FERROS FUNDIDOS 15.2

Marca Instituição

Ensino

Prof. M.Sc. Antonio Fernando de Carvalho Mota

O “irmão” do aço:

O ferro fundido

MOTA

Fundição

Conexões

Primeiro registro do uso de Ferro Fundidos Leão Chinês

FERRO FUNDIDO

•

_{É um material metálico}

constituído essencialmente de

Ferro, Carbono e Silício com

teores de Carbono geralmente

acima de 2% e até 4%.

LIGAS FERROSAS

Ferros Fundidos: Carbono  2,1% peso

TIPOS DE FERROS FUNDIDOS COMERCIAIS:

 Ferro fundido branco

 Ferro fundido cinzento

 Ferro fundido mesclado

 Ferro fundido maleável

 Ferro fundido nodular

 Ferro fundido vermicular

PROPRIEDADES

MECÂNICAS

MICROESTRUTURAS

PROCESSAMENTO

(COMPOSIÇÃO E TAXA

DE RESFRIAMENTO)

AVALIAÇÃO: NO DIAGRAMA DE FASES Fe-Fe₃C QUAL O TIPO DE FOFO?

Produção de ferros fundidos

A transformação acontece em dois tipos de fornos:

O forno cubilô

– trabalha com ferro-gusa, sucata,

calcáreo (separar as impurezas), sílicio,

ferro-manganés e coque (combustível). Ele funciona sob o

pricípio da contra-corrente (como no alto-forno), ou

seja, a carga metálica e o coque descem e os gases

sobem.

O forno cubilô

não permite que se faça um controle

rigoroso da composição química do metal. Por isso,

somente o forno elétrico é utilizado na produção de

ferros fundidos de alta qualidade.

O Ferro fundido é formado a partir do ferro gusa,

nas siderurgias, dentro de fornos elétricos ou cubilô

O forno cubilô não permite um controle rigoroso na composição química do metal, por isso ele é usado na produção do ferro fundido.

Os fornos elétricos possuem a característica de produzirem

ferros fundidos de grande qualidade, pois garantem um maior

controle na composição química e na velocidade das reações.

GRAFITIZAÇÃO

A grafita normalmente se separa no momento de

solidificação do líquido, mas também pode resultar

da decomposição da Cementita.

Fe

₃

C → 3Fe + C (Grafita)

Grafita é um mineral, um dos alótropos do carbono.

Devido ao seu alto ponto de fusão também possui aplicações como material refratário, como em cadinhos de fundição de aço

EFEITO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA:

 Carbono – teores mais baixos favorecem fofo branco

 Silício – estabilizador da ferrita favorece fofo cinzento

 Manganês – estabilizador da austenita (fofo branco)

 Magnésio, Cério – nodulizantes

EFEITO DA TAXA DE RESFRIAMENTO:

Além dos elementos químicos existentes a formação

do ferro fundido depende do resfriamento, pois a

grafitização demanda um tempo maior que a

necessária para a formação da cementita (Fe

C).

Fe

₃

C 3 Fe + C (grafita)

GRAFITIZAÇÃO

Dois são os fatores mais importantes que decidem se o ferro fundido, ao se solidificar, se tornará Branco ou Cinzento: a) A composição química;

INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO

A velocidade de Esfriamento depende de dois fatores

principais: do material de que é feito o molde e da espessura

das peças vazadas.

Ferbado bd

Moldes de areia permitem um Esfriamento lento, ao passo

que moldes metálicos (chamados coquilhas) provocam um

Esfriamento rápido, especialmente se forem espessos.

INFLUÊNCIA DA VELOCIDADE DE RESFRIAMENTO

Como o Esfriamento lento favorece a formação da grafita,

as peças de ferro fundido cinzento espessas, esfriando

mais devagar, terão mais grafita do que peças pequenas ou

de paredes delgadas feitas do mesmo material.

