Inoculação -II

Nucleação/Inoculação –IIEfeito do superaquecimento

variável Condição de processo

Recém-Fundido, 1350°C

1350°C, 30min 1550°C,30min Resfriado para 1350°C, 30min

Teor de O 14 ppm 13 ppm 7 ppm 15 ppm

N células eut. 104 cel/mm 2 118 cel/mm2 32 cel/mm2 69 cel/mm2

Coquilhamento 11,7 mm 12,3 mm 31,4 mm 19,0 mm

% Gr tipo D/B 67% 60% 96% 92%

Fonte: citado por C.Cabezas, tese.

Nucleação/Inoculação –IIEfeito do superaquecimento

Fonte: citado por C.Cabezas, tese.

O coquilhamento aumenta com o aumento da temperatura em que o banho foi mantido antes do vazamento da amostra.

O Potencial de nucleação pode ser recuperado com a redução da temperatura , mantendo-se algum tempo na temperatura mais baixa.

Efeito de manter por 2 h a 1500°C

Diminuição do potencial de nucleação e do grau de nucleação após inoculação ( X e Y), devido à manutenção por 2 h a 1500°C.

Tempo e temperatura

Efeito da Temperatura e tempo de manutenção no potencial de nucleação

Quanto maior o t e a T, maior o superresfriamento e maior a recalescencia

Tendência à formação de grafita tipo D.

Efeito do Carbono Equivalente

Variável controlada: N° celulas eutéticas

O gráfico mostra que quanto menor o CE, mais importante é a inoculação.

Para CE “baixo”(3,7-3,8), o aumento do Si adicionado como inoculante promove aumento de até 60% do N de células, em relação ao metal base.Para o CE “alto”(4,1), o aumento é de cerca de 20%.

Efeito do Carbono EquivalenteVariável: coquilhamento

Material baseCE=3,5 , não inoculado, com coquilhamento total de referência = 100%.

1)O efeito do CE é mais importante no material base, não inoculado.2)O tipo de inoculante (contendoBa, Ca, ou Sr) é mais importante para o CE baixo.

Principais fatores: Mn e SINOCULAÇÃO

3,4%C-1,5%Si-0,7%Mn-0,05%S

Simulação de solidificação, mostrando a distribuição de partículas de MnS (pontos claros), formadas antes do início da reação eutética.

1) CONSENSO: A interação entre Mn e S tem um forte efeito sobre o potencial de nucleação do metal base e sobre o grau de nucleação do ferro fundido inoculado.

2) CONSENSO: É importante manter o Mn e o S sobre controle, para evitar flutuações do potencial de nucleação e do grau de nucleação.

3) CONSENSO: Em ferros fundidos cinzentos, o teor mínimo de S deve ser 0,03% . Máximo:0,16%.

Critérios para Mn e S

O Mn pode ser estipulado por:a) Mn= 1,7%S+0,3 (clássico)

b) Mn = %Mn – 1,7%S

c) Relação %Mn/%S

d) Produto de solubilidade [Mn][S]

Critérios para Mn e S

Principais fatores: Mn e SINOCULAÇÃO

Parâmetros: N cel e coquilhamento

1) O gráfico mostra claramente que há uma faixa ótima de %S, tanto em relação ao aumento do N de células eutéticas, como em relação à tendência ao coquilhamento.2) O teor mínimo de S recomendado é de 0,03%.Acima de 0,1% , observa-se a tendência para aumentar o coquilhamento.

3) O N de cel. Eutéticas sempre aumenta com o aumento da %S.

Relação Mn/SINOCULAÇÃO

Parâmetros: superresfriamento na curva de AT, tipo de grafita

Mn S Mn/S Mn h* N GR

0,8 0,012 66,7 0,78 16 362 D

1 0,022 45,5 0,96 13 362 A/D

0,8 0,065 12,3 0,69 9 517 A

0,28 0,2 1,4 -0,06 29 1723 branco

MnINOCULAÇÃO

Mn = %Mn-1,7%S

Ótima redução do coquilhamento com excesso de Mn =0,2.

