UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

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ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NO CONTROLE E DEFINIÇÃO DA CAMADA COQUILHADA APLICADA A TUCHOS DE VÁLVULA PARA MOTORES À

COMBUSTÃO

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ANDRÉ GRASSMUECK

COMBUSTÃO

FLORIANÓPOLIS – SC 2009

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

ANDRÉ GRASSMUECK

COMBUSTÃO

Trabalho apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro de Materiais. Orientador: Professor Berend Snoeijer, Dr.

FLORIANÓPOLIS – SC 2009

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ANDRÉ GRASSMUECK

COMBUSTÃO

Este trabalho foi julgado adequado para a obtenção do título de Engenheiro de Materiais e aprovado em sua forma final pela Comissão Examinadora e pelo Curso de graduação em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina.

_____________________________________ Professor Dylton do Vale Pereira Filho, M. Sc

Coordenador do Curso

Comissão Examinadora:

_____________________________________ Professor Berend Snoeijer, Dr.

Orientador

_____________________________________ Felipe José Goulart

Orientador na empresa

_____________________________________ Professor Dylton do Vale Pereira Filho, M. Sc

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Ficha Catalográfica

Grassmueck, André, 1984-

Estudo da influência da inoculação no controle e definição da camada

coquilhada aplicada a tuchos de válvula para motores à combustão / André Grassmueck. – 2009.

60 f. : il. color. ; 30cm Orientador: Berend Snoeijer.

Trabalho de conclusão de curso (graduação) – Universidade Federal de Santa Catarina, Curso de Engenharia de Materiais, 2009.

1. Inoculação. 2. Coquilhamento. 3. Tucho de válvula. I. Snoeijer, Berend. II. Universidade Federal de Santa Catarina. Curso de Engenharia de Materiais. III. Título.

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À minha família por todo o carinho, paciência e apoio durante toda a minha vida.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente aos meus pais pela força e apoio fornecidos em todas as fases da minha vida acadêmica e pessoal.

Aos amigos e colegas da universidade sempre fornecendo apoio, ânimo e ajudando o quanto fosse possível, e sendo auxiliados quando necessário, meu muito obrigado.

À Universidade Federal de Santa Catarina e ao Curso de Engenharia de Materiais, responsáveis pela capacitação de mais um profissional.

Às empresas parceiras da Universidade, em especial à Metalúrgica Riosulense, que permitiu os trabalhos efetuados além de incluir-me no seu quadro de profissionais.

Ao engenheiro de Engenharia de Materiais formado na UFSC, Felipe José Goulart, pela orientação e auxílio nos trabalhos executados.

Ao professor Berend Snoeijer, que se disponibilizou a orientar este trabalho, sendo atencioso e prestativo quando solicitado.

Enfim, todos que de alguma forma contribuíram para a conclusão do curso de Engenharia de Materiais.

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RESUMO

O presente trabalho descreve um estudo realizado em tuchos de válvula para motores à combustão, fabricados em ferro fundido cinzento coquilhado. O trabalho tem como finalidade estudar a variação da espessura e definição da camada coquilhada em tuchos de válvula de ferro fundido cinzento para motores de combustão interna. Esta configuração de estruturas é necessária, pois o componente trabalha sob constante atrito, necessitando de uma região com uma resistência ao desgaste muito alta, promovida pelo ferro fundido coquilhado. A otimização da espessura da camada coquilhada resulta em uma redução no tempo de acabamento do tucho, ao mesmo tempo em que na obtenção de camadas muito finas, pode ocorrer a inutilização do componente. Os testes têm o objetivo de avaliar a influência da inoculação e do inoculante utilizado na obtenção da maior definição possível da camada coquilhada, com uma espessura coquilhada, sem perda das características da camada coquilhada. Foram analisadas quatro amostras de inoculantes comerciais de composição conhecida aplicadas em seis diferentes quantidades. As amostras foram submetidas à análise macrográfica para determinação da definição e espessura da camada coquilhada e análise micrográfica para verificar a precipitação de carbono grafítico na camada coquilhada. Foram realizados também ensaios de dureza Rockwell C e Brinell em todas amostras em regiões previamente definidas a fim de avaliar o perfil de dureza obtido. Os resultados obtidos indicam diferenças entre os inoculantes, com melhores resultados para um determinado tipo.

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ABSTRACT

This labor describes a study of valve tappets for combustion engines, made of chilled grey cast iron. It has the purpose of studying the thickness variation and the chilled layer definition in valve tappets made of grey cast iron for internal combustion engines. This kind of structure is necessary, because the component works in continuous friction, demanding a high wear resistance structure, conferred by the chilled cast iron. The chilled layer thickness optimization results in a reduction of the time for tappets finishing, while a tin layer can disenable the tappet. The tests have the objective of evaluating the process and the inoculant influences in obtaining the highest definition of chilled layer as possible. Four commercial inoculant samples of known chemical composition, applied in six different quantities, were analyzed. The samples were submitted to a micrographic analysis to determine the definition and thickness of the chilled layer and micrographic analysis to verify the precipitation of graphitic carbon in the chilled layer. Rockwell C and Brinell hardness tests were performed in all samples, in predetermined areas, to evaluate the hardness profile obtained. The gotten results indicate differences between the inoculants, with better resulted for one determined type.

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ÍNDICE DE ABREVIATURAS

Fe – Elemento ferro C – Elemento carbono Si – Elemento silício Ca – Elemento cálcio Al – Elemento alumínio Ba – Elemento bário Sr – Elemento estrôncio Mn – Elemento manganês Zr – Elemento zircônio CE – Carbono equivalente HRC – Dureza Rockwell C HB – Dureza Brinell

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 01 – Conjunto de válvulas ilustrando seus principais componentes...03

Figura 02 – Ilustração de um tucho de válvula para motor à combustão...04

Figura 03 – Diagrama estável e metaestável Fe-C...07

Figura 04 – Secções do diagrama ternário Fe-C-Si, para teores de 2,3 e 3,5% de silício em peso...07

Figura 05 – curva de resfriamento de um ferro fundido...09

Figura 06 – Diagrama de equilíbrio ferro carbono ampliado demonstrando a diferença de temperaturas...10

Figura 07 – Efeitos dos elementos nas linhas de equilíbrio do diagrama Fe - C...11

Figura 08 – Influência da velocidade de esfriamento sobre o super-resfriamento...13

Figura 09 - Ilustração de molde para vazamento de tucho de válvula...16

Figura 10 – Método para obtenção da dureza Brinell...17

Figura 11 – Localização dos ensaios de dureza Brinell e Rockwell C...22

Figura 12 – Teste sem inoculação Aumento 2,5x...23

Figura 13 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “A”. Aumento 2,5x...23

