Ferro Fundido Branco e Malevel e Ao Carbono

Ferro Fundido Branco e Maleável e Aço Carbono Emanuelle Ferreira Thomazini Marina Alves Modolo Engenharia de Materiais - UTFPR 1

§ Sumário § Introdução aos Ferros Fundidos ▫ Propriedades gerais ▫ Efeito do Si ▫ Classificações ▫ Efeito dos elementos ▫ Obtenção a partir do gusa § Ferro Fundido Branco ▫ Microestrutura ▫ Fatores fundamentais para produção ▫ Propriedades ▫ FFAC ▫ Ferro Fundido Branco Níquel Cromo ▫ Aplicações § Ferro Fundido Maleável ▫ Processo Americano ▫ Processo Europeu ▫ Ferro Fundido Maleável Perlítico ▫ Propriedades ▫ Nomenclatura ▫ Aplicações § Aço Carbono Processamento e Manufatura de Metais 1 2

§ Introdução aos ferros fundidos § Classe de ligas ferrosas com teor de carbono acima de 2, 11%. § Liga ternária Fe-C-Si, com teor de silício de 1 a 3% Processamento e Manufatura de Metais 1 3

§ Propriedades Positivas § Baixo ponto de fusão § Elevada dureza e resistência ao desgaste § Razoável resistência à corrosão § Versatilidade de propriedades e aplicações Negativas § Grande fragilidade § Deformação plástica impossível à temperatura ambiente § Soldagem muito limitada Processamento e Manufatura de Metais 1 4

§ Efeito do Silício § Reduz a composição do eutético e a solubilidade máxima do carbono na austenita § Grafitizante § Carbono Equivalente Processamento e Manufatura de Metais 1 5

§ Classificação Processamento e Manufatura de Metais 1 6

§ Efeito dos elementos § Manganês – estabiliza cementita e dessulfurante § Fósforo – estabiliza cementita e forma a steadita (Fe 3 P e Fe 3 C) Processamento e Manufatura de Metais 1 7

§ Obtenção a partir do gusa § Vídeo Processamento e Manufatura de Metais 1 8

§ Ferro Fundido Branco § Apresenta o carbono quase inteiramente combinado na forma de Fe 3 C, mostra uma fratura branca § Baixo teor de silício (< 1%) Processamento e Manufatura de Metais 1 9

§ Ferro Fundido Branco Processamento e Manufatura de Metais 1 10

§ Fatores Fundamentais para produção de Fo. Fo Branco § Velocidade de Resfriamento É controlada pelo emprego do sistemas de coquilhamento em que os moldes são metálicos, chamados “coquilhas”. ▫ Fatores que afetam a profundidade de coquilhamento Silício Temperatura de vazamento Temperatura de “coquilha” Espessura da peça na secção coquilhada Espessura da coquilha Processamento e Manufatura de Metais 1 11

§ Fatores Fundamentais para produção de Fo. Fo Branco Relação entre o teor de silício e a profundidade de coquilhamento. Processamento e Manufatura de Metais 1 12

§ Fatores Fundamentais para produção de Fo. Fo Branco § Composição Química ▫ Cromo Até 4% - Resistência ao desgaste ▫ Níquel Até 5% - Estrutura Martensítica ▫ Molibdênio Até 0, 75% - Resistência ao lascamento e trincamento pelo calor e á corrosão ▫ Vanádio Até 0, 5% - Estabiliza carboneto Processamento e Manufatura de Metais 1 13

§ Propriedades § Elevada dureza § Elevada resistência ao desgaste § Baixa usinabilidade § Alta resistência a abrasão Ferro Fundido Branco Comum - Matriz constituída de ledebutita § Baixa tenacidade § Baixa resistência ao impacto Processamento e Manufatura de Metais 1 14

§ Ferro Fundido Branco De Alto Cromo (FFAC) § Matriz mais comum é martensítica § Dureza elevada (1000 HV a 1800 HV) § Maior resistência ao desgaste § Mais tenaz § Pode ser obtido em moldes de areia Processamento e Manufatura de Metais 1 Matriz constituída de Austenita (austenita ou perlita ou martensita) + M 7 C 3 15

§ Ferro Fundido Branco Níquel-Cromo § Ni e Cr aumentam a resistência mecânica, à oxidação e à corrosão § Dosados para contrabalançar os efeitos ▫ 2%Ni + 1%Cr refina a perlita ▫ 3, 25%Ni + 1, 25%Cr produz matriz martensítica ▫ 4, 2%Ni + 2%Cr produz matriz austenítica que se transforma em martensita em operação Processamento e Manufatura de Metais 1 16

§ Aplicações § Revestimento de moinhos § Pá de escavadeiras Processamento e Manufatura de Metais 1 17

§ Ferro Fundido Maleável Ferro Fundido Branco Tratamento térmico Ferro Fundido Maleável § Composição adequada do branco § Maleabilização ▫ Processo Americano ▫ Processo Europeu ▫ Maleável Perlítico Processamento e Manufatura de Metais 1 18