PROPRIEDADES

DOS FERROS FUNDIDOS

O ferro fundido cinzento é menos duro e menos frágil do que o branco e

pode ser trabalhado com ferramentas comuns de oficina, isto é, sofrer

acabamento posterior como aplainamento, torneamento, rosqueamento,

etc; ao passo que o branco só pode ser trabalhado com ferramentas

especiais, e assim mesmo, com dificuldade, ou então com esmeril.

FERRO FUNDIDO CINZENTO

(Usinável)

FERRO FUNDIDO BRANCO (Não Usinável)

INFLUÊNCIA do silício nas temperaturas de Equilíbrio dos

Eutéticos: Austenita/Grafita, Austenita/Carboneto.

Fundição por gravidade

moldagem em areia seca

Caixa de moldagem _{Areia verde ou seca}

Molde de Areia Cadinho Metal Fundido Peça Fundida Linha Divisória

Como fundir uma peça com orifícios?

EXEMPLO DE FUNDIÇÃO DE PEÇA COM MACHO

LINHA DIVISORIA

AREIA E ARGILA COMPACTADA

O Carbono nos ferros Fundidos

O carbono pode existir sob duas formas:

− Carbono combinado (Fe

C, Cementita);

− Carbono grafitado (Grafita)

Quando se fala do teor de carbono de um ferro fundido, entende-se o

carbono total, isto é, o carbono combinado mais o carbono grafitado:

Ct = Cc + Cg

Estas duas formas,sob as quais o carbono pode representar-se, classificam

os ferros fundidos inicialmente em dois grandes grupos:

Ferros Fundidos Brancos → Fratura na cor branca, quando todo o

carbono está sob a forma combinada ( Perlita) e Fe

C

Ferros Fundidos Cinzentos→ Fratura escura quando uma parte do

carbono está sob a forma de grafita.

CINZENTO BRANCO (Grafita)

Molde misto para fundição de um cilindro

de laminação coquilhado

Cilindros de laminação

Materiais dos cilindros de laminação: aço forjado

aço fundido ferro fundido

metal sinterizado

O que é ferro fundido?

Aço Forjardo na Villares Metals Cap. da prensa: 3.000t

Torno Morsa Bancada N 8 200mm Ferro Fundido

R$ 143

FERRO FUNDIDO X AÇO FORJADO

Morsa Torno De Bancada Aço Forjado N6 Profissional Forjasul

INLUÊNCIA DA ESPESSURA (VEL. DE RESFRIAMENTO) NOS FERROS FUNDIDOS CINZENTOS.

a -

Cementita + Perlita (ausência total de Grafita)

b - Perlita Fina + Grafita Fina

c - Perlita mais Grossa + Grafita mais Grossa

d - Ferrita + Perlita + Grafita mais Grossa

Ferro fundido Cinzento

O ferro fundido cinzento apresenta cerca de 2,8% de silício na sua

composição. Já que o silício é responsável pela decomposição da

cementita em grafita, temos que nesse tipo de ferro fundido o

microconstituinte mais encontrado será a grafita. Por esse motivo é que

ele tem uma tonalidade acinzentada.

Nesse tipo de ferro fundido a grafita se encontra na forma de veios ou na

forma vermicular.

Eles apresentam boa usinabilidade e a capacidade de absorver vibrações,

além de dissiparem melhor o calor.

São usados na fabricação de tambores do freio de disco, blocos cilíndricos

e pistões.

PROPRIEDADES DO FERRO FUNDIDO CINZENTO

Possibilidade de encher moldes com seções finas e

complicadas devido ao seu baixo ponto de fusão e à

sua fluidez, reproduzindo o molde com a grande

finalidade:

Não se deforma a Alta temperatura, como faz o aço;

Usinabilidade Alta;

Preço Baixo;

Amortecimento das vibrações mecânicas;

Resistência notável ao desgaste por atrito;

Grande resistência a oxidação, se comparada com a do

aço.

O Mercado de São José é um dos vinte e quatro mercados públicos

do Recife, capital de Pernambuco.

Localizado no bairro de São José e inaugurado em 1875, é o mais

antigo mercado público do Brasil e o primeiro edifício pré-fabricado

em ferro no país, com a mesma estrutura neoclássica dos

mercados europeus do século XIX.

