Considerações parciais para os estudos de parede fina

A partir desse estudo pode-se observar para ambos os materiais que:

 A microestrutura é fortemente influenciada pela espessura das amostras e as taxas de solidificação impostas por essa. Isso é evidenciado para as amostras de cinzento através do refino da grafita (área e tipo de grafita) e para o vermicular há a interação entre a porcentagem de perlita e o grau de nodularização (efeitos contrários).

 Para as avaliações das regiões do mancal, os END apresentaram melhores resultados quando comparados com o ensaio de tração.

 A baixa correlação entre o módulo de elasticidade está diretamente ligada às condições de ensaio, em que ambos os métodos

apresentam dificuldades relacionadas à

geometria e acabamento das amostras.

 O amortecimento mostrou-se sensível às alterações microestruturais, uma vez que a maior capacidade de amortecimento foi experimentada para o material com grafita grosseira e menor número de células eutéticas (ferro fundido cinzento) e para a amostra em vermicular, o menor valor obtido é devido à elevada nodularização.

Para os ensaios não destrutivos, o ultrassom permitiu a avaliação das seções finas, mas o estudo do comportamento elástico foi comprometido tanto pela microestrutura (dificuldade em expressar o grau de nodularização), quanto pela geometria e acabamento das amostras. A frequência de ressonância somente analisou os corpos de prova de seções regulares com superfície usinada, o que limitou a utilização do mesmo. Contudo, seus resultados mostram melhores relações com a microestrutura e menor dispersão de valores quando comparado com o ultrassom. Entretanto, como somente, este realizou o ensaio nas seções finas, esse será considerado o método mais eficaz para essa análise.

7 CONCLUSÃO

Com base nos resultados experimentais obtidos, pode- se concluir que:

 Os métodos de ensaio não destrutivos permitem maior precisão na avaliação das propriedades físicas em relação aos métodos clássicos de análise (ensaio de tração).

 O módulo de elasticidade é dependente do volume, tamanho e forma da grafita, onde variações na matriz e refino, bem como a presença de microporosidades não afetaram significativamente o comportamento elástico. Alterações dessa condição são sentidas para volumes significativos de rechupes, como visto o estudo do ferro fundido nodular.

 A adição de elementos de liga e do tratamento de inoculação apresentam efeitos significativos para as propriedades mecânicas (limite de resistência e de escoamento) e não para o módulo de elasticidade, uma vez que não houve incrementos em seu valor, para as análises em ferro fundido cinzento e vermicular.

 Assim como para o módulo de elasticidade, a grafita é o fator determinante para o amortecimento, de modo que maiores tamanhos de veios, aumentam o atrito entre grafita e matriz, o que corresponde a elevadas capacidades de amortecimento.

 O amortecimento mostra ser uma propriedade sensível às alterações de matriz, refino da microestrutura e presença de microporosidades. Pode-se observar através do estudo do vermicular, que o aumento de interfaces, grau de nodularização, quantidade de grafita e refino da

matriz, tem maior efeito sobre o amortecimento quando comparado com o módulo de elasticade.  A partir dessas avaliações pode-se comparar os

END e observar que para as amostras com geometria regular, a frequência de ressonância apresentou melhores resultados e correlações, uma vez que suas análises dependem da constituição material e geometria das amostras, diferentemente do ultrassom que é uma medida local. Contudo, as condições impostas por geometria e acabamento limitam sua utilização.  O ultrassom apresenta maior sensibilidade na

determinação e caracterização de defeitos, em relação à frequência de ressonância.

No estudo das seções de parede fina do bloco de motor, o ultrassom se destacou por realizar todas as análises de medição do módulo de elasticidade, o que indica uma maior eficácia do quando comparado com a frequência de ressonância.

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 7.1

A fim de melhorar e continuar os estudos realizados propõe-se:

1. Estudar a influencia do grau de nodularização sobre a velocidade longitudinal de ultrassom e

correlacionar com a microestrutura e

propriedades mecânico-físicas. Para isso, deve- se analisar uma ampla gama de materiais, desde o ferro fundido cinzento até o ferro fundido nodular com grau de nodularização 100%, com mesma matriz.

2. Variar o tipo e refino da grafita lamelar, e

analisar seu comportamento com as

propriedades físicas (módulo de elasticidade e amortecimento).

