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Ferros fundidos são ligas Fe-C com um percentual de carbono superior a 2%

Sem tratamento térmico, podemos ter um FoFo com 500 Brinell de dureza e outro com 200 Brinell e os dois com mais de 2% de carbono. Existem vários tipos de FoFo que dão características e aplicações de projetos completamente diferentes. Estrutura dendrítica: é questão da solidificação, característica de qualquer fundido. É uma característica do processo de fundição e não do material. Normalmente quando pensamos em fabricar alguma coisa em FoFo o aspecto principal é o custo. São materiais baratos.

Branco (aplicação industrial mínima) Todo carbono que tiver na liga está combinado ao ferro. É o que mais tem acentuado a característica de fragilidade dos FoFo’s, o que limita a utilização do material.

Cinzento Do carbono total que tiver na composição, ele tem uma parte combinada e uma parte livre, que não se combina ao ferro e que vai aparecer na forma de veios de grafita.

Nodular Também possui parte do carbono combinada e parte livre. Só que, ao invés de o carbono livre aparecer na forma de veios de grafita, ele aparece na forma de nódulos, glóbulos, ou esferas de grafita.

Maleabilizado É um FoFo aonde se tem carbono livre formado por tratamento térmico. Aplica-se um tratamento térmico especial (maleabilização) e ele vai forçar a formação de grafita (carbono livre). Vai haver a quebra da ligação Fe-C e vai haver a formação de carbono livre.

Mesclado É um tipo de FoFo de forma que exista na mesma peça, no mesmo material, uma parte com característica e comportamento de FoFo branco e outra com característica e comportamento de FoFo cinzento. Normalmente é feito em peças grandes de seção circular (onde é possível garantir um gradiente de resfriamento entre núcleo e superfície). Assim, temos externamente FoFo branco e no núcleo FoFo cinzento.

Observação: Assim como no aço, no FoFo, quanto mais carbono tiver, mais duro será, desde que esse carbono esteja combinado ao ferro (ferro + carbono = cementita). O carbono puro está presente na forma de grafita, que não se mistura ao ferro.

Fatores que influenciam na estrutura do FoFo: Ł composição química: carbono e silício são os elementos que mais influenciam na estrutura; carbono determina a quantidade de grafita que pode se formar e o silício é elemento grafitizante, favorecendo a decomposição do carboneto de ferro; o manganês tem efeito oposto ao do silício, isto é, estabiliza a cementita. Ł velocidade de resfriamento: para peças com seção fina não há muito tempo para a decomposição da cementita (resfriamento rápido), de modo que dependendo do teor de carbono e silício, pouca ou nenhuma grafitização ocorre, havendo tendência para formação de FoFo branco. Para um resfriamento lento com teor de silício elevado a cementita da perlita pode também decompor-se parcialmente, originando assim a estrutura constituída de veios de grafita, perlita e ferrita (baixa dureza e excelente usinabilidade, além de razoável resistência mecânica). Além de influenciar na grafitização, a velocidade de resfriamento também influencia na forma, distribuição e tamanho dos veios de grafita. Velocidades altas produzem veios mais finos, com uma distribuição dendrítica, comumente indesejável. Velocidades médias resultam em distribuição e tamanhos normais; e velocidades muito lentas, em uma distribuição de veios grosseiros de grafita.

Componentes estruturais dos ferros fundidos: O mais importante é a grafita, por ser o elemento que determina fundamentalmente as características mecânicas dos FoFo’s. Os FoFo’s apresentam propriedades distintas dos aços pelo fato de os veios de grafita constituírem uma solução de continuidade na estrutura ou matriz básica do material (interrompem a uniformidade ou continuidade da matriz). A ledeburita, que ocorre nos FoFo’s brancos, é um constituinte formado de pequenos glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita, apresentando elevada dureza. A steadita é um constituinte de natureza eutética, compreendendo partículas de fosfeto de ferro e carboneto de ferro, com baixo ponto de fusão. Ocorre em áreas interdendríticas formando uma segregação, pois são as áreas que solidificam por último. Esta ocorre quando a quantidade de fósforo presente é superior a 0,15%.

Todo o carbono se apresenta na forma de carbono combinado (carboneto de ferro), mostrando uma superfície de fratura clara. Propriedades fundamentais: elevada dureza e resistência ao desgaste. Entretanto, sua usinabilidade é prejudicada.