§ Processo Americano § Ferro fundido maleável de núcleo preto ▫ Grafita em nódulos sobre matriz ferrítica ou perlítica § Etapas ▫ Aquecimento ate 950 ºC em atmosfera neutra ▫ Resfriameto até 735 ºC Processamento e Manufatura de Metais 1 Ferro fundido maleável de núcleo preto 19

§ Processo Americano § Composição Adequada Elemento Teor Carbono combinado 2, 20 a 2, 80% Silício 0, 90 a 1, 60% Manganês 0, 50% Máx. Enxofre 0, 10% Máx Fósforo 0, 20% Máx. § Ciclo de Maleabilização § Resistência à tração: 35 – 40 Kgf/mm 2 § Alongamento – 12 a 20% Processamento e Manufatura de Metais 1 20

§ Processo Europeu § Ferro fundido maleável de núcleo branco ▫ Apenas ferrita até 5 mm ▫ Espessura maior que 5 mm apresenta nódulos de grafita sobre matriz ferrítica, podendo conter perlita § Etapas ▫ Aquecimento entre 900 ºC e 1000 ºC em meio oxidante ▫ Resfriamento lento até 700 ºC ▫ Resfriamento lento com formação de perlita Processamento e Manufatura de Metais 1 Ferro fundido maleabilizado de núcleo branco apresentando zona de transição entre a parte central e a região periférica. Observam-se perlita, grafita e inclusões sobre um fundo de ferrita. Ataque: picrico. 160 X. 21

§ Processo Europeu § Composição Adequada Elemento Composição Carbono combinado 3, 0 a 3, 50% Silício 0, 45 a 0, 75% Manganês 0, 1 a 04% Enxofre 0, 2 a 0, 45% Fósforo 0, 15% Máx. § Ciclo de Maleabilização § Resistência à tração: 40 – 50 Kgf/mm 2 § Alongamento – 15% Processamento e Manufatura de Metais 1 22

§ Maleável Perlítico § Diversas estruturas § Etapas ▫ Aquecimento até 950 ºC em atmosfera neutra ▫ Resfriamento ▫ Revenimento Processamento e Manufatura de Metais 1 23

§ Maleável Perlítico § Exemplo de propriedades obtidas Processamento e Manufatura de Metais 1 24

§ Propriedades dos maleáveis § Ductibilidade § Resistencia à tração § Resistência à fadiga § Resistência ao desgaste § Resistência à corrosão § Boa usinabilidae Processamento e Manufatura de Metais 1 25

§ Nomenclatura § ASTM A 47 § Classe com 5 dígitos ▫ 3 primeiros indicam limite de resistência à tração (ksi = 6, 89 MPa) ▫ 2 últimos referem-se à extensão de ruptura (%) § Exemplo: ASTM A 47 Classe 32510 ▫ Ferro fundido maleável com LRT de 32, 5 ksi e 10% de alongamento até ruptura § Exemplo: ASTM A 47 Classe 35018 ▫ Ferro fundido maleável com LRT de 35, 0 ksi e 18% de alongamento até ruptura Processamento e Manufatura de Metais 1 26

§ Aplicações § Caixas de engrenagens § Conexões hidráulicas § Pedais de freio e embreagem Processamento e Manufatura de Metais 1 27

§ Aço Carbono § Liga ferros que contém 0, 008 a 2, 1 % de carbono § Composição química: § Mn (0, 3 a 0, 6%) § Si (0, 1 a 0, 3%) § P (máximo de 0, 04%) § S (máximo de 0, 05%) § Fe (Balanço) Processamento e Manufatura de Metais 1 28

§ Efeito dos Elementos § Silício: § Elemento essencialmente desoxidante, neutraliza a ação de CO 2; § Através do Si desenvolveu-se ferrita, aumentando sua resistência e dureza sem afetar ductilidade. § Manganês: § Atua como desoxidante do mesmo modo que o silício e como dessulfurante; § Forma sulfeto de manganês (elimina a fragilidade a quente devido a presença de Fe. S). Processamento e Manufatura de Metais 1 29

§ Efeito dos Elementos § Fósforo : § Responsável pela fragilidade a frio ( dissolve perlita, endurecendo-a) § Enxofre: § Formador de Fe. S localizado nos contornos de grão § Devido ao baixo ponto de fusão do Fe. S, há fragilização do aço. Processamento e Manufatura de Metais 1 30

§ Propriedades gerais dos aços carbonos § A resistência aumenta com o teor de carbono § A ductilidade diminui com o teor de carbono § São aço de relativa baixa dureza, quando comparados ao ligados § Oxidam-se facilmente § As propriedades são influenciados significativamente a baixas e altas temperaturas § São mais usados e de mais baixo custo Processamento e Manufatura de Metais 1 31

§ Diagrama Fe-C Processamento e Manufatura de Metais 1 32

§ Diagrama Fe-C § O Diagrama Ferro-Carbono (fases do diagrama) § Austenita γ: solução sólida de carbono no ferro γ (solubilidade máxima 2, 14% a 1147°C). O ferro γ é CFC. Processamento e Manufatura de Metais 1 33