3. Avaliar o influencia de defeitos sobre a elasticidade e amortecimento através da variação de tamanho e quantidade dos mesmos. Para este estudo pode-se optar por aumentar o teor de molibdênio ou alterar as condições resfriamento e desmoldagem.

4. Desenvolver técnicas (e corpos de prova) que representem as condições de solidificação do bloco de motor e assim, permitam realizar adequadamente os END.

5. Aplicar modelamento numérico, caracterizando os ferros fundidos como materiais composto, para estudar a influencia e o efeito da microplasticidade sobre o comportamento elástico.

Para todos os estudos propostos, devem-se comparar as técnicas de ultrassom e frequência de ressonância.

REFERÊNCIAS

ALBERTAZZI, A.; SOUSA, A. R. Fundamentos de Metrologia Científica e Industria. São Paulo: Manole, 2008.

ASTM E111. Standard test method for Young’s modulus,

tangent modulus, and chord modulus, 2010.

ASTM E114. Standard practice for ultrasonic pulse-echo straight-beam contact testing, 2010.

ASTM E1876. Standard test method for dynamic Young’s

modulus, shear modulus, and Poisson’s ratio by impulse excitation of vibration, Fevereiro 2001.

ASTM E2001. Standard guide for resonant ultrasound spectroscopy for defect detection in both metallic and non- metallic parts, 2013.

ATCP, E. F. ATCP - Engenharia Física. Manual de instalação e operação: Software Sonelastic, 2011. Disponivel em: <www.atcp.com.br>. Acesso em: 29 Setembro 2013.

ATCP, E. F. Manual de instalação e operação - suporte para amostras de pequeno porte e engastadas, Agosto 2014. BALACHANDRAN, B.; MAGRAB, E. B. Vibrações Mecânicas. 2a. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011.

BELAN, J. Identification of cast iron type with using of NDT methods. Archives of foundry engeering, v. 10, Março 2010. 103-106.

BLITZ, J.; SIMPSON, G. Introduction. In: BLITZ, J.; SIMPSON, G. Ultrasonic methods od non-destructive testing. 1a. ed. London: Chapman & Hall, 1998. Cap. 1, p. 1-4. BUONO, V. T. L. et al. Measurement of fine pearlite interlamellar spacing by atomic force microscopy. Journal of materials science, v. 32, p. 1005-1008, 1997.

CALCATERRA, S.; CAMPANA, G.; TOMESANI, L. Prediction of mechanical properties in spheroidal cast iron by neural networks. Journal of Materials Processing Technology, 22 dez. 1999. 74-80.

CALLISTER JR, W. D. Materials science and engineering: an introduction. 7a. ed. New YorK: John Wiley & Sons, 2007. CARTZ, L. Nondestructive Testing. [S.l.]: A S M International, 1995.

CECH, J. Measuring the mechanical properties os cast irons by NDT methods. NDT International, Abril 1990. 93-102.

CHAROENVILAISIRI, S. et al. Thin wall compacted graphite iron castings. AFS Transactions, 2002. 1-18.

CHOU, J.-M.; HON, M.-H.; LEE, J.-L. Affects of graphite morphology and matrix structure on mechanical properties of cast ions. Journal of materials science, 1990. 1965-1972.

COLLINI, L.; NICOLETTO, G.; KONEˇCN´A, R.

Microstructure and mechanical properties of pearlitic gray cast iron. Materials Science and Engineering, 19 Novembro 2007.

529–539.

COLLINS, D. N.; ALCHEIKH, W. Ultrasonic non-destructive evaluation of the matrix structure and graphite shape in cast iron. Journal of Materials Proccessing Technology, v. 55, p. 85-80, 1995.

COOPER, C. A.; ELLIOTT, R.; YOUNG, R. J. Investigation

of elastic property relationships for flake and spheroidal cast

irons using Raman spectroscopy. Acta Materialia, 24 Maio

2004. 4037–4046.

COSSOLINO, L. C.; PEREIRA, A. H. A. Amortecimento: classificação. ATCP Engenharia Física. São Carlos, p. 1-14. 2010.

COSSOLINO, L. C.; PEREIRA, A. H. A. Módulos elásticos: visão geral e métodos de caracterização, 2012. Disponivel em: <www.atcp.com.b>. Acesso em: 10 Setembro 2013.

