SETIS- III Seminário de Tecnologia Inovação e Sustentabilidade 4 e 5 de novembro de 2014.

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1 Estudo do efeito da adição de cobre sobre a dureza de um pinhão de ferro fundido nodular temperado superficialmente ARTHUR SCHMITZ SAMPAIO arthurschmitz@gmail.com ALFREDO LEONARDO PENZ alfredo.penz@sc.senai.br Resumo: Esse trabalho verifica a influência do cobre sobre a dureza de pinhões fundidos em ferro fundido nodular de uma motoniveladora, temperados superficialmente. Atualmente, existe uma grande dificuldade de se encontrar fornecedores de aço fundido. Em virtude desta dificuldade gerou-se a pergunta que norteou esta pesquisa: de que modo desenvolver uma liga em ferro fundido nodular que atenda à especificação de dureza de 440HB, após o tratamento térmico de têmpera superficial por indução? Seu objetivo geral é: desenvolver uma liga em ferro fundido nodular que atenda a especificação de dureza de 440HB após tratamento térmico de têmpera por indução, com adição de cobre. E os específicos: analisar o efeito do cobre sobre a predominância da microestrutura da matriz; estudar a influência do cobre sobre as classes dos ferros fundidos nodulares, conforme a Norma ABNT NBR6916/1981, através de medições de resistência à tração, alongamento e dureza; e avaliar o efeito do cobre sobre a dureza superficial do pinhão estudado, após tratamento térmico de têmpera superficial. A fundamentação teórica aborda os elementos de liga, o cobre e o tratamento térmico de têmpera e revenido. O estudo apresenta uma abordagem qualiquanti; quanto aos seus objetivos é uma pesquisa explicativa e quanto aos procedimentos técnicos uma pesquisa bibliográfica. O cobre foi escolhido como elemento de liga por ser um elemento perlitizante e por influenciar na temperabilidade do material, além de seu baixo custo. Foram vazadas peças com a adição de 0,25 / 0,52 / 0,78 e 1,05% Cu. O experimento realizado verificou o efeito do cobre sobre a microestrutura e sobre as propriedades mecânicas do material bruto de fundição, e sobre a dureza superficial antes e após tratamento de têmpera superficial. O aumento da adição de cobre mostrou resultados interessantes sobre o aumento da matriz perlítica, sobre o aumento da resistência à tração e escoamento. Embora tenha reduzido o alongamento, o cobre produziu um efeito endurecedor no material, tanto bruto de fundição, quanto tratado termicamente. A liga D, com 1,05%Cu, apresentou os maiores resultados de dureza no estado bruto de fundição, chegando a 212HB. Após tratamento térmico superficial, a liga C, com 0,78%Cu, apresentou a maior dureza superficial, com dureza média de 338HB. Embora, o cobre tenha influenciado, significativamente, sobre a dureza do material, a adição de até 1,05% de cobre não foi suficiente para atender ao requisito do pinhão estudado, que tem como especificação 440HB de dureza. Palavras-chave: Cobre. Dureza. Ferro Fundido Nodular. Têmpera Superficial. 1 Introdução Quando o ferro fundido nodular surgiu no cenário mundial ele se mostrava um material muito promissor no que se refere à produção e substituição de peças em grande 760