Para fabricação, lança-se mão do chamado sistema de “coquilha”, que consiste em derramar-se o metal líquido em moldes metálicos, onde o metal resfria em determinadas condições, ou com tal velocidade que praticamente toda a grafitização é eliminada e o carbono fica retido, desta forma, na forma combinada. A profundidade da camada coquilhada (seção das peças que entra em contato com a parede metálica do molde) pode ser controlada, ajustando-se o teor de silício do FoFo. As condições da coquilha permitem desde quase nenhuma decomposição da cementita, até uma apreciável formação de grafita. Quando se deseja reduzir a zona de ferro mesclado (redução abrupta da zona coquilhada para a zona cinzenta) utiliza-se a técnica de adicionar grafita na panela de fundição antes do vazamento do metal.

Outros elementos normalmente presentes nos FoFo’s brancos ou coquilhados: Ł manganês e enxofre: são elementos estabilizadores do carboneto; o manganês elimina os efeitos nocivos do enxofre. Além disso, o manganês atua no sentido de aumentar a profundidade de coquilhamento, cerca de 4x mais rápido do que o cromo. Ł fósforo: diminuição da profundidade de coquilhamento, de modo que é mantido em baixo teor nos FoFo’s brancos.

FoFo Eutético (%C = 4,3) Mudança de estado físico a uma única temperatura, a liga se comportando como metal duro. Conforme esfria o material solidificado a austenita tem o seu teor de carbono deslocado em relação ao 0,8% de carbono. Abaixo da temperatura eutetóide A1 forma-se perlita. Temos, então, glóbulos de perlita em uma matriz de cementita (chamada de ledeburita), abaixo de 727ºC. O FoFo branco eutético é 100% ledeburítico. Tem estrutura 100% de ledeburita à temperatura ambiente.

FoFo Hipoeutético (%C < 4,3) Microestruturas: perlita e ledeburita, havendo regiões de perlita pura. É menos duro que o FoFo Eutético, pois a ledeburita é mais dura que a perlita, pois consiste em perlita (regiões mais macias) em uma matriz de cementita, sendo esta última extremamente dura.

FoFo Hipereutético (%C > 4,3) Microestruturas: ledeburita + cementita, com regiões isoladas de cementita que por si só é mais dura do que a ledeburita, portanto este conjunto de microestrutura origina numa dureza maior do que a do eutético.

Tratamento térmico: O único tratamento que pode ser recomendado é o recozimento para alívio de tensões (pois o recozimento consiste em um tratamento onde não há alteração microestrutural). O aquecimento é levado até abaixo da zona crítica, e a única finalidade é a de aliviar tensões internas, as quais são resultantes do processo de fundição (contração durante a mudança de estado físico (líquido Æ sólido) e, depois, contração no estado sólido até a temperatura ambiente). Dependendo da geometria essa contração pode ser diferenciada em diversos pontos da peça, o que pode ser uma fonte extensa de tensões internas.

Tratamento termoquímico: não aplicável, pois o material já é bastante duro, portanto não é necessário, por exemplo, uma cementação, nitretação, boretação, etc.

Adição de elementos de liga: teoricamente interessante, pois temos elementos de liga que diminuem o problema de fragilização, entretanto devido ao custo elevado não é aplicável.

Aplicação: (para ser utilizado na forma como fundido, sem nenhum tratamento ou conformação) - para equipamentos de manuseio de terra, mineração e moagem

- rodas de vagões

- cilindros coquilhados

- revestimentos de moinhos

- bolas de moinho (problema é a abrasão, portanto altíssima resistência à abrasão superficial e não tem problema de choque, pois a velocidade é muito lenta) - cilindros de laminação de borracha (não de material metálico)

FoFo cinzento é aquele no qual do carbono total presente na composição química uma parcela pequena normalmente está combinada com o ferro. Uma parcela maior normalmente está livre na forma de veios de grafita.

O teor de carbono da parte combinada é de aproximadamente menor ou igual a 0,8% C, e o que sobra em relação ao carbono total que a liga possui fica sob a forma de veios de grafita.