Foi inspirado no mercado público de Grenelle, em Paris.

MERCADO DE SÃO JOSÉ

A PRIMEIRA PONTE DO RECIFE

Maurício de Nassau.

Construtor o engenheiro judeu, Baltazar da Fonseca

Ponte Maurício de Nassau - Recife – 1917

Emílio Henrique Baumgart destacou-se como engenheiro projetista inovador, vindo a receber o título de "Pai do Concreto Armado" pelos profissionais do ramo no Brasil.

A PONTE MAURICIO DE NASSAU FOI PRIMEIRA PONTE

DO BRASIL

A Torre Eiffel foi construída como o arco de entrada da Exposição Universal de 1889

A Torre Eiffel

A Torre possui 324 metros de alturae peso superior a 10 mil toneladas . Foi a estrutura mais alta do mundo desde a sua conclusão até 1930, a Torre é a segunda estrutura mais alta da França, atrás apenas do Viaduto de Millau, concluído em 2004.

Inaugurada em 31 de março de 1889, a Torre Eiffel foi construída para comemorar o primeiro centenário da Revolução Francesa, foi Construída para ser uma estrutura temporária.

Quando o contrato de vinte anos do terreno da Exposição Universal de 1889 expirou, em 1909, a Torre Eiffel quase foi demolida, mas o seu valor como uma antena de

transmissão de rádio a salvou.

Gustave Eiffel (1832 – 1923)

Qual o material utilizado na Torre Eiffel?

O maior nome do concreto armado do Brasil, na primeira metade

do século XX, foi o do engenheiro Emilio Baumgart, também

chamado de “pai do concreto armado do Brasil”;

CONCRETO ARMADO

Destacam-se entre suas obras:

1) Ponte Maurício de Nassau em Recife (ainda como estudante); 2) Ponte sobre o rio do Peixe em SC (maior vão livre conhecido na época – 68m);

3) O edifício do jornal “A noite” no Rio de Janeiro (foi na época o mais alto edifício em concreto armado do mundo – 104,75m); 4) Edifício do Ministério da Educação e Saúde no Rio de Janeiro; 5) Hotel Copacabana Palace no Rio de Janeiro;

6) Hotel Glória no Rio de Janeiro Emilio Henrique _Baumgart

Blumenau – 1889

Joseph Lambot obteve, em 1855, a patente para o seu produto,

denominado, então, de “cimento armado”, designação que perdurou até o início do século XX

Construção de um pequeno barco com armação de barras de ferro, com formato desejado, e preenchimento com argamassa de

cimento.

A descoberta do concreto armado aconteceu em meados de 1800, na França, por obra de Joseph Lambot;

Companhia Siderúrgica Nacional (CSN) é a maior indústria siderúrgica do Brasil e da América Latina, e uma das maiores do mundo.

Sua usina situa-se na cidade de Volta Redonda, no médio Paraíba, no sul do estado do Rio de Janeiro, tendo suas minas de minério de ferro e outros minerais na região de

Congonhas e Arcos, ambas cidades do estado de Minas Gerais e também de carvão na região de Siderópolis no estado de Santa Catarina.

A CSN começou efetivamente a operar no ano de 1946

UM MARCO – A Companhia Siderúrgica Nacional (CSN)

GOVERNO

GETULIO VARGAS

Esta manifestação da UNE - União Nacional dos

Estudantes - exige a entrada do país na guerra.

Ferros fundidos cinzentos – catálogo de fabricante

ABNT-EB

126

FC 10

FC 15

FC 20

FC 25

FC 30*

DIN 1691

GG10

GG15

GG20

GG25

GG30

MATRIZ FERRÍTICA

_←

_→

PROPRIEDADES MECÂNICAS* Resistência à Tração kgf/mm2

10

15

20

25

30

50 - 60

55 - 70

60 - 83

70 - 100

82 - 120

Ferro Fundido Cinzento

ABNT NBR 6916

Corpo de prova para o ensaio de tração

NBR 6916 FE 50007

Resistência à tração: 500 MPa Alongamento: 07%

FERRO FUNDIDO CINZENTO

NBR 6589

FC- 200 → Resistência à tração em MPa

As polished (not etched)

Ferro fundido cinzento, veios de grafitas com distribuição do tipo A (distribuição uniforme, sem orientação preferencial).

