fofos ccarga norma defeitos

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MAM0204

Profa. Fernanda Bordin:

Ferros Fundidos Normas e Fabricao de Fofo Nodular e Cinzento Defeitos de Fundio

1 Ferros Fundidos:

1.1 Histria:

As origens dos ferros fundidos datam de 600 anos antes de Cristo, na China, quando eram usados

para fabricao de panelas, arados e esttuas. No lado ocidental, foi introduzido na Europa em torno de

1400 depois de Cristo. (Os chineses inventaram a bssola, a plvora e, pasmem, a imprensa, muito antes

dos ocidentais. Pois o mesmo aconteceu com os ferros fundidos).

Somente no sculo XVIII que se iniciou a produo em massa de ferros fundidos e seu uso

subsequente como material estrutural. Um grande salto de qualidade foi dado pouco depois da segunda

guerra mundial, em 1948, quando o Morrogh (dizem que acidentalmente) deu um jeito de arredondar a

grafita sem precisar de tratamento trmico. Pimba!!!! Criou-se o nodular !

E qual o "lance" que torna os ferros fundidos to usados?

Uma srie de motivos:

Primeiro, eles oferecem ao projetista uma opo de material de baixo custo que pode ser

facilmente fundido (ponto de fuso prximo a 1150 C para ligas eutticas, enquanto os aos esto em

torno de 1500 C) e vazado em uma ampla variedade de formas complexas. (Voc j pensou no custo de

um motor de automvel , com todos aqueles detalhes geomtricos, se ele tivesse que ser feito

totalmente por usinagem a partir de um bloco macio?).

Segundo porque, mesmo comparando com aos fundidos, devido ao maior teor de carbono,

possuem maior fluidez, menor contrao de solidificao e maior usinabilidade , resultando em maior

preciso dimensional, maior estanqueidade (menor possibilidade de porosidade interna). Tais aspectos

permitem obter peas de ferro fundido (cinzento ou nodular) com custos de 30 a 40 % mais baixos que

peas fundidas em ao.

Alm disso, os ferros fundidos possuem algumas propriedades fsicas que os tornam vantajosos

em relao aos aos fundidos. Um exemplo o caso de resistirem mais ao desgaste por possurem grafita,

que age como lubrificante. Outro exemplo que a grafita introduz maior amortecimento de vibraes,

sendo conveniente para bases de mquinas. Certos tipos de ferros fundidos (os chamados brancos) no

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possuem grafita e so muito duros, sendo particularmente convenientes para materiais que devem

resistir ao desgaste abrasivo (De novo.j pensou no custo de usinagem de uma pea com geometria

complexa e que deve ser muito dura para resistir abraso?) E hoje? Qual a situao?

Hoje, os ferros fundidos constituem um grupo de materiais que abrange uma ampla gama de

microestruturas e, por isso mesmo, podem ser fabricados com uma ampla gama de propriedades. Alguns

so usados onde se exige elevada resistncia ao desgaste por abraso, outros para resistir corroso,

outros para resistir s temperaturas elevadas e outros ainda simplesmente porque se necessita de um

baixo custo de fabricao para obter peas com geometrias complexas.

1.2 Conceito: Ferro Fundido o termo genrico utilizado para as ligas Ferro-Carbono nas quais o

contedo de Carbono excede o seu limite de solubilidade na Austenita na temperatura do euttico. A

maioria dos ferros-fundidos contm no mnimo 2% de carbono, mais silcio (entre 1 e 3%) e enxofre,

podendo ou no haver outros elementos de liga.

1.3 Diagrama Ferro Carbono

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1.4 Classificao dos Ferros Fundidos pelo Tipo de Grafita

1.4.1 Ferro fundido Cinzento - Grafita Lamelar

1.4.2 Ferro Fundo Nodular ou Dctil Grafita Nodular

1.4.3 Ferro Fundido Vermicular Grafita Compacta

1.4.4 Ferro Fundido Branco:

Matriz com martensita, cementita ou carbonetos de ferro e/ou de cromo e perlita (ledeburita) (1.4.5 Ferro Fundido Malevel)

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Tamanho da Grafita

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1.5 Composio Qumica Geral dos Ferros Fundidos

1.6 Normas

Os ferros fundidos no so classificadas quanto a seu tipo de grafita e composio qumica apenas.

Toda as normas evidenciam a resistncia mecnica, a dureza, a resistncia ao impacto e a microstrutura

para estabelecer a classe ou tipo de ferro fundido cinzento, nodular ou outro. Por isso quando nos

referimos um tipo de ferro fundido pela classificao via norma sabemos suas principais caractersticas:

Segundo as normas ABNT EB-126 e DIN 1691, os ferros fundidos cinzentos so designados por FC

(ABNT) ou GG (DIN), seguidos dos algarismos representativos do limite mnimo de resistncia trao em

kgf/mm2 (FC10 a FC 40)

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A ASTM A48 tambm classifica os ferros fundidos cinzentos de acordo com a resistncia

mecnica. Os nmero 20 60 correspondem aos limites de resistncia a trao em ksi (1000 lb/pol2)

sendo:

-classe 20 - 14,0 kgf/mm2 (140MPa)

-classe 25 - 17,5 kgf/mm2 (175 Mpa)


-classe 35 - 24,5 kgf/mm2 (245 MPa)




Norma DIN (alem),Norma SAE AISI ASTM (americana),Norma ABNT (brasileira)

1.6.1 Exemplos:

Ferros Fundidos Cinzentos: GG 20 ou FC 200/ GG25 ou FC 250

Segundo a norma ABNT/SAE ou DIN os dois primeiros dgitos significam ferro fundido cinzento, isto ,

possui grafita lamalar. Os nmeros indicam a resistncia mxima trao: 200MPa. Por ser um ferro

fundido de baixa resistncia mecnica sua microestrutura ou seja a quantidade de ferrita maior do

que a quantidade de perlita. FC 200

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SAE FC 250

Propriedades mecnicas dos Ferros Fundidos cinzentos - Norma ABNT NBR 6589:

........Uma parada para a falar de Microestrutura!

O que mesmo microestrutura? perltica ? ferrtica?martenstica...

Durante a solidificao quanto menor a quantidade de Carbono e maior a quantidade de silcio

maior probabilidade da microestrutura ser ferrtica isto , os gros so menos resistentes e mais dcteis,

sua colorao branca e possuem uma quantidade de ferro muito maior que a quantidade de carbono.

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Ferrita: Ferro em soluo slida. Possui matriz macia e boa

ductilidade, mas possui baixa restncia trao.Sob ataque, se

Apresenta geralmente de cor branca. Ferro + 0,025%C

Perlita: Fase lamelar constituida de camadas alternadas de Ferrita e

cementita. A cementita um Carbeto ou carboneto de ferro

Intermetlico com 12 tomos de Fe e 4 tomos de C.

Quando ligada ferrita forma a perlita

Com resfriamento rpido fica em forma de carboneto de ferro

formando uma microestrutura de carbonetos dispersos na ferrita

chamada de Ledeburita (coquilhamento)

Martensita: Estrutura dura formada geralmente por tratamento trmico de

Austenitizao e Tmpera. frgil e por isso necessidade de revenimento

ou alvio de tenses(martensita revenida)

Austenita: Primeira fase formada durante a solidificao ( 1148 C).

Geralmente transforma-se em outras fases. vista somente em certos

tipos de ligas como oa aos Inoxidveis austenticos 18Cr.8Ni

Estas so as principaos fases que formas a microestrutura dos metais

ferrosos, porm existem outras!