Figura 19 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “B”. Aumento 2,5x...25

Figura 25 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “C”. Aumento 2,5x...26

Figura 31 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “D”. Aumento 2,5x...27

Figura 36 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x...28

Figura 37 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,015% de inoculante em peso. Aumento:100x...29

Figura 42 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x...31

Figura 43 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,015% de inoculante em peso. Aumento:100x...31

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Figura 44 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,03% de inoculante em peso. Aumento:100x...32 Figura 45 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,05% de

inoculante em peso. Aumento:100x...32 Figura 46 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,10% de

inoculante em peso. Aumento:100x...32 Figura 47 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,15% de

inoculante em peso. Aumento:100x...33 Figura 48 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x...33 Figura 49 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,015% de

inoculante em peso. Aumento:100x...34 Figura 50 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,03% de

inoculante em peso. Aumento:100x...35 Figura 54 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x...36 Figura 55 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,015% de

inoculante em peso. Aumento:100x...36 Figura 56 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,03% de

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ÌNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 01 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato, inoculante “A”...38 Gráfico 02 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato, inoculante “B” ...39 Gráfico 03 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato,

inoculante “C” ...39 Gráfico 04 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato,

inoculante “D” ...40 Gráfico 05 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato,

inoculante “A” ...41 Gráfico 06 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato, inoculante “B”...41 Gráfico 07 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato,

inoculante “C”...42 Gráfico 08 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato,

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO...01

1.1. OBJETIVO GERAL...02 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS...02

2. REVISÃO DA LITERATURA...03

2.1 O TUCHO DE VÁLVULA...03 2.2 FERROS FUNDIDOS...04

2.3. FERROS FUNDIDOS CINZENTOS...05

2.3.1. Composição química dos ferros fundidos cinzentos...05

2.3.2. O sistema Ferro – Carbono – Silício...06

2.3.3. Solidificação dos ferros fundidos cinzentos...08

2.3.4. Variáveis de processo na solidificação de ferros fundidos cinzentos...10

2.3.4.1. Influência da composição química...10

2.3.4.2. Variação da velocidade de resfriamento (taxa de extração de calor)...12

2.3.4.3. Tratamento de Superaquecimento do banho metálico...14

2.3.4.4. Tratamento de Inoculação do banho metálico...14

2.3.4.5. Tratamento de Desoxidação do banho metálico...15

2.4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO...15 2.5. DUREZA BRINELL...16 2.6. DUREZA ROCKWELL...17 2.7. ANÁLISE MACROESTRUTURAL...18 2.8. ANÁLISE MICROESTRUTURAL...18

3. MATERIAIS E MÉTODOS...19

3.1. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS...19

3.2. CARACTERIZAÇÃO DOS INOCULANTES...20

3.3. QUANTIDADE DE INOCULANTE E MÉTODO DE INOCULAÇÃO...20

3.4. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MACROGRÁFICA...20

3.5. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MICROGRÁFICA...21

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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES...23

4.1. ANÁLISE MACROESTRUTURAL...23

4.1.1. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “A”...23

4.1.2. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “B”...24

4.1.3. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “C”...25

4.1.4. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “D”...27

4.2. ANÁLISE MICROESTRUTURAL...28

4.2.1. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “A”...28

4.2.2. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “B”...31

4.2.3. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “C”...31

4.2.4. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “D”...35

4.3. ANÁLISE DO PERFIL DE DUREZA ROCKWELL C ...38

4.3.1. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “A”...38

4.3.2. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “B”...38

4.3.3. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “C”...39

4.3.4. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “D”...40

4.4. ANÁLISE DO PERFIL DE DUREZA BRINELL...40

4.4.1. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “A”...40

4.4.2. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “B”...41

4.4.3. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “C”...42

4.4.4. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “D”...43

5. CONCLUSÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS...44

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1. INTRODUÇÃO

O conjunto de válvulas é parte essencial de qualquer motor de combustão interna. O conjunto de válvulas é composto de alguns componentes tais como válvulas, balancins, varetas, tuchos e o comando de válvulas.

Os tuchos de válvula são responsáveis por transmitir o impulso de abertura da válvula do comando de válvula para as varetas, que por sua vez acionam balancins e válvulas. É uma peça de extrema responsabilidade para o funcionamento e durabilidade do conjunto.

O tucho de válvula é produzido por um processo de fundição em areia sobre uma superfície metálica denominada coquilha, e posteriormente sofre processos de usinagem que conferem ao produto suas medidas acabadas.

O processo de fundição sobre coquilha metálica, confere ao tucho uma camada composta de ferro fundido branco que se forma em contato com a coquilha. Esta camada de ferro fundido branco é denominada camada coquilhada, e possui elevada dureza e resistência ao desgaste, características necessárias devido ao tucho sofrer atrito constante durante sua aplicação.

Por ser uma peça inteiramente usinada, o controle da camada coquilhada torna-se de grande importância, visto à dificuldade e o custo que existe para se trabalhar o ferro fundido branco nos processos posteriores de usinagem. Por outro lado, uma camada reduzida pode vir a inutilizar o componente, por ser reduzida ou eliminada nos processos posteriores.

Durante o processo de fusão é realizado o processo de inoculação do metal, com o objetivo de se obter um maior controle da espessura e definição da camada coquilhada.

Os testes de avaliação da inoculação foram realizados com quatro amostras de inoculantes comerciais aplicados em seis diferentes quantidades.

Avaliou-se além dos aspectos de definição e altura da camada coquilhada, outras características influenciadas pela inoculação, como estrutura micrográfica da camada coquilhada, dureza Rockwell C e dureza Brinell em diferentes regiões pré-estabelecidas a fim de analisar o perfil de evolução da dureza.

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1.1. OBJETIVO GERAL

O objetivo geral deste trabalho consiste na avaliação da influência da variação da inoculação e do inoculante no controle da espessura e definição da camada coquilhada (ferro fundido branco), aplicado em tuchos de válvula para motores à combustão interna

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Os objetivos específicos deste trabalho são:

• Avaliação da camada total coquilhada para cada tipo de inoculante e quantidade utilizada

• Avaliação da definição do coquilhamento para cada tipo de inoculante e quantidade utilizada

• Avaliação da dureza Rockwell C e Brinell para cada tipo de inoculante e quantidade utilizada

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2. REVISÃO DA LITERATURA

2.1 O TUCHO DE VÁLVULA

Os tuchos de válvula fazem parte de um conjunto que é o sistema de válvulas do motor. Os tuchos de válvula são responsáveis por transmitir o impulso de abertura das válvulas do comando de válvulas para as varetas. A figura 01 ilustra um conjunto acionador de válvulas com seus principais componentes.