Ferros fundidos Cinzentos

Irregular desorientada Em roseta

Interdentritica desorientada Interdentritica orientada

Fundição estática

Como estas eventuais

impurezas, nódulos

fosforosos e porosidades

ficam concentradas ou

“presas” no centro do

material, não poderão

QUAIS AS FUNÇÕES DOS ANEIS DE SEGMENTO?

2- Gerenciamento da temperatura (arrefecimento)

1- Vedação (pressão) _{3- Controlar a espessura} do filme de óleo (1-2m) (raspagem do óleo)

Fundição por Centrifugação

Um dos exemplos mais conhecidos de utilização do

processo corresponde à fabricação de tubos de

ferro fundido para linhas de abastecimento de água.

Copyright © 2006 by Nelson, a division of Thomson Canada Limited

11-37

ADUTORA DO AGRESTE

ADUTORA DO AGRESTE

Fábrica de tubos: Saint Gobain

15 mil tubos de ferro, de 1,2 m de diâmetro, 7,0 m de comprimento e pesando 3t.

FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO

TRATAMENTO TÉRMICO DOS FERROS FUNDIDOS:

ENVELHECIMENTO ARTIFICIAL- Aquecimento a temperatura

inferiores à zona crítica, para aliviar as tensões internas e garantir

uma estabilidade dimensional.

RECOZIMENTO- Para amolecer o material.

TÊMPERA- Visando aumentar a resistência ao desgaste

Aplicação:

OUTROS MEIOS PARA SE OBTER FERROS FUNDIDOS MELHORES:

SUPERAQUECIMENTO - Fusão entre 1.500ºC e 1.000ºC, veios

menores e mais finos, porem acentuada tendência para a grafita

ocupar uma disposição interdendrítica, o que não é desejado pois

reduz a resistência mecânica.

INOCULAÇÃO - Adição de certos elementos na panela ou no forno,

com o propósito de influir na grafitização, corrigindo certas

tendências.

EX: Evitar tendência ao coquilhamento nas partes mais finas, ou

eliminar a tendência para a formação de grafita interdendrítica.

A adição é realizada antes do vazamento da peça.

Inoculantes Utilizados: Ferro-Silício, Grafita e vários preparos

comerciais.

FERROS FUNDIDOS CINZENTOS

No caso de Ferros Fundidos com ligas ternárias Fe-C-Si, utiliza-se um

conceito que leva em consideração o efeito do silício nas transformações

estruturais.

Esse conceito é o “carbono equivalente” e é representado pela fórmula:

C.E.= %C + 1/3 ( % Si + % P)

Deixando de lado o Fósforo, cuja ação é no sentido de diminuir a profundidade

de coquilhamento. C.E. = %C + 1/3(%Si)

Alteração → Deslocamento do Eutético para a esquerda na proporção de

0,3% de Carbono para cada 1% de Silício.

Ex: Um Fofo c/ 3% de C e 1,8% de Si, Solidifica como se Tivesse.

FATOR DE FORMA







máx. = kt.



méd.



máx = (1 + 2a/b)



médio

Obtidos por elementos finitos.

PROVA DE COQUILHAMENTO SEGUNDO THE BRITISH

FOONDRYMEN

O ferro fundido maleável é um material que reúne as

vantagens do aço e as do ferro fundido cinzento.

Assim, ele tem, ao mesmo tempo, alta resistência

mecânica e alta fluidez no estado líquido, o que permite a

produção de peças complexas e finas.

FERROS FUNDIDOS MALEÁVEIS

O ferro fundido maleável é produzido a partir de um ferro

fundido branco submetido a um tratamento térmico, por

várias horas, que torna as peças fabricadas com esse

material mais resistentes ao choque e às deformações.