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1.6.2 Exemplos Ferros fundidos nodulares

Neste caso as letras FE designam o tipo de grafita nodular e os dois algarismos a mais, indicam o

alongamento (%)

CLASSE : ABNT FE45012 ou ABNT FE42012 ou DIN GGG 40 ou SAE D 400

um ferro fundido nodular com grafita tipo I e II , em uma matriz quase totalmente ferrtica.

constituda de grafita em forma de ndulos, apresentando tamanho 6 8 e no mximo 12% de

carbonetos dispersos.

Tem como principais caractersticas uma boa usinabilidade, bom acabamento superficial e

excelente estanqueidade.

CLASSE FE 55006 OU ABNT 50007 ou DIN GGG 50 ou D 500

um ferro fundido nodular constitudo com grafita em forma de ndulos, tipo I e II,tamanho 6

8, a matriz totalmente perlitica/ferritica, com aproximadamente 50% de perlita, podendo ter no

mximo 12% de carbonetos dispersos. Este material possui elevadas propriedades mecnicas, bom

acabamento superficial e boa temperabilidade.

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FE 70002 ou ABNT FE 70002

um ferro fundido nodular constitudo com grafita em forma de ndulos, tipo I e II,tamanho 6

8, a matriz predominantemente perlitica podendo ter aproximadamente 25% de ferrita e no mximo

12% de carbonetos dispersos. Sua matriz proporciona elevada temperabilidade,

Propriedades mecnicas ferros fundidos nodulares Norma ABNT NBR 6916

Resistncia ao Impacto

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Propridades mecnicas dos Ferros Fundidos vermiculares

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1.7 Aplicaes de alguns ferros fundidos cinzentos e nodulares

FC200 Peas e componentes diversos (propriedades mecnicas moderadas), Suportes, Mesas para mquinas, Polias, Roldanas, Flanges, Contra pesos, Buchas, etc. FC300 Peas e componentes sujeitos a desgastes, mbolos, Buchas, Vlvulas Hidrulicas Cabeotes, Cremalheiras, Guias, etc. FE45012 Componentes hidrulicos que trabalham sob presso.Blocos Manifold, Camisas para injetoras Tampas, Vlvulas Hidrulicas, Engrenagens, Porcas, Eixos, etc FE 55006 Peas e componentes resistentes a desgastes, para tratamentos trmicos superficiais.Porcas, Engrenagens, Eixos, etc. FE 70002 Peas e componentes que requerem elevada temperabilidade para tratamento trmicos, normalizao e tempera superficial.

1.8 Influncia dos elementos de liga

Os ferros fundidos so basicamente formados por Ferro, Carbono, Silcio e Mangans podendo ou

no ter outros elementos de liga que melhorem suas propriedades mecnicas, trmicas e eltricas, etc...

Quanto s propriedades mecnicas, estas aumentam com:

BAIXOS CE (carbono equivalente) VEIOS DE GRAFITA CURTOS / REFINADOS EM FC, ELEVADO NMERO

DE CLULAS EUTTICAS, ELEMENTOS PERLITIZANTES Cr , Cu , Sn , Sb , Ni , Mo

Os quatro tipos de ferros fundidos comercialmente existentes so o Cinzento, Dctil ou nodular,,

Branco e Malevel. Todos estes tipos, exceto o Branco, so compostos de uma fase graftica em uma

matriz que pode ser ferrtica, perltica, baintica, martenstica temperada ou uma combinao destas.

Os ferros fundidos sem elementos de liga so aqueles que possuem em sua composio qumica:

Carbono, Slicio, Mangans , Enxofre e Fsforo o mnimo possvel e Magnsio, se este for nodular, alm

de outros elementos em quantidades mnimas chamados de residuais que ajudam na formao da

microestrutura e grafitizao como Cu, Mo, Cr, Ni...

Ainda o Si, Ni, Cu, favorecem a formao de estrutura graftica (estvel), sendo destes o Silcio o

mais importante, pois aumenta a velocidade de decomposio da cementita para formao da grafita.

Elementos como H, B, N, S, Cr, Mo, Mn mesmo em pequenas quantidades favorecem a obteno de

carbonetos, resultando numa estrutura metaestvel tpica dos ferros fundidos brancos.

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Elementos Qumicos:

1. Carbono (teores 2,70 a 3,90%) Varia de acordo com a seo da pea.

Aumenta: Fluidez, Percentual de grafita, Condutividade trmica, Amortecimento de vibraes

Diminui: Tendncia ao coquilhamento, Propriedades mecnicas de resistncia,

Prejudica o acabamento superficial aps a usinagem

.

2. Silcio (teores 1,5 a 2,9%) - forte grafitizante, reduz coquilhamento, favorece a Ferrita, reduz a

resistncia ao impacto (Fe).

O Silcio influencia nas propriedades mecnicas do ferro fundido dctil temperatura ambiente

atravs da formao de soluo slida e endurecimento da matriz ferrtica.

3. Mangans: (teores 0,2 a 1,0 %) Neutraliza enxofre, forma Perlita e Carbonetos (segregao).

% Mn = 1,7 (% S) + 0,15 0,20 ferrtico, % Mn = 1,7 (% S) + 0,30 0,40 perltico.

perlitizante, contudo forma grafita rugosa que pode favorecer a ancoragem do carbono, a dureza

(HB).

O enxofre quando combinado com o ferro formando o FeS tende a ser muito prejudicial devido ao seu

baixo pontos de fuso. Seu efeito pode ser controlado atravs da adio de Mn, que favorecer a

formao do MnS, muito estvel e com elevado ponto de fuso.

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4. Enxofre (teores 0,02 % FE e 0,06 a 0,12 % FC)

Ajuda a controlar a grafitizao nos teores indicados. Quando no neutralizado segrega para contorno de

clula, formando o Sulfeto de Ferro que fragilizante. Tambm promove a formao de Cementita. Nos

teores indicados favorece a atuao de compostos inoculantes, grafitizantes (MnS). Porm o enxofre

sozinho no age como inoculante. Nos nodulares: Limita a produo de nodular, se presente em teores

acima dos indicados (0,03%mx).

5. Fsforo (teores 0,02 a 0,15 % FC) (0,10 % mximo FE) - Altos teores aumentam a fluidez, mas

causam fragilizao intensa em virtude da formao de Steadita. Fraco promovedor de grafita, diminui

significativamente a usinabilidade.

6. Cobre (teores at 1,0%mx) - Elemento de ao grafitizante, adicionado como perlitizante.

7. Estanho (teores at 0,10 % em FE e at 0,15 % em FC)

Forte efeito perlitizante. Aumenta a dureza e resistncia trao, mas tende a reduzir a

tenacidade. Segrega para contornos de clulas, tendendo a fragilizar o material. Particularmente

eficiente na eliminao de ferrita junto grafita tipo D. Nos FE elevados teores resulta na formao de

grafita no esferoidal.

8. Nquel (teores at 1,5 %) - Efeito perlitizante e estabilizador de perlita. Ao grafitizante. Auxilia na

obteno de ferros fundidos bainticos (ADI-Austemperado Ductil Iron).

9. Molibdnio (teores at 0,6%) - Leve tendncia formao de carbonetos. Favorece a obteno de

materiais bainticos. Promove a obteno de perlita fina. Aumenta significativamente a temperabilidade

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e a resistncia a fluncia e a fadiga trmica. Altos teores de Si combinados com o Mo tendem a elevar

significativamente os limites de resistncia dos ferros fundidos dcteis e cinzentos, bem como melhorar

seu comportamento fluncia.