Figura 01 – Conjunto de válvulas ilustrando seus principais componentes. [5]

Os tuchos de válvula estão sujeitos a condições tribológicas especiais, além de sofrerem esforços compressivos cíclicos. Assim, para que o tucho desempenhe sua função com eficiência é necessário que este apresente algumas propriedades adequadas.

Durante anos o ferro fundido cinzento com camada coquilhada tem sido utilizado devido às suas excelentes propriedades. A figura 02 ilustra um tucho de válvula. As regiões indicadas, prato e corpo, são respectivamente o local onde o tucho sofre atrito constante com o comando de válvulas, e o local onde é alojada a vareta que movimenta os balancins.

Tucho Vareta Balancim

Válvula Câmara

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Figura 02 – Ilustração de um tucho de válvula para motor à combustão

2.2 FERROS FUNDIDOS

Os ferros fundidos podem ser definidos como ligas de ferro com teores de carbono acima de 2,1%. Os ferros fundidos comuns, sem mencionar os com altos teores de elementos de liga, podem ser definidos como ligas de ferro (Fe), carbono (C) e silício (Si).

Os ferros fundidos podem ser classificados em:

• Ferro fundido branco: Neste material, substancialmente todo o carbono presente encontra-se na forma combinada de cementita ou outros carbonetos metálicos. Também pode ser denominado como ferro fundido coquilhado.

• Ferro fundido mesclado: São intermediários entre os ferros fundidos brancos e cinzentos, possuindo proporções variáveis entre o ferro fundido branco e o ferro fundido cinzento.

• Ferro fundido cinzento: As fases formadas na solidificação deste material são austenita e grafita. A grafita se apresenta na forma de lamelas (veios). As alterações posteriores da austenita no resfriamento podem originar uma matriz perlítica ou ferrítica, dependendo da composição, originado assim o ferro fundido cinzento perlítico e o ferro fundido cinzento ferrítico respectivamente.

• Ferro fundido nodular: São ferros fundidos nos quais as fases formadas na solidificação são austenita e grafita. A grafita no ferro nodular se apresenta em nódulos, devido ao tratamento realizado no banho metálico pouco antes do vazamento do metal. A matriz resultante pode resultar ferrítica ou perlítica, influenciada pela composição.

• Ferros fundidos maleáveis: São ligas que se apresentam na forma de ferros fundidos brancos no estado bruto de fusão. São em seguida tratados termicamente de forma que a cementita acaba por se decompor em grafita na forma de nódulos deformados.

Prato

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2.3. FERROS FUNDIDOS CINZENTOS

São materiais em que a principal característica é a presença de grafita em forma de lamelas (veios). Podem apresentar também carbono na forma combinada formando o microconstituinte denominado perlita.

Os ferros fundidos cinzentos tem sido largamente utilizados durante anos em decorrência de uma série de propriedades que possuem: baixo custo, alta resistência ao desgaste, capacidade de amortecimento de vibrações, condutibilidade térmica, moderada resistência à oxidação, etc.

Uma de suas desvantagens é sua característica de fratura frágil, pois a disposição dos veios de grafita no interior do material acaba por provocar um efeito de entalhe, ocorrendo a ruptura do material sem deformação plástica do material.

2.3.1. Composição química dos ferros fundidos cinzentos

Os elementos químicos presentes normalmente em um ferro fundido cinzento exercem influência na microestrutura e propriedades resultantes. Abaixo estão apresentados os efeitos dos principais elementos.

• Carbono – É o elemento essencial de um ferro fundido cinzento, responsável pelas propriedades mecânicas e de fundição. O carbono está presente em sua maioria sob a forma de lamelas (veios), e um percentual (máx. 0,8%) pode estar combinado conferindo uma matriz perlítica

• Silício – Poderoso grafitizante tanto na solidificação quanto na reação eutetóide. Reduz conseqüentemente o coquilhamento. Não pode ser observado microscopicamente pois forma solução sólida com a ferrita. Juntamente com o carbono afeta sensivelmente a fundibilidade.

• Manganês – Tem como principal papel a neutralização do enxofre. É colocado sempre em excesso estequiométrico para evitar a formação de sulfeto de ferro, muito prejudicial. O manganês sempre foi adicionado em excesso a fim de se obter estrutura perlítica na transformação eutetóide, porém estudos recentes demonstram que sua presença excessiva é prejudicial, diminuindo a resistência mecânica e favorecendo a obtenção de estruturas ferríticas.

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• Enxofre – Impureza que deve ser contrabalançada pelo manganês, caso contrário ocorre a formação de sulfetos de ferro que fragilizam a estrutura do fundido. Nos ferros fundidos cinzentos, quando contrabalançado pelo manganês no teor de 0,05 a 0,10% é até desejável, produzindo um efeito favorável sobre a morfologia da grafita. • Fósforo – Elemento prejudicial por formar um eutético de baixo ponto de fusão, a

Steadita. A adição de fósforo é interessante quando se necessita de uma maior fluidez do metal. Nestes casos teores maiores que 0,5% podem ser interessantes.

• Cromo – Poderoso estabilizador de carbonetos na solidificação e nas reações de estado sólido. Adicionado quando se deseja ferros fundidos com propriedades especiais. • Cobre – Têm efeito grafitizante na solidificação e perlitizante forte na reação

eutetóide. Adicionado para se obter matriz perlítica com conseqüente aumento da resistência e dureza. Seu teor deve ser mantido dentro de certos limites, caso contrário há uma queda nas propriedades mecânicas.

• Estanho – tem efeito neutro na solidificação, mas um efeito perlitizante muito poderoso na reação eutetóide, eliminando praticamente todas as áreas de ferrita. Seu teor deve ser mantido até 0,10% em peso, caso contrário pode ocorrer uma queda sensível das propriedades mecânicas do material.

2.3.2. O sistema Ferro – Carbono - Silício

Os diagramas de equilíbrio fornecem informações preciosas sobre as fases presentes em função da composição e temperatura. Porém na solidificação de ligas industriais tendem a ocorrer condições de não-equilíbrio.

Para os aços, no caso de resfriamento lento, as estruturas podem ser interpretadas com o auxílio do diagrama metaestável ferro – carbono. Para os ferros fundidos cinzentos as transformações podem se dar tanto de acordo com o diagrama metaestável como segundo o diagrama estável ferro – carbono.

A figura apresenta os diagramas Fe-C estável e metaestável superpostos, sendo representado por linhas pontilhadas onde o diagrama estável difere do metaestável.

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Figura 03 – Diagrama estável e metaestável Fe-C. [10]

Em ferros fundidos cinzentos além da possibilidade de as reações ocorrerem segundo o diagrama estável ou metaestável, existe ainda a complicação de se tratarem de ligas ternárias Fe – C – Si. O estudo portanto deve apoiar-se no diagrama ternário Fe – C – Si.