Para formação de FoFo cinzento é necessário levar em conta dois aspectos: 1)a adição de um elemento grafitizante, o qual vai funcionar formando carbono livre. Este elemento vai funcionar retardando a reação Fe3C (formação de cementita). Como se trata de FoFo, cujo principal objetivo é a redução de custo, normalmente esse elemento é o silício (liga Fe-C-Si). Entretanto, a simples adição do elemento grafitizante não é garantia de formação de FoFo cinzento, sendo necessário ainda atuar em cima da velocidade de resfriamento. 2)atuar em cima da velocidade de resfriamento durante a solidificação no processo de fundição. Velocidades menores de resfriamento garantem que o elemento grafitizante atue. Portanto, é necessário um resfriamento lento, aumentando o tempo da fundição, garantindo a formação de carbono livre e, com isso, a formação de FoFo cinzento. Essa diminuição da velocidade de resfriamento causa, portanto, uma redução da dureza.

Uma propriedade particular dos FoFo’s cinzentos é a sua capacidade de amortecimento, ou seja, sua habilidade de absorver vibrações, resultantes de tensões cíclicas, por fricção interna, transformando a energia em calor. A importância dessa propriedade reside no fato de que esse material possui grande aplicação em máquinas-ferramenta, principalmente no corpo destas máquinas. Essa capacidade de absorção de vibrações elevada é atribuída aos veios de grafita, os quais, por não apresentarem resistência mecânica, constituem espécies

to menor e o decaimento é muito mais intenso

de vazios na estrutura do material, o que permite deformação plástica do material localizado ao redor dos veios, sob tensões menores do que em outros casos. Os veios de grafita são barreiras para a propagação da onda (absorve a energia da onda inicial) e, por isso, a profundidade de penetração da onda mecânica é mui-

Outra característica particular do FoFo cinzento é a usinabilidade. Os FoFo’s mais comumente produzidos apresentam uma estrutura em que a matriz é ferrítica ou ferrítico-perlítica. A usinagem em FoFo cinzento é, portanto, possível. Entretanto devemos ser extremamente cuidadosos: - Nível de vibração da máquina-ferramenta: esta deve estar vibrando o mínimo possível e sem folga. A máquina deve estar superajustada e, preferencialmente, utilizam-se pastilhas de metal duro (ferramental cerâmico), com penetração devagar (pequenos avanços), resultando assim em uma usinagem leve, bem ajustada e com ferramental de metal duro.

Além da excelente absorção de pequenas vibrações, a grafita existente no FoFo cinzento também é fundamental em auxiliar na resistência ao desgaste. A presença de grafita livre tende a adicionar ao material características lubrificantes, diminuindo o atrito entre as partes em contato, evitando o engripamento, que pode, por sua vez, levar, pelo calor desenvolvido, a uma soldagem localizada, com conseqüente arrancamento de partículas, tornando novamente a superfície áspera. Um dos fatores favoráveis ao comportamento do FoFo cinzento quanto à resistência ao desgaste é a alta usinabilidade do material, podendo produzir economicamente peças dentro de rigorosas tolerâncias.

A conformação mecânica nos FoFo’s cinzentos é impossível. É para utilização a partir de um processo de fundição e, se necessário, uma usinagem de acabamento posterior, com as seguintes recomendações conforme acima explicitado.

Inclusões: São pequenos compostos formados pelas impurezas. Normalmente em FoFo aceita-se um percentual maior de inclusões do que em um aço, sendo também mais comum surgir nos FoFo’s.

Para aumentar a fluidez de um material a ser fundido recomenda-se a adição de fósforo. Esse aumento da fluidez é desejado de modo a fazer com que o metal liquefeito assuma perfeitamente a forma do molde. Entretanto, uma percentagem de fósforo acima do normal aumenta o risco da formação de eutéticos ricos em fósforo, que no caso particular das ligas ferro-carbono recebe o nome de STEADITA. Essas regiões de steadita na matriz perlítica de um FoFo cinzento aumenta a fragilidade, por exemplo. Portanto, deve-se atentar para a adição de fósforo para aumento da fluidez e obtenção de mais facilidade no processo de fundição, tendo em vista da susceptibilidade de obtenção de um FoFo muito mais frágil.

Tratamento térmico: como a sua matriz é como se fosse um aço e como o que sofre o tratamento é a matriz (não há alteração dos veios de grafita) todos os tratamentos térmicos de um aço são aplicáveis em um FoFo cinzento: 1)Recozimento: O objetivo principal do recozimento é melhorar a usinabilidade do FoFo cinzento, pois com o aquecimento à temperaturas correspondentes à zona crítica propicia-se uma alteração em sua estrutura, aliviando quase que totalmente as tensões internas. 2)Normalização: melhoria das propriedades mecânicas do ferro fundido, tais como resistência a tração e dureza ou com o objetivo de restauras as propriedades do estado bruto de fusão, cuja estrutura tenha sido alterada por outro processo de aquecimento. 3)Têmpera e Revenido: aumentar a resistência mecânica e a dureza, e consequentemente a resistência ao desgaste

Tratamento termoquímico: todos na teoria e não na prática, pois teoricamente qualquer tratamento termoquímico é aplicável, mas não se faz, pois é um tratamento caro, e por ser FoFo cinzento o objetivo é custo baixo.

