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FERRO FUNDIDO Virabrequins Peças diversas de motores.

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1 FERRO FUNDIDO Virabrequins Peças diversas de motores

2 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Ferro Fundido É uma liga de Fe-C-Si É considerada uma liga ternária devido a presença do Si Os teores de Si podem ser maiores que o do próprio C O Si influi muito nas propriedades dos fofos

3 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS 1- composição típica dos fofos C 2-4% Si 0,5-3% Mn <1% S < 0,2% O teor de C (>2%) está acima do teor que pode ser retido em solução sólida na austenita. Conseqüência O fofo tem Carbono parcialmente livre Na forma de veios ou lamelas de Grafite

4 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Efeitos do Silício Substitui parcialmente o carbono C equivalente =% C(em peso) +1/3 %[Si+P] (em peso) **Para se usar o diagrama Fe-Fe 3 C deve- se levar em conta também o teor de Si Promove a formação de grafite em vez de cementita

5 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS 2- Propriedades dos fofos Baixo custo Ponto de fusão mais baixo que Boa fluidez Versatilidade de propriedades e aplicações

6 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS 3- classificação dos fofos Os fofos são classificados segundo: Composição química Taxa de resfriamento Adição de inoculantes

7 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS 4- Microestrutura dos fofos A microestrutura dos fofos é controlada: Pela composição química Pelo processo de fabricação

8 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS 4- Microestrutura dos fofos

9 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Fatores que favorecem a formação do grafite Alto teor de C Alto teor de Si Resfriamento lento Seções espessas Presença de : S, P, Al, Mg, Sb, Sn, Cu, Ni, Co Adição de Inoculante

10 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Fatores que favorecem a formação da cementita Baixo teor de C Baixo teor de Si Resfriamento rápido Seções finas Adição de : Ti, V, Zr, Cr, Mn, Mo

11 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS 5- Classificação dos fofos quanto ao tipo de liga Fofo Cinzento Fofo branco Fofo mesclado Fofo maleável Fofo dúctil ou nodular

12 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Composição Química dos ferros fundidos CSiMnSP Cinzento2,5-4,01,0-3,00,25-1,00,02-0,250,05-1,0 Branco1,8-3,60,5-1,90,25-0,800,06-0,200,06-0,18 Maleável2,0-2,61,1-1,60,20-1,00,04-0,180,18 mãx. Dúctil3,0-4,01,8-2,80,10-1,00,03 máx.0,10 máx.

13 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERROS FUNDIDOS – TIPOS BÁSICOS FF CINZENTO (Gray iron) FF DÚCTIL OU NODULAR (Spheroidal iron) FF BRANCO (White iron) FF MALEÁVEL (Malleable iron) Existe sobreposição de composição química, sendo que só se distinguem através do processamento!

14 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS A – Ferrite P – Perlite Gf – Grafite em flocos Gn – Grafite nodular Gr – Grafite em rosetas Tipos básicos de ferros fundidos, em relação à sua composição, microestrutura e processamento

15 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS 5.1- Fofo cinzento É caracterizado pelos fatores que favorecem a formação do grafite É caracterizado pelos fatores que favorecem a formação do grafite A fratura é de cor cinzenta É barato É o mais usado É de boa resistência Mecânica (até 40 Kgf/mm 2 ) e ao desgaste É de fácil usinagem e difícil soldagem É obtido pelo resfriamento lento É de fácil fusão Elevado coeficiente de amortecimento (os veios de grafita absorvem o impacto e o som) DUREZABRINELL: 150HRB: 87

16 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Ferro fundido mais usado (75%) Fundição de componentes mecânicos em geral Blocos de motores Engrenagens de grandes dimensões Máquinas agrícolas Carcaças e suportes de máquinas Aplicações Fofo cinzento

17 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS APLICAÇÕES

18 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Composição típica dos fofos cinzentos C 2,5-4% Si 1-3% Mn 0,4 -1% Alto teor de Si melhora Resistência à corrosão Fluidez

19 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Estrutura típica dos fofos cinzentos Grafita lamelar devido ao C livre na matriz de ferrita, perlita ou outra estrutura proveniente da austenita.

20 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Estrutura de Ferro Fundido Cinzento

21 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Classificação dos fofos cinzentos segundo ABNT FCXX XX= Limite máximo de resistência à tração NOMENCLATURA Não se faz pela composição química, mas sim pela resistência ASTM A48 Classe 20, 30,... A Classe determina a resistência à tração mínima, em 1000 psi

22 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO CINZENTO Classe Resist. mínima tracção (psi) (MPa)

23 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Recozimento para alívio de tensões ou para facilitar a usinagem (obtendo matriz ferrítica) Têmpera e revenido, ou austêmpera, para obtenção de martensita (maior dureza) Tratamentos térmicos atuam apenas na matriz=>obtenção de grafite em veios é irreversível Tratamentos térmicos dos fofos cinzentos

24 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Alívio de tensões

25 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO BRANCO MICROESTRUTURA 2,0 %C 3,5 ; 0,5 %Si 2,0 ; 0,5%Mn (anti-grafitizante) Alta veloc. resfriamento => Carb. solidifica sob a forma de cementita A extrema dureza e fragilidade da cementita caracterizam este ff Em peças de maior tamanho pode obter-se ff branco à superfície e ff cinzento no núcleo

26 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Diagrama de Equilíbrio

27 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO BRANCO

28 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Microestrutura de f.f. branco hipoeutético – Ferro fundido branco Hipoeutético. Dendritas de Perlita, áreas pontilhadas de Ledeburita, áreas brancas de Cementita.