10. Cromo (at 0,35%) - Forte promovedor de formao e estabilizao de carbonetos. Perlitizante. Pode

aumentar a resistncia oxidao e ao desgaste. Segrega-se para contornos de clulas.

O Cromo forte estabilizador de carboneto; pporcentualmente em pso, favorece a obteno de um

ferro fundido branco com o mesmo poder que o silcio favorece a de um cinzento.

11. Bismuto: (teores at 0,02%) - Promove a formao de formas anormais de grafita e

aumenta substancialmente a tendncia ao coquilhamento

.

12. Titnio (teores at 0,15%) - Promove a formao de grafita do tipo D.

13. Chumbo (teores at 0,005%) - Resulta na presena de grafita de Widmanstaetten.

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14. Alumnio (teores 0,005 a 0,02%) - Promove a formao de pinholes, um Grafitizante poderoso.

15. Antimnio (teores at 0,05%) - Promove a formao de perlita, Reduz a quantidade de ferrita nas

regies adjacentes s superfcies de machos.

16. Magnsio (teores 0,02 a 0,06 % FE) - Promove a formao de grafita nodular, Diminui os teores de

enxofre e oxignio do metal base, durante o processo de nodularizao. Elevados teores forma

carbonetos e microrechupes.

1.8 Carbono equivalente e Diagrama de equilbrio

Tratando-se de ligas Fe-C-Si, o estudo da solidificao dos ferros fundidos fundamentado no

diagrama ternrio Fe-C-Si. Entretanto, para teores de Si de at 3%, os cortes pseudobinrios do diagrama

Fe-Si-C so muito similares ao diagrama Fe-C. De fato, ocorre uma diminuio da quantidade de C do

ponto euttico e uma pequena alterao das temperaturas que representam o equilbrio. Assim a

solidificao dos ferros fundidos contendo grafita pode ser estudada com o diagrama estvel Fe-C

considerando-se ao invs de carbono, uma grandeza denominada carbono equivalente (CE).

O carbono equivalente (CE) considera os efeitos do Si e P sobre o ponto euttico do diagrama Fe-

C, sua expresso definida como:

%CE= %C + 1/3( %Si + %P)

A porcentagem de carbono correspondente ao euttico do diagrama estvel seria de 4,26%.

Entretanto, emprega-se uma aproximao, considerando como euttico aqueles que possuem CE = 4,3%.

O estudo da solidificao dos ferros fundidos sem grafita (ferros fundidos brancos) realizado com o

auxlio do diagrama metaestvel Fe-Fe3C e a dos ferros fundidos com grafita com o diagrama estvel Fe-C

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2. Processo de fabricao

2.1 Ferro fundido Cinzento

So de fcil fuso alm de apresentar temperaturas de fuso relativamente baixas, a

solidificao dos ferros fundidos cinzento apresenta uma expanso de volume devido a precipitao da

grafita formada pelo tratamento de inoculao do fundido.

Esta expanso pode superar a contrao do lquido, minimizando a quantidade e o volume de

massalotes para a alimentao das peas fundidas. De fato, peas de geometria complexa podem

ser obtidas com projetos de alimentao simples.

A grafita em veios forma um esqueleto contnuo proprcionando ductilidade nula e tenacidade superior

aos ferros fundidos brancos. Sua fratura apresenta colorao escura.

2.1.1Inoculao:

Veios de grafita observados em MEV (microscpio eletrnico de

varredura)

O processo de inoculao define o tipo de grafita lamelar,

sua forma, tamanho, estabilidade, entre outros, que se deseja.

Alm da grafitizao, a quantidade de inoculante influenciar nas

propriedades mecnicas e no tipo ou classe do ferro fundido que

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se deseja, alm de gerar diferentes defeitos se fora do especificado.

POR QU?

Qual o inoculante? Geralmente FeSi75 (75%Si e 25%Fe)

Rendimento?(definir)

Pureza?(definir)

O rendimento de cada ferro liga no deve ser calculado para cada empresa forno ou processo utilizando a

frmula inversa ao clculo de correo, analisando-se antes e depois da adio em diferentes tempos:

R = %objetivada - % banho x kg do forno

%PUREZA/100% X KG DE FE LIGA ADICIONADOS

Ex FeSi:p= 85% e r= 80%

1 Exerccio em grupos de 4:

Composio qumica tpica dos ferros fundidos cinzentos 3,20 a 3,70% C 1,50 a 2,10% Si 0,3 a 0,80% Mn 0,06 a 0,20% S 0,06 a 0,20% P Calcule a quantidade necessria de inoculante e/ou outros elementos de liga se necessrio, para fabricar 1.000.000 kg de ferro fundido cinzento em panela de vazamento de 400kg. A carga lquida possui a seguinte composio qumica: 3,4%C, 1,3%Si, 0,4%Mn, 0,06%S, 0,04%P - grupo 1: Fabricar um Ferro Fundido Cinzento Ferrtico (Norma DIN GG ___________) -grupo 2: Fabricar Ferro Fundido Cinzento um Ferrtico-Perltico (Norma DIN GG____________)

- grupo 3: Fabricar um Ferro Fundido Cinzento Perltico (Norma DIN GG___________)

Verifique a %CE?(%CE

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2.2 Ferro Fundido Nodular: Inoculao e Nodularizao

A grafita esferoidal obtida pela adio de elementos denominados nodulizantes ou

nodularizantes, que modificam o a forma de crescimento da grafita. Os elementos nodulizantes mais

comuns na indstria so: o magnsio, o crio, o clcio e terras raras.

O Mg o mais utilizado. Recomendam-se teores entre 0,04% e 0,05% de Mg.

J para o Ce, teores entre 0,02% e 0,04% e no caso de Ca, entre 0,01% e 0,02%.

A presena de impurezas, como enxofre, antimnio, chumbo, telrio ou bismuto, apresenta efeito

deletrio sobre a nodulizao. Existem bibliografias que indicam teores de Mg de apenas 0,02% seriam

suficientes para promover a nodularizao da grafita, desde que os teores de impurezas, principalmente

S, sejam mantidos baixos. Porm na prtica no se deseja trabalhar no limite nunca!

OBS. Teores acima de 0,020%S afetam o processo de nodularizao da grafita, bem como teores

acima de 0,5%P provocam forte fragilizao da microestrutura.

Adies de elementos de liga como o Cr e Ni promovem a estabilizao da perlita, aumentando a

resistncia mecnica e a resistncia corroso.

Para algumas aplicaes especficas, como anis de pisto, so empregadas adies de at 0,5%

de Mo ou Nb visando a formao de carbonetos que aumentam a resistncia ao desgaste. Estas adies

tambm estabilizam a microestrutura e, consequentemente, as propriedades em temperaturas elevadas

(~650C).

O nodularizante adicionado na forma pura (Mg metlico) ou na forma de anteligas:

Ni-20%Mg, Cu-15%Mg ou Fe-Si-Mg. A adio pode ser realizada por meio de sino ou fio, entretanto, na

maioria dos processos modernos, a introduo realizada em fornos pressurizados ou no. O processo

de nodularizao tem um perodo definido de eficincia. A permanncia do metal em temperaturas

elevadas aps a nodularizao afeta de modo adverso a morfologia da grafita e, consequentemente, as

propriedades mecnicas do fundido.

Esta forma de grafita esferoidal propicia tima ductilidade (de at 20% em componentes

recozidos); tenacidade superior aos ferros fundidos brancos e cinzentos; limite de escoamento mais alto

que os demais ferros fundidos e aos comuns; melhor resistncia ao impacto e a fadiga que os ferros

fundidos cinzentos; baixa capacidade de absorver vibraes e sua usinabilidade e a resistncia ao

desgaste dependem, basicamente, da microestrutura da matriz.