Dependendo das condições do tratamento térmico, o ferro

pode apresentar o núcleo preto ou branco.

O ferro fundido maleável de núcleo preto (ou americano)

passa por um tratamento térmico em atmosfera neutra, em

que a cementita se decompõe em ferro e carbono e, no

qual, o carbono forma uma grafita compacta, diferente da

forma laminada dos ferros fundidos cinzentos.

Ele é usado para a fabricação de suportes de molas,

caixas de direção, cubos de rodas, bielas, conexões para

tubulações hidráulicas e industriais.

FERROS FUNDIDOS MALEÁVEIS

Ferro Fundido Maleável Ferro Fundido Maleável

CICLO DE MALEABILIZAÇÃO POR GRAFITIZAÇÃO

A – Grafitização da Cementita livre B- Grafitização da

Cementita

austenita C- Grafitização da Cementita da Perlita

Ferro Fundido Branco, Si (0,9-1,6), aquecido

em atmosfera neutra durante longo tempo.

Ductilidade

 10%

microestrutura: Grafita em nódulos

sobre um fundo de Ferrita

MALEABILIZAÇÃO

POR DESCARBONETAÇÃO

Fo_Fo _{branco hipereutético}

Maleável de núcleo branco

CICLO DE MALEABILIZAÇÃO

POR DESCARBONETAÇÃO

APLICAÇÕES DO FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

•

_{Obtido após tratamento}

térmico do ferro fundido

branco

•

_{Flanges, conexões de}

tubos, peças para válvulas

ferroviárias e navais

Núcleo Branco: São usados na fabricação de barras de torção, flanges para tubos de

escapamento.

Núcleo Preto: São usados na fabricação de suporte de molas, caixas de direção, bielas.

Apresenta concentrações consideráveis de silício. Dessa

forma, a grafita se apresenta na forma de nódulos, rosetas ou

aglomerados.

Conexões TUPY

A TUPY fabrica a mais completa linha de

conexões de ferro maleável, utilizadas na

condução de líquidos, gases e vapores,

para uso residencial, predial e industrial.

As conexões TUPY, com roscas BSP e NPT,

são produzidas com diversos acabamentos

de superfície e em conformidade com as

normas nacionais e internacionais.

Além de ocuparem posição de liderança no

mercado brasileiro, são exportadas para

todos os continentes, garantindo aplicações

Conexões TUPY

Nota: 1bar = 14,5psi ; 1bar = 1kgf/cm

;

1bar = 0,1MPa; 1psi = 1lbf/pol

MATERIAL:

As conexões Tupy BSP são produzidas em em ferro

maleável preto, em conformidade com a norma ABNT NBR

6590

APLICAÇÕES:

Para condução de água, gás, vapor, óleo e outra aplicações

hidráulicas em geral.

A incrustação ocorre no interior dos Sistemas de Condução, provocada por componentes presentes na água,

e que se alojam nas tubulações ao longo do tempo. A corrosão, por sua vez, resulta da agressão de agentes Internos e externos que acabam inutilizando todo o sistema.

Tubo de cobre utilizado na

condução

de água em edifício residenciais

com incrustação

Em ambos os casos, o tratamento adequado da água,

a especificação correta dos materiais e a instalação criteriosa, ainda são a melhor solução para se evitar

Ferro fundido Nodular

O ferro fundido nodular ou esferoidal é formado a partir da

adição de inoculantes como o Magnésio (Mg) e o Cério (Ce) ao

Ferro fundido cinzento.

A presença desses inoculantes no “fofo” tem como finalidade

atuar nas tensões superficiais. Assim, a grafita assume a forma

de esferas.

Eles apresentam boa resistência, ductilidade e maior resistência

a corrosão.

FERRO FUNDIDO NODULAR

•

_{Liga de ferro carbono silício caracterizada por apresentar}

grafita na forma esferoidal, resultante de um tratamento

realizado no material ainda no estado líquido (nodulação).

•

_{Excelente resistência mecânica, tenacidade e ductilidade}

Melhor limite de escoamento –elasticidade.