DAWSON, S. Compacted graphite iron: mechanical and phifical properties for engine design. SinterCast. Dresden, Germany, p. 1-22. 1999.

DAWSON, S. Compacted graphite iron – A material solution

for modern diesel engine cylinder blocks and heads. China Foundry, v. 6, p. 241-246, ago. 2009.

DAWSON, S.; SCHROEDER, T. Compacted graphite iron: a viable alternative. SinterCast. [S.l.], p. 1-10. 2000.

DAWSON, S.; SCHROEDER, T. Practical applications for compacted graphite iron. AFS Transactions, Des Plaines, 2004. 1-9.

ELLIOTT, R. Cast iron technology. Londres: Butterworth & Co, 1998.

ELMABROUK, O. M. E. A. O. Influence of section thickness on the thermal conductivity of compacted graphite cast iron at elevated temperatures. International Journal of Engineering and Innovative technology (IJEIT), 3, jan. 2014.

EMERSON, P. J.; SIMMONS, W. Final Report on the evaluation of graphite form in ferritic ductil iron by ultrasonic and sonic testing, and of the effect of graphite formon mechanical properties. AFS Transactions, v. 84, p. 109-128, 1976.

FULLER, A. G. Evaluation of graphite form in pearlitic ductile iron by ultrasonic and sonic testing and the effect of graphite form on mechanical properties. AFS Transactions, v. 85, p. 509-536, 1977.

FULLER, A. G.; EMERSON, P. J.; SERGEANT, G. F. A report on the effect upon mechanical properties of variation in

graphite form in irons having varying amounts of ferrite and pearlite in the matrix structure and the use of non destructive tests in assessments of mechanical properties of such irons. AFS Trasactions, v. 88, p. 21-50, 1980.

GAUL, L.; SCHMIDT, A. Experimental determination and modeling of material. VDI-Berichte Nr, 2003. 17-40.

GONZAGA, R. A. et al. Mechanical properties dependency of the pearlite content of ductile irons. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 01 Abril 2009. 150-158.

GOODRICH, G. M. Iron Castings Engineering Handbook. Des Plaineis: AFS, 2003.

GÓRNY, M.; KAWALEC, M. Effects of titanium addition on microstructure and mechanical properties of thin-walled compacted graphite iron castings. Journal of Materials Engineering and Performance, v. 22, p. 1519–1524, maio 2013.

GUESSER, W. L. Propriedades Mecânicas dos Ferros Fundidos. 1a. ed. São Paulo: Blucher, 2009.

GUESSER, W. L.; DURAN, P. V.; KRAUSE, W. Compacted graphite iron for diesel engine cylinder blocks. Congrès Le Diesel: Aujourd´Hui et Demain. [S.l.]: [s.n.]. 2004. p. 1-11. GUESSER, W.; SCHROEDER, T.; DAWSON, S. Production experience with compacted graphite iron automotive components. AFS Transaction, 2001. 1-11.

GÜR, C. H.; AYDINMAKINA, B. Ultrasonic investigation of graphite nodularity in ductile cast irons. Zerstörungsfreie Materialprüfung, Berlim, 23 Maio 2001.

GUTHRIE, R. I. L.; JONAS, J. J. Microstructures, processing and properties of steel. In: ZWILSKY, K. M.; LANGER, E. L. Properties and Selection: Irons, Steels, and High-

Performance Alloys - ASM Metals Handbook. [S.l.]: ASM International, v. 1, 1990. p. 300.

GUZIK, E. Structure and mechanical properties as well as application of high quality vermicular cast iron. Archives of foudry engimeering, 01 julho 2010. 95-100.

IOWA STATE UNIVERSITY. Ultrasonic. NDT Education Resource Center, 2014. Disponivel em: <https://www.nde- ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/cc _ut_index.htm>. Acesso em: 04 Setembro 2014.

ISO1083. Spheroidal graphite cast iron - classification, 15 jul. 2004.

ISO16112. Compacted (vermicular) graphite cast irons - classification, 01 ago. 2006.

ISO185. Grey cast irons - classifications, 15 ago. 2005. KOVACTS, B. V.; COLE, G. S. On the interaction of acoustic waves with SG iron castings. AFS Transactions, v. 83, p. 497- 502, 1975.