§ Diagrama Fe-C § O Diagrama Ferro-Carbono (fases do diagrama) § Ferrita α: solução sólida de carbono no ferro α (solubilidade máxima 0, 022 % a 727°C). O ferro α é CCC. Processamento e Manufatura de Metais 1 34

§ Diagrama Fe-C § O Diagrama Ferro-Carbono (fases do diagrama) § Cementita ou carbeto de ferro – Fe 3 C: a sua composição corresponde a um teor de 6, 69% de carbono. Este carbeto possui elevada dureza e fragilidade. Processamento e Manufatura de Metais 1 35

§ Diagrama Fe-C § Zonas importantes do Diagrama: § Austenítica: presença de Ferro CFC (γ) e Carbono diluído em até 2, 14%. § Críticas : • Acm (indica a temperatura de transformação CFC → Fe 3 C). • A 1 (temperatura constante enquanto a transformação CFC + Fe 3 C → CCC + Fe 3 C não se completar). • A 3 (indica a temperatura de transformação CFC → CCC). Processamento e Manufatura de Metais 1 36

§ Diagrama Fe-C Processamento e Manufatura de Metais 1 37

§ Diagrama Fe-C § Transformaçao na Região dos Aços Processamento e Manufatura de Metais 1 38

Transformação na Região dos Aços § Ligas Hipoeutetóides Processamento e Manufatura de Metais 1 39

Transformação na Região dos Aços § Ligas Hipereutetóides Processamento e Manufatura de Metais 1 40

§ Classificação § Aço baixo carbono (0, 05 a 0, 3% de C) § Aço de médio carbono (0, 3 a 0, 6% de C) § Aço de alto carbono (0, 6 a 1% de C) Processamento e Manufatura de Metais 1 41

§ Propriedades gerais dos aços de baixo teor de carbono § Estrutura usualmente ferrítica e perlítica; § Fáceis de conformar e apresentam boa soldabilidade; § Aços de baixa dureza e alta ductilidade. § Aplicações: § Chapas automobilística; § Perfis estruturais e placas utilizadas na fabricação de tubos; § Construção civil. Processamento e Manufatura de Metais 1 42

§ Proprieades gerais dos aços de médio teor de carbono § Boa temperabilidade em água; § Melhor combinação de tenacidade, ductilidade, resistência mecânica e dureza. § Aplicações: § Rodas e equipamentos ferroviários; § Engrenagens; § Peça que necessitam de alta resistência mecânica. Processamento e Manufatura de Metais 1 43

§ Microestrutura Dos Aços Baixo Teor De Carbono Ferrita Perlita Processamento e Manufatura de Metais 1 44

§ Microestrutura Dos Aços Médio Teor De Carbono Resfriados Lentamente Ferrita Perlita Processamento e Manufatura de Metais 1 45

§ Microestrutura Dos Aços Alto Teor De Carbono Resfriados Lentamente Somente Perlita Processamento e Manufatura de Metais 1 46

§ Produção do Aço § Preparação da carga: § O produto resultante é chamado de sínter e pelota. § O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque. Processamento e Manufatura de Metais 1 47

§ Produção do Aço § Redução: § Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. § Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno. § O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa. § O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado. Processamento e Manufatura de Metais 1 48

§ Produção do Aço § Refino: § Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido. § Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com impurezas. § A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos. Processamento e Manufatura de Metais 1 49

§ Produção do Aço § Laminação : § Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos e laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de. Processamento e Manufatura de Metais 1 50

§ Tratamentos Térmicos § Recozimento: § O recozimento consiste em aquecer a peça em um forno a uma temperatura acima do limite superior da zona crítica (A 3), manter o tempo suficiente para que toda a estrutura transforme-se em austenita e resfriar lentamente. Processamento e Manufatura de Metais 1 51

§ Tratamentos Térmicos § Normalização: § A normalização consiste em aquecer a peça em um forno a uma temperatura acima do limite superior da zona crítica (A 3), manter o tempo suficiente para que toda a estrutura transforme-se em austenita e resfriar ao ar (mais rapidamente que no caso do recozimento). Processamento e Manufatura de Metais 1 52

§ Tratamentos Térmicos § Tempera: § A têmpera consiste em aquecer a peça em um forno a uma temperatura acima do limite superior da zona crítica (A 3), manter o tempo suficiente para que toda a estrutura transforme-se em austenita e resfriar muito rapidamente (em água ou óleo, por exemplo). Processamento e Manufatura de Metais 1 53

§ Tratamentos Térmicos § Revenimento § O revenido consiste em aquecer a peça temperada a uma temperatura abaixo do limite inferior da zona crítica (A 1) e mantê-la por um certo tempo. Processamento e Manufatura de Metais 1 54

OBRIGADA! ALGUMA DÚVIDA? Processamento e Manufatura de Metais 1 55