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CONTROLE DO PROCESSO NAS FUNDIÇÕES DE FERRO FUNDIDO COM AUXILIO DO CARBOMAX II Preparado por: Sergio E. A. Kessler Eng°. Metalúrgico 08/2009.

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1 CONTROLE DO PROCESSO NAS FUNDIÇÕES DE FERRO FUNDIDO COM AUXILIO DO CARBOMAX II Preparado por: Sergio E. A. Kessler Eng°. Metalúrgico 08/2009

2 ÍNDICE INTRODU Ç ÃO PRINC Í PIOS DA AN Á LISE T É RMICA. CONCEITO DO CARBONO EQUIVALENTE NOS FERROS FUNDIDOS; FUN Ç ÃO DO CARBONO E SIL Í CIO NAS ESTRUTURAS DO FERRO FUNDIDO APRESENTA Ç ÃO DO CARBOMAX II. ESPECIFICA Ç ÕES DOS FERROS FUNDIDOS, FERRO BICA E PRODUTO. MAT É RIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO RENDIMENTO DAS ADI Ç ÕES CORRE Ç ÃO DO BANHO L Í QUIDO – %CARBONO E % SIL Í CIO (TABELA EM EXCEL). CALCULO DE CARGA FERRO BICA – CONTROLE % CARBONO, %SIL Í CIO E %CARBONO EQUIVALENTE (TABELA EM EXCEL). PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.). 2

3 1. INTRODUÇÃO Esta palestra tem o objetivo de transmitir as praticas utilizadas no chão de fabrica a partir de experiências vivencias em fundições de ferros fundidos para garantir as faixas de composições químicas dos ferros fundidos e conseqüentemente as propriedades mecânicas especificadas pelo cliente utilizando o aparelho de Análise térmica CARBOMAX II na determinação do carbono(C), silício (Si) e carbono equivalente (C eq). Os ferros fundidos são definidos como ligas de ferro, carbono e silício que conferem as principais propriedades do material. Elementos considerados como complementos de ligas aceitáveis (manganês (Mn), fósforo (P), enxofre (S), cobre (Cu) e cromo (Cr), estanho (Sn), magnésio (Mg), molibdênio (Mo), níquel (Ni) e vanádio (V)) são especificados em porcentagens variadas para a obtenção de propriedades mecânicas especificas como dureza, resistência a tração, usinabilidade, ductilidade (F.Fº Nodular) e estruturas metalográficas. Elementos de liga considerados como nocivos bismuto (Bi) chumbo (Pb), Alumínio (Al), titânio (Ti), antimônio (Sb), arsênico (As) e telúrio (Te) são considerados como elementos subversivos que prejudicam as propriedades dos ferros fundidos mesmo em pequenas quantidades com percentuais máximos de 0,003 (Pb, Bi, Sb eTe), 0,03 (Al, Ti, e As). Em fundições de pequeno e médio porte é indispensável à utilização do aparelho CARBOMAX II para efetuar o calculo de carga, definir as adições e correção do banho. Nestas fundições não são efetuadas análises químicas adicionais dos elementos de liga e elementos subversivos. Isto é, necessário quando a sucata de aço e ferro fundido com composição desconhecida são utilizados o que também é exigido em fundições de grande porte. Uma determinação periódica de Mn, P e S e outros elementos é importante para minimizar desvios das composições desejadas, assim como a comparação dos resultados da Análise térmica CARBOMAX (CARBOMAXII). Em fundições de grande porte o aparelho CARBOMAX II é de grande utilidade para a aferição do teor de carbono obtido via espectro, e para agilizar os resultados das análises de carbono (C), silício (Si) e carbono equivalente (C eq.) diretamente do banho líquido, Alem de identificar os patamares das temperaturas do líquidus e sólidus. Os controles e metodologias apresentados neste trabalho atendem os requisitos de qualidade, inclusive para a qualificação da ISO

4 2.1. Considerações iniciais A análise térmica consiste em um método clássico de determinação de diagramas de fases binários, a partir da fusão e posterior resfriamento de um número significativo de ligas de diferentes composições químicas, capazes de caracterizar completamente os campos estruturais do estado líquido até à temperatura ambiente. O método baseia-se em medidas de temperatura ao longo da solidificação através de termopares inseridos no metal. O múltiplo registro da evolução da temperatura com o tempo, isto é, das curvas de resfriamento de múltiplas composições químicas, permite o levantamento de um mapa termodinâmico de estabilidade de fases. Na prática industrial de fundição de ferros-fundidos é também comum a utilização da análise térmica na determinação da composição química do ferro fundido, ou seja, para a determinação do denominado Carbono Equivalente (CE). Pode-se, por exemplo, utilizar-se uma relação linear entre a temperatura liquidus e o Carbono Equivalente na forma: CE = %C + %Si + %P PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA

5 2.2. Análise térmica na fundição de ferros fundidos Definições de ferro fundido Os ferros fundidos são ligas que contêm basicamente ferro, carbono e sil í cio, com teores de carbono entre 2,0 a 4,2%, que pode ser retido em solu ç ão s ó lida na austenita, podendo a resultar em carbono livre, na forma de veios ou lamelas (F.F° cinzentos), n ó dulos esf é ricos (F.F° nodular), compactada (F.F° Vermicular) ou sem carbono livre (F.F° Branco). 5 FIGURA 2.1 – Diagrama de equilíbrio Ferro- Carbono (Garcia, 2001).

6 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.2. Análise térmica na fundição de ferros fundidos Fatores preponderantes na estrutura do ferro fundido - Composição química Os elementos que mais influem na estrutura são o carbono e o silício. O carbono determina a quantidade de grafita que se pode formar e o silício é essencialmente elemento grafitizante, favorecendo a decomposição do carboneto de ferro. Sua presença pode determinar um ferro fundido como cinzento ou branco. O manganês tem efeito oposto ao do silício. É estabilizador da cementita e assim compensa, de certo modo, a ação grafitizante do silício. Outros elementos como o fósforo e enxofre, não têm uma ação muito significativa sob o ponto de vista de tendência grafitizante. 6

7 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.2. Análise térmica na fundição de ferros fundidos Fatores preponderantes na estrutura do ferro fundido - Velocidade de resfriamento A velocidade de resfriamento durante a solidificação varia com a espessura das peças moldadas. Em elevadas velocidades de resfriamento (que ocorrem normalmente em seções finas ou nas áreas junto às paredes do molde) não há tempo para decompor a cementita, de modo que, dependendo dos teores de carbono e de silício, ocorre pouca ou nenhuma grafitização, e há tendência para formar-se ferro fundido branco. Com as velocidades de resfriamento lentas das seções mais espessas, ocorre uma grafitização (dependente sempre do teor de silício) e a estrutura será constituída essencialmente de perlita, ferrita e grafita. 7

8 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.2. Análise térmica na fundição de ferros fundidos Superaquecimento e superresfriamento Na maioria das situações práticas de solidificação, para que o líquido possa tomar completamente a forma geométrica que se pretenda dar ao sólido, é necessário que o vazamento desse líquido ocorra a uma temperatura superior àquela que dá início à transformação líquido/sólido, para que o líquido possa escoar e preencher completamente os contornos geométricos da peça. A diferença entre essa temperatura de vazamento e a temperatura de transformação denomina-se superaquecimento, ou seja: ΔT v = T v - T f onde: ΔT v : superaquecimento; T v : temperatura de vazamento; T f : temperatura de fusão. Embora admita-se que o líquido inicia a transformação em sólido quando atinge a temperatura de equilíbrio entre as duas fases, ou seja o ponto de fusão, observa-se na prática com freqüência o surgimento de partículas de sólido a temperaturas inferiores a T f. A essa diferença de temperatura dá- se o nome de Superresfriamento, ou seja: ΔT R = T f – T R onde: ΔT R : superaquecimento; T R : temperatura de fusão. 8

9 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.3. Análise Térmica em ferros fundidos para determinação da composição química Introdução O uso de curvas de resfriamento para identificar ligas ferrosas ganhou aceitação como uma técnica de produção em fundições de ferro fundido no final dos anos 50. Iniciou-se nos Estados Unidos e depois foi para a Europa, usada para determinar o Carbono Equivalente. A análise térmica é baseada em temperaturas gravadas em certos intervalos de tempo durante o processo de solidificação. Curvas de resfriamento podem ser construídas e usadas para analisar e classificar uma liga. As curvas de resfriamento são uma representação gráfica da temperatura em função do tempo para uma amostra de uma liga vazada em um molde normalizado com um termopar, normalmente posicionado no centro. O registro de temperaturas, como liquidus e solidus, em uma curva resfriamento, equivalentes a taxas resfriamento durante várias fases da solidificação, pode ser utilizado como atributo metalúrgico para classificar um metal fundido e correlacionar-lo ao comportamento do mesmo em um molde. 9 Figura 2.4. Curva de resfriamento para uma liga de dois elementos (binário)