2 escala, antes produzidas em aços fundidos. Muita tecnologia foi desenvolvida nos últimos anos para aprimorar as propriedades dos ferros fundidos nodulares e hoje são inúmeras as vantagens de sua utilização na indústria de manufatura. A indústria automobilística e ferroviária, por exemplo, já têm se valido das diversas possibilidades de sua aplicação, sobretudo, pela elevada resistência à tração, à tenacidade, à ductilidade, à resistência ao desgaste e à fadiga, combinando propriedades antes encontradas somente nos aços. Comparativamente ao ferro fundido nodular, a produção de aços fundidos exige muitos cuidados para garantir um material livre de defeitos, como óxidos e porosidades, tornando os processos onerosos pela necessidade de uma série de recursos que cerquem a sanidade do material. Por essas razões, em se tratando de fundições de pequeno e médio porte no Brasil, as de ferro fundido cresceram muito e se espalharam por toda a parte, enquanto que as fundições de aço nem tanto. O desenvolvimento de peças em aço fundido está se tornado cada vez mais complicado para as pequenas e médias empresas do ramo metalúrgico, sobretudo, pela alta demanda das fundições de aço existentes e seus longos prazos de atendimento. Não obstante, os preços por quilograma do aço fundido são muito superiores ao do ferro fundido nodular, tornando inviável a competitividade de determinados produtos. Diante deste contexto é que se insere o presente trabalho, o qual trata do estudo da fabricação de um produto da linha pesada, originalmente, produzido em aço fundido com 0,45% carbono, em ferro fundido nodular com propriedades mecânicas compatíveis. A peça em estudo refere-se a uma linha de produtos desenvolvidos por uma metalúrgica de pequeno porte, localizada na região de Curitiba-PR, dedicada à produção de peças para reposição de tratores Caterpillar. Trata-se de um pinhão que trabalha em contato com uma engrenagem, responsável pela movimentação da lâmina de uma motoniveladora, exposto à areia, terra, pedras e a outros materiais. É possível ver a imagem do pinhão em estudo na Figura 1. O material deste produto é de aço fundido com 0,45% de carbono, temperado por indução em seus dentes e com faixas de dureza superiores a 440HB. 761

3 Figura 1 Pinhão da motoniveladora desenvolvido em ferro fundido nodular seu respectivo molde em processo à verde Fonte: Primária Pela dificuldade em desenvolver fornecedores de aço fundido, a metalúrgica fabricante decidiu modificar o material, passando a produzir o produto em ferro fundido nodular. No entanto, o pinhão produzido em ferro nodular sem adição de elementos de liga não vem apresentando propriedades mecânicas satisfatórias no que diz respeito à sua dureza. O material após tratamento térmico de têmpera por indução não tem atingido a dureza mínima exigida como citado anteriormente comprometendo o uso do produto em campo pelo desgaste prematuro, gerando a insatisfação de seus clientes. Perante os problemas apresentados pergunta-se: de que modo desenvolver uma liga em ferro fundido nodular que atenda à especificação de dureza de 440HB, após o tratamento térmico de têmpera superficial por indução? Para tanto, estipulou-se como objetivo geral deste estudo desenvolver uma liga em ferro fundido nodular que atenda a especificação de dureza de 440HB após tratamento térmico de têmpera por indução, com adição de cobre. E, como objetivos específicos: a) analisar o efeito do cobre sobre a predominância da microestrutura da matriz; b) estudar a influência do cobre sobre as classes dos ferros fundidos nodulares, conforme a Norma ABNT NBR6916/1981, através de medições de resistência à tração, alongamento e dureza; e c) avaliar o efeito do cobre sobre a dureza superficial do pinhão estudado, após tratamento térmico de têmpera superficial. 2 Fundamentação teórica 762