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Efeito do tempo aps a nodulizao na microestrutura da grafita

Alguns autores indicam o processo de nodularizao antes do processo de inoculao, outros,

depois e outros ainda utilizam somente nodularizantes.

O processo mais utilizado inoculao no forno de fuso seguido do processo de nodularizao

na panela de reao. OU Nodularizao na Panela de Reao e inoculao no jato de transferncia da

panela de reao para a panela de vazamento.

A quantidade de inoculante e nodularizante dependem das propriedades mecnicas que se deseja

ou seja depender da classe de ferro fundido nodular que ser fabricado, bem como de Carbono e outros

elementos de liga.

Por isso o clculo do Carbono equivalente necessrio para evitar rechupes ou incluses de

carbono que no se dissolvem no banho, ou segundo a bibliografia a 3,9< %CE < 4,3 (.... 4,6...4,8

dependendo da forma processo e tamanho da pea).

Geralmente se utiliza como Inoculante o mesmo FeSi75% e como nodularizante FeSi Mg 7% com

%Si entre 55% e 63%, isso depender do fornecedor utilizado.

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2. Exerccio em grupo Composio qumica tpica dos ferros fundidos nodulares: 3,2 a 4,1 %C 1,8 a 3,0 %Si 0,1 a 1,0 %Mn 0,005 a 0,020 %S 0,01 a 0,1 %P 0,03 a 0,08% Mg Calcule o Carbono equivalente, e a quantidade de inoculante e nodularizande a ser adicionado para produo dos seguintes ferros fundidos nodulares, para um forno de 1 tonelada, panela de reao de 600 kg (utiliza-se 2/3 do volume) e panela de vazamento de 400 kg. A carga lquida no forno possui a seguinte composio qumica: 3,3%C, 1,8%Si, 0,02%S, 0,05%P, o,o6%Mg

ABNT/ ASTM SAE J434 Microestrutura

Grupo 1: FE 42012 D4512 ___________________________ Grupo 2: FE 50007 D5006 ____________________________ Grupo 3: FE 70002 D7003 _____________________________

%Ce=%C + 1/3 (%Si f + P)

Sif= Si carga (= 1,8%)+ z%Si inoc + y%Si nod

Si Nodularizante FeSi(53%)Mg(7%):

x%FeSiMg = (0,06%Mg / 0,007 / 0,5 )

x%FeSiMg = y%Si / 0,53 / 0,8

kg de nodularizante= x%FeSiMg /100% x kg panela de reao

Si Inoculante FeSi(75%):

0,2% mn 1% Max

Para Perlticos: Baixo Si (0,2%FeSi)

Para ferrticos: Alto Si (0,8%-1% FeSi)

AB%FeSi = z%Si/0,75/0,8

Kg inocul = AB % / 100% x kg panela re deao ou de vazamento conforme o processo a ser utilizado

%Ce?

3,9%

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3 Clculo de Carga de Ferros Fundidos Cinzentos

Chamamos de objetivo o tipo de liga de ferro fundido a ser fabricada dentro das especificaes

normalmente informadas pelo cliente ou pela engenharia

Objetivo %C %Si %Mn %P %S

ABNT FC300/DIN GG30 Mn 3,2 1,9 0,8 0,025 0,05 Grupo1 e

Mx 3,6 2,4 1 0,07 0,12 Grupo2

ABNT FC200/DIN GG20 Mn 3,1 1,9 0,6 Grupo3 e

Mx 3,4 2,4 0,9 0,12 0,15 Grupo4

Composio Qumica da Carga:

1.Sucata de ao 1020 0,18 0,5 0,5 0,05 0,05

2.Sucata de ao 1045 0,45 0,6 0,6 0,05 0,05

3. Ferro Gusa 3 1,8 0,5 0,02 0,05

4. Retorno limpo de DIN GG25 3,2 2 0,75 0,05 0,05

FeLigas Pureza Rendimento

Inoculante(FeSi75%) FeSi 75%=0,75 65%=0,65

Carbono 99% : 0,99 90%= 0,9 ***

FRMULAS

1: %Ce=%C final +1/3Sifinal+1/3Pfinal+ ....

2. Sif= %Si carga + % Si do Inoculante

3. %Si Carga= %Si sucata 1 x % de sucata 1/100%)+(%Si da sucata 2 x %Sucata 2/100%)+.........

4. Idem para % C da carga, Mn... 9corrigir se houver necessidade).

6. %Si do inoculante: Idem exerccio anterior

Permite-se geralmente a utilizao de 0,2 % 1%de FeSi (ou mais caso haja necessidade de correo)

7. Clculo de correo:

kg de FeSi para = [(%Si objetivada - %Si da carga)/ 0,75/0,65] /100% x kg a serem fabricados

kg de Carbono = [(%C objetivada - %C da carga)/ 0,9/0,99 /]100% x kg a serem fabricados

kg de FeMn = (%Mn objetivada - %Mn da carga)/ 0,85/0,9 /100% x kg a serem fabricados

Obs: As boas prticas de fundio recomendam utilizar no mximo 50% de retorno.

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Etapas:

1. Definir a composio qumica da liga objetivada em funo do Carbono Equivalente ou

microestrutura indicada na norma.

2. Calcular o Cequivalente (1)

3. Com a Composio qumica objetivada definida definir a % de cada componente da carga

a ser utilizada e a % de Inoculante

4. Calcular a quantidade de fe-ligas a serem adicionadas para correo, se necessrio

5. Transformar tudo em kg= (X% / 100%) x kg do forno ou panela

4 Clculo de Carga para Ferros Fundidos Nodulares

Normas

ABNT/ ASTM SAE J434

FE 42012 D4512

FE 50007 D5006

FE 70002 D7003

C.Qumica

%C: 3,2 - 4,1 _ %Si: 1,8 - 3,0 _ %Mn: 0,1-1,0 %S: 0,035 mx _ %P: 0,05mx _ %Mg: 0,025 - 0,06%

Objetivo %C %Si %Mn %P %S Outros Mg

1. ABNT FE 42012 Mn 3 2.2 0,1-0,35%Cu 0,04-0,10%

Mx 3,8 3,1 0,5 0,14 0,025

2. ABNT FE 50007 Min 3 2.2 0,1-0,35%Cu 0,04-0,10%

Mx 3,8 3,1 0,5 0,14 0,025

Composio Qumica da Carga:

1.Sucata 1020 0,2 0,4 0,3 0,05 0,05

2. Gusa 3 1,8 0,5 0,02 0,05

3. Retorno de DIN GGG 40 3,4 2,5 0,35 0,05 0,03

FeLigas Pureza Rendimento

Inoculante(FeSi75%) Si75%: 0,75 65% : 0,65

Nodularizante(FeSiMg) (53%Si-7%Mg):0,53Si - 0,07Mg 60%:0,6

Carbono 99% : 0,99 90% : 0,9

FeMn 85% : 0,85 90% : 0,9

24

FRMULAS

1:%Ce=%C+1/3Sif+1/3P+...

2.Sif= (%Si Carga+%Si do Inoculante+% Si do Nodularizante

3. % Si Carga

%Si carga=(%Si sucata 1 x % de sucata 1/100%)+(%Si da sucata 2 x %Sucata 2/100%)+.........

Idem para %Mn, %C...