10 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.3. Análise Térmica em ferros fundidos para determinação da composição química Introdução Quando a liga resfria desde a temperatura T1 até a temperatura T2, num molde qualquer, obtém-se, através da utilização de um termopar inserido no metal e ligado a um registrador, a curva de resfriamento teórica da figura 2.4 O trecho T1-TL é função do calor específico do líquido, e quando a temperatura atinge TL, há uma mudança na inclinação que começa no ponto 1. Esta mudança na inclinação deve-se à presença de uma nova fase (sólida) no sistema, e o trecho TL a TS é, portanto, função de calores específicos do líquido e do sólido e do calor latente de solidificação do sólido. Na temperatura TS, observa-se uma nova mudança na inclinação da curva, que tem início no ponto 2. Neste ponto, o líquido já se transformou totalmente em sólido e de TS a T2 a curva é função do calor específico do sólido (Duran, 1985).figura 2.4 Na prática, estas explicações acima permitem correlacionar o ponto 1 e o ponto 2 diretamente com a composição química. Para cada composição tem-se uma temperatura em que ocorrem as mudanças de inclinação ou patamares. A determinação da composição química básica (%CE: carbono equivalente, %C, %Si) e de outras características, com o metal ainda no forno, permite ao operador fazer correções no metal antes de vazar. Evitam-se eventuais oscilações na composição química, que poderiam acarretar problemas na produção e que somente seriam percebidas após algum tempo, de acordo com a rotina de envio de amostras para o laboratório. 10

11 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.3. Análise Térmica em ferros fundidos para determinação da composição química Determinção do Carbono Equivalente Como na prática todos os ferros fundidos produzidos em escala industrial não são ligas binárias (Fe-C), introduziu-se o conceito de Carbono Equivalente (CE) para expressar a influência do Si e do P em quantidades equivalentes ao carbono. Heine (1969) utilizou um cadinho revestido de telúrio. Este componente, por evitar a grafitização, um patamar plano que sofre uma influência menor das variáveis do processo metalúrgico. %C + %Si + %P 3 3 Com a utilização do telúrio, a restrição do método que era a utilização da composição, passa a ser o uso de composição hipoeutética nos sistema metaestável (C+Si/3+P/3,0 4,3). A razão da utilização do telúrio (ou outro elemento que tenha acentuado efeito promovedor de formação de carbonetos na solidificação), refere-se ao fato de haver uma diferença entre os Carbonos Equivalentes referentes ao eutético estável (B) e o metaestável (A), como apresentado na Figura Figura Detalhe da região do eutético no diagrama de equilíbrio Fe-C (Freire e Marques, 1977).

12 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.3. Análise Térmica em ferros fundidos para determinação da composição química Pode-se notar na figura 2.5 que o ferro fundido de composição x é hipereutético no sistema estável e hipoeutético quando se solidifica no sistema metaestável. Com o telúrio promovendo a formação de ferro fundido branco, consegue-se obter o patamar da austenita que corresponde à linha liquidus (ponto A na figura 2.2). Sem a utilização do telúrio, ao atingir o ponto B, fica difícil obter o patamar, devido à flotação da grafita, à pequena parcela de calor envolvida durante a precipitação da grafita primária e ao rápido aumento da temperatura com pequeno aumento do Carbono Equivalente. A figura 2.6 é um exemplo de um registro de análise térmica, com um sensor utilizando telúrio. (Duran, 1985) e a figura 2.7 um registro da analise térmica sem a utilização de telúrio.figura 2.5 figura 2.2figura 2.6 figura Figura 2.6 – Cápsula com tinta à base de telúrio, solidificando no sistema metaestável. FIGURA Cápsula sem tinta à base de telúrio, solidificando no sistema estável (Feg+grafita).

13 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.3. Análise Térmica em ferros fundidos para determinação da composição química Determinação do teor de carbono A determinação do teor de carbono para ferros fundidos hipoeutéticos pode ser feita através da determinação da temperatura liquidus hipoeutética e da temperatura do eutético, utilizando o corpo- de-prova com telúrio obtende-se a seguinte expressão para o teor de carbono: %C = 0,01693 TW – 0,00796 TL – 6,05 Sendo: TL : temperatura liquidus hipoeutética. TW : temperatura do eutético de ferro fundido branco (t emperatura solidus no sistema metaestável ). Nota: os resultados obtidos com o CARBOMAX II na determinação da % de carbono são precisos e servem para aferir os resultados obtidos via analise espectografica. Esta equação foi posteriormente colocada num ábaco pela British Cast Iron Research Association (BCIRA) e ficou conhecido como BCIRA Calculator. Este ábaco, até o surgimento de aparelhos digitais, foi muito utilizado pelas fundições devido a sua praticidade. 13 Figura 2.8 – Ábaco BCIRA

14 2. PRINCÍPIOS DA ANÁLISE TÉRMICA 2.3. Análise Térmica em ferros fundidos para determinação da composição química Determinação do teor de silício O teor de silício pode ser determinado através do Carbono Equivalente, do carbono e do fósforo, utilizando a equação %Si = 3(%CE - %C), em função do silício. Como na prática não há tempo para os operadores do forno inserirem a variação do fósforo, pois este valor pouco acrescenta ao resultado final Ajuste dos parâmetros CE, %C e %Si. Em função de elementos de liga presentes no banho (principalmente %P), que não são considerados na análise térmica clássica, a qual serve de base para o princípio de operação do Carbomax II, pode ocorrer a necessidade de ajuste nos resultados apresentados quando comparados a um laboratório químico confiável. Para tal, utilizam-se o ajuste de 4 parâmetros (menu Parâmetros de ajuste) e os botões existentes no frontal do instrumento (Identificação do painel frontal), que permitem esse ajuste. Vamos exemplificar o ajuste, para três casos distintos: 1º caso: A diferença média apresentada entre o Carbomax II e o laboratório foi de + 0,02%C e +0,20%Si. Neste caso não se deve ajustar o parâmetro de %C; Ajustar o parâmetro de %Si em - 0,20. 2º caso: A diferença média apresentada entre o Carbomax II e o laboratório foi de + 0,07%C e - 0,30%Si. Ajustar o parâmetro de %C em - 0,07; Ajustar o parâmetro de %Si em + 0,30. 3º caso: A diferença média apresentada entre o Carbomax II e o laboratório foi de + 0,07%C e +0,40%Si. Ajustar o parâmetro de %C em - 0,07; Ajustar o parâmetro de %Si em - 0,40. 14

15 De todos os elementos presentes nos ferros fundidos alem do Carbono, o Silício apresenta a maior influência no teor de carbono no ponto eutético. O efeito do aumento do silício em mover o eutético para percentagem de carbono mais baixas pode ser observados considerando quanto carbono o silício é equivalente neste efeito. Este silício equivalente é um aditivo ao teor de carbono existente e a soma dos dois é chamado carbono equivalente. De acordo com medições efetuadas, 1,0% de Silício diminui o teor de carbono do eutético em 1/3 (0,33%). O carbono equivalente é então expresso como Ceq = C (%) + 1/3 Si (%). Se o Ceq for menor do que 4,30 a liga é hipoeutético, só for maior do que 4,30 a liga é hipereutética. Em alguns países é utilizado o grão de saturação (Sc) ao invés de carbono equivalente a partir da seguinte forma SC = Ceq. 4,30 Se SC for maior do que 1,0 a liga é hipoeutética e se SC for maior do que 1,0 a liga é hipereutética. 3. CONCEITO DE CARBONO EQUIVALENTE NOS FERROS FUNDIDOS 15

16 Todos os elementos químicos normalmente presentes no ferro fundido exercem alguma influência na microestrutura e nas propriedades dos ferros fundidos, abaixo estão apresentados alguns comentários do carbono e silício. Carbono: é o elemento mais importante nos ferros grafiticos (nodular e cinzento) e não-grafiticos (ferro fundido branco) é o maior responsável pelas propriedades mecânicas e de fundição. Nos ferros fundidos grafiticos com exceção do carbono combinado na forma de perlita na matriz, o carbono esta presente em forma de veios (cinzento), nódulos (nodular) ou compactados (vermicular) O carbono combinado nos ferros fundidos cinzento varia de 0,1 a 0,8% e o carbono grafitico de 2,8 a 3,5%. O carbono combinado nos ferros fundidos nodulares varia de 0,1 a 0,8% e o carbono grafitico de 3,2 a 3,8% Silício: Atua como forte grafitizante tanto na solidificação como na transformações no estado sólido, conseqüentemente favorece a formação de grafita na solidificação, reduzindo o coquilhamento e favorecendo a formação de ferrita nas transformações no estado sólido. Não é observável na microestrutura, pois fica em solução sólida na ferrita. É juntamente com o carbono o elemento que mais afeta a fundibilidade. Ferros fundidos brancos Os ferros fundidos brancos apresentam normalmente baixos teores de carbono (2,0 a 3,0%) e silício (0,5 a 1,5%) a matriz se apresenta totalmente sob a forma de carbono combinado (cementita, ledeburita e perlita sem a presença de grafita). 4. FUNÇÃO DOS CARBONO E SILÍCIO NA ESTRUTURA DOS FERROS FUNDIDOS 16

