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“Humanização e Dignidade das relações Sociais”
Cascavel – PR, outubro de 2021
ISSN xxxx-xxxx
(^1) Cesar Junior de Oliveira – Engenharia mecânica da UNIVEL – Centro Universitário UNIVEL (^2) Fernanda Moreira Machado da Silva – Engenharia mecânica da UNIVEL – Centro Universitário UNIVEL. (^3) João Gabriel Falcão Rocha – Engenharia mecânica da UNIVEL – Centro Universitário UNIVEL. (^4) ORIENTADOR: Professor Especialista/Mestre/Doutor Thiago guerra – Engenharia mecânica
FERRO FUNDIDO
Cesar Junior de Oliveira^1 Fernanda Moreira Machado da Silva^2 João Gabriel Falcão Rocha^3 Professor orientador: Thiago Guerra^4
Resumo : O presente resumo relata com base em citações de alguns artigos, abordagens sobre o ferro fundido, desde a classificação do tipo de ferro fundido, passando por sua usinabilidade, soldabilidade, transformações de fases, aplicações e seus diagramas de fase.
Palavras-chave : Ferro. Usinabilidade. Soldabilidade. Diagrama. Transformações.
1 INTRODUÇÃO
As abordagens nesse resumo evidenciam por meio de pesquisas em artigos mais recentes sobre o assunto, alguns tópicos estudados e aprofundados sobre o ferro fundido, neste breve resumos iremos apresentar os tipos de ferro fundido, sendo eles: ferro fundido cinzento, ferro fundido anelar, ferro fundido branco e ferro fundido vermicular. Tem-se o conhecimento de que o ferro fundido teve seu início em meados de 1200 A.C. Já nessa época, existia o conhecimento sobre o processo de ligas metálicas com o uso de calor, devido a “Era do bronze” chamada ainda na época de “Idade dos metais”, contanto, para criar o ferro fundido, necessitava alcançar altas temperaturas. Após vários testes, ainda no final da “Idade dos metais”, foi alcançada a meta, adicionando carbono as ligas de forma que obtivesse ao final o ferro fundido, com isso, ao passar dos anos foram aprimorando o processo, obtendo vários outros tipos de ferro fundido. Depois de perceberem, que podiam adicionar outros elementos, criando a partir daí, outros tipos de ferro fundido, foi feito um estudo que definiu a aplicação de cada tipo especifico de ferro fundido, suas características e formas estruturais, além de seus diagramas de fase, soldabilidade e as transformações de fases.
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(^1) Cesar Junior de Oliveira – Engenharia mecânica da UNIVEL – Centro Universitário UNIVEL (^2) Fernanda Moreira Machado da Silva – Engenharia mecânica da UNIVEL – Centro Universitário UNIVEL. (^3) João Gabriel Falcão Rocha – Engenharia mecânica da UNIVEL – Centro Universitário UNIVEL. (^4) ORIENTADOR: Professor Especialista/Mestre/Doutor Thiago guerra – Engenharia mecânica
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
TIPOS DE FERRO FUNDIDO
Ferro fundido cinzento
As propriedades dos ferros fundidos dependem do tamanho, da quantidade e distribuição das lamelas de grafite e da estrutura da matriz. Estes fatores dependem da composição química, em particular do seu conteúdo de carbono (C) e de silício (Si), e também de variáveis inerentes ao processo, como a forma de fundição, inoculação e a taxa de arrefecimento [5,6] O ferro fundido cinzento apresenta uma excelente aptidão à maquinagem e boa resistência ao desgaste por atrito, devido ao facto de a grafite atuar como lubrificante. Apresenta uma alta capacidade de amortecimento de vibrações e resistência à corrosão. (ESV MARQUES, 2018).
Tabela 1: Propriedades mecânicas típicas dos ferros fundidos cinzentos.
Fonte: Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450, ESV Marques, 2018. P15.
Tabela 2: Composição quimica típica do ferro fundido cinzento
Fonte: Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450, ESV Marques, 2018. P15.
Ferro fundido branco
O ferro fundido branco tem um baixo conteúdo de silício (Si) (tabela 5), em comparação com ferro fundido cinzento, e pode conter elementos que estabilizam o carbono, como o crómio (Cr). Quando arrefecido rapidamente na fundição, a formação de grafite não ocorre, o carbono está presente como cementite e não como grafite, e a microestrutura
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Tabela 5: Propriedades Mecânicas do ferro fundido maleável
Fonte: Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450, ESV Marques, 2018. P20.