4. %Si Inoculante %Nodularizante

Ver exerccio

6. Clculo de Correo (Kg)

kg de FeSi= [(%Si objetivada - %Si da carga+In+Nod)/ pureza de FeSi/Rendimento do FeSi] /100% x kg a

serem fabricados no forno

Kg de FeMn= (%Mn objetivada - %Mn da carga)/ 0,85/0,9 /100% x kg a serem fabricados no forno

Kg de C=(%C objetivada - %C da carga)/ 0,9/0,99 /100% x kg a serem fabricados no forno

7. kg de Inoculante=%Inoculante/100% x kg carga( panela de vazamento ou reao)

8. Kg de nodularizante=%nodularizante/100% x kg carga (panela de reao)

9. Kg de sucata 1,2,3...=%sucata1,2,3/100% x kgforno - Fe ligas adicionadas( se em grande

quantidade)

Etapas:

1. Definir a composio qumica da liga objetivada em funo do Carbono Equivalente

Calcular o Cequivalente e as % de Inoc e Nod

2. Definir a % de cada componente da carga a ser utilizada (%1020 + % retorno + % gusa)

3. Calcular a quantidade de fe-ligas a serem adicionadas para correo, se necessrio;

4. Calcular a quantidade de sucata para 1 tonelada no forno, 600 kg na panela de reao e 400kg para

panela de vazamento

Obs 1: Usar na carga: mximo 50% de retorno e menor adio de ligas

25

Exerccio Prtico: clculo de carga, fuso e anlise crtica embasada teoricamente (metalografias e dureza

x propriedades mecnicas - norma )

Identificar e justificar os defeitos de fuso em F( %Ce): rechupe ou incluso de C e defeitos do processo de

Fundio em Areia, se houver.

Dica:Propriedades mecnicas aumentam com menor %Ceq definido dentro das especificaes

Exerccio para entregar:

1. possvel fabricar o ferro fundido nodular ABNT FE 38012 com 100% de Sucata de ao baixa liga SAE

4340 com 0,4%C; 0,6%Si; 0,4%Mn; 1,3% Ni; 0,5%Cr e 0,25%Mo e adio de ligas? Sim ou No?

Porqu? Justifique sua resposta.

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________

2. Qual a quantidade de sucata de ao inox 420 que voc pode utilizar para ajudar na formao de uma

microestrutura perltica para fabricao do ferro fundido DIN GG 30 juntamente com retorno de ferro

fundido cinzento ferrtico e ferro gusa?

- A composio da sucata de ao inox martenstico SAE 420 : 0,4%C; 1%Si; 0,6%Mn; 15%Cr.

- A composio do Gusa : 3%C, 1,8%Si, 0,4%Mn

- A composio do GG 150 : 3,4%C, 1,9%Si, 0,3%Mn

Respostas: a) Carga = ____ % de Ferro Gusa + ____ % de GG150 + ____ % de 420 b) Composio Qumica no forno:______%C + _______%Si+______%Mn+______ %Cr

3. O controle da composio qumica do ferro base antes do tratamento de nodularizao e inoculao

um eficiente meio para se prevenir quanto a flotao da grafita. A flotao da grafita pode ocorrer em

todas as ligas hipereutticas nas quais o carbono equivalente excede a 4,5%.

Calcule o Carbono equivalente do FE 50007 sabendo que:

a) Composio qumica da carga no forno: 3,6% %C; 1,5%Si; 0,6%Mn; 0,05% S e P e 0,06%Mg.

b) %c final= 3,6 e %Si final na pea deve ser mdio, em torno de 2,5%

Pureza Rendimento

c) Inoculante (FeSi) Si: 75% /100% = 0,75 65%/100% = 0,8

Nodularizante: Mg: 7% /100% = 0,07 50% /100% = 0,5

(FeSiMg) Si: 53% /100% = 0,53 65%/100% = 0,8

Cu 1 1

C 0,99 0,9

d) %Si final =%Si carga + % Si do Inoculante + %Si Nodularizante = ?

e) %Ce= %C forno + ( Si final+P )/3 = ?

26

3. Defeitos de Fundio em Ferros Fundido no Processo de Fundio em Areia

Defeitos de descontinuidades em peas de ferro fundido cinzento e nodular, causadas por

cavidades e incluses, tm aumento no ndice de refugo, diminudo a produtividade da fundio.

Em muitos casos, estes defeitos so superficiais e somente relevados aps a usinagem.

Uma identificao precisa do defeito deve ser feita antes de se tomar decises a respeito de

medidas corretivas. Uma correta anlise da localizao, forma e tamanho do defeito fornecem

informaes importantes com respeito a sua origem. A anlise de tais fatores a principal chave para se

determinar com preciso as causas e solues para a maioria dos defeitos em peas de ferro fundido.

3.1 Incluses - xidos

Para alguns, a elaborao de um ferro fundido consiste apenas em se controlar o teor de enxofre,

mantendo-o baixo, e realizar uma simples adio de magnsio ao banho. Contudo diferentes

caractersticas so encontradas na elaborao do ferro fundido nodular, e a mais evidente delas a

formao de dross, at ento no encontrado nos ferros fundidos cinzentos.

O magnsio forma um xido muito estvel e pode, portanto produzir xidos de baixa estabilidade

em funo das suas baixas energias livres de formao. Alem do mais, as ligas utilizadas para a obteno

da grafita esferoidal contm considervel quantidade de silcio e so de baixa densidade, o que raramente

leva a uma completa reao durante o tratamento de nodularizao.

Assim, podem-se explicar como partculas de dross se formam e se so encontradas nas peas.Em

geral h trs tipos de incluses de dross de ferro fundido nodular.

Tipo 1 consiste em partculas de drosses grandes geralmente formadas a partir da oxidao do

silcio e do magnsio presente nas ligas de nodularizao. As partculas de dross esto presentes na

superfcie do metal tratado e podem ser removidas com a utilizao de um escumador. A slica no existe

na forma pura, nem o xido de magnsio (MgO) e a fosforita (Mg2SIO4). Estes so os materiais

predominantes, sugerindo uma grande fora a formao final de MgO.

Uma viso inicial a respeito do equilbrio carbono-oxignio:

No ferro fundido sugere-se que o oxignio dissolvido no banho no causa problemas devido ao

alto teor de carbono.

Portanto, incluses de xidos no deveriam ocorrer em ferros fundidos cinzentos. Entretanto, a

presena do silcio tambm aumenta tendncia formao de incluses devido relao de equilbrio

entre carbono-silcio-oxignio. Porm a energia livre necessria formao de SIO2 e CO so

dependentes de temperaturas bem diferentes. A uma temperatura de 1533c, o CO torna-se um

composto mais estvel, enquanto que o SIO2 torna-se estvel s temperaturas mais baixas que esta.

27

Isto pode ser observado na superfcie do banho, na qual aparece limpa s altas temperaturas e

quando a temperatura cai percebe-se facilmente a rpida formao de escria sobre o metal lquido.

Esta variao na formao da escria no est, necessariamente, ligada elevao de

temperatura do metal, incluses tambm so encontradas em peas vazadas baixas temperaturas onde

o metal lquido exposto a uma reoxidao durante o vazamento. Estas incluses so normalmente

silicatos formando normalmente no metal. Uma vez o metal lquido esta na cavidade do molde, h uma

tendncia formao de silicatos devido ao ambiente interno do molde ser menos oxidante. Incluses de

nitretos e sulfetos tambm ocorrem em ferros fundidos cinzentos, mas no so to evidentes como nas

ligas de ao, devido ao baixo teor de oxignio dissolvido no ferro fundido.

Ferros fundidos especiais contem determinados elementos de liga (Cr, Ti, Al, etc.) que tem grande

afinidade com oxignio, nitrognio ou enxofre e podem favorecer a formao de reaes com o material

do molde, panelas e a atmosfera.