Mn e S: MnINOCULAÇÃO

300

400

500

600

700

0 0,2 0,4

N ce

l

Mn

N cel vs. Mn

DMn(0,085)

DMn(0,124)

Efeito do excesso de Mn, para dois níveis de S

O N de células é maior para o menor valor de excesso de Mn.

Fonte: SANTOS, A.B.S et al. Alguns Efeitos de Manganês e Enxofre em Ferros FundidosCinzentos. In: CONGRESSO ANUAL DA ABM, 56, 2001, Belo Horizonte: p838

Mn e S: MnINOCULAÇÃO

LR vs. D Mn

200

225

250

275

300

0 0,1 0,2 0,3 0,4

D Mn

LR

DMn(0,085)

DMn(0,124)

O LR é maior para o menor valor de Mn.

Esse efeito decorre diretamento do maior número de células eutéticas.

Que cuidados devemos ter ao utilizar esse recurso?

SANTOS, A.B.S et al. Alguns Efeitos de Manganês e Enxofre em Ferros FundidosCinzentos. In: CONGRESSO ANUAL DA ABM, 56, 2001, Belo Horizonte: p838.

Mn e S: MnINOCULAÇÃO

Fonte: Fernando Mucelin ,José Roberto Breda Lima;Renata Cirillo Cury . TCC, turma 1.

%S=0,04% O efeito do Mn no N°cel. eutéticas e no LRtambém é observado para 0,04%S.

%C=3,4; %Si=1,9; Mn:0,2 a 0,6%

Mn e SINOCULAÇÃO

material Mn S Mn/S MnFofo 1 0,15 0,032 4,7 0,10Fofo 2 0,2 0,049 4,1 0,12Fofo 3 0,4 0,107 3,7 0,22Fofo 4 0,6 0,15 4 0,35

Mn e S para mínimo coquilhamento

Várias combinações de Mn e S podem minimizar a tendência ao coquilhamento .

Melhores resultados:Mn/S = 4 Mn : 0,1- 0,35

Altu

ra c

oqui

lhad

a, m

m

Produto de solubilidade [Mn][S]

CRITÉRIO: %Mn e %S ajustados para precipitação de MnS ocorrer apenas depois do início da solidificação, ou seja, abaixo da T liquidus.

METODOLOGIA:a) Determinar T liq para cada CEb) Calcular o “produto de solubilidade” [Mn]

[S] para cada casoc) Definida % S, obter a max. %Mn ou vice-

versa.

a)Determinar T liq para cada CE

Linha liquidus Fe-CE

1100

1180

1260

b) Calcular o “produto de solubilidade”

(%Mn x %S) para cada caso

Log(%Mn x %S) = -1920/TT em Kelvin

c) Definido o S, encontrar o Mn

Log(%Mn x %S) = -1920/T ( K)

CE=4,1%

T liq = 1174C

Log(%Mn x %S) = -1920/T

Produto de solubilidade (Mn x S) para T liq de CE= 3,7 a 4.3

Comparações

• Comparar critério clássico %Mn=1,7%S+0,3 com produto de solubilidade ( Ex. para CE=4,1)

• a) % S = 0,15– Clássico : %Mn = 0,56– Prod. solubilidade : 0,32

• b) % S = 0,05– Clássico : %Mn = 0,40– Prod. Solubilidade : %Mn = 0,8

Composição e eficiência dos inoculantes:

Al “baixo”/CE “alto” Al “alto” / CE “baixo”

Velocidades de resfriamento maiores

Parâmetro analisado: tendência ao coquilhamento

Composição e eficiência dos inoculantes:

Fofo cinzento

Fading

Fading

Fras e Gorny

1,5 min10 min

25 min

0,5% Fe-Si (Ca, Ba, Al)

Efeitos observados:1)O N de cél. Eut. Varia fortemente com a espessura da peça fundida.2)“Fading”: o N de cel. Eut. cai rapidadamente depois de 15 min.15 min

Composição e eficiência dos inoculantes:

Ca, Ba

Fading

A prática + usual é dividir a inoculação pelas várias etapas.