Edmundo Alberto Beckert.
Membro da ABM, Técnico Metalurgista. Pesquisador do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento – Fundição Tupy S/A – Joinville SC. Pedro Ventrella Duran. Membro da ABM, Engenheiro Metalurgista Senior do Centro de Pesquisas e Desenvolvimento e professor da Faculdade de Joinville – Fundição Tupy S/A. – Joinville SC.
EFEITO DE ALGUMAS VARIAÁVEIS DE PROCESO NA
FABRICAÇÃO DE FERROS FUNDIDOS
VERMICULARES OBTIDOS A PARTIR DE
TRATAMENTO COM TERRAS RARAS.
(Contribuição Técnica n.º 1962. Apresentada ao seminário sobre fabricação de ferros fundidos para siderurgia e mecânica pesada).
São apresentados neste trabalho os resultados referentes ao efeito de algumas variáveis de processo para a obtenção de ferros fundidos vermiculares, como a porcentagem de inoculação, o teor de enxofre de metal – base e o tempo transcorrido após o tratamento. Concluiu-se que os melhores resultados quanto à obtenção de ferros fundidos predominantemente vermiculares foram conseguidos com aqueles que receberam a adição de 0,15% de terras raras e 0,2% de inoculação co FeSi (75%). A faixa de enxofre do metal-base em que se obtém ferros fundidos vermiculares, se situou entre 0,19 e 0,026%, para uma adição de 0,15% de terras raras. Com o aumento do tempo transcorrido após o tratamento, foi possível eliminar a ocorrência de grafita em grumos após 7,5 minutos de manutenção no forno.
1. Introdução.
Na fabricação de ferros fundidos nodulares, algumas vezes se observa a existência de formas indesejáveis de grafita que se situa entre a lamelar e esferoidal (1,2). Essas formas intermediárias de grafita têm sido designadas por diferentes termos tais como grafita compacta, coral, quase – lamelar e vermicular, sendo esta a última de uso mais corrente, principalmente nos Estados Unidos (1).
O termo vermicular, no entanto, não retrata a realidade, já que, examinada tridimensionalmente, esta grafita mostra-se quase sempre como um esqueleto ramificação, apresentando uma menor relação comprimento/espessura do que a grafita lamelar, portanto com um menor efeito de entalhe que a grafita dos ferros fundidos cinzentos (1). A figura mostra um exemplo do esqueleto ramificado de grafita dos ferros fundidos lamelares e vermiculares (3).
(a) (b)
Figura 1 – Aspecto típico Fo esqueleto ramificado de ferros fundidos lamelares (a) e vermiculares (b) (3).
A grafita vermicular é muitas vezes confundida com a grafita coral, que ocorre em ferros fundidos de alta pureza com teores de enxofre menores que 0,002% e vazados em moldes metálicos (2). Observa-se que, de modo geral, as partículas de grafita vermicular apresentam uma relação entre espessura e largura de 2:10, enquanto para a grafita coral esta relação é de 2:4 (2), sendo as partículas desta última menores que as de vermicular. A figura 2 apresenta micrografias em que se observam as formas de grafita coral e vermicular, examinadas ao microscópio óptico.
A fabricação de peças para caminhões e tratores em ferros vermiculares começou em 1969
(2)
e me 1971, na Áustria já eram produzidas cerca de 22 peças diferentes neste material (1). Entre os diferentes tipos de peças produzidas em ferros fundidos vermiculares, podem-se citar tambores e disco de freios, coletores de escape, cabeçotes, pistões, carcaças para turbinas, componentes hidráulicos e lingoteira. Recentemente foram efetuados estudos para a fabricação de tubos, uma vez que estes apresentariam uma maior resistência à corrosão que os de ferro fundido nodulares (1,3).