4 Os ferros fundidos são ligas compostas basicamente de ferro, carbono e silício, com teor de carbono acima de 2,11%, usualmente entre 3 e 4%. Outros elementos como fósforo, enxofre e manganês também estão presentes, mas em menor quantidade. A apresentação da grafita pode ocorrer na forma de lamelas, vermículos ou nódulos/esferas. O ferro nodular pode ser considerado um ferro fundido cinzento base, que sofre um tratamento de dessulfurização através da adição de agentes, mais comum o Magnésio, em meio líquido, o qual induz a transformação da grafita de forma lamelar para a forma de nódulos (GUESSER, 2009). Como os nódulos de grafita têm forma de esfera, eles não atuam como concentradores de tensões e não interrompem a continuidade da matriz tanto quanto as lamelas do ferro cinzento, proporcionando ao material melhor resistência mecânica e ductibilidade (MALUF, 2002). Sobre as microestruturas dos ferros nodulares bruto de fundição, podem apresentar as matrizes ferrítica, ferrítica-perlítica ou perlítica (CHIAVERINI, 1996). As matrizes ausferrítica ou martensítica também podem ser obtidas, no entanto, associadas a um tratamento térmico. De acordo com a Norma ABNT NBR6916/1981, as classes de ferro fundido nodular podem ser separadas pelos limites mínimos de tração e alongamento, conforme demonstrado na Tabela 1. Deste modo, as classes dos ferros nodulares podem servir de orientação para a definição de algumas aplicações dos materiais, conforme os limites mínimos das propriedades mecânicas. Classe Resistência à Tração min (MPa) Tabela 1 - Classes de ferro fundido nodular Limite de Escoamento min (MPa) 763 Alongongamento min (%) Microestrutura predominante FE Ferrítica FE Ferrítica FE Ferrítico-perlítica FE Perlítica FE Perlítica FE Perlítica Fonte: ABNT NBR 6916/1981 Ferros fundidos de base normalmente não atendem a todas as classes previstas em Norma ABNT NBR6916/1981. Portanto, para atingir características específicas, fazse necessário o emprego de elementos de liga a fim de proporcionar diferentes propriedades mecânicas aos materiais.

5 2.1 Elementos de liga Os elementos de liga são adicionados para obtenção de propriedades mecânicas mais elevadas, tanto em estado bruto de fusão como após tratamento térmico. Entre outras funções específicas, utilizam-se esses elementos quando se deseja a predominância de determinada matriz bruta de fundição (geralmente perlita) na estrutura, o aumento de dureza por solução sólida e para melhores resultados no tratamento térmico do material. Por se tratar de materiais caros, quando adicionados num ferro fundido base, deve-se fazer da melhor maneira e em menor quantidade possível para se obter as melhores características desejadas do material com menor custo (GANIVET, 1987). Os elementos de liga podem assumir funções grafitizantes ou perlitizantes nos ferros fundidos. Os mais usados como grafitizantes são o silício, o alumínio, o níquel e o cobre. Porém, para promover a formação de carbonetos eutéticos, utilizam-se os elementos tungstênio, molibdênio, vanádio e o cromo, por exemplo. Tem-se ainda os elementos perlitizantes não promovedores de carbonetos, como é o caso do níquel, o estanho e o cobre (SANTOS; CASTELO BRANCO, 1989). Para conseguir melhores condições de tratamento térmico, os elementos de liga agem deslocando as curvas de tratamento térmico para a direita, dando maior tempo para a obtenção de matrizes bainíticas e martensíticas, diminuindo a severidade do processo pela redução da velocidade crítica de têmpera e diminuindo o risco de formação de perlita de forma conjunta (GANIVET, 1987). No que se refere ao aumento de dureza, os elementos de liga conferem aos ferros nodulares resultados que só poderiam ser obtidos em ferros nodulares não ligados após tratamento térmico. Os mais empregados são o níquel, o estanho, o molibdênio (SANTOS; CASTELO BRANCO, 1989) e o cobre, este o qual se dará maior ênfase neste trabalho O cobre Conforme mencionado anteriormente, o cobre é um elemento, ao mesmo tempo, com propriedades grafitizantes e perlitizantes. Antes da reação eutética, o cobre 764