3.2 Porosidades

Cavidades de paredes lisas, essencialmente esfricas, podendo ou no estar em contato com a

superfcie externa da pea. As cavidades maiores apresentam-se freqentemente isoladas ao passo que

as menores, os pinholes, apresentam-se agrupadas e com tamanhos variados. O interior destas cavidades

pode ter um aspecto brilhante mais ou menos oxidado. A formao destas cavidades pode ocorrer em

todas as partes da pea.

Normalmente, em ligas ferrosas, cavidades devido a presena de hidrognio tm paredes brilhantes, ao

passo que as cavidades devido ao co tem aparncia azulada e aquelas devido o acumulo de ar tm

paredes cinzas e ligeiramente oxidadas.

A formao de porosidades pode ter diversas causas, todas elas provenientes de fontes de gases:

gases provenientes de materiais de moldagem, marcharia e tintas, aprisionamento mecnico de gases,

contidos nas cavidades do molde; gerados pelos moldes e machos; devido a turbulncia durante o

vazamento; sistemas de canais inadequados

Causa: acmulo de gases retidos durante a solidificao da pea, etc.

Causa da causa: Excesso de gases dissolvidos no banho (origem endgena), principalmente o CO, formado

na reao do carbono do material com o oxignio, que pode estar presente como gs ou sob a forma de

algum oxido;Excesso de gases gerados pelo molde e machos (origem exgena);Excessiva umidade em

moldes e machos;Aglomerantes que liberam grande quantidade de gases;Quantidade excessiva de

aditivos contendo hidrocarbonetos;Presena de algum produto que possa liberar grade quantidade de gs

(graxas, leo, tintas, etc.); Excesso de gases absorvidos pelo molde (origem exgena);Presena de

alumnio em nveis elevados (>0,02 %), pode reagir com vapor dgua do molde (reduo) liberando

28

hidrognio;Temperatura de vazamento elevada; Velocidade de vazamento elevada e baixa

permeabilidade do molde.

Solues: Controlar o teor de alumnio na liga; reduzir ou evitar a presena de hidrognio no processo

evitando, por exemplo, a colocao de material sujo no forno de fuso; controlar a temperatura e o

tempo de vazamento; controlar a quantidade e qualidade de constituintes adicionados na areia de

moldao; aumentar a permeabilidade do molde e machos; controlar os nveis de umidade da areia,

aumentar a permeabilidade do molde atravs da abertura de respiros...entre outras.

.

3.3 Rechupes:

So na sua maioria cavidades internas ou externas, que se apresentam distribudas de maneira

isolada ou interconectadas de forma irregular com aspecto interno mostrando formao dendrtica.

Este tipo de defeito forma-se nos pontos quentes da pea. Tais pontos esto geralmente

associados aos pontos macios da pea, ou seja, partes da pea com maior concentrao de massa, e as

regies adjacentes aos canais de enchimento e massalotes.

Rechupes internos so evidenciados somente aps a usinagem das peas e/ou testes de

estanqueidade.

Os rechupes so formados devido falta de metal lquido para compensar a concentrao

volumtrica da pea. Esta falta de metal lquido decorrente de vrios fatores, desde a falta ou

dimensionamento incorreto de massalotes at um sistema de enchimento deficiente.

Podemos citar como fatores que favorecem a formao de rechupes: a rigidez do molde, a

composio qumica do metal, temperatura de vazamento incorreta (alta), um alto grau de nucleao,

etc. Estes fatores podem atuar independentemente ou combinados.

Todas as ligas contraem durante a solidificao, porm o ferro fundido cinzento apresenta alm

desta contrao uma expanso voluntria bem peculiar devido nucleao e forma de crescimento da

grafita lamelar. Tal expanso, chamada de expanso graftica, promove o aumento e o deslocamento do

lquido residual dentro do molde e ocorre durante a formao do euttico, austenita-grafita. Esta

expanso ser tanto maior quanto maior for a nucleao da grafita. Esta condio est diretamente ligada

ao tratamento de inoculao do metal. A expanso graftica nos ferros fundidos cinzentos fator

determinante no projeto de fabricao das peas, visto que o aumento de volume do lquido residual

poder contribuir para reposio do mesmo durante a contrao do metal, evitando a colocao de

massalote.

Moldes, particularmente em areia verde, que apresentam dureza insuficiente so incapazes de

conter a expanso do metal lquido. A deformao do molde causar um aumento do volume da cavidade

tornando os massalotes insuficientes para compensar este novo volume, formando assim rechupes na

pea.

29

Esta alterao no volume da cavidade do molde facilmente evidenciada nas dimenses e peso

da pea, assim ao menor sinal de variao de dimenses e peso das peas, deve-se verificar a sanidade

interna do fundido.

Uma expanso graftica de elevada intensidade pode ser evitada atravs do controle do uso de

materiais carbonceos e a utilizao de liga inoculante em teores mnimos necessrios a se garantir a

formao da grafita evitando a formao de zonas coquilhadas.

A composio qumica do ferro base tem forte influencia sobre a formao de rechupes: Teor de

carbono muito baixo tem levado formao de rechupes.Teores de fsforo abaixo de 0,02% podem

causar pequenas porosidades no contorno da clula euttica alm de pontos duros.Porem a adequao

do teor de fsforo para teores mais elevados entorno de 0,03%,provocar maior incidncia de rebarbas e

penetrao metlicas devido ao aumento da fluidez do metal.

O teor de fsforo nos ferros fundidos no deve ultrapassar os 0,10%.

Temperaturas de vazamento muito elevadas tambm aumentam a contrao do metal lquido

promovendo maior formao de rechupes. Tambm ocorre que a areia do molde no estvel, e com o

aumento da temperatura do metal h a movimentao das paredes do molde devido expanso dos

gros de areia. Mas se a temperatura de vazamento for baixa poder gerar outros defeitos do tipo

cavidade devido a bolhas, junta fria, formao de carbonetos, etc. a temperatura Ideal para o vazamento

deve ser estabelecida de acordo com as caractersticas de cada pea.

Os rechupes intertendrticos encontrados no ferro fundido cinzento podem ser formados nos

ferros fundidos nos nodulares durante os eu ltimo estgio de solidificao.

Os rechupes no ferro fundido podem ser eliminados quando h uma adequao da quantidade de

grafita precipitada durante o processo de solidificao. Esta adequao pode ser alcanada atravs de um

determinado controle de temperatura de vazamento e a manuteno de um certo teor balanceado teor

de carbono e silcio.A incidncia de rechupes aumenta medida que a temperatura do metal

cai.Rechupes tem sua tm sua maior incidncia em peas de mdias e grandes espessuras, nas quais tm-

se uns maiores mdulos de solidificao.Quando a temperatura do metal cai a valores abaixo de 1260 C a

precipitao da grafita comea.Se a cavidade do molde no estiver totalmente preenchida a esta

temperatura o efeito da expanso graftica e perdido e a incidncia de rechupes aumenta.Vazamento

muito lento do metal ou um sistema de canais que promovam um rpido resfriamento do metal podem

promover a formao de rechupes.A equao abaixo nos permite determinar uma composio qumica

tima para se obter pea isenta de rechupes. %C + %Si =3,9%

Podemos perceber que esta equao difere da equao do carbono equivalente.

Causa da causa: Elevada taxa de contrao volumtrica da liga; elevada temperatura de vazamento

(maior dilatao do metal); ausncia ou mau dimensionamento de massalotes; deformao das paredes

30

do molde (aumento do volume da cavidade); Sistema de enchimento mal dimensionado; forma da pea

inadequada; machos sobre aquecidos.