Os ferros fundidos vermiculares apresentam propriedades mecânicas, térmicas; e de fundição, além de características de usinabilidade intermediária entre as dos ferros fundidos cinzentos e nodulares (1,2), conforme mostra a tabela 1. Este fato permite que, para algumas aplicações, esses materiais sejam adequados que os ferros fundidos nodulares ou cinzentos, particularmente quando se deseja resistência mecânica relativamente alta, associada à alta condutividade térmica.
Tabela – Comparação de algumas propriedades mecânicas de ferros fundidos cinzentos, vermiculares e nodulares (1).
Tipo de ferro fundido
L.R. (da N/mm³) A (%) Módulo de elasticidade (N/mm³) Limite de fadiga (*) (da N/mm³) 0,1% 0,2% - Cinzento perlítico 26 17 - 0,6 1260 12
- Vermicular (70% perlita e 30% ferrita) 40 25 28 2 1540 18
- Nodular ferrítico 42 26 28 20 1680 20
- Nodular perlítico 65 36 39 4 1750 26
O que se refere à condutibilidade térmica salienta-se que nos ferros fundidos, a grafita teria uma maior condutibilidade térmica que a matriz metálica sendo esta, portanto controlada pela quantidade e morfologia desses microconstituinte (1). Desse modo, a condutibilidade térmica de ferros fundidos vermiculares é maior que a dos ferros fundidos nodulares e apenas um pouco inferior à dos ferros fundidos cinzentos, como mostra a tabela II (1).
b) 400 x a) 100 x
Tabela II – Valores típicos de condutibilidade térmica para vários ferros fundidos (1).
Tipo de ferro
Fundido
- Cinzento – classe 25 – ASTM – A - 48/74(*) - Cinzento – classe 45 – ASTM – A - 48/74(*) - Vermicular - Nodular Condutibilidade térmica, cal/cm.s.C. Seções médias e finas 0,125 0,113 0,118 0,080 Seções espessas 0,120 – 0,135 - 0,105 – 0,120 0,090
Valores semelhantes aos da tabela II foram também obtidos m lingoteiras a temperaturas de 100 a 500ºC, como pode ser observado na figura 3 (3,4).
No que se refere à resistência à oxidação a altas temperaturas, as experiências efetuadas pela British Steel Corporation (4) mostram que não se observam diferenças em peças espessas de ferro fundido cinzento e vermicular submetidas a temperaturas de 500ºC por um período de 32 semanas. No entanto, para temperatura de 600ºC, já se verificou que os ferros fundidos vermiculares apresentam menor inchamento e maior resistência à perda de casca, como pode ser visto no gráfico da figura 4 (4).
Nos anexos I e II são apresentados alguns valores de propriedades físicas e mecânicas de uma norma sugerida pela Buderus Akiengesellschaft comparada às de ferros fundidos cinzentos e nodulares de acordo com a norma DIN.
No que se referem às propriedades metalúrgicas, os ferros fundidos vermiculares apresentam, para composições químicas semelhantes, maior contração líquida e maior movimentação das paredes do molde do que os ferros fundidos cinzentos. Em relação aos ferros fundidos nodulares, estas características são bem menores (1,5).
Na figura 5 são apresentados dados comparativos quanto à contração líquida e à movimentação das paredes do molde para os três ferros fundidos acima mencionados (5). Estes
Figura 4 – Resultados quanto ao inchamento, perda de casca e temperaturas de 600ºC em peças espessa de ferro fundido cinzento e vermicular (4).
Figura 3 – Condutividade térmica de lingoteira de ferro fundido cinzento, vermicular e nodular (3).
materiais apresentariam ainda uma menor tendência à formação de drosses e carbonetos que os ferros fundidos nodulares, já que se solidificam com menores valores de super-resfriamento.
As variáveis de processos tais como o carbono equivalente e a velocidade de resfriamento, afetam as propriedades mecânicas a exemplo do que ocorre com os outros ferros fundidos. Deste modo, verifica-se uma diminuição do limite de resistência à tração quando são aumentados o carbono equivalente ou a espessura da seção, conforme mostram as figuras 6(5) e 7 (7), respectivamente.