Abaixo estão apresentados dois cortes do diagrama ternário Fe – C – Si, para teores de 2,3 e 3,5% de Si.

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Nota-se que o silício altera a composição eutetóide, eutética e a solubilidade do carbono na austenita. Observa-se também que as reações eutética e eutetóide não ocorrem mais em uma temperatura determinada, mas em uma faixa de temperaturas.

O uso de diagramas ternários é relativamente complexo e para fins práticos, um conceito extremamente útil na interpretação de estruturas é o de carbono equivalente.

Verifica-se que a estrutura de um ferro fundido pode ser interpretada com base em um diagrama simplificado onde ao contrário do carbono, considera-se o equivalente em carbono, que pode ser tomado pela equação abaixo, onde CE (carbono equivalente) representa o equivalente em peso percentual de carbono, C representa o percentual em peso de carbono e Si representa o percentual em peso de silício.

Isto é devido ao fato de que o silício atua como o carbono, mas com um poder 3 vezes menor. Portanto em ferros fundidos ao invés de falar-se em teores de C e Si, utiliza-se o conceito de carbono equivalente, pois as estruturas, a princípio, serão sempre iguais para o mesmo CE.

2.3.3. Solidificação dos ferros fundidos cinzentos

Como já foi mencionado anteriormente, no caso de ferros fundidos, a solidificação poderá se dar de acordo com o diagrama estável ferro - grafita ou de acordo com o diagrama metaestável ferro - cementita. Assim, pode-se considerar a solidificação um processo de nucleação e crescimento das fases austenita, grafita e cementita. Apesar de haver uma redução da energia livre do sistema, a solidificação não ocorre quando o líquido atinge a temperatura de equilíbrio sólido – líquido.

Observando-se uma curva de resfriamento de um ferro fundido a partir do estado líquido, verifica-se que quando ocorre a formação de alguma fase sólida, tende a ocorrer uma mudança de inclinação ou até um patamar na curva de resfriamento. Em condições reais, esta inflexão sempre ocorre um pouco abaixo da temperatura esperada pelo diagrama de equilíbrio, então se diz que a transformação ocorreu com super-resfriamento.

3 1 %

%C Si

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Figura 05 – curva de resfriamento de um ferro fundido.[9]

Sendo a nucleação um processo termicamente ativado, é necessário um certo super-resfriamento em relação à temperatura de equilíbrio para que os primeiros núcleos sejam formados, e para que sejam ativados os núcleos existentes no banho. No caso de ferros fundidos cinzentos, na maioria das vezes, a solidificação se processa em duas etapas.

Para ferros fundidos hipoeutéticos (CE < 4,3%) processa-se inicialmente a nucleação e crescimento de dendritas de austenita, e para ferros fundidos hipereutéticos (CE > 4,3%) processa-se a nucleação e crescimento de grafitas primárias. A última etapa, que é única para ferros fundidos eutéticos (CE = 4,3), corresponde à solidificação eutética que é a formação simultânea de austenita e grafita.

Este agregado de austenita e grafita formado durante a solidificação do eutético, possui uma configuração de frente de solidificação aproximadamente esférica. Cada unidade de crescimento esférica de austenita e grafita á chamada de célula eutética.

Conforme o crescimento das células eutéticas avança, há um aumento da temperatura do banho, conhecido por recalescência. Este fenômeno está relacionado entre um balanço do calor extraído pelo molde e o calor liberado pela reação de solidificação (calor latente de solidificação).

Na figura 5 verifica-se que no ponto B’ o molde é capaz de extrair mais calor que o liberado pela solidificação. Porém no ponto C, o calor liberado pela solidificação passa a ser igual ou maior que o calor extraído pelo molde, ocorrendo a recalescência. No ponto D começa a haver colisão entre as células eutéticas, o que causa interferência no seu

T (°C)

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crescimento, reduzindo a velocidade de liberação de calor, reduzindo seu crescimento. A solidificação está completa em E.

2.3.4. Variáveis de processo na solidificação de ferros fundidos cinzentos.

Sendo a solidificação um processo de nucleação e crescimento, as variáveis do processo poderão influenciar a nucleação, o crescimento, ou ambas.

São três as principais variáveis de processo que exercem influência sobre a nucleação e/ou o crescimento:

• A composição química • Velocidade de esfriamento • Tratamentos do banho

Existem outras variáveis, como super-resfriamento, número de núcleos e temperatura de solidificação, porém estas são dependentes das variáveis principais.

2.3.4.1. Influência da composição química.

Do ponto de vista termodinâmico já se verificou que o sistema Fe-C possui dois eutéticos, provenientes da existência de dois equilíbrios: estável (ferro-grafita) e metaestável (ferro-cementita).

Para o sistema ferro carbono, existe uma diferença de cerca de 7 °C entre as temperaturas de equilíbrio do eutético estável e metaestável como pode se observar na figura 06.

Figura 06 – Diagrama de equilíbrio ferro carbono ampliado demonstrando a diferença de temperaturas. [9]

Determinados elementos denominados grafitizantes, como o silício, alumínio, níquel e cobre exercem influência no diagrama Fe-C ampliando a faixa de temperaturas entre os dois

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eutéticos, e tornando termodinamicamente mais favorecida a obtenção de estruturas grafíticas na solidificação.

Destes elementos o silício e o alumínio são os mais efetivos, sendo o alumínio pouco utilizado, em virtude dos defeitos que costumam surgir quando se utiliza este elemento em excesso. O níquel tem um poder grafitizante de cerca de um terço do silício. O silício também tem um forte efeito na decomposição de carbonetos, seja durante a solidificação ou em tratamentos térmicos posteriores.

Os elementos grafitizantes não são microscopicamente visíveis no material, por encontrarem-se em solução sólida na ferrita.

Os elementos cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio e manganês promovem a solidificação segundo o diagrama metaestável Fe-C. O efeito destes elementos, contrariamente ao efeito dos elementos grafitizantes, é o de aproximar a faixa de temperaturas entre os dois eutéticos, estável e metaestável.

Em ferros fundidos que possuem quantidades elevadas de elementos estabilizadores de carbonetos (ex: cromo) pode ocorrer a inversão das linhas dos eutéticos, e pode-se concluir daí que a fase estável termodinamicamente passa a ser a do carboneto.

A figura 7 abaixo ilustra o efeito dos elementos químicos sobre as linhas do eutético do diagrama Fe - C.

Figura 07 – Efeitos dos elementos nas linhas de equilíbrio do diagrama Fe - C. [9]

Segundo Santos (1977), os elementos que parecem influenciar mais as temperaturas de equilíbrio são o silício e o cromo. Porém este pode não ser o efeito principal de todos os elementos a se adicionar. O efeito grafitizante pode estar ligado também a um aumento da atividade do carbono na liga.