Solues: Controlar a temperatura de vazamento; Rever o projeto do sistema de enchimento da pea;

Rever dimensionamento (usar luva se necessrio) e posicionamento de massalotes; Adequar a

composio qumica do material; Reduzir presso metalosttica; Melhorar a rigidez do molde; Adequar a

forma da pea para que haja uma alimentao bem direcionada (se necessrio usar resfriadores).

O controle deste defeito tanto mais difcil quanto mais complexa for a geometria da pea fundida,

sendo que os rechupes situam-se sempre nas sees mais espessas, nos centros trmicos das peas.

Na fundio de ferro fundido em areia existe ainda um agravante que a expanso do molde,

aumentando a necessidade de metal lquido para compensar a variao dimensional que a pea sofre.

Tipo de liga Intervalo de solidificao C

Modo de solidificao

Tendncia ao defeito

FC e FE hipoeutticas Ceq.: 3,6%

< 80 Frente continua Camada espessa

Rechupes

FC hipoeuttico < 80 Frente mista Camada fina Rechupes (possibilidades de auto alimentao)

FC hipereuttico 20 a 150

FE hipo e hipereuttico

31

Quando esta flotao ocorre antes da solidificao no molde, a concentrao de grafita nodular

ocorre na parte superior do molde logo abaixo da superfcie da pea.

Quando estas peas so quebradas pode se perceber uma fratura escura, preta. A concentrao

de carbono nestas fraturas escuras est geralmente acima de 5 6%. As caractersticas mecnicas,

principalmente, a resistncia trao, alongamento e resistncia ao impacto, tendem a reduzir

significativamente nas regies de flotao de grafita. Esta reduo pode chegar a 25% da resistncia

trao, 80% do alongamento e 50% da resistncia ao impacto.

Os trs principais fatores associados a flotao da grafita so: Carbono equivalente; Espessura da

pea; Tempo de solidificao.

A flotao da grafita pode ocorrer em todas as ligas hipereutticas nas quais o carbono

equivalente excede a 4,5%.

O teor de carbono equivalente definido pela seguinte expresso: Ceq = %C+ 1/3 (%Si +%P)

O efeito da flotao de grafita menor em ligas hipereutticas com volume prximos a 4,3% e

ficar confinado s partes espessas da pea. Quando a flotao da grafita ocorre, uma maior

concentrao de grafita nodular pode ser observada nas regies de flotao.

O controle da composio qumica do ferro base antes do tratamento de nodularizao e

inoculao um eficiente meio para se prevenir quanto a flotao da grafita.

Para prevenir a flotao, e importante no exceder o mximo valor de CE para ferros fundidos

nodulares com diferentes espessuras de peas.

3.5 Coquilhamento

Manifesta-se na forma de estrutura de ferros fundidos brancos (carbonetos). Normalmente

presente nas partes finas ou quinas das peas e deixando-as mais duras e quebradias.

Causa: Formao de carbonetos na estrutura do material.

Causas da causa:Carbono equivalente no apropriado para a espessura da pea; Resfriamento muito

rpido da pea aps o vazamento; Presena na liga de elementos anti-grafitizantes (por exemplo, o Cr);

Sobreaquecimento prolongado do metal no forno (tendncia a um maior grau de superesfriamento).

Solues: Trabalhar com carbono correto de carbono equivalente; Realizar uma inoculao adequada;

Utilizar um teor de liga inoculante (0,3 a 0,8%); Fazer a inoculao no jato do metal de forma lenta e

constante; Utilizar um material inoculante de melhor qualidade, principalmente em peas muito finas (

32

Manifesta-se atravs de manchas negras, de forma irregular e de grande variao dimensional

encontradas nas regies de fratura de peas, normalmente na parte superior da pea, de espessuras

acima de 20mm.

Causa: Elevado teor de xidos e sulfetos presentes no metal liquido.

Causas da causa: Uso excessivo de gusa com baixo teor de silcio; Teores elevados de enxofre no banho;

Excesso de liga nodularizante; Teores elevados de alumnio (acima de 0,02%), Temperatura baixa de

vazamento;Excesso de escria sobre o banho; Vazamento com turbulncia, principalmente para o ferro

fundido nodular.

Solues: Evitar o uso excessivo de gusa com baixo teor de silcio; Restringir o valor de enxofre ao teor

mximo de 0,01%, principalmente em ferro nodular; Trabalhar com um mnimo de liga nodularizante;

Trabalhar com teores mnimos de alumnio; Aumentar temperatura de vazamento conforme a pea;

Utilizar materiais que promovem a aglutinao de escria; Utilizar panelas com sifo; Reduzir a

turbulncia no vazamento centrando bem como o jato de metal aps o tratamento de nodularizao.

3.7 Incluso de escria

Incluses no metlicas (carbonatos, fosfetos, perxidos, etc.) de forma irregular semelhante s

escrias formadas nos fornos de fuso ou nas panelas de tratamento.

Estas incluses podem se concentrar tanto na superfcie da pea como na sua parte interna.

Sendo assim este defeito s sero notados aps a usinagem das peas ou atravs de ensaio radiogrfico.

comum a partir destas incluses a formao de bolhas de gases.

Causa: A origem destas incluses pode ser tanto a partir das escrias geradas nos tratamento da liga em

panelas (como escrias geradas no tratamento de dessulfurao e desoxidao);

Causas da causa: Reao entre os produtos desoxidantes e o material do refratrio do forno; Elevada

oxidao do banho; Tratamento de desoxidao mal elaborado; Evitar o uso excessivo de produtos

aglutinadores de escria (fluxo); Temperatura elevada do metal; Panela de vazamento suja.

Solues: Promover uma boa limpeza do metal no forno e panelas; Usar filtros nos canais de enchimento;

Realizar um trabalho de desoxidao eficiente; Usar panelas de vazamento com sifo;Controlar

temperatura do metal; Sempre que possvel moldar as superfcies a serem usinadas para baixo; Trocar as

panelas de vazamento a cada seis horas de trabalho.

3.8 Defeitos de Fundio Relacionados com Areias Slica Argilosas Sintticas

A qualidade do molde influi diretamente na qualidade final do fundido, podendo tambm

influenciar sobre o aspecto metalrgico.Geralmente os defeitos em peas fundidas relacionadas

qualidade das areias aglomeradas com argila tem suas origens na deficincia de alguma propriedade de

33

utilizao da areia. Sendo assim a classificao dos defeitos poder ser feita segundo a propriedade com a

qual se relaciona. comum que um mesmo defeito possa ter sua origem em uma ou mais propriedade de

uma mesma areia.

3.8.1 Rugosidade superficial

As superfcies do fundido tm sempre um acabamento irregular, apresentando superfcies com

maior ou menor grau de rugosidade. Este tipo de defeito mais comum nas paredes verticais do molde,

onde a compactao, o metal lquido, em condies normais de fluidez e presso, tender a penetrar nos

poros das paredes do molde.este fato ser agravado se a areia apresentar maiores gros, umidade

elevada,elevado teor de argila,baixo esforo de compactao das mquinas, etc.

3.8.2 Inchamento

As peas fundidas apresentam-se com as dimenses maiores que o seu desenho original. Este

inchamento esta relacionada com a presso que o metal exerce sobre as paredes do molde, sendo esta

presso tanto maior quanto for densidade do metal e a altura da coluna de metal lquido. Se as paredes

do molde estiverem mal compactadas, devido a uma deficincia na aptido moldao, por exemplo, ao

trmino do vazamento, o metal exercer uma maior presso sobre as dimenses da pea.