17 Exemplos de microestruturas em ferros fundidos: cinzento, nodular, vermicular e branco. 4. FUNÇÃO DOS CARBONO E SILÍCIO NA ESTRUTURA DOS FERROS FUNDIDOS F.Fº Cinzento Perlitico-Ferritico com grafita lamelar Composição química: C = 3,30%; Si = 2,12%; Mn = 0,52%; P = 0,12%; S = 0,08%; Ceq = 4,00 % F.Fº Nodular Perlitico-Ferritico com grafita esferoidal Composição química: C = 3,55%; Si = 2,40%; Mn = 0,25%; P = 0,06%; S = 0,015%; Mg = 0,045% ; Ceq = 4,35 % F.Fº Vermicular Ferritico-Perlitico com grafita vermicular(compactada) Composição química: C = 3,70%; Si = 1,95%; Mn = 0,42%; P = 0,08%; S = 0,015%; Mg = 0,015%; Mo = 0,004%; Ti = 0,01%; Ceq = 4,35 % F.Fº Branco Hipoeutético Composição química: C = 2,50%; Si = 1,15%; Mn = 0,30%; P = 0,06%; S = 0,03%; Ceq = 2,88% 17

18 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. Esta versão vem substituir os consagrados CARBOMAX 2000, com vantagens e melhorias adquiridas ao longo dos anos. O CARBOMAX II possui um circuito micro-controlado proporcionando ainda mais confiabilidade dos resultados e recursos como saídas digitais para comunicação com outros periféricos (impressoras e computadores). O princípio de funcionamento segue a análise térmica da curva de resfriamento de uma amostra de metal colhida forno/panela e vazada em uma cápsula de análise com telúrio com função de sub resfriamento (ITALCARB 'K' - U). Através das temperaturas dos patamares de "Liquidus" e "Solidus" nos indicam com excelente precisão, o teor de carbono equivalente, o teor de carbono total e silício presentes no banho fundido em menos de 3 minutos, na plataforma do forno. A cápsula de análise Térmica é conectada ao CARBOMAX II através de um Receptáculo tipo 'K' montado em um suporte (pedestal) e ligada a um cabo de extensão tipo 'K'. A operação do CARBOMAX II é bastante simplificada e os parâmetros para detecção dos patamares são pré-estabelecidos na fábrica e protegidos por uma memória não volátil, permitindo que o equipamento seja do tipo "plugue e use". Não requer mão de obra especializada para operá-lo e o tempo de resposta é muito inferior se comparado a outros métodos tão confiáveis quanto o CARBOMAX II. Isto proporciona ao fundidor, um maior ganho de produtividade, reduzindo os tempos de espera e correção do material. 18

19 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. Principais aprimoramentos nas características do CARBOMAXII em relação ao CARBOMAX Principais aprimoramentos nas características do CARBOMAX II em relação ao CARBOMAX 2000 e possibilidade de troca do CARBOMAX 2000 O novo CARBOMAX II foi concebido visando simplificar ainda mais o CARBOMAX 2000 em sua operação, utilizando-se dos recursos tecnológicos da eletrônica, ou seja, componentes atuais e mais confiáveis. Em termos de aplicação, ambos destinam-se ao mesmo propósito, sendo que foi adicionado alguma funções no modelo II, como: display de cristal liquido para acompanhamento da medição e indicação dos patamares de Líquidos e Sólidos, além da temperatura de pico, que auxilia na melhor pratica de amostragem, informando quando há temperatura baixa de vazamento, que compromete o resultado; Tabela de erros; Armazenamento das 100 ultimas medições, Possibilidade de 4 pré-ajustes de Carbono e Silício e teclas frontais para seleção A1, A2, A3 e A4; Indicação do Carbono equivalente antes dos demais resultados; Saída para impressora ou computador via RS485; Alimentação full range (90 a 260V), além do design mais moderno e gabinete vedado. A ITALTERM presta, desde 1985, total assistência técnica e suporte ao cliente na operação e manutenção de seus equipamentos. O CARBOMAX II possui uma garantia de fabricação de 1 ano e assistência técnica permanente. Para informações adicionais, não hesite em contatar-nos através dos canais disponíveis de telefone, fax/ e também em nosso site na internet Garanta a confiabilidade do sistema utilizando os sensores ITALCARB 'K' - U da ITALTERM. 19

20 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. DESCRIÇÃO GERAL Identificação do painel frontal 1 - display de indicação de 3 dígitos, tipo LED de alta intensidade, indicativo da análise do material(%CE, %C e %Si). 2 – display LCD indicativo de patamares de temperatura, status de medição e configuração do instrumento. 3 – Botões de configuração. 4 – Botões de ajuste de %CE, %C e %Si da análise do material. 5 – Manípulo para ajuste de ângulo da caixa. 6 – Entrada do Termopar. 7 – Saída RS 485 (comunicação impressora). 8 – Saída para sinalização externa. 9 – Entrada de alimentação (full range–85 a 264 Vca). 10 – Porta fusível (usar somente fusível 1A). 11 – Chave liga e desliga. 12 – Suporte da caixa. 20

21 Tela de ajuste de número de lote Para visualização desta tela, pressione o botão abaixo de sua respectiva indicação no display. O número de LOTE deve ser programado de acordo com a conveniência do cliente, e pode ser considerado por exemplo como identificação da corrida do metal que está sendo feita a análise, ou pode indicar o conjunto de medidas em uma determinada situação. Este número é alfanumérico. Para modificar os valores, use os botões UP e DOWN. O ajuste inicia-se sempre pelo caractere da direita, sendo que para passar para o próximo pressione o botão ENT. Finalizando o ajuste, pressione ENT até voltar para a tela de visualização da análise. IMPORTANTE: Caso pressione o botão ESC durante qualquer momento do ajuste, o display voltará para a tela de visualização da Análise, porém sem salvar os parâmetros necessários. 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. CONFIGURAÇÃO Configuração inicial 21 Tela de visualização da análise Essa tela indica os valores de temperatura dos patamares da análise, parâmetros de ajuste de %CE, %C e %Si (veja ajuste de parâmetros), data, hora, erros ocorridos durante a análise e permite a entrada nas telas de ajuste de lote e histórico.

22 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. CONFIGURAÇÃO Configuração inicial 22 Menu de configuração de setup O CARBOMAX II possui um menu de acesso restrito, que é configurado somente por usuários de nível avançado. Para entrar neste menu, mantenha pressionados simultaneamente os dois botões superiores esquerdos na frontal do instrumento. Para percorrer todos os parâmetros de configuração, utilize os botões conforme indicado na própria tela do instrumento. Menu de configurações Essa tela indica os parâmetros que podem ser configurados em nível de usuário avançado. Tela de visualização de histórico Nesta tela é possível o operador visualizar as análises efetuadas anteriormente. Para visualização desta tela, pressione o botão abaixo de sua respectiva indicação no display. O instrumento tem memória com capacidade de armazenamento de 100 análises, independente de sua data de execução. Sendo apagada a mais antiga para a memorização da mais nova.

23 Parâmetros de Ajuste Nesta tela são configurados os ajustes de %CE, %C e %Si.. Podem ser memorizados até 4 valores de ajustes diferentes. IMPORTANTE: Para utilizá-los durante a análise, estão disponíveis a nível de operador, os botões de acesso rápido A1, A2, A3 e A4, localizados na frontal do instrumento. Pressione o ajuste memorizado desejado durante 3 segundos e o ajuste selecionado será indicado na parte inferior esquerda da Tela de visualização da análise. 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. CONFIGURAÇÃO Configuração inicial 23 Ajuste de data e hora Estes parâmetros devem sempre estar atualizados para identificação de histórico e impressão das análises.