6 favorece a formação da grafita, afastando ligeiramente o ponto eutético estável do metaestável, diminuindo assim, a tendência ao coquilhamento. Após reação eutética o cobre age como perlitizante, cercando os grãos de grafita e impedindo a difusão do carbono da ferrita para a grafita, favorecendo a formação e o refino da matriz perlítica (KOVACS, 1991). Quanto à solubilidade do cobre em ligas de ferro fundido, recomenda-se limitar o seu uso em até 1,5%, para evitar a formação de uma fase rica em cobre (BERTOLDI; RÖHRIG, 1981). No entanto, níveis superiores a 0,80% podem criar barreiras de difusão em torno dos nódulos de grafita e inibir a difusão de carbono durante a austenitização do material (HAYRYNEN, 2002). No que se refere à dureza, segundo trabalho realizado por Lussoli (2003), o cobre mostrou uma influência relevante sobre a dureza de um ferro fundido nodular austemperado. Com uma mesma composição química base, teores de cobre acima de 0,3% mostraram ganhos de dureza significativos, desde a superfície da peça (com dureza acima de 425HB) até 30mm de profundidade da superfície (com dureza superior a 400HB). A Figura 2 ilustra o gráfico do avanço da dureza em relação ao aumento do teor de cobre sobre diferentes profundidades de austêmpera. Embora não se trate do mesmo tratamento térmico proposto neste trabalho, o experimento de Lussoli serve como ilustração para demonstrar os efeitos que o cobre pode atribuir às propriedades mecânicas dos ferros fundidos nodulares. Figura 2 Valores de dureza em função do teor de cobre determinados a 8, 15, 21 e 30mm da superfície ao centro do corpo de prova Fonte: Lussoli (2003) 765

7 Quanto à adição do cobre no ferro fundido base, pode ser adicionado tanto na panela quanto na carga metálica. Adições de até 2% de cobre podem facilmente ser adicionadas na panela, desde que em forma de fios condutores, cavacos ou granalhas. No entanto, deve atentar-se na utilização de tipos de ligas de cobre, pois elementos como o chumbo podem causar danos nas características do material. Recomenda-se então a utilização de sucatas na forma de condutores elétricos, pois são praticamente cobre puro (BERTOLDI; RÖHRIG, 1981; GANIVET, 1987). 2.2 Tratamento térmico de têmpera e revenido O tratamento térmico por têmpera tem por objetivo a transformação da estrutura austenítica em martensita, conferindo ao material o aumento da resistência mecânica e resistência ao desgaste. Inicialmente, ocorre o processo de austenitização do material, elevando sua temperatura e mantendo-a até a transformação completa da matriz em austenita, visando, desta forma, uma distribuição homogênea de carbono e de elementos de liga segregados (CUEVA-GALÁRRAGA; TSCHIPTSCHIN, 2000). A transformação ocorre graças ao resfriamento rápido do material, geralmente em óleo, desde uma temperatura acima da austenitização do material até a temperatura do término da transformação da martensita. O resultado desse resfriamento rápido é a formação de uma solução sólida supersaturada de carbono na estrutura cristalina do ferro α, que provoca a distorção em seu reticulado cúbico de corpo centrado em tetragonal, atribuindo extrema dureza à martensita (CHIAVERINI, 1985). Para os ferros fundidos, que apresentam altos teores de carbono em solução, as temperaturas de término da transformação da martensita são muito próximas da temperatura ambiente. Assim sendo, além do risco de trincas, o resfriamento rápido pode provocar a ocorrência de austenita retida, principalmente em contornos de células eutéticas, local rico de elementos de liga (GUESSER, 2009). Em suma, para uma têmpera bem sucedida, é necessária a obtenção completa de martensita, sendo na prática usado elementos de liga para o aumento da temperabilidade em peças de ferro fundido com paredes grossas, como Mn, Ni, Cu e Mo (ASM, 1988). Após a têmpera, realiza-se o revenimento do material, que consiste no reaquecimento do material temperado por um tempo determinado, sem que ultrapasse a temperatura de austenitização. O revenimento tem por objetivo aliviar e remover 766