•

_{A grafita na forma esferoidal, é obtida pela adição de}

determinados elementos no metal fundido, como magnésio,

cálcio, lítio, sódio ou bário.

Fora do Eixo

Após 29 casos de rodas soltas, Fiat é obrigada a fazer recall em 52 000

carros.

a partir de abril de 2004, boa parte dos

cubos de roda traseiros deixaram de vir de fora. Também deixaram de ser feitos de aço forjado, passando a ser produzidos com ferro fundido nodular, um material mais barato.

CUBOS DE RODA EM FERRO FUNDIDO NODULAR

Até agora são 29 relatos de acidentes devido à soltura da roda com o Stilo

em movimento – com oito mortes confirmadas. A Fiat diz que a ruptura

ocorreu depois, por causa dos acidentes, e não que tenha sido a

causadora. Seja antes, seja após o acidente, essa quebra foi vista por

técnicos como sinal de que o cubo da roda do Stilo estava com algum

problema.

FERRO FUNDIDO NODULAR

EX.: FE 50007 – ferro fundido nodular LR 500 MPa e 7% de alongamento mínimo

Grafita esferoidal

O que é ferro fundido vermicular?

O ferro fundo vermicular é um ferro que apresenta a grafita

em forma de vermes disposta em uma matriz perlítica ou

ainda ferrítico/perlítica.

A usinabilidade do ferro fundido vermicular é baixa, apenas

40% do ferro fundido cinzento.

Esta diferença foi atribuída à maior resistência dos ferros

fundidos vermiculares e à ausência de sulfeto de manganês,

responsável pela função lubrificante da ferramenta.

FERRO FUNDIDO VERMICULAR OU COMPACTO

Microstructure of Vermicular graphite iron Vermicular graphite in a _{scanning electron} microscope

FERRO FUNDIDO VERMICULAR OU COMPACTO

O processo de produção na Fundição Tupy começa com a fusão de

um metal base de baixo enxofre, com carbono equivalente entre 4,4% e

4,5%, em fornos de indução de 18 t.

A adição inicial de Mg é efetuada por meio do processo sanduíche.

De cada vez são tratados de 800 kg a 1100 kg, utilizando-se FeSiMg

(5% Mg), contendo Ce e Terras Raras.

Fundição contínua TUPY

barras e buchas FUCO

Ilustração do funcionamento do trem de fundição contínua

“Se você não sabe como seus componentes falham, você não

saberá como melhorá-los”

Seis Sigma - 6

  Reduzir de forma contínua a variação nos

processos, eliminando defeitos ou falhas nos produtos ou serviços.

ISO K Ferros fundidos

Usinabilidade em geral

• Códigos MC para ferros fundidos

• Ferros fundidos maleáveis (MCI) K 1.1-1.2

• e ferros fundidos cinzentos (GCI) K 2.1-2.3

• Ferros fundidos nodulares (NCI) K 3.1-3.5

• Ferros fundidos vermiculares (CGI) K 4.1-4.2

• Ferros dúcteis austemperados (ADI) K 5.1- 5.3

DEVER DE CASA: USINABILIDADE DAS PEÇAS AUTOMOTIVAS

CONFECCIONADAS EM FERROS FUNDIDOS

O tratamento térmico de austêmpera converte o ferro dúctil, (NCI), em ferro

dúctil austemperado (ADI).

“SÓ APRENDEMOS QUANDO APLICAMOS O

CONHECIMENTO EM SITUAÇÕES CONCRETAS”.

Harvard University

Cambridge, Massachusetts, nos Estados Unidos.

David Perkins is a founding

menber of

Harvard Project Zero

GRAFITIZAÇÃO

A grafita normalmente se separa no momento de

solidificação do líquido, mas também pode resultar

da decomposição da Cementita.

Fe

₃

C → 3Fe + C (Grafita)

Grafita é um mineral, um dos alótropos do carbono.

Devido ao seu alto ponto de fusão também possui aplicações como material refratário, como em cadinhos de fundição de aço