24 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. CONFIGURAÇÃO Configuração inicial Calibração Usada somente pelo pessoal técnico para ajuste dos valores de calibração do instrumento. Unidade Configuração de unidade de temperatura ºC (Celsius) ou ºF (Fahrenheit). Contraste Ajuste para melhor visualização do display. Em escala de 1 a 5, este deve ser selecionado levando em conta a iluminação do local de instalação. 24

25 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. IMPORTANTE: Em qualquer tela para memorizar uma mudança de parâmetro, pressione o botão ENT, essa confirmação é indicada quando o display retorna ao menu anterior. Caso for pressione o botão ESC, ele também retornará ao menu anterior, porém sem memorizar a mudança de parâmetro. ATENÇÃO: Alguns parâmetros já vêm pré-configurados de fábrica, sendo eles: UNIDADE – Unidade de medição de temperatura (º C ou °F); CALIBRAÇÃO – Modo de execução do ajuste de calibração; DATA E HORA – Modo de ajuste da data e da hora local. Esses parâmetros deverão ser alterados somente por pessoal treinado e autorizado pelo cliente. O parâmetro AJUSTE deverá ser ajustado conforme a necessidade do cliente. 25

26 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. ESPECIFICAÇÕES Características elétricas INDICAÇÃO: Resultado da análise: display 7 segmentos com 3 dígitos display de Configuração: LCD gráfico com iluminação automática RANGES / SINAL DE ENTRADA: Temperatura: 1000ºC à 1400ºC Análise do metal: CE: 3,20% à 4,65% RESOLUÇÃO: Temperatura dos patamares: 1ºC Análise do metal: 0,01% ESTABILIDADE DE CALIBRAÇÃO: 0,01ºC / ºC + 2ºC / ano IMPEDÂNCIA DE ENTRADA: Maior que 1 MW COMPENSAÇÃO DA JUNTA FRIA: Automática por semicondutor. CONDIÇÕES DE TRABALHO: Temperatura ambiente de 0ºC a 50ºC. ALIMENTAÇÃO: Full range: 85 ~264 VAC (47 ~63 Hz). CONSUMO: Máximo 50VA, incluindo-se opcionais. PRECISÃO: +/- 0,5% do Span FUSÍVEL: 1A COMUNICAÇÃO RS 485: 9600 baud rate; 8 bits (dados); 1 paridade; 1 stop; 1 start. Características construtivas DIMENSÕES: 265 mm x 370 mm x 160 mm. PESO: 4,5 Kg. FIXAÇÃO: Por parafuso (Veja desenho furação para fixação). 26

27 5. APRESENTAÇÃO DO CARBOMAX II. Características técnicas da impressora MÉTODO DE IMPRESSÃO: Matricial NÚMERO DE COLUNAS: 20 *Com ajuste de silício no CARBOMAX II Conclusão: O CARBOMAX II é uma excelente ferramenta auxiliar para a correção do banho e agilizar o vazamento, desafogando o laboratório e economizando tempo e energia. Benefícios na utilização do CARBOMAX II para Análise de carbono, silício e carbono equivalente. Possibilitar a: Execução do calculo de carga e Análise dos resultados. Correção do banho antes do vazamento do forno. Análise das perdas de carbono e silício durante o processo de fusão. O tempo de resposta dos resultados em menos de 3 minutos na plataforma do forno muito inferior à outros métodos diminuindo os tempos de fusão. Operação de mão de obra não especializada. Resultados com excelente precisão. Baixo custo de investimento e manutenção. Satisfação do cliente, quanto à repetitividade do produto. 27 EXEMPLOCARBOMAXIIRESPOSTALABORAT Ó RIORESPOSTA 1% CE: 4,212m25s% CE:34min %C:3,55%C: 3,57 %Si: 2,11%Si: 2,06 2% CE: 4,472m35s% CE:27min %C: 3,98 %Si: 1,66%Si: 1,60 3% CE: 4,542m35s% CE:35min %C: 4,00%C: 4,02 %Si: 1,83%Si: 1,82 TABELA DE CARACTERES: ASC II INTERFACE DE COMUNICAÇAO: RS 232 C

28 6. ESPECIFICAÇÕES DOS FERROS FUNDIDOS, FERRO BICA E PRODUTO 6.1. Introdução Todos os materiais produzidos devem estar de acordo com as especificações fornecidas pelo Cliente por meio de desenhos ou normas no que diz respeito a sua composição química, propriedades mecânicas e estrutura metalográfica. Adota-se normalmente, quatro normas públicas que atendem as especificações solicitadas por cada cliente em particular. Observações: Existem outras normas que por solicitação do cliente são adaptados àquelas adotadas. Exemplo: Norma NF: França Norma UNI: Itália Norma JIS: Japão Norma BS: Inglaterra Norma ISO: Internacional Uma vez estabelecida à norma do material é especificado pelo Departamento Técnico a faixa de dureza Brinell e a composição química para cada peça produzida. 28

29 6. ESPECIFICAÇÕES DOS FERROS FUNDIDOS, FERRO BICA E PRODUTO 6.2. Classes de Materiais Especificados nesse Trabalho 6.3. Tabela de Materiais para o Ferro Fundido Nodular 29

30 6. ESPECIFICAÇÕES DOS FERROS FUNDIDOS, FERRO BICA E PRODUTO 6.4. Tabela de Materiais para o Ferro Fundido Cinzento 30 Observações relativas às tabelas para o ferro fundido nodular e cinzento Os resultados constantes nestas tabelas são obtidos através de corpos de prova. Nas peças os valores são influênciados pela forma, tamanho e resfriamento dos fundidos; Os resultados dos ferros nodulares-ferríticos D4018, GGG-40, ASTM , FE 38017, são obtidos mediante tratamento térmico de ferritização (recozimento pleno).

31 6. ESPECIFICAÇÕES DOS FERROS FUNDIDOS, FERRO BICA E PRODUTO 6.5. Composição Química dos Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares (Indicativo) Material e Características – Ferro Produto 31 Composição Química - % (Indicativo) ClasseSeção média (mm) Carbono (C) Silício (Si) Manganês (Mn) Fósforo (P) Enxofre (S)Magnésio (Mg) Cobre (Cu) Cromo (Cr) Carbono Equiv. (Ceq) 1NOD.< 133,5 – 3,72,6 – 2,80,10 Max0,08 Max0,015 Max0,035/0,0800,15 Max0,05 Max4,3 – 4,5 Ferritico13 – 503,4 - 3,62,4 – 2,80,15 Max0,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,15 Max0,05 Max4,2 – 4,4 Predom.> 503,4 – 3,62,4 – 2,80,20 Max0,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,15 Max0,05 Max4,2 – 4,4 2NOD.< 133,5 – 3,72,6 – 2,80,30 / 0,400,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,20 / 0,400,06 Max4,3 – 4,5 Ferritico13 – 503,4 – 3,62,4 – 2,80,30 / 0,400,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,20 / 0,400,06 Max4,2 – 4,4 Perlitico> 503,4 – 3,62,4 – 2,80,30 / 0,400,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,20 / 0,400,06 Max4,2 – 4,4 3NOD.< 133,5 – 3,72,4 – 2,60,30 / 0,500,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,30 / 0,700,07 Max4,3 – 4,5 Perlitico13 – 503,4 – 3,62,3 – 2,50,30 / 0,500,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,30 / 0,700,07 Max4,2 – 4,4 Predom.> 503,4 – 3,62,3 – 2,50,30 / 0,500,08 Max0,015 Max0,035/0,0500,30 / 0,700,07 Max4,2 – 4,4 4CINZ.< 133,5 – 3,72,4 – 2,60,40 / 0,600,12 Max0,05 / 0,12-0,20 Max0,10 Max4,2 – 4,4 Ferritico13 – 503,4 – 3,62,2 – 2,40,50 / 0,700,12 Max0,05 / 0,12-0,30 / 0,500,10 Max4,1 – 4,3 Predom.> 503,3 – 3,52,0 – 2,20,50 / 0,700,12 Max0,05 / 0,12-0,40 / 0,600,10 Max4,0 – 4,2 5CINZ.< 133,2 – 3,42,0 – 2,20,50 / 0,700,12 Max0,05 / 0,12-0,80 / 1,000,20 Max3,9 – 4,1 Perlitico13 – 503,1 – 3,31,9 – 2,10,60 / 0,800,12 Max0,05 / 0,12-0,80 / 1,000,20 Max3,8 – 4,0 Ferritico> 503,1 – 3,31,7 – 1,90,60 / 0,800,12 Max0,05 / 0,12-0,80 / 1,000,20 Max3,7 – 3,9 6CINZ.< 133,1 – 3,31,7 – 1,90,60 / 0,800,12 Max0,05 / 0,12-0,80 / 1,000,40 Max3,7 – 3,9 Perlitico13 – 503,0 – 3,21,6 – 1,80,70 / 0,900,12 Max0,05 / 0,12-0,80 / 1,000,40 Max3,6 – 3,8 Predom.> 503,0 – 3,21,5 – 1,70,70 / 0,900,12 Max0,05 / 0,12-0,80 / 1,000,40 Max3,5 – 3,7

