Ferro fundido nodular e Vermicular

Ferro fundido nodular e Vermicular

(Parte 1 de 3)

Adriano de Aquino Paiva da Silva

Prof. Me. André G. S. Galdino Mogi Mirim, 20 de junho de 2010.

FERRO FUNDIDO DE GRAFITA COMPACTADA

2 E NODULAR

Trabalho de conclusão da disciplina, Seminário apresentado como parte das atividades desenvolvidas ao longo do aprendizado, no curso de Tratamento Térmico, da graduação de Tecnologia em Projetos Mecânicos da Faculdade de Tecnologia de Mogi – Mirim.

Prof. André G. S. Galdino Mogi - Mirim, 2010

SILVA, Adriano de Aquino Paiva, Tratamento Térmico, Mogi-Mirim, Tecnologia em Projetos Mecânicos, Faculdade de Tecnologia de Mogi-Mirim, 2010. Dissertação (Conclusão de curso).

Por volta de 4000 a.c, o ferro começou a ser utilizado pela humanidade e desde então esse minério vem sendo estudado para a obtenção de diversos materiais, onde os mais utilizados o aço e o ferro fundido.

Com a chegada da industrialização, o aço e o ferro fundido cada vez mais precisam ter suas propriedades melhoradas ao máximo para diversas aplicações de precisão, tais como para as indústrias aeroespaciais e automobilísticas.

Neste trabalho serão apresentados fundamentos sobre o Ferro fundido de grafita compactada e nodular, suas composições, origem e utilização, visando esclarecer quanto a suas principais características, partindo do minério, fabricação e principais tratamentos.

Palavras - chave: Ferro fundido, Ferro fundido de grafita, Ferro fundido nodular.

SILVA, Adriano de Aquino Paiva Gomes, Treatment, Mogi Mirim, Technology in Mechanical Design, Faculty of Technology, Mogi Mirim, 2010. Dissertation (Completion of course).

Around 4000 BC, iron was being used by mankind, since this material is being studied, to obtain various materials, among the most commonly used steel and cast iron.

With the arrival of industrialization, steel and cast iron increasingly need to have their properties improved to a maximum of accuracy for various applications such as indus-try in the aerospace and auto industries.

The paper presents the fundamentals of the compacted graphite cast iron and nodular, and also their composition, origin and use, aiming to clarify how its main features, starting from the ore, manufacturing and main treatments.

Key-words: Iron, cast iron, Graphite cast iron, Nodular cast iron.

INTRODUÇÃO06
1. O Ferro07
2. Ferro Gusa09
2.1 Produzindo o Gusa no Alto Forno09
3. Ferro Fundido13
3.1 Efeitos do Silício14
4. Ferro Fundido Cinzento16
5. Ferro Fundido Nodular18
6. Ferro Fundido de Grafita Compactada23
8. Referencias Bibliográficas26
7. Considerações finais25

Sumário

Figura 01- Organograma do trabalho08
Figura 02- Esquema de operação do alto forno10
Figura 03- Imagem da base de um alto forno10
Figura 04- Divisões de um alto forno10
Figura 05- Diagrama de equilibrio Fe-C1
Figura 06- Influência do silício13
Figura 07- Classificação quanto ao tipo da grafita14
Figura 08 - Classificação quanto ao tamanho da grafita15
Figura 09 – Panela de Nodularização15
Figura 10 –Graus de nodularidade17
Figura 1 – Diferentes graus de nodularidade18
Figura 12 – Microestrutura “olho de boi”18
Figura 13 – Virabrequim, feito com Ferro Fundido Nodular19
Figura 14 – Ganchos de Talha19
Figura 15 – Peças de Ferro Fundido Nodular19
Figura 16 – Morfologia da Grafita lamelar, Compactada, e Nodular20
Figura 17 – Bloco de motor diesel2
Figura 18 – Bloco de motor V62

Lista de figuras

Tabela 01 – Classificação dos ferros fundidos Nodulares17
Tabela 02 – Propriedades físicas e mecânicas do ferro fundido Vermicular21

Lista de Tabelas Tabela 03 – Influência da Nodularização nas propriedades do ferro fundido vermicular.......................21

A produção de ferros fundidos tem crescido muito nos últimos anos e representa boa parte do mercado dos materiais utilizados na indústria metal-mecânica e, por isso, a busca contínua pelas melhorias de propriedades tem levado várias indústrias e centros universitários ao desenvolvimento de várias pesquisas a fim de se manterem competitivas no mercado. A adição de elementos tais como o silício, magnésio, cromo, molibdênio e o cobre, e também a aplicação de tratamentos térmicos adequados tem contribuído muito para a melhoria das propriedades mecânicas destes materiais, como, por exemplo, a rigidez e a ductilidade, tornando o emprego destes materiais viável em certas aplicações que eram até então exclusivas dos aços médio teor de carbono.

Entretanto, a presença destes elementos influencia na usinabilidade dos ferros fundidos.

Dentro deste contexto a usinabilidade é um fator que merece atenção especial e deve ser analisada juntamente com a melhoria das propriedades mecânicas desejadas.