Tabela 6: Composição quimica do ferro fundido maleável.
Fonte: Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450, ESV Marques, 2018. P20.
Ferro fundido maleável com nucleo branco
O ferro fundido maleável de núcleo branco (figura 12) é originado a partir do recozido de amaciamento, que consiste numa combinação de descarbonização e de
grafitização, realizados numa atmosfera oxidante. Este ferro possui características
semelhantes às de um aço de baixo carbono, podendo ser soldado [2]. Como possui ferrite, a sua fratura é de cor branca, justificando a sua designação. (ESV MARQUES,
2018).
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Figura 1: Microestrutura ferro maleável de núcleo branco.
Fonte: Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450, ESV Marques, 2018. P21.
Ferro fundido maleável de núcleo negro
Para se obter este tipo de ferro fundido maleável, recorre-se a um recozido de amaciamento numa atmosfera neutra, em que a cementite se decompõe em ferro e carbono, o qual origina uma grafite vermicular. A resistência mecânica, aliada a uma boa tenacidade e ductilidade, permite utilizar estes ferros em peças para a indústria automóvel, tais como conexões para tubulações, bielas e cubos de rodas. (ESV MARQUES, 2018).
Figura 2: Microestrutura ferro maleável de núcleo negro.
Fonte: Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450, ESV Marques, 2018. P21.
Ferro fundido dúctil ou nodular
O ferro fundido nodular tem origem na fusão de material metálico, tal como sucata de aço, retornos, gitos e lingotes. Estes materiais são pesados, e será o seu peso e a sua composição química que ajudarão na escolha dos aditivos (grafite, carboneto de silício e ferro-silício), de modo a se corrigir os teores de carbono (C) e de
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Tabela 10: Propriedades mecânicas ferro fundido austemperado.
Fonte: Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450, ESV Marques, 2018. P29.
Usinabilidade do Ferro fundido
A usinabilidade dos ferros fundidos depende da composição química e da microestrutura. A redução do teor de carbono causa o aparecimento de carbono livre, fragilizando a matriz e como consequência prejudica a usinabilidade; isso significa que as ferramentas de corte devem ter boa resistência ao desgaste para garantir alta produtividade. O aumento no teor de silício causa a diminuição de APC e assim melhora usinabilidade do material; o aumento do teor de perlita torna a região branca mais dura e reduz a usinabilidade do material (Da Silva, 2001). Sempre que uma operação de usinagem é realizada, o objetivo principal é produzir componentes com o máximo de funcionalidade a baixo custo e alta produção. Em outras palavras, isso significa que cada peça ou conjunto de um produto final seja feito de acordo com as especificações definidas quanto às dimensões, forma e acabamento da superfície. Na maioria das vezes esse objetivo não é tão fácil de ser alcançado e vários problemas ocorrem porque muitas variáveis do processo produtivo são ainda desconhecidas ou pouco exploradas. (SENAI, 2000). Existem vários conceitos para o termo “usinabilidade”, mas o mais aceito em Usinagem é aquele que o define como sendo uma grandeza que indica a facilidade ou dificuldade de se usinar um material (Machado e Da
Silva, 2004). (ESV MARQUES, 2018).
Além de quantificar a facilidade ou dificuldade de se usinar um certo material, a usinabilidade é também usada para quantificar o desempenho das ferramentas de corte e geometria das ferramentas, principalmente em termos de vida de ferramenta, como também a performance de fluidos de corte durante as operações de usinagem. Outras variáveis tais como as forças de usinagem, energia requerida na usinagem, acabamento superficial, taxa de desgaste da ferramenta, temperatura de corte, controle do cavaco
são também geralmente consideradas como medida de usinabilidade. (ESV
MARQUES, 2018).
A tabela 1 mostra a classificação média de usinabilidade para diferentes tipos de ferro fundido. O ferro fundido cinzento perlítico, especificado com uma classificação de 100%, fornece uma base para comparação.
