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Ferros & Aços XI

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Tópicos: Ferros Fundidos - Generalidades | Ferros Fundidos - Teor de Silício |


1) Ferros Fundidos - Generalidades

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Ferros fundidos, conforme já mencionado em página anterior, são ligas de ferro e carbono, com teores deste último acima de 2,11%. O silício está quase sempre presente, e contém outros elementos, residuais de processo ou propositalmente adicionados. A maioria dos ferros fundidos comerciais apresentam teores de carbono até 4%. Portanto, no diagrama Fe-C da Figura 1-I, estão na faixa indicada, de (I) até (II). São em geral produzidos a partir do ferro-gusa refundido e sucatas, mediante procedimentos e etapas para reduzir teores de elementos indesejáveis como fósforo e enxofre.


Fig 1-I

Na linguagem do dia-a-dia, a expressão ferro fundido é associada ao ferro fundido cinzento, que é o mais antigo tipo conhecido e produzido. Assim, uma característica desse tipo (resistente, mas quebradiço) é às vezes considerada válida para todos os ferros fundidos, o que não tem fundamento. Há tipos com propriedades mecânicas completamente diversas.

Esta página não tem o propósito de dar informações completas sobre os processos de produção, mas apenas alguns dados aproximados para a compreensão das variedades comuns do material. Na tabela abaixo, consideram-se as transformações a partir da fase líquida (a) do diagrama da Figura 1-I até a fase sólida (c), do material no estado final. Os desenhos das estruturas microscópicas são ilustrativos e aproximados.

Item Resfriam Região
(a)
Região
(b)
Região
(c)
Nome Estrutura
01 Rápido γ + líquido γ + Fe3C P + Fe3C Ferro fundido branco Ferro fundido branco
02 Médio γ + líquido γ + GV P + GV Ferro fundido cinzento perlítico Ferro fundido cinzento perlítico
03 Lento γ + líquido γ + GV α + GV Ferro fundido cinzento ferrítico Ferro fundido cinzento ferrítico
04 Médio γ + líquido γ + GS P + GE Ferro fundido dúctil perlítico Ferro fundido dúctil perlítico
05 Lento γ + líquido γ + GS α + GE Ferro fundido dúctil ferrítico Ferro fundido dúctil ferrítico
06 Rápido - γ + GL P + GL Ferro fundido maleável perlítico Ferro fundido maleável perlítico
07 Lento - γ + GL α + GL Ferro fundido maleável ferrítico Ferro fundido maleável ferrítico

São adotados os símbolos abaixo para os constituintes diversos, alguns dos quais podem ser vistos com mais detalhes nas páginas iniciais desta série.

α ferrita (solução sólida de carbono em ferro alfa)
γaustenita (idem em ferro gama)
GEgrafita em forma de esferoides
GLgrafita livre
GVgrafita em forma de veios
Pperlita (ferrita + cementita, Fe3C, laminar)

No item 01, a elevada velocidade de resfriamento (além dos ajustes dos teores de carbono e silício) impede a formação de grafita e quase todo o carbono fica na forma de cementita, resultando no ferro fundido branco.

Nos itens 02 e 03, velocidades menores de resfriamento permitem a grafitização na forma de veios, produzindo ferros fundidos cinzentos.

Os ferros fundidos dúcteis ou nodulares (itens 04 e 05) têm composição semelhante á dos cinzentos, mas a grafita tem forma esferoidal pela ação de agentes como o magnésio ou cério e baixos teores de enxofre.

Os ferros fundidos maleáveis (itens 06 e 07) são produzidos a partir do branco. Por isso, a região (a) da tabela é vazia. As peças de ferro fundido branco são submetidas a um aquecimento prolongado, que pode ser na presença de um meio adequado. A grafita resultante tem forma livre.

Há também o ferro fundido mesclado, obtido mediante ajuste da velocidade de resfriamento e de outros parâmetros, de forma que a camada superficial é tipo branco e a interior, cinzento. Isso proporciona elevada dureza superficial e menor fragilidade da peça.


2) Ferros Fundidos - Teor de Silício

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Rigorosamente, os ferros fundidos deveriam ser estudados como ligas Fe-C-Si. Entretanto, o uso de diagramas de três elementos é um tanto complexo e, na prática, é adotado um conceito aproximado mais simples.


Fig 2-I

Considera-se que o silício produz efeito similar a um teor de carbono equivalente Ce de carbono dado pela fórmula:

Ce = %C + (1/3) %Si

Essa igualdade é representada pela reta (a) do gráfico da Figura 2-I. Em (b), há igualdade similar, com o coeficiente (1/6) em vez de (1/3). E as faixas usuais de teores para aços e ferros fundidos são dadas no mesmo gráfico.

Exemplo: um ferro com 3,6%C e 2,3%Si pode ser considerado equivalente a um com 3,2%C e 3,5%Si. Em geral, pode-se dizer que o silício favorece a formação de grafita no ferro fundido.
Referências
Bouché, Ch. Leitner, A. Sans, F. Dubbel. Manual da Construção de Máquinas. São Paulo, Hemus, 1979.
Faires, V. M. Elementos Orgânicos de Máquinas. Rio, Livros Técnicos, 1976.
Chiaverini, V. Aços e Ferros Fundidos. São Paulo, ABM, 1982.

Topo | Rev: Set/2009