Os ferros fundidos vermiculares podem apresentar a ocorrência de grafita nodular nas secções finas, o que depende do processo empregado na fabricação destes materiais, conforme será verificado posteriormente, na apresentação dos processos de obtenção desse material.
Figura 5 – Dados comparativos quanto à contração líquida e à movimentação das paredes do molde para ferros fundidos cinzentos, vermiculares e nodulares (5).
Figura 6 – Efeito do carbono
equivalente na resistência à tração nos ferros fundidos cinzentos, vermiculares e nodulares (4).
Figura 7 – Efeito da variação da espessura na resistência à tração de ferros fundidos vermiculares, ferríticos e perlíticos (5).
2. PROCESSOS DE OBTENÇÃO DE FERROS FUNDIDOS VERMICULARES.
Os ferros fundidos vermiculares podem ser obtidos através da simples adição de magnésio ao metal, com um controle bastante rígido do teor de enxofre do metal-base e do teor residual de magnésio, este último bastante difícil de ser mantido na faixa em que ocorre a formação de grafita vermicular, que seria de 0,015 a 0,020%, dependendo do teor de enxofre do metal base (1).
No sentido de ampliar a faixa dos teores residuais de magnésio em que seria possível a obtenção de grafita vermicular, Dawson (7) efetuou a adição de titânio que atuaria como um elemento deletérico na formação da grafita nodular, em teores entre 0,08-0,10%, ampliando assim a faixa do teor residual de magnésio para 0,020 a 0,030%.
Outro elemento deletério que poderia ser utilizado na obtenção de ferros fundidos vermiculares tratados co magnésio, seria o chumbo, o qual já foi utilizado experimentalmente no IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (8) com bons resultados, para teores residuais de 0,005 a 0,012%, dependendo do teor residual de magnésio.
Para ampliar ainda mais a faixa do teor residual de magnésio, foi desenvolvida uma liga especial (2,5,9), contendo os seguintes elementos e teores: 48-52% Si; 4-5% Mg; 8,5-10,5 Ti; 0,25-0,35% Ce; 4-5,5 Ca e 1-1,5% Al. Com o uso dessa liga, seria possível aumentar a faixa do teor residual de magnésio em peças de seções finas para 0,012 a 0,032% (9), sendo esta faixa ainda mais elevada para peças com secções mais espessas, como pode ser visto no gráfico da figura 8
(9)
.
Nesta figura é apresentada uma análise comparativa entre os processos que empregam apenas magnésio, magnésio + titânio e magnésio + titânio + cálcio + cério e alumínio (9). Deve-se salientar, no entanto, que o teor de adição da liga depende do teor de enxofre do metal base, sendo de 0,6% para 0,01% de enxofre, de 1,0% para 0,02% de enxofre e de 1,3% para 0,3% de enxofre (9).
Mais recentemente (2,10-12), foram desenvolvidos processos à base de magnésio, em que foram efetuados tratamentos do metal em duas etapas, de forma a diminuir a sensibilidade em relação às variáveis do metal, assim como o teor de enxofre, a temperatura de tratamento e o teor de oxigênio dissolvido no banho. O primeiro tratamento é efetuado com ligas FeSiMgTiCaCe, podendo o teor de enxofre do metal-base variar de 0,01 a 0,4%. Para altos teores de enxofre, acima de 0,10%, tem sido utilizado o conversor a magnésio puro, reduzindo o enxofre a níveis aceitáveis para a formação de grafita vermicular (12). A seguir é efetuada uma análise térmica diferenciada pela qual é determinada a forma de grafita resultante. Se a forma da grafita não for
Figura 8 – Teores residuais de magnésio obtidos por diferentes processos para a fabricação de ferros fundidos vermiculares de peças (I) médias (II) e espessas (III) (9).
predominantemente vermicular, mas tendendo a nodular, é efetuado um segundo tratamento com uma liga que cause a degenerescência da forma de grafita nodular, à base de titânio, alumínio, cálcio e silício, para adições em torno de 0,25%. Se for lamelar, é utilizada uma liga à base de magnésio, cálcio, alumino e silício.