8 tensões internas, corrigir a excessiva dureza e fragilidade do material, além de aumentar sua ductibilidade e resistência ao choque (CHIAVERINI, 1996). Similar ao tratamento térmico de têmpera, o processo de têmpera superficial também é muito utilizado no endurecimento de materiais. Consiste na austenitização de uma camada superficial, geralmente por aquecimento indutivo, seguido de um resfriamento rápido, formando-se assim uma camada de martensita localizada na superfície. A vantagem da têmpera superficial é o endurecimento somente nos locais críticos da peça, reduzindo os riscos de empenamento e trincas. No entanto, se recomenda que a microestrutura prévia possua de 70 a 80% de perlita, usualmente as classes FE60003 e FE conforme apresentada anteriormente na Tabela 1 -, para evitar a interface de martensita com áreas de ferrita não austenitizada de baixa dureza (CHIAVERINI, 1985; GUESSER, 2009). O tratamento de têmpera superficial é muito utilizado para peças que precisam de alta dureza em regiões localizadas, que durante seu trabalho, precisam resistir ao desgaste em contato com outros materiais. O desgaste é um fenômeno de perda de material da superfície de uma peça, provocado, principalmente, pelo efeito de abrasão ou reações químicas, muito comum em componentes de máquinas. O desgaste abrasivo ocorre quando uma superfície é atritada por outra de maior dureza, gerando acentuada remoção de material na superfície mais mole. Ainda, há a ocorrência de desgaste ou por partículas soltas geradas pelo atrito ou por partículas do meio externo, na forma de pós ou areia (VATAVUK, 1994). Em estudos citados por Lu et al. (2001) verificou-se que o material de maior resistência ao desgaste se apresenta na matriz martensítica, seguido da matriz austemperada e perlítica. 3 Procedimentos metodológicos Para descrever essa pesquisa foi utilizada a classificação metodológica de Gil (2002). Esse estudo está assim classificado: quanto a sua abordagem se caracteriza como uma pesquisa quantitativa, pois apresenta os resultados da adição de diferentes teores do cobre sobre a dureza do ferro nodular de forma quantificada; quanto aos seus objetivos se classifica como uma pesquisa explicativa, pois identifica a influência do cobre sobre a predominância de determinada matriz em ferros nodulares e sua 767

9 colaboração no que se refere à dureza, em peças temperadas superficialmente; e, quanto aos procedimentos técnicos é classificada como uma pesquisa bibliográfica, pois o trabalho está baseado em literaturas de autores renomados além da norma da ABNT, e, também, como uma pesquisa experimental, uma vez que controla e observa os efeitos da variação do teor de cobre sobre a dureza do material. Para a realização do experimento foram fundidos 12 pinhões, 3 em cada liga proposta, que serviram de estudo e para a coleta de dados. Os pinhões foram moldados no processo a verde e os machos das peças foram produzidos em processo shell, como pode ser visto na Figura 1. Constituíram-se quatro ligas, variando o teor de cobre a partir de um ferro fundido nodular base, que foram classificadas da seguinte forma: liga A com 0,2% Cu; liga B com 0,5% Cu; liga C com 0,8% Cu; liga D com 1,0% Cu. A adição do cobre sobre o ferro base foi através de fios condutores, adicionados, após o processo de dessulfurização e antes da inoculação, em panelas vazadoras de 45kg ainda vazias. Para a liga A foi adicionado 100g de fios de cobre na panela vazadora; para a liga B adicionado 230g; para a liga C 360g; e, para a liga D 450g. Amostras das ligas foram coletadas das panelas vazadoras, antes do enchimento dos moldes, para a produção de moedas coquilhadas para análise da composição química no espectrômetro. De cada panela vazadora, com adições diferentes de cobre, foi possível encher três moldes, ou seja, três pinhões de mesma composição química. As peças foram resfriadas dentro dos moldes, para que a desmoldagem prematura não interferisse na microestrutura da matriz. Após a limpeza e acabamento, os pinhões foram submetidos aos ensaios de medição. Um pinhão de cada uma das ligas desenvolvidas foi, inicialmente, serrado, retirado material para medição de dureza, para a metalografia e para a usinagem de corpos de prova para ensaios de tração. Todos os corpos de prova foram retirados da mesma região das peças, na região de um dos dentes. As metalografias das amostras foram realizadas com um microscópio óptico, com 100 vezes de aumento e ataque com solução com 4% de Nital. Os corpos de prova foram de tamanho de 35mm de comprimento e 6,8mm de diâmetro, os quais foram submetidos à tração com extensômetro até ruptura. Quanto à dureza do material bruto de fundição, foram realizadas 5 medições de cada liga e calculado o valor médio. Neste primeiro momento se pretendeu verificar a influência do teor de cobre sobre a classe do ferro nodular, conforme Norma ABNT 768