32 6. ESPECIFICAÇÕES DOS FERROS FUNDIDOS, FERRO BICA E PRODUTO 6.6. Composição Química dos Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares (Indicativo) Material e Características – Ferro Bica 32 Composição Química - % (Indicativo) – Ferro Bica - CARBOMAX ClasseSecção média (mm) Carbono (C) Silício (Si)Carbono Equiv. (C eq.)Observação 2,0% Liga1,6% Liga2,0% Liga1,6% Liga Os percentuais de Si, Mn, P e S devem se manter no ferro produto. Considera-se uma perda de 0,10% de Carbono (C) durante a nodularização. 1 NOD. < 133,60 - 3,801,70 – 1,901,90 – 2,104,20 – 4,304,30 – 4,40 13 – 503,50 – 3,701,50 – 1,801,70 – 1,904,10 – 4,204,20 – 4,30 > 503,50 – 3,701,60 – 1,80170 – 1,904,10 – 4,204,20 – 4,30 2 NOD. < 133,60 – 3,801,70 – 1,901,90 – 2,104,20 – 4,304,30 – 4,40 13 – 503,50 – 3,701,60 – 1,801,70 – 1,904,10 – 4,204,20 – 4,30 > 503,50 – 3,701,60 – 1,801,70 – 1,904,10 – 4,204,20 – 4,30 3 NOD. < 133,60 – 3,801,60 – 1,80 4,10 – 4,204,20 – 4,30 13 – 503,50 – 3,701,40 – 1,601,50 – 1,704,0 – 4,104,10 – 4,20 > 503,50 – 3,701,40 – 1,601,50 – 1,704,0 – 4,104,10 – 4,20 4 CINZ. < 133,55 – 3,752,25 – 2,454,30 – 4,50 Considera-se uma perda de 0,05% de carbono no ferro produto. Considera-se uma inoculação de 0,3% de ferro Silício com 50% de rendimento no ferro produto. 13 – 503,45 – 3,652,05 – 2,254,10 – 4,30 > 503,35 – 3,551,85 – 2,054,00 – 4,20 5 CINZ. <133,25 – 3,451,85 – 2,054,00 – 4,20 13 – 503,15 – 3,351,75 – 1,953,80 – 4,00 > 503,15 – 3,351,55 – 1,453,70 – 3,90 6 CINZ. <133,15 – 3,351,55 – 1,53,70 – 3,90 13 – 503,05 – 3,251,45 – 1,653,60 – 3,80 >503,05 – 3,251,35 – 1,553,50 – 3,70

33 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.1. Definição Matérias-Primas correspondem aos materiais que compõem as peças fundidas, exemplo: ferro gusa, sucata, etc. Insumos correspondem aos materiais que participam indiretamente na fabricação das peças fundidas. Exemplos: energia elétrica, refratários, escorificantes, etc Utilização das matérias-primas Existem muitas opções na utilização destes materiais que dependem do tipo do forno utilizado, da qualidade do produto, da disponibilidade dos materiais e do custo do ferro fundido produzido Matérias-primas A seguir vamos relacionar as principais matérias-primas utilizadas na fusão e seus efeitos nas propriedades dos ferros fundidos cinzentos e nodulares. 33

34 7.MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Ferro Gusa O ferro gusa constitui a melhor matéria-prima de que se dispõe para a produção do ferro fundido cinzento e nodular, qualquer que seja o equipamento de fusão disponível. É uma excelente fonte de carbono e silício, além de ser em geral homogêneo, denso e de baixa concentração de elementos residuais, principalmente o ferro gusa obtido de alto forno à carvão vegetal. Em fornos elétricos de indução e cubilô, é muitas vezes recomendado o seu uso de pelo menos cerca de 20% nas cargas e nos fornos rotativos 50%. Suas vantagens residem no fato de possuir alta densidade, favorecer a dissolução da sucata de aço servir como fonte de carbono e também favorecer a grafitização, por incrementar a intensidade da nucleação do banho. Além disso, não necessita de limpeza adicional para ser carregado, o que é, também uma ótima contribuição para uma maior durabilidade do revestimento refratário. 34 COMPOSIÇÃO QUÍMICA ( %) ELEMENTOCOMPOSIÇÃO DISPONÍVEL COMPOSIÇÃO TIPÍCA F.F ° CINZENTO COMPOSIÇÃO TIPÍCA F.F °NODULAR Observações Carbono (C)3,60 / 4,203,80 / 4,004,0min.A partir do cálculo de carga do forno estas composições devem ser definidas. Silício (Si)0,50 / 3,502,50 / 2,701,50 / 1,70 Manganês (Mn)0,05 / 1,000,60 / 0,800,10 max. Fósforo (P)0,05 / 0,150,12 max.0,08 max. Enxofre (S)0,01 / 0,100,05 max.0,015 max. Nota: Percentagens limites para os elementos subversivos. Titânio (Ti) = 0,04 Max; Antimônio (Sb) = 0,01.

35 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Sucata de Aço São sobras, geralmente em forma de chapas, aparas, canos, perfis, estruturas, etc, gerados pelos processos de estampagem, prensagem, forjaria, recortes e são recebidas em lotes diferenciados com composição química conhecida (Ex: Aço 1010, 1020, 1030, 1045, etc). A sucata de aço não sendo utilizada normalmente nos fornos rotativos é empregada como componente das cargas em fornos à indução até 50% ficando limitada a % de manganês nos ferros nodulares, e no cubilô (até 15%). Seu uso é desejável além da facilidade de incorporar os elementos de liga, tem um custo inferior ao ferro gusa. A sucata mais desejada é a de estamparia na forma de pacotes prensados para os fornos à indução. Atenção: deve ser evitada a contaminação do banho com sucatas contendo Alumínio (revestimento), titânio (tintas), chumbo (tintas, misturas com metais não ferrosos, revestimentos, etc) e estanho (chapas galvanizadas). 35 COMPOSIÇÃO QUÍMICA MEDIA DAS SUCATAS DE AÇO AO CARBONO (NÃO LIGADO) Material SAE% Carbono (C)% Manganês (Mn)% Silicio (Si)% Fósforo (P)% Enxofre (S) 10100,100,300,200,040, ,200,400,200,040, ,300,500,200,040, ,450,700,200,040, ,600,700,200,040,03

36 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Sucata de Ferro Fundido Corresponde a sucata de peças adquiridas de terceiros utilizado na elaboração dos ferros fundidos cinzentos e nodulares. Normalmente não devem ser aplicadas para o ferro fundido nodular devido a presença de elementos nocivos que inibem a formação da grafita esferoidal, como Chumbo, Titânio, Alumínio, Bismuto, Antimônio, Boro e para o ferro cinzento com composições conhecidas Canais de retorno de Ferro Fundido Os canais de retorno de ferro fundido constituem uma matéria-prima de excelente qualidade, uma vez que a sua composição química é a que geralmente mais se aproxima daquela especificada para o banho líquido. A porcentagem de sucata de retorno a ser utilizada é função, logicamente, da quantidade de sucata de retorno gerada em uma determinada fundição e da disponibilidade de custos de outros materiais que compõem a carga. Salienta-se, que no caso de uma fundição fabricar vários tipos de liga, é necessário um controle de cada tipo de retorno para evitar contaminações do banho metálico e suas conseqüências na qualidade das peças fundidas. 36 COMPOSIÇÕES TÍPICAS %C%Si%Mn%P%S%Cr%Cu Blocos de motor3,202,250,650,100,080,15–––– Tambor de freio3,501,900,650,100,080,250,80 Camisa de cilindro3,402,200,650,100,08––––0,80 Disco de freio3,401,900,650,100,08––––0,80 Polias3,402,400,650,100,08–––– Sucata de F.F° Nodular3,502,600,300,080,02––––0,10

37 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Cavacos de aço e cavacos de ferro fundido (limalha) Numerosas fundições geram cavacos de ferro fundido ou de aço, ou então situam-se nas vizinhanças de indústrias que o fazem. Visa-se, com sua utilização, principalmente a redução de custo da carga uma vez que seu preço geralmente é muito inferior ao da sucata de aço ou de ferro fundido. No forno cubilot e rotativo necessitam de serem briquetadas, já nos fornos a indução podem ser usados soltos desde que estejam isentos de óleo e/ou água, de partes oxidadas, normalmente são utilizados percentuais de até 20%. 37