Observa-se nos ferros fundidos cinzentos e nodulares, quando a sua solidificao, que alm das

presses normais presentes ao sistema, ocorre tambm o fenmeno da expanso graftica, que exercer

uma presso interna no meio do lquido que promover o seu deslocamento, agindo assim tambm sobre

a parede do molde.

3.8.3 Eroso ou lavagem de areia do molde e incluses correspondentes

Quando do vazamento da liga, o jato lquido arranca gros de areia da superfcie do molde

provocando sulcos ou simples depresses. Aps a solidificao do metal aparecer na pea, salincias

rugosas localizadas nas regies prximas aos canais de ataques. Porm, ao mesmo instante, esta eroso

de areia promover a formao de cavidade s em outras partes da pea, devido s incluses dos gros de

areia arrancados do molde e dispersos pelo fluxo do metal.

O jato do metal que entra na cavidade pode apresentar 3 tipos de escoamento:

Escoamento normal, onde o metal ao entrar na cavidade do molde flui deslizando sobre a

superfcie do mesmo;

Escoamento com choque, onde o metal ao entrar na cavidade do molde, alm de deslizar,

tambm sofre uma queda dentro da cavidade;

34

Choque puro, onde o metal ao entrar na cavidade do molde sofre uma queda, esta queda

chamada de efeito cachoeira.

A eroso tornase mais forte, segundo estudos, quando provocado pelo escoamento com

choque seguido de escoamento normal e finalizado com choque puro (este somente produz eroso nos

primeiros instantes da queda do metal, pois logo aps a superfcie recoberta por uma camada de metal

que protege a areia do fluxo de metal lquido).

A intensidade da eroso diminui quando aumentamos o teor em argila e a compactao do

molde; aumentamos o mdulo de finura de areia base utilizada; utilizamos dextrina, melao

(aproximadamente 1%) e areia base; utilizamos ligas de menor temperatura de vazamento, pois menores

temperaturas provocam queimas menores de argila, diminuio da coluna de metal lquido.

O aumento da quantidade de metal vazado aumenta a eroso

3.8.4 Crostas

As peas apresentam-se com um aspecto rugoso com excrescncias metlicas (carepas) e

depresses, e em alguns casos com incluses em outras partes da pea. Estes defeitos se assemelham a

defeitos provocados pela dilatao da areia e eroso. So provocados quando um ponto submetido a

um aquecimento excessivo ocorrendo uma elevada produo de gases neste ponto (originado, por

exemplo, por um jato de metal incidindo diretamente em um ponto do molde), podendo haver um

arrancamento da parte da areia prxima a superfcie do molde pela liberao brusca e rpida dos gases

formados. Defeito comum em peas de grande porte, em moldes com elevado teor em gua e baixa

permeabilidade ou areia heterogenia. As solues se assemelham s utilizadas em defeitos de expanso.

3.8.5 Pea quebrada

A Pea apresenta-se deformada, principalmente na regio de ligao dos canais de ataque e

massalotes, onde se percebe arrancamento de material devido a fraturas na superfcie da mesma. Estas

fraturas podem ou no estar oxidadas. Com espessura fina a pea fica quebrada nas torres.

Causas: Arrancamento de material durante o acabamento da pea; Pea quebrada durante o processo;

Causas da causa: Sees de ligao de canais de ataque e massalotes muito espessas em relao a

espessura da pea; operao incorreta de quebra dos canais e massalotes, posio e direo de quebra;

Pea com elevada temperatura durante a execuo de quebra de canais e massalotes; Ferramentas

imprprias para execuo do trabalho; Inabilidade do operador; Muito tempo de jateamento; Operao

de arremessamento de peas na caamba.

Solues: Rever o projeto da pea atentando para sees de ligao dos canais e massolotes (espessura

canal de ataque < espessura da pea) e colocao de sees de quebra; Instruir o operador quanto a

posio e direo correta de quebra (quebrar sempre na direo da pea e nunca para fora); Evitar a

35

quebra de canais com a pea ainda quente; utilizar ferramentas corretas; Jatear de acordo com a

instruo de trabalho; Colocar peas na caamba mais prxima; Treinar operadores; Colocar peas

pesadas em estrado de madeira sem arremessar.

3.8.6 Solda ou gota fria

Possui forma de uma Incluso metlica, geralmente de forma esferoidal ou de gota, localizada na

parte inferior da pea. Esta incluso tem a mesma composio qumica da pea e apresenta-se

geralmente oxidada.

Causa: Projeo de metal slido para dentro da cavidade do molde. Estas partculas do metal no mais

conseguem se fundir em meio ao metal liquido que entra pela cavidade.

Causas da causa: Vazamento mal feito; Disposio errada de canais e massalotes (muito prximos); Funil

de vazamento com pequena profundidade; Metal frio; Composio qumica do metal fora do

especificado.

Solues: Rever projeto do sistema de alimentao e enchimento; Realizar treinamento do pessoal de

vazamento; Verificar condies do molde para vazamento; Melhorar condies do funil para vazamento;

Aumentar a faixa de temperatura do metal; Corrigir composio qumica do metal.

3.8.7 iIncluso de areia

As incluses possuem forma irregulares, geralmente concentrada e prxima a superfcie da pea.

Normalmente essas incluses so visveis, mas podem, em alguns casos, revelarem-se apenas aps a

usinagem.

Causas: Pedaos do molde ou gro de areia desprendidos do molde; Pedaos de machos que ficaram

retidos pelo metal liquido; Mau direcionamento do fechador do molde; Canal que alimenta a pea mal

projetada.

Causa da causa: Baixo adensamento do molde; Velocidade elevada nos canais de ataque; Areia na

superfcie do molde; Contra-sadas do molde; Baixo teor de aglomerantes na areia; Regular presso do

fechador; Erro no projeto dos canais da pea

Solues: Melhorar adensamento do molde; Reduzir velocidade do metal no molde; Evitar contra-

sadas nos modelos; Adequar o teor de aglomerantes da areia; Retirar areia da superfcie da pea com

ar comprimido; Rever projeto de canais da pea; Colocar dispositivo na presso do fechador

36

Defeitos Micrestruturais

Ferros Fundidos Cinzentos

38

Ferros Fundidos Nodulares

40

4. Exerccios

4.1 Clculo de carga

Definir a carga mais adequada para fabricar ferro fundido ligado, ou seja, um FE 60003 ao Cr Mo

Utilizando as matrias primas:

FeSi75%, FeSiMg, C 99%,FeCr 85%, FeMo 65%

SAE 1020, Ferro Gusa, Retorno de FE 42012 ao CrMo, Retorno de FC 300, Retorno de FE 52007.

Composio Qumica:

%C %Si %Mn %S %P %Cr %Mo %Ni %Cu %Mg

FE 60003 Mn 3.20 1.80 0.10 - - - - - - 0.025

Mx 4.10 3.00 1.0 0,05 0.035% - - - - 0.060

Objetivo: ?

SAE 1020 0,18 0,5 0,4 0,03 0,04 0,25 0,05 0,05 - -

FE 42012 3,2 2,0 0,3 0,03 0,05 5,0 8,0 - - 0,025

FC 300 2,4 1,5 0,4 0,05 0,04 - - 0,1 -

-

FE 52007 3,7 1,8 0,3 0,05 0,03 - - - - -

Ferro Gusa 3,0 1,7 0,5 0,005 0,001 - - - - -

Rendimento Pureza

FeSi (0,85) 0,75

FeSiMg ( - ) 0,53 0,07

FeMn (0,9) 0,85

FeCr (0,85) 0,85

FeMo (0,85) 0,65

C (0,8 0,9) 0,99

fofos ccarga norma defeitos

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