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Os elementos de liga também podem atuar na distribuição de solutos durante a solidificação, alterando a nucleação e o crescimento das fases sólidas.

Do ponto de vista cinético, os elementos de liga podem influenciar tanto a velocidade de nucleação quanto a de crescimento. A adição de silício, manganês ou carbono têm o efeito de aumentar a velocidade de crescimento. O hidrogênio, o nitrogênio e o oxigênio têm o efeito de reduzir o crescimento das células eutéticas.

Assim, de modo geral, quando a composição exerce influência sobre a velocidade de crescimento, ocorre um engrossamento do esqueleto de grafita, e uma redução na sua ramificação do mesmo. Quando a velocidade de crescimento é muito retardada pela composição química, ocorre um aumento do super-resfriamento para que se dê a solidificação.

Via de regra, os elementos que na solidificação atuam como grafitizantes tem efeito mais favorável para a nucleação.

O enxofre apresenta um comportamento bastante particular. Em baixos teores, ele diminui a velocidade de crescimento das células eutéticas, tendendo a aumentar o super-resfriamento necessário à solidificação. Porém, o super-super-resfriamento é reduzido pelo aumento do número de núcleos. Este comportamento, para baixos teores, pode ser explicado pelo aumento da atividade do carbono, pela formação de núcleos heterogêneos e pelo caráter tenso-ativo deste elemento, sendo adsorvido na interface líquido/grafita, reduzindo a energia de interface desta união, conseqüentemente reduzindo o raio crítico dos núcleos.

Entretanto para altos percentuais de enxofre, a redução da velocidade de crescimento pode tornar-se predominante em relação ao poder nucleante, aumentando o super-resfriamento necessário à solidificação.

2.3.4.2. Variação da velocidade de resfriamento (taxa de extração de calor).

Como já foi visto, a nucleação e o crescimento são processos termicamente ativados. Já foi mencionado também que em virtude disto, a solidificação, via de regra, não se dá na temperatura sólido-líquido encontrada no diagrama de equilíbrio, mas sempre ocorre com um certo super-resfriamento. Fixando-se as demais variáveis (composição química e tratamentos do banho), verifica-se que, para velocidades maiores, ocorre um maior super-resfriamento até o início da recalescência. Isto pode ser explicado pelo fato de que a recalescência ocorre quando a taxa de calor liberada pelo processo de solidificação é superior à extraída pelo molde.

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Quando o resfriamento provocado pelo molde for mais intenso (maior taxa de extração de calor), o calor liberado pelo processo de solidificação passa a ser insuficiente para o início da recalescência.

Torna-se necessário então um aumento no super-resfriamento para que novos núcleos sejam formados e seja aumentada a velocidade de crescimento, liberando mais calor que o molde pode extrair, provocando a recalescência.

Pode ocorrer que o calor extraído pelo molde seja maior que o liberado em toda a faixa de temperatura entre o eutético estável e o metaestável. Neste caso, ocorre a solidificação segundo o diagrama metaestável ferro-carbono, obtendo-se ferro branco, uma vez que a recalescência ocorreu abaixo da temperatura do eutético metaestável.

A figura 8 representa o efeito da velocidade de resfriamento sobre a estrutura final do fundido. Para o ferro fundido ilustrado na curva 1 houve uma velocidade de resfriamento mais baixa, assim, depois de atingida a temperatura do eutético estável houve um pequeno super-resfriamento até o início da recalescência.

O ferro fundido ilustrado na curva 2 foi esfriado com uma velocidade maior. Assim, foi necessário um aumento do super-resfriamento para que o calor liberado pelo processo de solidificação fosse maior que o extraído pelo molde, ocorrendo a recalescência.

Para o ferro fundido ilustrado na curva 3, o calor extraído pelo molde foi superior ao liberado pelo processo de solidificação durante toda a faixa entre os equilíbrios estável e metaestável, ocorrendo a solidificação segundo o diagrama metaestável.

Figura 08 – Influência da velocidade de esfriamento sobre o super-resfriamento. [9]

Três métodos podem ser utilizados para a variação da velocidade de resfriamento; • Variação da espessura do molde ou o material que o compõe.

T (°C)

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• Modificação da temperatura de vazamento. Com a redução da temperatura de vazamento há um aumento na velocidade de resfriamento. Isto ocorre em virtude da temperatura de vazamento ser mais próxima da temperatura de solidificação, e não haver tempo para um aquecimento das paredes do molde.

• Variação do tamanho da seção e peças fundidas.

2.3.4.3. Tratamento de superaquecimento do banho metálico

É conhecido que no processo de solidificação de ligas comerciais a solidificação se processa de maneira heterogênea, e o banho metálico possui muitos núcleos de solidificação que não são estáveis.

O superaquecimento consiste no aquecimento do metal líquido à uma temperatura bem acima da temperatura de fusão, e posterior manutenção desta temperatura durante determinado tempo. Com o superaquecimento são destruídos os núcleos que não são estáveis. Isto é realizado a fim de homogeneizar o banho, reduzindo a influência das diferentes matérias primas utilizadas.

2.3.4.4. Tratamento de Inoculação do banho metálico

É denominado o tratamento em que se adiciona no banho metálico, pouco antes do vazamento, compostos com efeito grafitizante. O objetivo básico da inoculação é promover a solidificação do eutético estável pelo aumento do número de células eutéticas e redução do super - resfriamento, evitando a solidificação segundo o diagrama metaestável.

Algumas variáveis da inoculação podem interferir de forma significativa no tratamento de inoculação:

a) Composição do inoculante

Podem-se classificar as ligas inoculantes em três categorias; • Inoculantes à base de grafita

• Inoculantes de ferro-silício comum

• Inoculantes de ferro-silício contendo outros elementos

Os inoculantes à base de grafita se constituem basicamente de misturas de pó de grafite e de partículas de ferro-silício. Os inoculantes de ferro silício são os mais freqüentemente utilizados. Seu poder de inoculação varia com o tipo e as quantidades de impurezas que possui. Os inoculantes à base de ferro-silício contendo outros elementos são utilizados quando se necessitam de ferros fundidos com melhores características.

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b) Quantidade de inoculante

A quantidade de inoculante a ser utilizado no processo de inoculação é função do peso de metal a ser tratado. Em geral pode variar entre 0,05 a 0,7% em peso.

c) Método de inoculação

Existem diversos métodos de inoculação utilizados. Entre eles, dois são considerados mais comuns:

Inoculação na panela ou no jato de metal para a panela; O inoculante é depositado na panela antes de receber o metal, ou durante o jato de metal para o enchimento da panela de vazamento

Inoculação no jato de metal para o molde ou no molde; O inoculante é adicionado no jato de metal para o enchimento do molde ou dentro do próprio molde.

d) Tempo decorrido da inoculação até o vazamento do metal.