Os ferros fundidos são ligas ferro-carbono, se enquadrando em ligas com carbono entre 2% e 6,7%, que apresentam menor custo e permitem que posteriores operações de usinagem sejam a mínima possível, quando comparado aos aços (Van Vlack, 1984).

Os ferros fundidos são classificados em seis classes (Chiaverini, 1988): 1- ferro fundido cinzento; 2- ferro fundido branco; 3- ferro fundido mesclado; 4- ferro fundido maleável; 5- ferro fundido de grafita compactada e 6 - ferro fundido nodular.

O ferro fundido de grafita compactada, nodular e dúctil, será objeto de estudo neste trabalho, onde serão abordados temas tais como suas principais propriedades e produção.

7 COMO TUDO COMEÇA

Muitos dos trabalhos hoje realizados, só foram possíveis porque tivemos mentes brilhantes que nos antecederam. É preciso ter a humildade e respeito para alcançar o reconhecimento

”Se eu enxerguei um pouco mais além do que outro homem, foi porque subi em ombros de gigantes” (Isaac Newton).

"Ser humilde com os superiores é uma obrigação, com os colegas uma cortesia, com os inferiores é uma nobreza" (Benjamin Franklin)

1O Ferro

O ferro, do latim ferrum, é um elemento químico símbolo Fe, de número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atômica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro que, depois de passado para o estágio de ferro-gusa através de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se carbono dá-se origem a várias formas de aço e ferros fundidos.

Este metal de transição é encontrado no grupo 8B da Classificação Periódica dos

Elementos. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, somente o alumínio é mais abundante.

O núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel (Ni-Fe). Este ferro está em uma temperatura muito acima da Temperatura de Curie¹ do ferro.

O ferro tem sido historicamente importante, tanto que um período da história recebeu o nome de Idade do ferro. O ferro é um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado apresentando propriedades magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente, assim como o Níquel e o Cobalto.

¹ Temperatura onde se perde as propriedades magnéticas.

O ferro é encontrado na natureza fazendo parte da composição de diversos minerais, destacando-se a hematita (Fe2O3), a magnetita (Fe3O4), a limonita (FeO(OH)), a siderita (FeCO3), a pirita (FeS2) e a ilmenita (FeTiO3).

O ferro puro apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura:

• Ferro α: É o que se encontra na temperatura ambiente, até 788 °C. O sistema cristalino é uma rede cúbica centrada no corpo e é ferromagnético.

• Ferro γ: 910 - 1400 °C; apresenta uma rede cúbica centrada nas faces.

• Ferro δ: 1400 - 1539 °C; volta a apresentar uma rede cúbica centrada no corpo.

Existe também a condição do Ferro β com temperatura entre 788 - 910 °C. Tem o mesmo sistema cristalino que o Ferro α, porém a temperatura de Curie é de 770 °C, a essa temperatura o ferro passa a ser paramagnético.

Partindo do minério de ferro, através de beneficiamento e alguns processos industriais, obtemos vários materiais derivados do aço. Para esse trabalho, será utilizado o organograma indicado na Figura 01.

Figura 01- Organograma do trabalho

2Ferro Gusa

O ferro gusa é o produto imediato da redução do minério de ferro pelo coque ou carvão e calcário num alto forno. O gusa normalmente contém até 5% de carbono, o que faz com que seja um material quebradiço e sem grande uso direto.

Geralmente nos processos industriais, o ferro gusa é considerado como uma liga de ferro e carbono, contendo de 4 a 4,5% de carbono e outros elementos ditos residuais como por exemplo: silício, manganês, fósforo e enxofre, dentre outros.

O gusa é vertido diretamente a partir do cadinho do alto forno para contentores para formar lingotes, ou usado diretamente no estado líquido em aciarias. Os lingotes são então usados para produzir ferro fundido e aço, ao extrair-se o carbono em excesso.

2.1Produzindo o Gusa no Alto Forno
ferro gusa líquidos pelo cadinho e poeiras e gases no topo

O alto forno é um tipo de forno de cuba empregado na produção de ferro gusa, pela fusão redutora de minérios de ferro em presença de carvão vegetal ou coque e fundente, os quais são carregados no topo e, na descida, são transformados pela ação dos gases ascendentes, provenientes da combustão do carvão com o oxigênio soprado pelas ventaneiras, obtendo-se escória e

A principal matéria-prima do alto-forno são os óxidos férricos, pois é dele que se extrai o ferro. Os minerais que contêm ferro em quantidade apreciável são os óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. Os mais importantes para a indústria siderúrgica são os óxidos, sendo eles:

• Magnetita (óxido ferroso-férrico) → Fe3O4 (72,4% Fe). • Hematita (óxido férrico) → Fe2O3 (69,9% Fe).

• Limonita (óxido hidratado de ferro) → 2FeO3.3H2O (48,3% Fe).

A Figura 02 demonstra o esquema de operação de um alto forno, na Figura 03 temos a foto do alto forno da CSN em Volta Redonda – RJ, e a Figura 04 mostra as divisões do alto forno.

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