38 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Carburantes Muito empregado quando se utiliza sucata de aço nas cargas e para carburação em fornos rotativos. Os carburantes foram classificados por Moore como grafíticos e não grafíticos. Os grafíticos são geralmente provenientes de usinagem de eletrodos de grafite de alta pureza e cristalinidade, podendo ser obtidos sinteticamente, a partir de grafites naturais. Os não grafíticos são produzidos a partir da calcinação de resíduos de refinaria de petróleo (coque de petróleo), coques de fundição ou eletrodos de grafite com menor teor de carbono fixo, sendo menos cristalinos que os outros anteriormente citados ou ainda amorfo. Nesta ultima classe estão os carvões vegetais e o carbureto de silício, que é considerado por alguns o produto de adição mais importante em cubilôs e fornos elétricos na fabricação de ferro fundido cinzento e nodular, agindo como fonte de carbono e de silício e influenciando o poder nucleante do banho. Na elaboração dos ferros fundidos nodulares deve-se cortar o uso de carburantes não grafíticos que apresentem alto teor de enxofre com a conseqüente formação de grafita degenerada. O rendimento das adições dos carburantes é de 80% a 90% sobre o carbono contido (que varia de 80 à 99%) nos fornos a indução e de 30 à 40% nos fornos rotativos. Apresenta-se sob a forma granulada ou em escamas 38 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS PRINCIPAIS CARBURANTES Tipo do Carburante% C fixo% Si% N% S Grafite Sintético99,30––––0,0050,050 Grafite Natural Cristalino86,30––––0,0600,35 Coque Petróleo Calcinado. BE98,00––––0,0800,30 Carbureto de Silício Metalúrgico30,0063,000,0300,001

39 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Ferro Silício 45 e 75% em Pedras Utilizado para ajustar o teor de silício para a composição desejada durante a fusão sendo um agente ferritizante. Dilui-se facilmente no banho e seu rendimento sobre a liga é de aproximadamente 80% sobre o silício contido na liga. Deve-se limitar o teor de alumínio presente na liga em 1,0% max. para evitar a formação de pinholes (porosidades) Ferro Silício 75% Granulado (0,3 À 3,0mm) Utilizando como um inoculante comum e para ajuste da composição química na panela de vazamento estas adições variam de 0,3 à 0,5%. 39

40 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Inoculantes: Granulometria (0,3 à 3,0mm) São ligas de ferro silício contendo elementos como Cálcio, Bário, Estrôncio que em variadas proporções beneficiam a formação de ferrita, perlita, distribuição da grafita e reduzem a formação da cementita. O cálcio é efetivo para promover a formação de núcleos da grafitização e é um poderoso desoxidante e dessulfurante. O Bário tende á aumentar a velocidade de crescimentos dos núcleos de grafita e aumenta o tempo de ação do inoculante na panela. 40 COMPOSIÇÕES TÍPICAS DE INOCULANTES (%) Ferro Fundido CinzentoFerro Fundido Nodular Si60 – Ca1,0 – 1,50,8 – 1,3 BA2,0 – 2,50,8 – 1,3 Mn5,0 – 8,0–––– Al0,75 – 2,01,3 max

41 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Ferro Manganês - 75% (Alto Carbono) Utilizado em pedras para ajustar o teor de manganês para a composição desejada durante a fusão dilui-se facilmente e seu rendimento é de aproximadamente 60%. Utilizado em forma de pó para adição na panela com boas condições de diluição em teores inferiores à 0,5% com rendimento de 50% sobre a liga. O manganês aumenta a dureza e resistência com formação de perlita, porém se utilizado em excesso (acima de 0,8% para Ferro Fundido Cinzento e 0,5% para Ferro Fundido Nodular) prejudica a usinabilidade e provoca coquilhamento (cementita) e pontos duros nas peças por segregação. Nota: O Ferro Manganês de baixo carbono (1,0% max.) é normalmente utilizado na produção de aços e ferros brancos de alta liga (maior custo). 41 COMPOSIÇÃO TÍPICA DO FERRO MANGANÊS AC (%) Mn:70 – 78 Si:0,50 C:5 - 8

42 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Ferro Silício Magnésio ou Liga Nodularizante Utilizada para a fabricação do Ferro Fundido Nodular exclusivamente com o objetivo de alterar a forma da grafita de lamelar (F.F°. Cinzento) para esferoidal (F.F°. Nodular). Um residual de Magnésio na ordem de 0,030 à 0,060% promove este efeito sem conseqüências prejudiciais na matriz. Acima do limite de 0,06% provoca a formação de grafita degenerada e a formação de carbonetos. Abaixo de 0,030 provoca a formação de grafita lamelar ou vermicular. Outros elementos contidos na liga como o Cerio (Terras Raras) e Cálcio em conjunto reduzem o coquilhamento, neutralizam elementos nocivos (Pb, Bi, As, Sb e Ti) e aumentam o tempo de ação da liga na panela de vazamento. A granulometria da liga é definida em função da quantidade de metal contido na panela de vazamento e o formato da mesma com as seguintes faixas granulométricas (indicativo): 01 à 06mm: Panelas até 100kgs 06 à 12mm: Panelas até 500kgs Composição química das ligas nodularizantes mais comercializadas, principalmente devido ao menor custo quando comparadas com ligas contendo níquel ou altos percentuais de Terras Raras. 42 COMPOSIÇÕES TÍPICAS DE LIGAS NODULARIZANTES Liga Número 04Liga Número 01 Si43 – 48 Ca0,8 – 1,3 Mg5,0 – 7,08,0 – 10,0 Tr (Ce)0,8 – 1,10,8 - 1,1 Al1,2 máx. 10 à 25mm: Panelas acima de 500kg Nota: A Liga Número 01 provoca uma reação mais violenta e normalmente utilizada em panelas de reação com tampa.

43 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Nucleantes Utilizado para a formação dos núcleos de grafita e diminuição da oxidação do banho melhorando a sua qualidade é adicionado no banho líquido do forno um pouco antes do vazamento, atuando também como um carburante. Contem aproximadamente 60% de silício, 6,0% de cálcio e 15% de carbono, com granulometria de 0,35 a 3,0 milímetros. As percentagens adicionadas variam de 0,3 a 1,0%. Nota: É comercializado com nomenclaturas Grafaloy, Inofor e outros Ferro Cromo – Alto Carbono Utilizado em pequenas percentagens de 0,10 à 0,30% para o aumento da resistência e formação de perlita fina nos ferros fundidos, teores mais altos promovem a formação de carbonetos coquilhamento). As adições de ferro cromo nestes pequenos teores podem ser feitas na panela ou na bica do forno devido a alta oxidação do cromo quando carregado no forno. O rendimento de adição nas panelas podem atingir 80 à 90 do cromo contido na liga. A liga pode ser fornecida em pedras para a adição no forno ou granuladas de 0,3 a 3,0mm para adições na panela. 43 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE FERRO CROMO AC (%) Cr55 – 60 C6 – 9 S0,025max P0,035max Si5,0max

44 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Ferro Molibdênio – Granulometria 1,0 a 3,0mm Utilizado para aumentar efetivamente a resistência à tração, a dureza e o módulo de elasticidade. É adicionado em teores de 0,30 à 0,50%. Apresenta baixa tendência para formar carbonetos e extensa utilização para aumentar as propriedades à temperatura elevada. Em geral é adicionado no forno em forma de pedras e na panela com granulometria de 1,0mm a 3,0mm, apesar do alto ponto de fusão, dissolve-se facilmente na panela. É pouco oxidável, apresentando rendimento acima de 80% sobre o molibdênio contido. Normalmente não é utilizado isoladamente devido ao alto custo. Outros Ferro Ligas utilizadas na fundição para a produção de Ferros Fundidos Especiais: Ferro Vanadio: efeito similar ao molibdênio, teores limitados à 0,20%; Ferro Titânio: atua como grafitizante em baixos teores para Ferro Fundido Cinzento. 44 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO MOLIBDÊNIO Mo60 – 65 C0,10max P S0,15max Si1,50max Cu1,00max