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Tabela 1: Taxa de usinabilidade do ferro fundido (dados médios)
Fonte:https://www.cimm.com.br/portal/artigos/20201-os-desafios-por-vezes- inesperados-da-usinagem-de-ferro-fundido <Acesso em: 14 de setembro de 2021>
A seleção da ferramenta de corte mais adequada para a usinagem de ferro fundido deve basear-se num estudo detalhado do tipo de ferro fundido e sua dureza. Os especialistas em aplicação de ferramentas de corte precisam ser totalmente precisos ao especificar características do ferro fundido destinado à usinagem. Por sua vez, os fabricantes de ferramentas de corte fazem todos os esforços possíveis para encontrar as soluções mais eficazes para usinagem de ferro fundido, levando em consideração a diversidade do mundo do ferro fundido. (Petrilin, 2020). Pastilhas fabricadas a partir da classe IS8 de nitreto de silício (Si3N4), garantem o aumento da velocidade de corte em até 3 vezes e proporcionam excelente acabamento superficial. No torneamento, velocidades de cortes até cinco vezes maiores são possíveis de serem obtidas quando usando pastilhas de nitreto de silício revestidas com CVD, mesmo em operações de desbaste. (Petrilin, 2020)
A usinabilidade varia muito entre os ferros fundidos, pois o ferro fundido branco (cheio de carbonetos duros e abrasivos) tem uma usinabilidade da ordem de dez vezes menor do que o cinzento. (Diniz, 2000). O ferro fundido forma cavacos de ruptura, enquanto os maleáveis e os nodulares formam cavacos longos. Geralmente a usinagem de ferro fundido cinzento é realizada a seco. Nos ferros fundidos existem alguns elementos que influenciam na sua usinabilidade, uns melhoram e outros prejudicam a usinabilidade destes materiais. Os elementos que formam carbonetos (cromo, cobalto, manganês, molibdênio e vanádio) prejudicam a usinabilidade enquanto os elementos grafitizantes (silício, níquel, alumínio e cobre) auxiliam na usinabilidade.
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Tempera
Ocorre pela temperatura empregada no local da solda assim fazendo com que
a estrutura molecular da peça seja afetada, todos matérias tem uma zona ‘’ segura’’
para que não aconteça uma formação de austenita que endurece a profundamente a peça e além dessa dureza produzindo trincas na peça
Tensão térmica
Isso demostra a o aquecimento ou resfriamento da peça muito rápido fazendo com que o material se destorça a ponto até trincar quente ou até após quando a peça
esfriar.
Trincas a quente
Acontece normalmente no material de adição por ser posto muito quente em uma
peça relativamente fria o material adicionado se resfria muito rápido e ocorre a trinca. Trincas a frio: trincas que ocorre logo após o resfriamento da peça por descontinuidade.
Porosidades: acontecem quando o material base está com algum tipo de sujeira
ou até mesmo o eletrodo contaminado. A soldadura em ferro fundido serve essencialmente para reparar defeitos que ocorreram durante o processo de fundição
(porosidades, inclusões de areia, rechupes), antes de estas entrarem no seu ciclo de serviço, ou para manutenção corretiva de peças já aplicadas. Como tal, é necessário
que a junta soldada possua características semelhantes ou superiores às do ferro fundido nodular, que serve como material base das peças. (ESV MARQUES,2018).
A soldadura utilizada pode ser dividida em três grupos, as soldaduras de construção, manutenção e produção. As soldaduras de construção, embora sejam
pouco utilizadas são usadas para obter peças com grande complexidade. As soldaduras de manutenção, são empregadas quando é necessário a reparação de uma peça que
sofre alguma avaria causada pelo desgaste, e as soldaduras de produção são
realizadas para recuperar defeitos ocasionais no processo de fundição, como porosidades e fissuras. Conclui-se assim que a grande vantagem de soldar ferro fundido
é a reciclagem de componentes e a diminuição do desperdício (ESV MARQUES, 2018).