29 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Ferro Fundido Branco Hipoeutético

30 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Ferro Fundido branco hipereutetico FoFo branco hipereutético.

31 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO BRANCO PROPRIEDADES Grande resist. à compressão e ao desgaste (cementita) Extremamente frágil Não pode ser usinado Soldagem impossível Baixo custo APLICAÇÕES Principal aplicação é a produção de ferro fundido maleável Peças sujeitas a elevada compressão e atrito Esferas de moinhos e rolos de laminadores Elevada taxa de resfriamento necessária limita o tamanho das peças

32 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO BRANCO TRATAMENTOS TÉRMICOS OBJETIVOS - Reduzir tensões devido ao coquilhamento (periferia da peça é constituída de fofo branco devido a alta taxa de resfriamento e núcleo de fofo cinzento devido a taxa de resfriamento ser menor. Ex. prático: cilindros laminadores) Melhorar as propriedades (a estrutura bruta de fusão é dendrítica de característica frágil) - Tratamento térmico que pode ser feito é o tratamento para obtenção do ferro fundido maleável

33 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal) MICROESTRUTURA 3,5 %C 4,0 ; 1,8 %Si 3,0 Carbono livre na forma esferoidal Devido Ao tratamento feito no estado líquido Inoculação com briquetes da liga Fe-Mg-Si (+ comum) Em vez de flocos de C formam-se nódulos A matriz é ferrítica (veloc. baixa) ou perlítica (veloc. moderada) Grafite em nódulos proporciona maior resistência, ductilidade e tenacidade

34 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Microestrutura de f.f. nodular

35 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal) PROPRIEDADES Alta resistência, tenacidade e ductilidade Excelente usinabilidade Possibilidade de deformação a quente Grande resistência ao desgaste Fluidez boa Soldabilidade melhorada Baixo custo (superior ao ff cinzento)

36 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal) APLICAÇÕES Válvulas, carcaça de bombas, virabrequins, engrenagens, pinhões, cilindros e outros componentes de máquinas e automóveis.

37 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO DUCTIL (ou nodular, ou esferoidal) TRATAMENTOS TÉRMICOS Recozimento para alívio de tensões ou para melhorar a ductilidade Têmpera e revenido Tratamentos térmicos atuam apenas na matriz=>obtenção de grafite em nódulos é irreversível

38 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Tratamentos Isotérmicos

39 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS Curva TTT de F.F. Nodular

40 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO DUCTIL OU NODULAR NOMENCLATURA Faz-se pela ASTM A536, em 5 classes: Classe 5 ( ) Classe 4 ( ) Classe 3 ( ) Classe 2 ( ) Classe 1 ( ) Os números entre parentesis significam: 1º - resistência mínima à tracção, em 1000psi 2º - tensão de cedência mínima à tracção, 1000psi 3º - extensão de rotura em tracção

41 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO MALEÁVEL MICROESTRUTURA % elementos constituintes idênticas ao ferro fundido branco Obtido do ff branco por tratamento térmico de maleabilização A microestrutura obtida resulta da decomposição da cementita em rosetas de grafite, numa matriz de ferrita, perlita ou martensita

42 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

43 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO MALEÁVEL PROPRIEDADES Variando a taxa de resfriamento, pode obter-se um largo espectro de propriedades Grande resistência à corrosão Boa usinabilidade e fluidez Propriedades similares ao ff dúctil Alta resistência, tenacidade e ductilidade Temperatura Tempo Temperatura crítica de transformação cementite grafite Martensite Perlite Ferrite

44 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO MALEÁVEL APLICAÇÕES Aplicação similares ao ff dúctil Peças sujeitas a alta temperatura Elementos de ligação Juntas universais Pequenas ferramentas

45 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO MALEÁVEL NOMENCLATURA Faz-se pela ASTM A47, com 5 dígitos, correspondentes à tensão de cedência e extensão de ruptura em tração Exemplo: ASTM A47 Classe (ferro fundido maleável com tensão de cedência mínima em tração de 32,5ksi e extensão de ruptura de 10%) Exemplo: ASTM A47 Classe (idem de 35,0ksi e extensão de ruptura de 18%)

46 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

47 Eleani Maria da Costa – DEM/PUCRS FERROS FUNDIDOS


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