45 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel Diluem-se facilmente no banho e são utilizados na condição de metal puro. Cobre: Utilizado como grafitizante na solidificação e promovedor na formação da perlita no estado sólido elevando a resistência, e a dureza nos ferros fundidos cinzentos e nodulares, evitando a formação de zonas conquilhadas e diminuindo o alongamento nos ferros nodulares. As adições variam de 0,5 á 1,0%. Apresenta-se sob a forma de cobre puro de preferência cobre eletrolítico (fios, cabos, condutores de eletricidade), já que o emprego de cobres refundidos pode acarretar a introdução do chumbo, antimônio, estanho, arsênico, etc., que provocam deterioração nas propriedades mecânicas. A adição de cobre pode ser feita na panela de vazamento, na bica ou no forno em face do baixo ponto de fusão o cobre dissolve-se facilmente no forno fundido líquido. No caso de adição na panela não se recomenda colocá-lo no fundo, pois devido à densidade elevada pode não haver homogeneização completa, deve ser adicionado em pequenos pedaços na panela quando esta já possui certa quantia de metal líquido. O rendimento de adição de cobre é acima de 90% e nos canais de retorno a recuperação é quase total. Quando se deseja aproveitar o efeito da ação isolada do cobre na resistência á tração, recomenda-se uma redução do teor de silício em 0,25% para cada 1,0% de cobre adicionado devido ao seu efeito grafitizante. 45

46 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel Níquel É um elemento grafitizante médio e assim como o cobre diminui a formação de carbonetos na solidificação. Durante o resfriamento no estado sólido (eutectoide) atua como perlitizante e como conseqüência aumenta dureza e a resistência á tração. As adições variam normalmente de 0,5 a 2,0%, sendo usadas principalmente para contrabalançar o efeito de estabilizador de carboretos do cromo, molibdênio e vanádio. É caro e raramente é usado separadamente. Apresenta-se normalmente sob a forma de esferas, pequenos pedaços ou briquetes, e mais raramente como Ferro Níquel. As adições podem ser feitas na panela em quantidades até 2,0% quando se dissolve facilmente e o processo de adição e o rendimento é semelhante ao do Cobre. Estanho O Estanho atua como forte estabilizador de perlita, sem apresentar tendência a formação de carbonetos na solidificação e modificar a forma de grafite. Atua com efeito semelhante ao Cobre na proporção de 1 para 10 ( 1 parte de Estanho = 10 partes de Cobre. As adições estão limitadas a 0,10%, acima destes teores provocam fragilidade no material. Como as quantidades adicionadas são baixas, as mesmas são feitas na panela ou na bica de forno. O estanho funde rapidamente, é facilmente homogeneizado pela própria turbulência no jato do metal. 46

47 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Coque e Calcário – Matérias-Prima para o Forno Cubilô Coque O êxito na marcha de operação do cubilô, depende de uma série de fatores, dentre eles um dos mais importantes é a qualidade do coque. Alterações na qualidade do coque podem promover interferências significativas na temperatura do ferro fundido, na carburação e no teor de enxofre da liga fundida. É desejável que, o coque de fundição seja, de difícil combustão, de tamanho grande (80-120mm) e de baixa reatividade. Constitui-se, também, características importantes, do coque de fundição: o teor de cinzas, o teor de enxofre, o teor de materiais voláteis, teor de carbono fixo e a resistência mecânica. Em cubilô ácido de 40 a 50% do enxofre do coque passa para o ferro fundido. Dessa forma, em ferros fundidos que se exige baixo enxofre, o teor deste elemento varia de 0,6 a 1,4%. O teor de carbono fixo do coque é um fator determinante do seu poder calorífico. Quanto mais elevado o teor do carbono fixo, mais alto é o poder calorífico do coque e maior tende a ser o potencial de carburação. Só o teor de carbono fixo deveria ser superior a 85%. Todos os coques possuem em menor ou maior quantidade resíduos não combustíveis, que se constituem nas cinzas e que devem ser escorificadas no interior do forno. Quanto mais elevado o teor de cinzas, tanto mais baixa a qualidade do coque. Teores de cinzas abaixo de 10% não chegam a causar influência significativa no processo de fusão. Os coques em geral tem teor de cinzas entre 8 e 15%. A quantidade de matérias voláteis é um indicativo de estado de coqueificação. Geralmente o teor de voláteis situa-se abaixo de1%, teores mais elevados, indicam que houve coqueificação deficiente. 47

48 7. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO 7.3. Matérias-primas Coque e Calcário – Matérias-Prima para o Forno Cubilô Calcário O emprego de calcário no forno cubilô como se sabe tem por finalidade abaixar a temperatura de fusão da escória primária, formada pela escorificação da cinza do coque, partículas de refratário, óxidos e areia de retorno. A adição de CaO, sob forma de calcário, promove uma boa condução metalúrgica do forno, principalmente no que se refere a fluidez da escória, e a ação desta sobre o teor de enxofre. As características de um bom calcário de fundição são: 1. Pureza: 90 a 95% de CaCO3 2. Sílica: 2% no máximo 3. Enxofre: 0,3% (seria ótimo de fosse 0%) 4. Tamanho: 30 a 40mm 5. Finos, pós 5% 6. Deve ser compacto e duro O tamanho do calcário deve variar de 30 a 40mm, pois partículas muito pequenas e poeiras são lançadas para fora do forno pela ação dos gases. Pedaços muito grandes se dissolvem com dificuldade e podem provocar distúrbios na marcha do forno. O calcário é carregado juntamente com o coque. 48

49 8. RENDIMENTO DAS ADIÇÕES 49 LigaElem. % do elem. cont. na Liga Rendimento da liga na fusão % Rendimento do Elemento na liga %Etapa InduçãoRotativoCubilôInduçãoRotativoCubilô Ferro Silício PedraSi Carga Fusão Ferro Silício PedraSi Carga Fusão Ferro Silício GranuladoSi Panela Ferro Manganês PedraMn Carga Fusão Ferro Manganês GranuladoMn Panela Ferro Cromo PedraCr Carga Fusão Grafite SintéticoC998040–8039–Carga Fusão Grafite NaturalC868040–6934–Carga Fusão Coque PetróleoC988040–7835–Carga Fusão Carbeto de SilícioC3090––27––Carga Fusão Carbeto de SilícioSi6090––54––Carga Fusão Inoculante IM 22Si Panela Inoculante IM 75Si Panela Liga Nodulizante nº 4Mg6,040 –2,4 –Panela Liga Nodulizante nº 4Si4590 –40 –Panela Liga Nodulizante nº 1Mg9,035 –3,1 –Panela Liga Nodulizante nº 1Si4590 –40 –Panela CobreCu10090 Fusão/Panela NíquelNi10090 Fusão/Panela EstanhoSn10090 Panela Ferro MolibdênioMo Fusão/Panela

50 Exemplo: Se o percentual de carbono na carga do forno rotativo for 3,8%, o ferro na bica apresentará o resultado de 3,8 x (100,0 – 12,0) = 3,344 %. 100 Se o percentual de carbono no forno a indução for de 3,8%, o ferro na bica apresentará o resultado de 3,8 x ( ,5) = 3,743 %. 100 Se o percentual de carbono no forno cubilot for de 3,8%, o ferro na bica apresentará o resultado de 3,8 x ( ,5) = 4,047 % RENDIMENTO DAS ADIÇÕES Variação média do percentual dos elementos C, Si e Mn (100%) durante a fusão da carga (Ferro Bica 1420ºC) Forno TipoCarbono (C) (%)Silício (Si) (%)Manganês (Mn) (%) Indução(-) 1,5(-) 3,0(-) 6,0 Cubilot(+) 6,5(-) 10,0(-) 15,0 Rotativo(-) 12,0 (-) 25,0

51 Na tabela (Forno Rotativo – Carbono) foi utilizado os seguintes fatores: Carga = 1000Kg % Silício no aço = 2 % Rendimento do FeSi75 = 60 % Rendimento do grafite = 39 Na tabela (Forno Rotativo – Silício) foi utilizado os seguintes fatores: Carga = 1000Kg % Carbono no aço = 3,5 % Rendimento do FeSi75 = 60 % Rendimento do grafite = 39 Na tabela (Forno À Indução – Carbono) foi utilizado os seguintes fatores: Carga = 1000Kg % Silício no aço = 2 % Rendimento do FeSi75 = 67 % Rendimento do grafite = 80 Na tabela (Forno À Indução –Silício) foi utilizado os seguintes fatores: Carga = 1000Kg % Carbono no aço = 3,5 % Rendimento do FeSi75 = 67 % Rendimento do grafite = CORREÇÃO DO BANHO LÍQUIDO – %CARBONO E % SILÍCIO (TABELA EM EXCEL).