LEISURE, R. G.; WILLIS, F. A. Resonant ultrasound spectroscopy. IOP Publishing Ltd, v. 9, p. 6001-6029, Abril 1997.

LI, H.; GRIFFIN, R. D.; BATES, C. E. Gray iron property measurements using ultrasonic techniques. AFS Transactions, Schaumburg, 2005. 1-11.

LIKHITE, A.; PESHWE, D. R.; PATHAK, S. U. Effect of graphite morfology on modulus of elasticity of low carbon equivalent ductile iron. Trans. Indian. Inst. Met., 61, Dezembro 2008. 491-501.

LOPER JR., C. R. Graphite morphology in cast irons. Mat. Res. Soc. Symp. Proc., v. 37, p. 57-66, 1985.

LORD, J. D.; MORRELL, R. Measurement Good Practice Guide No. 98 - Elastic Modulus Measurement. Teddington: National Physical Laboratory, 2006.

LUNNWORTH, L. C. Ultrasonic measurements for process control. London: Academic Press, 1998.

MAL, A. K. Ultrasonic Inspection. In: PITLER, R. K.; PITLER, R. K. Nondestrutive Evalution and quality control - ASM Metals Handbook. 9a. ed. : ASM International, v. 17, 1997. p. 486-592.

MAYNARD, J. Resonant ultrasound spectroscopy. American Institute of Physics, n. AIP Publishing, p. 26-31, Janeiro 1996. METZLOFF, K. E.; LOPER JR, C. R. Measurement of elastic modulus of DI, using a sinusoidal loading method, and quantifying factors that affect elastic modulus. AFS Transations, 2001. 207-218.

METZLOFF, K. E.; LOPER JR., C. R. Effect of nodularity, heat treatment and cooper on the elastic modulus of ductile and compacted graphite irons. AFS Transations, 2000. 1-16. MORETTO, C. Determinação do módulo de elasticidade para os ferros fundidos a partir da resposta acústica. Universidade do Estado de Santa Catarina. Joinville, p. 74. 2013.

MURAKAMI, T. et al. Damping and tribological properties of Fe–Si–C cast iron prepared using various heat treatments. Materials Science and Engineering, 30 Junho 2006. 113–119. PAIVA, A. E. M. Desenvolvimento de um Equipamento para Avaliar Propriedades Elásticas de Cerâmicas Refratárias a Altas Temperaturas pelo Método de Ressonância de Barras. Universidade Federal de São Carlos. São Carlos. 2002.

PIESKE, A.; FILHO, L. M. C.; REIMER, J. F. Ferro fundidos cinzentos de alta qualidade. 3a. ed. Joinville: Sociedade Educacional Tupy, 1980.

PITLER, R. K.; LANGER, E. L. Nondestructive evaluation and quality control - ASM Metals Handbook. [S.l.]: ASM International, v. 17, 1997.

RAO, S. S. Vibrações Mecânicas. 4a. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. 17-18 p.

ROEBBEN, G. et al. Impulse excitation apparatus to measure resonant frequencies, elastic. American Institute of Physics, Dezembro 1997. 4511-4515.

SINTERCAST. Compacted graphite iron - material data sheet. SinterCast, 2000. Disponivel em: <www.sintercast.com>. Acesso em: 10 mar. 2015.

SJÖGREN, T. Influences of the graphite phase on elastic and plastic deformation behaviour of cast irons. Jönköping,: Linköping University, 2007. Tese de Doutorado.

SJÖGREN, T.; SVENSSON, I. L. Modelling the effect of graphite morphology on the modulus of elasticity in cast irons. International Journal of Cast Metals Research, 17, 2004. 271-279.

STEFANESCU, D. M. Classification of ferrous casting alloys. In: STEFANESCU, D. M. ASM Metals Handbook - Casting. 9a. ed. [S.l.]: ASM International, v. 15, 1988. p. 1362-1622. STEFANESCU, D. M. Solidification of eutectic alloys: cast iron. In: STEFANESCU, D. M. ASM Metals Handbook - Properties and Selection: Irons, Steels, and High- Performance Alloys. [S.l.]: ASM International, v. 1, 1998. VOORT, G. F. V.; ROOSZ, A. Measurement of the interlamellar spacing of pearlite. METALLOGRAPHY, v. 17, p. 1-17, 1984.