O efeito da inoculação pode ser reduzido ou até inexistente, dependendo do tempo decorrido entre a inoculação e a solidificação. Este efeito é conhecido como fading do inoculante, e significa a perda da eficiência da inoculação com o tempo decorrido entre a inoculação e o vazamento da peça.

2.3.4.5. Tratamento de Desoxidação do banho metálico

A desoxidação é um tratamento realizado no banho metálico com o objetivo de reduzir a quantidade de oxigênio dissolvido no banho. O metal oxidado tem sua fluidez drasticamente reduzida. Um efeito muito importante do oxigênio dissolvido é aumentar a profundidade de coquilhamento do material. Os materiais mais utilizados para a desoxidação dos ferros fundidos são ligas à base de cálcio - silício, alumínio, titânio e algumas ligas de cálcio - silício contendo zircônio.

2.4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO

O processo de fabricação de um tucho de válvula fundido consiste na elaboração da carga, fusão e vazamento do metal no molde de areia, sendo que o molde possui uma superfície metálica denominada coquilha, posicionada no “prato” do tucho, que é a região que sofrerá atrito constante com o comando de válvulas.

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Metal

Areia

Coquilha metálica

A figura 09 ilustra o corte de um molde, demonstrando o processo de vazamento descrito.

Figura 09 - Ilustração de molde para vazamento de tucho de válvula

O molde é composto essencialmente de areia de sílica ligada quimicamente com resina fenólica - uretânica com cura por processo de passagem de catalisador gasoso. A coquilha no qual o molde é vazado é constituída de ferro fundido cinzento.

Assim, com um ajuste correto da composição e utilizando a técnica correta de inoculação tem-se uma peça com estrutura bruta de ferro fundido cinzento perlítico, com uma camada de ferro fundido branco que se forma em contato com a coquilha.

A espessura desta camada deve ser cuidadosamente controlada, pois uma camada muito reduzida poderia ser eliminada nas operações posteriores de usinagem. Ainda uma camada muito reduzida pode conter percentuais de ferro fundido mesclado, que é prejudicial para as propriedades do tucho.

Por outro lado, uma camada coquilhada muito espessa, acaba por dificultar ou até impedir as etapas posteriores de usinagem do material.

2.5. DUREZA BRINELL

O ensaio de dureza Brinell consiste basicamente de comprimir uma esfera de aço de diâmetro “D” sobre a superfície plana polida e limpa de um metal através de uma carga conhecida Q durante um tempo pré-determinado “t”.

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) ( 2 2 2 _d D D D Q HB − − = π

O ensaio provoca uma impressão permanente no metal no formato de uma calota esférica de diâmetro “d”, que pode ser medido com um micrômetro ótico após a retirada da carga.

O valor da medida “d” deve ser tomado como a média de duas leituras feitas a 90° uma da outra. A dureza Brinell é expressa em N/mm², que está relacionada com os valores de “D”, “d” e “Q”, conforme a expressão abaixo:

A figura abaixo ilustra o método para obtenção da dureza Brinell

Figura 10 – Método para obtenção da dureza Brinell. [11]

A peça a ser ensaiada deve ser plana e polida, e deve estar bem apoiada, para que se evite qualquer deslocamento durante a aplicação da carga. O tempo “t” necessário durante a aplicação da carga é fixado geralmente em 30 segundos conforme as normas, mas pode ser aumentado para até 60 segundos, para metais com baixo ponto de fusão como o chumbo e suas ligas.

Uma observação importante é que como a dureza Brinell abrange uma área de contato maior que os outros tipos de dureza, ela é a única utilizada e aceita para metais que tenham uma estrutura interna não-uniforme, como é o caso dos ferros fundidos cinzentos.

2.6. DUREZA ROCKWELL

A dureza Rockwell, simbolizada por HR elimina o tempo necessário para a medição de qualquer medida produzida pelo ensaio, pois o resultado de dureza é medido diretamente na máquina de ensaio.

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O ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta, subtraída da recuperação elástica devida à retirada de uma carga maior e da profundidade de penetração causada pela aplicação de uma carga menor.

Os penetradores utilizados na dureza Rockwell são do tipo esféricos (esfera de aço temperado) ou cônicos (cone de diamante tendo 120° de conicidade).

A leitura deve ser feita numa escala apropriada ao penetrador e a carga utilizada. As escalas da dureza Rockwell são arbitrárias, porém baseadas na profundidade de penetração, penetrador e carga utilizada e são designadas por letras (A, B, C, etc.). O valor de dureza obtido no ensaio Rockwell é adimensional, ao contrário de outros ensaios como o de dureza Brinell ou Vickers.

2.7. ANÁLISE MACROESTRUTURAL

A macrografia pode ser definida como um exame feito na amostra a olho nu ou com aumento máximo de 10x. A macrografia é importante por ser rápida e permitir a obtenção de informações gerais da peça como:

• Homogeneidade do material da peça • Análise da distribuição de impurezas • Análise de macro defeitos de fabricação

• Análise de tamanho de grão (para peças com granulação grosseira) • Profundidade de coquilhamento

2.8. ANÁLISE MICROESTRUTURAL

A microscopia ótica é definida como a técnica mais utilizada por possuir um custo relativamente baixo e apresentar uma grande diversidade de aplicações.

A microscopia ótica é de suma importância para a determinação de micro-defeitos de fabricação, análise de tamanho de grão, determinação da presença ou não de inclusões e análise das fases microestruturais presentes e a constituição do material (modo e maneira de distribuição das fases, composição e características), sendo que estas variáveis determinam sobre o comportamento final do material.

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

As atividades foram desenvolvidas na Empresa Metalúrgica Riosulense, localizada na cidade de Rio do Sul – Santa Catarina. O principal objetivo deste trabalho é a avaliação da inoculação na altura de definição do coquilhamento em tuchos de válvula. Como foi mencionado, o tucho de válvula trabalha sob atrito constante, necessitando portanto, possuir uma elevada resistência ao desgaste, o que é fornecido pela camada formada de ferro branco.

Para a otimização dos processos posteriores de acabamento o restante do corpo do componente é composto de ferro fundido cinzento. O controle da altura e definição da camada coquilhada é importante pois um excesso de ferro branco encarece demasiadamente os custos de produção e uma camada muito estreita pode inutilizar o componente. Detalhes dos experimentos realizados são descritos a seguir

3.1. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

Para a avaliação da influência dos diferentes inoculantes na altura e definição do coquilhamento, se conduziu uma seqüência de ensaios variando-se a taxa de inoculação do metal. A liga utilizada consiste de um ferro fundido cinzento de composição definida pela empresa para a fabricação de tuchos de válvula.