As principais vantagens dos processos de obtenção de grafita vermicular à base de magnésio + titânio, seriam a menor sensibilidade com a variação da espessura de parede, no que se refere à porcentagem de grafita vermicular, com pouca formação de grafita nodular e baixa tendência da ocorrência de carbonetos em secções finas (2). A principal desvantagem seria a administração do retorno, uma vez que este não pode ser utilizado como material de carga de ferros fundidos nodulares, uma vez que o titânio pode causar degenerescência de grafita nodular
(2)
.
Outra forma de se obter ferros fundidos vermiculares seria pela adição de cério, geralmente presente nas terras raras, cujo teor de adição depende do teor de enxofre do metal-base. Desta forma, segundo Sisserner (13), seriam necessário 0,10 e 0,25% de terras raras para 0,012 e 0,033%, respectivamente. Na figura 9 tem-se um exemplo das porcentagens de adição de terras raras e função da variação do teor de enxofre do metal base (14).
Para a obtenção de estruturas com grafita predominantemente vermicular, seriam necessários teores residuais da ordem de 0,02% de cério, após completa dessufuração e desoxidação (1).
As principais desvantagens do processo à base de cério seriam a grande tendência ao coquilhamento, a formação de grafita nodular em secções finas (< 10 mm) e ocorrência de grafita em grumos (chunky) em secções mais espessas (acima de 50 mm), que tenderia a reduzir as propriedades mecânicas do ferro fundido vermicular (1), tendo-se assim uma menor faixa de tolerância quanto ao teor de enxofre do metal base que é de ± 0,005% (1,14-16).
A primeira vantagem do metal tratado com terras raras seria perda do efeito do agente promovedor da forma da grafita vermicular, com o tempo. É, portanto, aconselhável o seu emprego em peças espessas como lingoteiras (17) e cabeçotes para motores diesel de grandes dimensões (2). Outra vantagem é a possibilidade de utilizar seu retorno como material de carga de ferros fundidos cinzentos e nodulares.
Figura 9 – Adição de terras raras em função do teor de enxofre do metal base (4).
Com a finalidade de reduzir a ocorrência de cementita em processos que empregam terras raras para a fabricação de ferros fundidos com grafita nodular, vários trabalhos têm sido apresentados, entre eles os que utilizam apenas lantânio, uma vez que este elemento seria levemente grafitizante e não coquilhante como cério (18). Emprega-se também o silícieto de terras raras (17) ou ainda uma liga à base de terras raras + CaSi + fluorita (19). Segundo citações de literatura (20), também seria possível eliminar a grafita em grumos mediante o emprego de lantânio com uma adição de 0,04% de titânio.
O General Motors norte-americana (2,21) desenvolveu um processo que emprega uma liga à
base de magnésio e terras raras com altos teores, no qual o teor de enxofre do metal-base se situa na faixa de 0,07 a 0,12% para adições de liga de 1,3 a 1,8%, dependendo do teor de enxofre do metal-base. O processo possibilitaria empregar metais-base com uma variação maior do teor de enxofre e eliminar ou reduzir a inoculação de compostos grafitizantes sem a ocorrência de cementita em paredes finas (21).
A seguir são relatadas algumas experiências realizadas para a obtenção de ferros fundidos vermiculares a partir de tratamentos com terras raras, com o objetivo de avaliar o efeito de algumas variáveis do processo, assim como a composição química (%C e %S), tempo transcorrido após o tratamento, e variação do teor de FeSi (75), adicionado como inoculante.