Adição de elementos de liga: Na teoria todos são aplicáveis, porém com uma porcentagem um pouco maior

(todos os elementos que se colocariam em um aço com um determinado objetivo).

Aplicação: (para a maioria das aplicações pode substituir o aço, mas o grupo de aplicação mais especial é devido a excelente absorção de vibrações): - componentes de motores de combustão interna

- blocos de motores

- tubulação

- carcaça de bombas e compressores

- válvulas

- estrutura externa de máquinas-ferramenta (torno, plaina, fresa, retificadora, etc.)

ABNT: FC10 – FC15 –– FC40
ASTM: classe 20 – classe 25 –– classe 60

Especificação: Onde o número é o valor aproximado do limite de resistência a tração do material em kgf/mm² Onde o número é o limite de resistência a tração do material em klb/pol² OBS. Em compressão esse valor praticamente dobra.

As peças de FoFo mesclado são peças de FoFo onde teremos em sua superfície a formação de FoFo branco e em seu núcleo a formação de FoFo cinzento. Ou seja, ao longo da seção transversal teremos uma variação no tipo de FoFo formado. A região superficial, pelo resfriamento mais rápido, vai ter característica de FoFo branco, enquanto que o núcleo, devido ao resfriamento mais lento, terá características de FoFo cinzento. Por isso, é muitas vezes também conhecido com FoFo coquilhado (quimicamente será um FoFo cinzento (Fe + C + Si (elemento grafitizante)).

Um exemplo de situação ocorre com um eixo que possui um desgaste superficial devido ao posicionamento do mancal de deslizamento (desgaste prematuro do eixo no seu ponto de apoio). Além disso, devido ao processo liga/desliga ocorre também um problema de torção. Se o eixo fosse totalmente de FoFo branco, haveria ótima resistência ao desgaste superficial, entretanto, devido a torção, a vida útil seria diminuída. Se fosse totalmente de FoFo cinzento, este primeiro problema está resolvido, mas o desgaste superficial é excessivo.

Temos duas soluções para o problema: 1)utilizar um FoFo cinzento e fazer um tratamento térmico de têmpera superficial, entretanto o custo seria mais elevado do que se fosse fabricado de FoFo mesclado. 2)Utilização de FoFo mesclado, que abrange as características principais dos dois tipos de FoFo (branco e cinzento)

Aspectos: Para a fabricação, dimensionalmente, em eixos com menores diâmetros vai ser mais difícil garantir o resfriamento mais lento no centro da peça. É necessário um grande gradiente de resfriamento (resfriamento rápido na superfície para que o elemento grafitizante não atue e um resfriamento mais lento no núcleo, para que o elemento grafitizante atue e forme FoFo cinzento. É favorável a peças com diâmetros maiores, devido a facilidade de obtenção do gradiente de resfriamento entre superfície e núcleo. Quanto ao processo de fundição, tem maior facilidade no processo de fundição em molde metálico (fundição em coquilha), pois o metal liquefeito irá perder calor superficialmente muito mais rápido. O nome FoFo coquilhado não é um nome certo para o FoFo mesclado, pois o processo de fundição pode ser em coquilha, entretanto se for de uma peça com seção transversal pequena e não garantir um gradiente de resfriamento entre núcleo e superfície não irá gerar um FoFo mesclado. Portanto, todo FoFo mesclado é um FoFo coquilhado, mas não obrigatoriamente todo FoFo coquilhado é FoFo mesclado.

Profundidade de Coquilhamento: O gráfico teor de silício VS. profundidade de coquilhamento relaciona a profundidade a partir da superfície até onde ainda teremos FoFo branco. Nota-se que para grandes profundidades de coquilhamento, precisamos de pouco silício. Isso ocorre pois o silício é elemento grafitizante e com isso, quanto menos silício, mais rápido ocorre a formação de cementita, originando uma peça quase 100% de FoFo branco. Já, aumentando o teor de silício a profundidade diminui, pois a quantidade de carbono livre é maior e com isso, temos mais FoFo cinzento.

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