição de carbonetos;• endurecimento.

Pode-se, de acordo com as propriedades a se alcançar, proceder a uma classificação os

tratamentos térmicos em: recozimento, alívio de tensões, normalização, têmpera, revenimento,austêmpera, martêmpera e endurecimento superfical.

Recozimento

Feito para se obter alívio de tensões, um máximo de ductilidade e uma maior usinabilidade em aplicações para as quais não há necessidade de uma elevada resistênciamecânica. Obtém-se estrutura ferrítica.

Alívio de tensões

Não produz modificações microestruturais significativas, somente alívio de tensões por microdeformações pláticas. Alivía as tensões do processo de fundição.

Normalização

Tem como objetivo um aumento das propriedades mecânicas de resistência, ou arestauração de propriedades do estado bruto de fusão, alterados por outros tratamentos térmicosanteriores. Produz uma estrutura homogênea de perlita fina, podendo-se obter estruturasmartensíticas em peças de pequena secção transversal.

Têmpera e revenimento

Realizado para se obter uma estrutura com determinada dureza, possuindo ainda algumaresistência ao impacto.

Obtêm-se com a têmpera uma sensível elevação da dureza, sendo necessário umrevenimento posterior para aliviar as tensões provenientes desse tratamento.

Austêmpera e martêmpera

A martêmpera tem por objetivo a obtenção de estrutura martensítica associada a umamínima distorção na peça.

A austêmpera é empregada quando se deseja, também, uma elevada dureza associada auma resistência mais alta ao impacto.

Endurecimento superficial

Obtenção de uma camada periférica de elevada dureza, associada a um núcleo aindarelativamente dúctil.



a)Ferrítico(comofundido) b)Ferrítico-perlíticoc)Ferrítico(recozido)

d)Temperado e revenido para 255HB



Ferrítico perlítico martensítico

Microestruturas austemperadas

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