3. MATERIAIS E MÉTODOS.
Foram efetuadas três séries de experiências:
Na primeira, o objetivo foi determinar os teores de adição de terras raras para a obtenção de grafita vermicular para um metal-base em que o teor de enxofre situava-se entre 0,018 a 0,025%. Foram empregados nesta série dois níveis de inoculação (0,2 e 0,5% de FeSi) (75) com o objetivo de avaliar os resultados quanto à ocorrência de cementita e porcentagem de grafita vermicular.
A adição de terras raras foi efetuada numa panela de transferência tendo sido tratados 25 kg de metal de cada vez, transferido em seguida para uma panela de vazamento, onde era efetuada a inoculação com FeSi (75); o mesmo metal base foi utilizado para as experiências desta série.
O carbono equivalente foi mantido em 4,3% e o teor de silício e, 2,10%, a temperatura do metal no formo foi mantida em 1500ºC e a temperatura de vazamento em torno de 1400ºC. Foram vazados corpos-de-prova cilíndricos de 10, 20, 30 3 50 mm de diâmetro, para avaliação da microestrutura obtida, efetuada a meio raio dos corpos-de-prova. A avaliação da porcentagem de grafita vermicular foi feita tomando como base as micrografias apresentadas na figura 10 (10).
Na segunda série de experiências, procurou-se avaliar a faixa quanto ao teor de enxofre do metal-base em que ainda, fosse possível obter estruturas predominantemente vermiculares. Assim, variou-se o teor de enxofre do metal base de 0,019 a 0,030%. Fixou-se a adição de terras raras em 0,15% e a inoculação com 0,2% de FeSi (75).
Nessa série, além das barras cilíndricas, também foram vazados blocos em Y, de 25 mm de espessuras (norma NBR 6916) para avaliação das propriedades mecânicas. Os teores de carbono e silício, bem como as temperaturas do metal no forno e no vazamento, foram mantidos nas mesmas faixas empregadas na primeira série de experiências.
Na terceira série de experiências, pretendeu-se avaliar o efeito do tempo transcorrido após o tratamento com terras raras em relação à porcentagem de grafita vermicular, cementita e grafita, em grumos na estrutura. Nesse caso, procurou-se manter o teor de enxofre do metal-base em torno de 0,019%, a adição de terras raras em 0,15% e uma inoculação de 0,2% de FeSi. A adição de terras raras foi efetuada no forno, mantendo-se a temperatura em torno de 1450ºC, através do controle de potência, para conseguir uma mínima agitação do banho. A seguir o metal era vazado no forno para as panelas de vazamento em tempos de 0; 2,5; 5,0 e 7,5 minutos após o tratamento com as terras raras, procurando-se manter a temperatura de vazamento em 1400ºC. Os corpos-de-prova empregados foram semelhantes aos da segunda série de experiências.
Convém salientar que o estudo do efeito do tempo transcorrido após o tratamento é muito importante, uma vez que em algumas fundições as linhas de vazamento se encontram bastante distanciadas do forno ou da estação de tratamento do metal e, nesse caso, o tempo transcorrido de tratamento até o vazamento da última caixa pode ser levado a ponto de ocorrer uma grande perda de eficiência do agente promovedor da grafita vermicular.
Figura 10 – Micrografia típicas contendo a avaliação da percentagem de grafita vermicular (%V) (10).
4. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS.
Primeira série de experiências – determinação do teor de adição de terras raras e da inoculação com FeSi (75).
Os resultados quanto ao teor de adição de terras raras, o teor de enxofre do metal-base e as estruturas nos corpos-de-prova podem ser vistos na tabela III.
Tabela III – Resultados da análise química e estrutura obtida quando do trabalho do metal com terras raras.