52 Forno Rotativo Si CORREÇÃO DO BANHO LÍQUIDO – %CARBONO E % SILÍCIO (TABELA EM EXCEL). Forno Rotativo C Forno Indução C Forno Indução Si

53 METODOLOGIA DO CALCULO PARA CORREÇÃO DA % DO CARBONO E SILÍCIO Calculo para a correção da % carbono - Diminuição da % de carbono Adição de Aço 1010 ou 1020 e FeSi75 no forno em Kg. Kgs Aço = 1,0 - % Carbono desejado x Kg carga %Carbono encontrado Kgs FeSi75 = Kg aço x % Silício no aço % Rendimento do FeSi75 - Aumento de % de Carbono Adição de grafite no forno Kg. Kg Grafite = % Carbono desejado - % Carbono encontrado x Kg carga % Rendimento Grafite Calculo para a correção da % Silício - Diminuição de % de Silício – adição de aço 1010 ou 1020 e grafite. Kgs Aço = 1,0 - % Silício desejado x Kg carga % Silício encontrado Kg Grafite = Kg aço x % Carbono no aço % Rendimento do grafite - Aumento de % de Silício – Adição de ferro fundido em Kg Adição de FeSi no ferro em Kg Kg FeSi = % Silício desejado - % Silício encontrado x Kg Carga % Rendimento FeSi CORREÇÃO DO BANHO LÍQUIDO – %CARBONO E % SILÍCIO (TABELA EM EXCEL).

54 CALCULO DE CARGA FERRO BICA – CONTROLE % CARBONO, %SILÍCIO E %CARBONO EQUIVALENTE (TABELA EM EXCEL). Forno Tipo: Indução Forno Tipo: Cubilot Forno Tipo: Rotativo

55 11.1. Aparelhos e dispositivos necessários. Pirômetro de imersão tipo – INDIMAX 2000II ou Forneiro II – Tipo S mais assessórios. Faixa de Temperatura – 800°C °C (Aferição temperatura - Forno e panela). Aparelho de Análise Térmica CARBOMAX II mais assessórios – Indicador do teor (%) de Carbono, Silício e Carbono equivalente (Forno ou antes da adição de ligas na panela) PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.).

56 11.1. Aparelhos e dispositivos necessários. Coletor de amostra ITAL SAMP – F ou coquilha para a obtenção de moedas para Análises espectrográficas dos elementos constituintes dos ferros fundidos. Opcional: coquilhas de ferro fundido, aço ou cobre PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.).

57 11.1. Aparelhos e dispositivos necessários. Coquilha para obtenção de uma moeda fundida para análise química via espectometro PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.).

58 11.1. Aparelhos e dispositivos necessários. Cunhas para a verificação da altura do coquilhamento. (Item 11.2) NBR Blocos Y para usinagem de corpos de prova para ensaio de tração, ferro fundido nodular. NBR PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.).

59 11.1. Aparelhos e dispositivos necessários. Barras para usinagem de corpos de prova para ensaio a tração, ferro fundido cinzento. Durometro Brinell – Bancada (maior precisão) ou portátil tipo Poldi (menor precisão) (±8,0HB) PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.). Dimensões propostas (padrão normal) Diâmetro N = 8mm Dimensão M = 12mm P = 40mm L = 300mm Nota: medidas acima conforme norma NBR 6589

60 11.2. Teste de cunha para controle da qualidade do ferro base. Verificar somente a composição química do ferro fundido em condição para o vazamento não será o bastante para garantir a qualidade final do metal. Diversos ferros bases com a mesma composição química podem e normalmente apresentarão condições diferentes de nucleação do grafite. Foi demonstrado que a variação da qualidade metalúrgica do ferro resultará em peças que microestruturas diferentes e propriedades mecânicas, tendências ao rechupe e usinabilidades variadas. Alterando a condição de nucleação (pré condicionando o ferro) que pode ser feita pela alteração de carga do forno e/ou pela adição de carbono ou silício e vários elementos formadores de óxidos estáveis que contribuem para a nucleação. Todavia para medir o efeito destas adições assim como as temperaturas e tempo de espera no forno podem ser feita somente pela analise da curva de resfriamento e/ou pelo teste de cunha. Fatores que afetam o valor do coquilhamento: O aumento do carbono equivalente e a redução dos elementos estabilizantes dos carbonetos (Fe3C) diminuirão os valores do coquilhamento. Se os valores do coquilhamento estiverem aumentando, fique seguro que o metal não esteja superaquecido e/ou não esteja mantendo o banho no forno por longos períodos. Fratura de corpos de prova mantidos a uma temperatura de 1500ºC, respectivamente durante 1, 5, 15, 25 e 35 minutos (da esquerda para direita), e conseqüente diminuição do carbono equivalente que podem ser monitorados pelo CARBOMAX II PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.). Presença de uma fratura branca nos vértices superiores significa que o ferro fundido cinzento está oxidado.

61 11.2. Teste de cunha para controle da qualidade do ferro base. Corrigindo o valor do coquilhamento: Fratura de corpo de prova mantidos a uma temperatura de 1500ºC, respectivamente durante 1, 5, 15, 25 e 35 minutos (da esquerda para direita). Corrigindo o valor do coquilhamento: Aumente nucleação no forno pela adição de grafite, ferro silício, carbureto de silício (forno à indução) ou compostos grafitizantes (grafaloy, etc.) ou inoculante em pequenas percentagens (aprox. 0,3%). Uma pequena adição de 2,0% de gusa reduzirá o valor do coquilhamento sem alterar significativamente a composição química. Corpos-de-prova (Norma NBR 6846) Os corpos-de-prova devem ser selecionados conforme tabela Os modelos para o corpos-de-prova devem ser metálicos e obedecer às dimensões e formas mostradas na tabela 11.1 e figura 11.1, respectivamente. O modelo deve ser montado em uma caixa de macho, de maneira que o macho obtido permita o vazamento por uma extremidade, e o comprimento esteja na vertical. Deve haver no mínimo, 25mm de espessura de areia no fundo do macho PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.).

62 11.2. Teste de cunha para controle da qualidade do ferro base. Notas: O molde deve ser feito em areia de macho; Parede mínima do molde: 20mm; Tolerâncias gerais: ±0,8mm, exceção para o comprimento:3,0mm; O raio no vértice é obtido da seguinte maneira: inicialmente usina-se uma superfície plana medindo 0,8mm através da eliminação do vértice pontiagudo. Em seguida, arredonda-se cuidadosamente a superfície plana. Se for necessário um ângulo de saída, as extremidades do molde devem obedecer às tolerâncias da alínea c PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.). Cunha n º B (mm)H (mm)A (grau)Comprimento (mm) M á ximo W (mm) W15,025,011,51002,5 W210,032,018,01005,0 W319,038,028,01009,5 W3. ½ 25,044,032,013012,5 W432,051,034,515016,0 Tabela 11.1 – Dimensões das provas de cunha FIGURA formas das provas de cunha

63 11.2. Teste de cunha para controle da qualidade do ferro base. Efetuando o ensaio A amostra deve ser vazada em temperatura uniforme e o mais próximo possível d temperatura de vazamento da peça. A concha deve ser revestida com mistura refratária (ou areia Shell aquecida) devendo estar livre de contaminação metálica. O peso aproximado do metal é de aproximadamente 2Kg (300ml). Recomenda-se pré aquecer a concha com o ferro e enche-la novamente para obtenção da amostra. Preparação da amostra Amostra pode ser resfriada em água assim que estiver completamente sólida, ou resfriada tanto no molde ou ao ar livre. No primeiro caso o resfriamento deve ser feito fixando-se a amostra com uma tenaz, imergindo-a em água cerca de 6 a 12 mm da base da cunha, a qual deve ser gradativamente resfriada. Imergindo-a completamente, mas removida com calor necessário para secagem na temperatura ambiente. A amostra deve ser rompida com fratura perpendicular e no meio do seu comprimento. A leitura do valor de coquilhamento é feita transversalmente na altura do coquilhamento claro (branco) PROCESSO DE AMOSTRAGEM (CUNHAS, MOEDAS, DUREZA, ETC.).

64 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 6846 – Ferro fundido – Avaliação de tendência ao coquilhamento, São Paulo, 1985 BROWN; JOHN R. – Foseco Foundymans Handbook. Tenth Edition Birmingham England, p. 181 – 243. ITALTERM SERVIÇOS E CONTROLES INDUSTRIAIS LTDA. Catalogo Carbomax II Votorantim – SP KARSAY; STEPHEN – Ductile Iron Production – Quebec Canadá Iron and Titanium Corporation. Quebec – 1976 KESSLER; S.E.A. – Curso Elaboração dos Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares – São Leopoldo, RS – 2008, 55p. KESSLER; S.E.A. – Curso Metalurgia dos Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares – São Leopoldo, RS – REVISÂO , 39p. PIESKE, A; MONTENEGRO, L; REIMER, J – Ferros Fundidos Cinzentos de Alta Qualidade – SOCIESC – Joinville, SC – SILVA, J.A – Analise Térmica na Solidificação de Ferros Fundidos Cinzentos Hipoeutéticos – Campinas – SP – 2007 WEBSTER; P.D. – Fundamentals of Foundry Technology Redhill, Surrey. England, P 168 –

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