Ferros fundidos nodulares

FERROS

FUNDIDOS

NODULARES

Cinzentos vs. nodulares

Cinzento Nodular

CE 3,5 a 4,4 4,0 a 4,8

Si 1,5 a 2,4 2 a 3,5 (5 !)

Grafitadefeitos

Lamelar, “A”

“D”, “B”, “C”

Nodular desvios da nodular

Matriz Perlita Todas !

Mg e S S :0,03 - 0,15% S<0,02; Mg:0,04-0,06

Cinzentos vs. nodulares

Cinzento

CE:3,5 a 4,4

Nodular

CE:4 a 4,8

Cinzentos vs. nodularesCinzento Nodular

LR 140 a 300 400 a 800

LE não especif. 250 a 500

A não especif. 2 a 25

Impacto não especific. especificado

(20J, com entalhe)

Seleção de materiais

Propriedade cinzento nodular aço

Resistência mecânica ♦ ♦♦(♦) ♦♦♦(♦)

Dutilidade X ♦

♦♦

♦

♦♦♦♦

Usinabilidade ♦♦♦ ♦♦ ♦

Amortecimento de

vibrações♦♦♦ ♦ X

Transmissão de calor ♦♦♦ ♦♦ ♦

Facilidade para fundir ♦♦♦ ♦♦ ♦

Custo

Propriedades mecânicas• “mais resistência, menos dutilidade”

Alongamento,%

ALONGAMENTO

Propriedades mecânicasNormas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916

KARSAY (Ductile Iron – engineering design, properties, applications:

Classe1

Nodulares de altíssima resistência mecânica. Matriz de martensita

revenida ou bainita. Exige elementos de liga e tratamento

térmico($$$); Limite de escoamento mínimo de 640 MPa.

Classe 120-90-02 da ASTM

CILINDRO DE LAMINAÇÃO

Propriedades mecânicas

Classe 2

Nodulares de alta resistência mecânica. Matriz de perlita. Exige

elementos de liga ou tratamento térmico($$); Limite de escoamento

mínimo de 500 MPa.

Classes :

ASTM 120-70-03;

DIN GGG80

Engrenagem (compressor)

Normas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916

KARSAY (Ductile Iron – engineering design, properties, applications

Propriedades mecânicasNormas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916

KARSAY (Ductile Iron – engineering design, properties, applications

Classe 3

Matriz com predominância de perlita. Obtido bruto de fundição;

Limite de escoamento mínimo de 400 a 450 MPa.

Classes :

ASTM 80-55-06;

DIN GGG70 ou GGG60;

ISO 700/02 OU 600/02

Indústria de papel - cilindros

Propriedades mecânicasNormas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916

KARSAY (Ductile Iron – engineering design, properties, applications

Classe 4

Materiais relativamente moles. Matrizes meio a meio ou

predominantemente de ferrita. Obtidos brutos de fundição; Limites

de escoamento mínimos de 280 a 350 MPa. Alongamentos mínimos

a partir de 7% até 15%.

Classes :

ASTM 65-45-12;

DIN GGG50 e GGG40

ISO 500/07 e 420/12

Propriedades mecânicasNormas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916

KARSAY (Ductile Iron – engineering design, properties, applications

Classe 5

Materiais com a mais alta dutilidade.Alongamentos mínimos entre

17 e 24%. Impacto até 20J(Charpy V).Matrizes totalmente ferríticas.

Frequentemente obtidos por recozimento. Podem ser obtidos brutos

de fundição. Limites de escoamento inferiores a 280 MPa. Classes :

ASTM 60-40-18;

DIN GGG 40.3 e GGG 35.3

ISO 380/17

Carcaça de

turbocompressor,

5 t.

Pistões para

ferramenta

pneumática

GGG40.3

Propriedades mecânicas

Nódulos bem formados são essenciais

para atingir altas propriedades mecânicas.

Qual a classe desse material?