10 NBR 6916/1981, sobre a dureza e sobre a matriz predominante, antes do tratamento térmico. Os outros oito pinhões, dois de cada liga desenvolvida, foram levados para tratamento térmico de têmpera superficial por indução, seguido de revenimento. A têmpera por indução foi provocada somente nos dentes dos pinhões, região mais crítica ao desgaste. A temperatura de austenitização adotada foi de aproximadamente 900ºC, seguido de resfriamento em água. O revenimento ocorreu em um forno aquecido a 250ºC por 2h e 30min. Após o revenimento foram realizadas medições da dureza superficial das oito peças. Foram realizadas 5 medições de dureza em cada peça, de modo a obter dez valores de cada liga desenvolvida, as quais serviram para os cálculos da média de dureza por tipo de liga. realizados. Na sequência apresentam-se os resultados obtidos através das análises e testes 4 Resultados e discussão Inicialmente, foram analisadas as composições químicas das moedas coquilhadas das ligas A, B, C e D para verificar a composição química a qual se apresentaram. A Tabela 2 apresenta os teores dos principais elementos químicos encontrados pelo espectrômetro nas ligas A, B, C e D, sendo os demais elementos, não apresentados na tabela, em teores residuais. Tabela 2 Composição química das ligas estudadas, determinada pela moeda coquilhada %Fe %C %Si %Mn %P %S %Mg %Sn %Cu Liga A 92,6 3,52 2,94 0,450 0,037 0,024 0,035 0,017 0,257 Liga B 92,4 3,50 2,90 0,448 0,033 0,019 0,052 0,016 0,520 Liga C 92,1 3,45 2,89 0,445 0,035 0,016 0,045 0,017 0,787 Liga D 91,9 3,48 2,84 0,441 0,033 0,014 0,043 0,015 1,057 Fonte: Primária Percebe-se que os valores de cobre demonstrados na Tabela 2 ficaram muito próximos dos estimados pelo cálculo de carga, exceto a liga A, que ficou um pouco acima do previsto. Embora, tenham ocorrido algumas variações, elas não representam alterações relevantes nos resultados posteriores. 769

11 Sobre a microestrutura da matriz, o cobre comprovou ser um elemento de liga com poder perlitizante, ou seja, à medida que se aumentou o teor de cobre, ocorreu o aumento de fase perlítica. A liga A com 0,25%Cu, sua microestrutura apresentou 20% perlita; a liga B com 0,52%Cu, apresentou 35% perlita; a liga C com 0,78%Cu, apresentou 50% de perlita; e a liga D com 1,05%Cu, apresentou 60% perlita, conforme pode ser observadas as microestruturas na Figura 3. Figura 3 Microestrutura, com 100x de aumento, das Ligas A, B, C e D, respectivamente, da esquerda para a direita Fonte: Primária Com o ensaio de tração foi possível obter os valores de resistência à tração, tensão de escoamento e alongamento. Os valores possibilitaram a classificação das ligas com base na Norma ABNT NBR 6916/1981. Deste modo, a liga A com 025%Cu, classificou-se como FE50007, pois apresentou valor de resistência à tração muito próximo de 500MPa e alongamento acima de 7%. As ligas B, C e D classificaram-se como FE60003, pois seus valores foram superiores a 600MPa de resistência à tração e a 3% de alongamento, com base na Tabela 3. Tabela 3 Classe das ligas com base nos valores de resistência à tração e alongamento %Cu Perlita % Dureza (HB) R. Tração (MPa) T. Escomento (MPa) Alongamento (%) Classe ABNT NBR 6916/1981 Liga A 0,25% ,1 355,4 13,9 FE50007 Liga B 0,52% ,4 392,8 9,8 FE60003 Liga C 0,78% ,4 399,6 8,3 FE60003 Liga D 1,05% ,4 427,8 7,0 FE60003 Fonte: Primária Na Tabela 3 é possível ver a classe das ligas realizadas, com base nos valores obtidos através do ensaio de tração. No Gráfico 1 é possível analisar comparativamente os valores obtidos pelo ensaio de tração, dureza e metalografia. Pode-se perceber que com o aumento do teor de cobre, ocorreu o aumento dos valores de resistência à tração e de escoamento, e uma queda nos valores de alongamento. Este comportamento ocorreu, 770