A fusão do metal foi realizada em forno de indução eletromagnética com capacidade para 800 kg de metal líquido. Embora os ferros fundidos obtidos em fornos elétricos de indução, em comparação com outros como o cubilô, sofram menos influência da carga utilizada, para os ensaios utilizou-se uma carga padrão, para que a mesma não interfira nos resultados do teste.

Após a fusão e correção da carga, é efetuado o tratamento de superaquecimento do metal durante alguns minutos. Após o tratamento de superaquecimento, é realizado o tratamento de desoxidação do banho, ainda no forno, com a utilização de liga de cálcio-silício. A temperatura de vazamento foi fixada em 1400 °C.

As medidas de temperatura do metal líquido foram obtidas com equipamentos de medição marca Italterm.

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Os moldes utilizados nos testes foram confeccionados com areia de sílica seca ligada quimicamente com resina fenólica – uretânica, com cura por passagem de catalisador gasoso pela mistura. A parte inferior do molde é constituída por uma coquilha de ferro fundido cinzento à temperatura de 20 °C medidos com termômetro laser marca Fluke com medida até 500 °C

Após a desoxidação do banho, procedeu-se o tratamento de inoculação do metal, seguindo-se do vazamento do molde.

3.2. CARACTERIZAÇÃO DOS INOCULANTES

Para a análise da influência do inoculante na altura e definição da camada coquilhada, foram analisados 4 diferentes inoculantes denominados “A”, “B”, “C” e “D”. A tabela 1 demonstra a composição a fornecida pelos fabricantes dos inoculantes utilizados.

Tabela 01 –Composição dos inoculantes utilizados fornecidos pelos fabricantes

Inoculante Si Ca Al Ba Sr Mn Zr Fe A 74 - 80% 0,1% máx 0,5% máx - 0,8 - 1,2% - - Restante B 60 - 67% 1 - 1,5% 2% máx 2 - 2,5% - 5 - 8% 5 - 8% Restante C 72 - 80% 1,5 - 3% 1 - 1,5% - - - 1,2 - 2% Restante D 74 - 80% 0,8 - 1,2% 0,5 - 1% - - - - Restante Composição

3.3. QUANTIDADE DE INOCULANTE E MÉTODO DE INOCULAÇÃO

Para a análise da influência da quantidade de inoculante na altura e definição da camada coquilhada, foram definidas as quantidades de inoculante de 0,015; 0,03; 0,05; 0,10 e 0,15% em peso sobre o metal líquido. Juntamente com os testes de inoculação, procedeu-se o vazamento de uma amostra sem inoculação Para fins de padronização e comparação.

O método de inoculação utilizado foi o de adição de inoculante no jato de metal líquido do forno para a panela de vazamento, efetuando-se o vazamento do metal no molde, segundos após a inoculação. O vazamento foi efetuado com a utilização de panelas de vazamento com capacidade de 40 quilos de metal líquido. Embora o método de inoculação no jato de metal tenha uma eficiência menor que outros métodos, como inoculação no molde ou

in mold, este método foi utilizado diante da impossibilidade (do processo) de se adotar a

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3.4. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MACROGRÁFICA

A avaliação macroestrutural tem como objetivo a avaliação rápida das fases macroestruturais presentes, e da distribuição das mesmas. Neste trabalho, ela foi utilizada para a análise da altura de coquilhamento dos testes realizados. Para a avaliação macroestrutural, as amostras foram seccionadas verticalmente exatamente no seu centro. A amostras formam então submetidas ao lixamento, utilizando-se de lixas de granulometria cada vez menor até a lixa de granulometria 600 Mesh. O ataque químico foi efetuado com uma solução de persulfato de amônio a 30%, com o intuito de revelar os macroconstituintes das respectivas amostras.

3.5. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MICROGRÁFICA

A análise micrográfica é de fundamental importância a fim de se observar a estrutura micrográfica do material, como distribuição de fases e suas quantidades aproximadas. Neste trabalho, utilizou-se a análise micrográfica para a verificação da precipitação de carbono grafítico na região do prato do tucho. A precipitação de carbono grafítico no prato do tucho é prejudicial, pois diminui as propriedades do mesmo.

Para a análise micrográfica das amostras, a região do prato do tucho amostrado foi submetida ao processo de lixamento, utilizando-se lixas de granulometria cada vez menor, mudando-se a direção (geralmente 90°) entre uma lixa e outra, até o desaparecimento dos traços da lixa anterior.

Por se tratar de um material de dureza muito elevada, o polimento foi realizado utilizando-se pasta de diamante de 1 a 3 m. Não foi realizado ataque químico nas amostras analisadas micrograficamente, pois a matriz (ferro fundido branco) e o material a ser analisado (grafita) apresentam um bom contraste no microscópio ótico.

3.6. DUREZA ROCKWELL C E DUREZA BRINELL

Estas análises foram efetuadas após a preparação metalográfica dos corpos de prova utilizados para a análise macrográfica, que consistiu em lixamento da superfície para retirada do ataque químico inicial, seguindo de lixamento com lixas de granulometria mais fina. O polimento foi realizado com alumina de granulometria de 4 m.

A medida do perfil de dureza Rockwell C foi realizada para a verificação da influência da quantidade de inoculante, e do inoculante na evolução do perfil de dureza na

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camada coquilhada das amostras. Foi realizada também a análise de perfil de dureza Brinell, com o intuito de analisar a influência da quantidade de inoculante, e do inoculante no perfil de dureza no restante do corpo, onde valores muito elevados poderiam indicar “redes” de carboneto, que são prejudiciais.

As medidas de dureza Rockwell C foram realizadas a 3,5, 5,5, 7,5 e 11,5 mm medidos a partir do prato, com o auxílio de um paquímetro. O aparelho utilizado para as medidas de dureza foi um durômetro marca Fixo Test.

Para as medidas de dureza Brinell foi utilizado um durômetro Wolpert, utilizando-se de esfera de 2,5mm de diâmetro e carga de 187,5 kg. As medidas de dureza Brinell foram realizadas a 20, 25 e 30 mm medidos a partir do prato com o auxílio de um paquímetro. A figura 11, ilustrada a seguir, demonstra a posição dos ensaios de dureza realizados

Figura 11 – Localização dos ensaios de dureza Brinnel e Rockwell C.

Foram realizadas três medidas de dureza em cada distância, tanto para dureza Rockwell quanto para dureza Brinell, e os resultados apresentados são a média dos valores obtidos.