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Aplicações dos tipos de ferro fundido
Cinzento: Sua aplicação é dada em larga escala pela indústria de máquinas e equipamentos, automobilística, ferroviária e naval, por exemplo. Sua utilização também é bem comum na fabricação de componentes como disco de freio e carcaças de máquinas, blocos de motores, engrenagens de grandes dimensões, máquinas agrícolas, etc. A resistência e a ductilidade são muito maiores sobre cargas de compressão, porém os ferros cinzentos são altamente eficientes no amortecimento de energia vibracional, sendo muito indicados e utilizados para aplicações expostas a vibrações, tais como as estruturas de base para máquinas e equipamentos pesados, além de exibir uma alta resistência ao desgaste. Em termos de engenharia, sua capacidade de amortecimento é alta, o que permite a este tipo de metal largas aplicações (VAN VLACK, 1984)
Branco: O ferro fundido branco é caracterizado por conter uma taxa de resfriamento mais alta além de ser bastante frágil. Por este motivo, seu uso é menor do que os outros tipos de ferro fundido, sendo utilizado somente em peças que precisem de uma alta resistência a abrasão, dureza e baixa ductilidade. Segundo GUESSER (1996) este tipo de ferro fundido também é bastante utilizado em equipamentos de manuseio na mineração, além de serem empregados em rotores corpo de bomba, placas de desgaste, revestimento de moinhos, rodas de trem, placas de revestimento, martelos e palhetas.
Nodular: Segundo ASKELAND (2015), o ferro fundido nodular possui excelente resistência e ductilidade quando comparado com o cinzento. Mesmo com toda a resistência encontrada nesse tipo de ferro e a alta qualidade em relação ao desgaste, suas propriedades de tenacidade são baixas quando confrontadas com outros tipos de ligas fundidas. Por apresentar uma boa combinação de propriedades mecânicas como a resistência à tração, ductilidade e resistência ao impacto, o ferro fundido nodular é utilizado na fabricação de engrenagens, roldanas, dutos, cunha de fricção, placas, mancais, suportes, grampos sargento, pinhões e coroas. Os ferros fundidos nodulares são considerados como um dos materiais capazes de substituir alguns aços na fabricação de componentes (RESTREPO, 1992)
Vermicular: Sua importância está relacionada principalmente à fabricação de blocos e cabeçotes de motores diesel, além de outras peças automotivas. Os motores diesel, que trabalham com elevadas taxas de compressão, necessitam de uma estrutura rígida para suportar os esforços. Além de possuir propriedades de condutividade e de amortecimento semelhantes ao cinzento, o ferro fundido vermicular tem propriedades mecânicas superiores, permitindo a fabricação de motores de melhor desempenho e menor peso. (MOCELLIN, 2002).
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iria se dividirem duas partes uma rica em ferro e outra em grafite puro que seta
localizada nos 6,7% do diagrama.
Fonte: http://joinville.ifsc.edu.br/~anael.krelling/T%C3%A9cnico%20em%20Mec% C3%A2nica%20Integrado/CIM/4%20-%20Diagramas%20de%20Fases.pdf
2. CONSIDERAÇÕES FINAIS.
Em virtude dos fatos mencionados, chegamos à conclusão de que para cada tipo especifico de ferro fundido, temos tratamentos e aplicações diferentes, Cada especificação apresenta uma estrutura e matriz que por finalidade define suas características para a maquinalidade. Para chegar a cada tipo especifico de ferro fundido, é necessário aplicar junto ao carbono alguns elementos em suas porções exatas. Lembrando sempre que é necessário que o carbono atinja em sua quantidade um valor acima dos 2%. O que define a usinabilidade dos ferros fundidos, é a sua composição química e quantidade de carbono. Quanto mais reduz o teor de carbono mais frágil se torna a matriz, prejudicando a usinabilidade, já por outro lado, aumentando o Silicio, causa a diminuição, de APC e assim melhora sua usinabilidade. Para mapear as mudanças do ferro fundido, temos os diagramas de fase, que por meio de testes prevê a microestrutura de um material em função da temperatura,
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apontam informações sobre fenômenos de fusão, fundição, cristalização, entre outros, além da correlação entre propriedades mecânicas e microestrutura.
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A. E. Diniz, F. C. Marcondes,e N. L. Coppini, Tecnologia da Usinagem dos
Metais, segunda edição , Artliber, 2000
ESV. Marques. Estudo da Soldabilidade do Ferro Fundido Sibodur 450 ,
Dissertação de mestrado, Instituto Superior de Engenharia do Porto, 2018.
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ISSN xxxx-xxxx & Justiça Revista de Direito da PUCRS. Porto Alegre. v. 41, n. 2 (2015). Disponível em: < http://revistaseletronicas.pucrs.br/ojs/index.php/fadir/index>. Acesso em: 05 abr.