Propriedades mecânicas• Efeito da % Perlita e nodularidade

Propriedades mecânicas• Efeito da espessura da peça

Processo de fabricação

• Aspectos básicos:

• CE elevados: ligas hipereutéticas

• Teores de Si altos (em comparação com

cinzentos)

• Necessidade de inoculação muito maiores

que os cinzentos. Por que?

• Adição de nodulizantes: Mg ( +Ce)

• Controle das matrizes metálicas: classes

O que pode dar errado?

• Forma da grafita

Nodularidade

100% 80% 50%

Aspecto típico de baixa % Mg ( “fading” provavelmente)

Formas da grafita

• Forma da grafita

Nodularidade: fração da área de grafita que atende

ao critério selecionado.

Exemplo: o material pode ser considerado 100% nodular se todas as

partículas de grafita tiverem fator de forma igual ou superior a 0,58.

Formas da grafita• Forma da grafita

Crescimento da grafita nodular

A presença do Mg e a eliminação do S mudam a direção de crescimento do

cristal de grafita, passando da direção do eixo “a” (crescimento expondo

plano basal, grafita lamelar) para a direção “c”.

Grafita lamelar:

cresce na direção

“a”, formando placas

Grafita nodular: cresce na

direção “c”, formando

“pirâmides”

a

C

Processos de nodulização

• Fundamentos:

– Introduzir 0,03 a 0,06%Mg em ferro fundido a

1500ºC

– Solubilidade do Mg no ferro

– Pressão de vapor do Mg

– Oxidação

– Dessulfuração

Efeito do Mg dissolvido na

nodularidade

Ref. : Itofuji, H, World Symposium on ductile iron, 1998.

Mg dissolv.

%

Nodularidade Limite resist.,

MPa

Alongamento

%

0,004 7 107 2,8

0,012 49 388 7,7

0,024 89 504 18,2

0,031 87 520 21,6

0,043 89 482 22,5

0,047 82 488 22,5

Processos de nodulização• Solubilidade do Mg na liga Fe-C

71

72

Solubilidade do Mg no Fe sat em C:

Log (%Mg) sat = 7000/T + log P Mg – 5,1

Os estudos divergem

para as temperaturas

mais baixas, mas a

solubilidade é da

ordem de 0,1% a

0,2% na faixa entre

1400 e 1500ºC.

Comparar com os

teores normalmente

encontrados:

0,05%Mg.

Por que o

rendimento é baixo?

Processos de nodulização

• Pressão de vapor do Mg puro

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600

T (°C)

P M

g (

atm

)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550

T (°C)P

Mg

(atm

)

Si-10%Mg

• Pressão de vapor do Mg diluído em liga90%Si-10%Mg

A pressão de vapor do Mg a 1450ºC é de

mais de 10 atmosferas.

A maior parte da perda de Mg é por

vaporização! A diluição do Mg em ligas

pode diminuir a P Mg.

Utilização de ligas Fe-Si-Mg

Processos de nodulização• Simples transferência

– Rendimentos baixos(<35%)

– Usada para ligas de alta densidade:Ni-Mg, Cu-Mg.

– Técnica cada vez menos utilizada, devido ao baixo rendimento e agressão ao ambiente de trabalho.

Processos de nodulização• processo “sandwich”

Aumento do rendimento da

adição, graças a:

♦ H=2 a 3 x D

♦ Rebaixo para liga

♦ Cobertura com sucata(chapa

fina)

♦ Vazamento rápido (formar

coluna de metal)

Rendimentos no processo sandwich : 40-50%

Processos de nodulização• Panelas tipo “tundish cover” – processo

mais utilizado nos EUA atualmente.

Rendimentos 50 a 70%

Processos de nodulização• Panelas tipo “tundish cover” – variante

Entrada de

liga, saída de

gases

Entrada

do ferro

fundido

Processos de nodulização

• Imersão com sino

• Rendimentos: 50 a 60%• Ligas com 15% Mg ou mais

podem ser utilizadas.

• Quantidade mínima da ordem de

1 t, para minimizar perda de

temperatura.

Processos de nodulização• Arame de Mg revestido com aço

– Rendimentos perto de 50%;

– Adequado para processos automatizados

– Usado na produção de ferro vermicular.