N = nodular Ct = cementita V = vermicular
Ch = grafita em grumos (chunhy) L = lamelar
De acordo com os índices da tabela III, os melhores resultados quanto à percentagem de grafita vermicular na estrutura, assim como a ausência de cementita, foram os obtidos com a adição de 0,15% de terras raras e uma inoculação co 0,2% de FeSi (75) (exp. 1-2), em uma percentagem de grafita vermicular em torno de 30% na secção de 10 mm de diâmetro, 90% no diâmetro d 20 mm e de 95% nos diâmetros de 30 e 50 mm, sem a ocorrência de grafita em grumos. A figura 11 apresenta micrografias da estruturas obtidas nos corpos-de-prova de 10, 20,30 e 50 mm de diâmetro.
Nas adições de terra raras de 0,12%, somente ocorreu a formação de grafita lamelar, e nas adições de 0,18%, embora apresentando uma maior percentagem de grafita vermicular no corpo-de-prova de 10 mm de diâmetro, já se verificou a presença de carbonetos, possivelmente devido a uma adição excessiva de terras raras.
Com aumento da percentagem do inoculante FeSi (75) e 0,2 para 0,5% (exp. 1-4, 1-5, 1-6), observou-se uma diminuição da percentagem de grafita vermicular nos corpos-de-prova de 10 mm de diâmetro tanto para adições de 0,15 como de 0,18% de terra raras, notando-se ainda uma maior ocorrência de cementita, que foi acentuada para as adições de 0,18%. Aparentemente, uma inoculação com FeSi (75) tende a aumentar a percentagem de grafita nodular na estrutura, podendo haver um aumento da ocorrência de carbonetos devido ao fato desse material se solidificar com maior super-resfriamento em relação aos vermiculares.
Nos corpos-de-prova de 20, 30 e 50 mm de diâmetro, em que foi efetuada a adição de 0,15% de terras raras, obtiveram-se percentagens de grafita vermicular semelhantes a exp. 1-2, em que a inoculação foi de 0,2% de FeSi (75). Para adições de 0,18% de terras raras (exp. 1-6), ocorreu uma redução da percentagem de grafita vermicular que foi de 80% no diâmetro de 20 mm, 70% no diâmetro de 30 mm e de apenas 20% no diâmetro de 50 mm, em que se verificou a presença de 70% de grafita em grumos.
Em resumo, os melhores resultados nesta série de experiências quando à percentagem de grafita vermicular, foram obtido com a adição de 0,15% de terras raras e uma inoculação de 0,2% de FeSi (75) para um teor de enxofre do metal-base de 0,024%.
Segunda série de experiências – efeito da variação do teor de enxofre do metal-base em ferros fundidos vermiculares obtidos pela adição de terras raras.
Na tabela IV estão apresentados os resultados obtidos nas experiências desta série.
Exp. Nº
Enxofre % Estrutura %
Diâmetro dos corpos-de-prova (mm) Forno Resi dual 10 20 30 50 N C t V C h L N C t V C h L N C t V C h L N C t V C h L 2 2-1 0,019 0,015 7 0 - 3 0 - - 2 0 - 8 0 - - 2 0 - 7 0 1 0 - 5 - 9 0 5 - 2-2 0,026 0,018 7 0 - 3 0 - - 2 0 - 8 0 - - 1 0 - 9 0 - - 8 - 9 0 2 - 2-3 0,026 0,019 - - - - 10 0 - - - - 10 0 - - - - 10 0 - - - - 10 0 2-4 0,030 0,026 - - - - 10 0 - - - - 10 0 - - - - 10 0 - - - 10 0 30 mm 50 mm
Figura 11 – Aspecto típico de estrutura de corpos-de-prova de 10, 20, 30 e 50 mm de espessura, de ferros fundidos vermiculares obtidos a partir de tratamentos com terras raras.
Como se pode observar na tabela acima os teores de enxofre do metal-base em que obteve estruturas com grafita predominantemente vermicular, foram iguais a 0,019 e 0,026%. Com o aumento de enxofre para 0,028% já se obteve estruturas com 100% de grafita lamelar.