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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1. ANÁLISE MACROESTRUTURAL

4.1.1. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “A”

A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “A” nas quantidades descritas nos experimentos demonstrou uma esperada redução na altura de coquilhamento claro e coquilhamento total. Observa-se uma pequena redução na camada composta de ferro fundido branco, para teores até 0,03% em peso de inoculante. Para teores crescentes, a redução na camada de ferro fundido branco torna-se muito mais significativa.

Observa-se que para teores crescentes de inoculante, ocorre o refino da estrutura, com redução nas dimensões das células eutéticas e um aumento no seu número. Para teores de 0,05% e acima em peso de inoculante, verifica-se que a região composta de ferro fundido branco se apresenta mais definida em comparação às demais amostras, tendendo a ocorrer uma transição mais abrupta entre a região coquilhada e o restante do corpo, composto de ferro fundido cinzento.

Figura 12 – Teste sem inoculação

Aumento 2,5x Figura 13 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “A”. Aumento 2,5x

Figura 14 – Teste com 0,03% de inoculante .Inoculante “A”.

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Figura 15 – Teste com 0,05% de inoculante. Inoculante “A”.

Aumento 2,5x

4.1.2. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “B”

A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “B” nas quantidades descritas nos experimentos, demonstrou, assim como nos testes utilizando o inoculante “A”, uma redução na altura de coquilhamento total, e para maiores teores em peso de inoculante uma significativa redução na altura de coquilhamento claro.

Para teores até 0,03% de inoculante em peso, observa-se uma redução na região de ferro mesclado (composto de ferro fundido branco e ferro fundido cinzento, em teores variáveis) sem grande influência na região de ferro fundido branco. Verifica-se ainda que a eficiência na definição da região composta de ferro fundido branco, para teores até e incluindo 0,05% de inoculante em peso, apresentou-se inferior aos testes utilizando o inoculante “A”.

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Figura 18 – Teste sem

inoculação Aumento 2,5x Figura 19 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “B”. Aumento 2,5x

Figura 20 – Teste com 0,03% de inoculante. Inoculante “B”.

Aumento 2,5x

4.1.3. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “C”

A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “C” nas quantidades descritas nos experimentos demonstrou uma redução da quantidade de ferro fundido branco e mesclado, ocorrendo para estes testes, uma redução muito forte da quantidade de ferro fundido mesclado, com pequena redução na quantidade de ferro fundido branco.

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Observa-se também o refino da estrutura já para teores de 0,015% em peso de inoculante. Observou-se uma definição superior do coquilhamento para teores de 0,05% em peso de inoculante, onde se obtém uma boa quantidade de ferro fundido branco, e por outro lado, a quantidade de ferro fundido mesclado é relativamente reduzida.

Aumento 2,5x Figura 25 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “C”. Aumento 2,5x

Figura 26 – Teste com 0,03% de inoculante. Inoculante “C”.

Aumento 2,5x

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4.1.4. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “D”

A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “D” nas quantidades descritas nos experimentos demonstrou assim como nos testes anteriores, uma redução na quantidade de ferro fundido branco bem como na quantidade de ferro fundido mesclado, bem como um refino da estrutura.

Observa-se que o poder inoculante do inoculante “D” analisado é inferior às três amostras anteriores, consequentemente, para a obtenção de uma redução expressiva na quantidade de ferro fundido branco, bem como na quantidade de ferro fundido mesclado, é necessária uma quantidade de inoculante mais elevada.

Aumento 2,5x Figura 31 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “D”. Aumento 2,5x

Figura 32 – Teste com 0,03% de inoculante. Inoculante “D”.

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Aumento 2,5x

4.2. ANÁLISE MICROESTRUTURAL

4.2.1. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “A”

Nesta etapa, se analisa a ocorrência e a quantidade de carbono precipitado na forma de grafita, na região do prato (região composta de ferro branco) do tucho, influenciada pela inoculação.

Na análise microestrutural dos testes utilizando o inoculante “A” nas quantidades estudadas, verifica-se que para até 0,05% em peso de inoculante, a quantidade de carbono grafítico precipitado é desprezível. Para quantidades de inoculante de 0,10 e 0,15% em peso, ocorre uma forte precipitação de carbono grafítico, compatível com os resultados observados na análise macrográfica, onde a região composta por ferro fundido branco é reduzida para os teores de inoculante mencionados.

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Figura 36 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x.

Figura 37 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,015% de inoculante em peso. Aumento:100x.

Figura 38 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,03% de inoculante em peso. Aumento:100x

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4.2.2. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “B”

Para as amostras que foram tratadas utilizando-se o inoculante “B”, verifica-se uma precipitação de carbono grafítico quase inexistente para teores de até 0,03% em peso de inoculante. Com quantidade de inoculante de 0,05% em peso, verifica-se o início de uma precipitação de carbono grafítico mais severa, mas ocorrendo em pontos isolados da amostra. Para teores de inoculante de 0,10 e 0,15% em peso, a precipitação de carbono grafítico torna-se muito mais severa, ocorrendo por toda a amostra, evidenciando o forte poder inoculante da amostra estudada. Assim como na análise do inoculante “A”, os resultados são compatíveis com os resultados da análise macrográfica onde a quantidade de ferro fundido branco, para teores de inoculante de 0,10 e 0,15% em peso, é sensivelmente reduzida.

Figura 43 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,015% de inoculante em peso. Aumento:100x

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4.2.3. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “C”

Para as amostras tratadas com o inoculante “C”, verifica-se que para teores de 0,03% em peso de inoculante, a precipitação de carbono grafítico é desprezível. Para teores de inoculante de 0,05% em peso, inicia a ocorrência da precipitação de carbono grafítico, porém ocorrendo em pontos isolados.

O mesmo se observa para teores de inoculante de 0,10% em peso, onde se observa um aumento sensível da intensidade da precipitação. Para teores de 0,15% em peso de inoculante, a precipitação de carbono grafítico torna-se mais severa, porém inferior aos resultados dos inoculantes “A” e “B” para a mesma quantidade de inoculante.

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Figura 49 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,015% de inoculante em peso. Aumento:100x

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4.2.4. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “D”

Para os testes utilizando o inoculante “D”, verifica-se que para teores até 0,05% de inoculante em peso, a precipitação de carbono grafítico é reduzida ou desprezível. Para teores de 0,10% de inoculante em peso, observa-se a precipitação de carbono grafítico em pontos isolados da amostra, ocorrendo um pequeno aumento da severidade da precipitação para 0,15% em peso de inoculante.

Estes resultados condizem com os resultados observados na análise macrográfica onde se verificou que inoculante “D” entre as amostras analisadas, apresentou o menor poder de inoculação.

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Figura 55 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,015% de inoculante em peso. Aumento:100x

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