Verifica-se ainda que, ao aumentar o teor de enxofre do metal-base de 0,019% para 0,026%, ocorreu a total eliminação da grafita “Chunky” e um aumento da percentagem de grafita vermicular de 70 para 90% no corpo-de-prova de 30 mm de diâmetro, observando-se ainda pequena diminuição da grafita em grumos de 5 para 2% no corpo-de-prova de 50 mm de diâmetro.
Essa diminuição da ocorrência da grafita em grumos, com o aumento do teor de enxofre do metal base, deve-se ao fato de ter havido uma diminuição dos teores de terras raras, em solução no metal, já que estes elementos podem ter-se combinado com o enxofre do metal-base.
Nesta série de experiência ainda foram vazados blocos em Y para avaliação das propriedades mecânicas do mesmo metal das exp. 2-1 e 2-2 da tabela IV, cujos resultados estão representados na tabela V.
Tabela V – Estrutura e propriedades mecânicas obtidas nos corpos-de-prova de ferros fundidos vermiculares tratados com terras raras e diferentes teores de enxofre de metal-base. Exp. Nº Estrutura % Limite de resistência à tração (MPa) Alongamento (%) Vermicular Nodular Grafita
em Grumos Perlita Ferrita 2-1 95 5 0 25 75 350 4,0 2-2 95 5 0 20 80 328 3,7
Os resultados da tabela V mostram que, com a variação do teor de enxofre do metal-base de 0,019 para 0,026%, exp. 2-1 e 2-2 respectivamente, não se observaram diferenças acentuadas quanto à estrutura e propriedades mecânicas nos corpos-de-prova, tendo sido obtidos limites de resistência à tração de 350 e 328 MPa, alongamentos de 4,0 e 3,7% respectivamente, e estruturas predominantemente ferríticas, atendendo às especificações sugeridas pela Buderus Aktiengesellschaft.
Terceira série de experiências – efeito do tempo transcorrido após o tratamento na estrutura de ferros fundidos vermiculares obtidos com a adição de terras raras.
Na tabela VI estão apresentados os resultados obtidos nas experiências desta série.
Tabela VI – Resultado obtidos quanto à análise química e estrutura para diferentes tempos após o tratamento.
Os resultados das experiências apresentadas na tabela VI mostram que, para um tempo de manutenção no forno apo o tratamento dom terra raras de até 7,5 minutos, não se verificaram diferenças nos corpos-de-prova de 10 e 20 mm de diâmetro no que se refere à estrutura. Convém, no entanto, salientar a grande ocorrência de carbonetos nos corpos-de-prova de 10 mm de diâmetro e a elevada percentagem de grafita nodular nos corpos-de-prova de 10 e 20 mm de diâmetro. Nesse caso, entretanto, não se verificou diminuição de ocorrência de carbonetos mesmo com um tempo de manutenção após tratamento de 7,5 minutos.
Nos corpos-de-prova de 30 mm não se verificou a ocorrência de 20% de grafita em grumos para até 5 minutos de tempo de manutenção, sendo esta totalmente eliminada após um tempo de manutenção de 7,5 minutos, com um conseqüente aumento da percentagem de grafita vermicular de 75 para 95%. Fato idêntico ocorreu nos corpos-de-prova de 50 mm de diâmetro, nos quais se verificou a presença de grafita em grumos em teores de até 90% em corpos-de-prova vazados logo após o tratamento, de 80% após 2,5 minutos, de 50% após 5,0 minutos com a total eliminação da grafita em grumos após 7,5 minutos. Isto pode indicar após 7,5 minutos de manutenção no forno – que os elementos do grupo das terras raras em solução se combinam com o oxigênio e o enxofre presentes no metal. A figura 12 apresenta micrografias de corpos-de-prova de 50 mm de diâmetro vazados com diferentes tempos após o tratamento com terras raras em que se observa a redução da ocorrência de grafita em grumos na estrutura.
Nesta série de experiências também foram vazados bloco Y de 25,0 mm de espessuras para avaliação das propriedades mecânicas dos diversos tempos de manutenção após tratamento. Na tabela VII estão apresentados os resultados obtidos nesta série de experiências.
Tabela VII – Resultados de propriedades mecânicas estrutura de corpos-de-prova tratados com terras raras e submetidos a diferentes tempos de manutenção.
Exp. Nº Estrutura % Limite de resistência à tração (MPa) Alongamento % Vermicular Nodular Grafita em Grumos Perlita Ferrita 3 3-1 80 20 0 25 75 391 3,5 3-2 95 5 Traços 15 85 346 3,6 3-3 95 5 0 15 85 325 5,4 3-4 95 5 0 15 85 317 4,5 0 minuto 2,5 minutos
Os resultados da tabela VII mostram que, com a variação do tempo de manutenção do metal tratado no forno de 0 a 7,5 minutos, verifica-se uma diminuição no limite de resistência à tração de 391 para 317 MPa, o que provavelmente se deve ao fato de haver uma maior percentagem de grafita nodular e de perlita na estrutura dos corpos-de-prova que foram vazados logo após a adição de terras raras.
Nesses corpos-de-prova, apenas se observou traços de grafita em grumos na exp. 3-2 para um tempo de manutenção de 2,5 minutos. A pequena percentagem de grafita em grumos nos corpos-de-prova retirados dos blocos em Y pode estar relacionada com a própria posição examinada, que se situa na parte inferior dos blocos e Y que tende a se solidificar mais rapidamente do que a parte superior do bloco. Esta região superior dos blocos é mais espessa, sendo por isso mais sensíveis à segregação, ocasionando preferencialmente, a ocorrência de grafita em grumos nesta região.
5. CONCLUSÕES.
Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que:
Quanto à determinação do teor do teor ideal de adição de terras raras e da inoculação. Foram obtidas percentagens de grafita predominantemente vermiculares com a adição de 0,15% de terras raras e 0,2% de inoculação com FeSi (75), não tendo sido constatada a ocorrência de cementita, nem de grafita em grumos.
Quanto ao efeito da variação do teor de enxofre no metal-base.
Verificou-se que a faixa de enxofre do metal-base em que se obtém ferros fundidos vermiculares, situou-se entre 0,19 e 0,026% para uma adição de 0,15% de terras raras, não tendo sido observadas diferenças acentuadas na estrutura dos corpos-de-prova com variação do teor de enxofre do metal-base, nem diferença marcante nos limites de resistência à tração de 350 MPa de 350 e 328 MPa e alongamentos de 4,o e 3,7 respectivamente, valores estes de acordo com a norma GGV30 sugerida pela Buderus.
Quanto ao efeito do tempo transcorrido após o tratamento com terras raras (fading). Com o aumento do tempo transcorrido após o tratamento obteve-se uma total eliminação da ocorrência de grafita em grumos após 7,5 minutos de manutenção no forno nos corpos-de-prova de 50 mm de diâmetro, não tendo sido observadas reduções na percentagem de cementita.
5,0 7,5
Figura 12 – Efeito do tempo de manutenção após tratamento com terras raras na estrutura de corpos-de-prova de 50 mm de diâmetro.
Anexo I – Propriedades físicas e tecnológicas de ferros fundidos vermiculares (BUDERUS)
Anexo II – Propriedades físicas e tecnológicas de ferros fundidos cinzentos (GG), vermiculares (GGV) e nodulares (GGG) (BUDERUS).
AGRADECIMENTOS:
Os autores agradecem aos técnicos João Acácio de Araújo e Osni Luis de Oliveira, que participaram do desenvolvimento experimental realizado, e a Sra. Jacqueline Regina Amaral Neotti pela datilografia do texto.
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