12 sobretudo, pelo aumento da fase perlita na microestrutura. A dureza das ligas A, B, C e D brutas de fundição também são apresentadas na Tabela 3. Percebe-se aumento na dureza dos materiais com o aumento do teor de cobre. O próximo passo foi avaliar a dureza das peças tratadas termicamente por têmpera superficial. Com base no valor médio de dez medições de dureza das quatro ligas desenvolvidas, obtiveram-se os seguintes resultados: a média de dureza da liga A foi de 219HB; a média da liga B foi de 282HB; da liga C foi de 338HB; e a liga D com 311HB. Percebeu-se um ganho significativo de dureza após têmpera superficial, se comparado com as durezas das ligas no estado bruto de fusão, verificando a influência da têmpera superficial sobre a dureza das peças. Por outro lado, notou-se diferenças de dureza entre as duas peças de mesma composição química de cada liga, o que levou a crer que existe uma instabilidade no processo de têmpera por indução magnética das peças, por gerar diferentes resultados para materiais de mesma composição química. O Gráfico 2 traz uma comparação entre a dureza da peça bruta de fundição, das duas peças tratadas por têmpera superficial e da média de dureza após tratamento térmico, das quatro ligas desenvolvidas. Inesperadamente, a liga C, com 0,78%Cu, foi a que apresentou melhor resultado de dureza após têmpera, com valor médio de 338HB, e valor máximo de 354HB. Não se teve acesso às microestruturas superficiais das ligas estudadas após tratamento térmico, portanto, não se soube explicar porque a liga C foi a de maior dureza, mas acredita-se que o resultado foi influenciado por alguma variação no processo de têmpera superficial por indução. Acredita-se, ainda, que acima de 0,8%Cu, o efeito do cobre como barreira de difusão em torno dos nódulos de grafita tenha dificultado a migração do carbono da grafita para a matriz, durante a austenitização do material, conforme previsto por Hayrynen (2002). Com isso, o endurecimento da matriz por solução sólida intersticial de carbono não tenha sido tão efetivo na liga D, como na liga C. 771

13 Gráfico 1 Comparação das propriedades mecânicas e microestrutura das ligas desenvolvidas no estado bruto de fundição Fonte: Primária Gráfico 2 Comparação da dureza entre as ligas desenvolvidas, brutas de fundição e após têmpera superficial Fonte: Primária 5 Conclusão Com relação aos objetivos deste trabalho, os específicos foram atendidos. O cobre se mostrou um elemento de liga perlitizante, pois, com o aumento do teor de cobre, percebeu-se o aumento na matriz perlítica bruta de fundição, atendendo ao primeiro objetivo específico que foi analisar o efeito do cobre sobre a predominância da microestrutura da matriz. 772

14 O segundo objetivo específico foi estudar a influência do cobre sobre as classes dos ferros fundidos nodulares, conforme a Norma ABNT NBR6916/1981, através de medições de resistência à tração, alongamento e dureza. Com o aumento de cobre, percebeu-se um aumento na resistência à tração, na dureza e uma queda no alongamento, ou seja, o aumento do teor de cobre influenciou sobre a classe das ligas de ferros fundidos nodulares. O último objetivo específico foi avaliar o efeito do cobre sobre a dureza superficial do pinhão estudado, após tratamento térmico de têmpera superficial. Foi possível verificar o efeito do cobre sobre a dureza na têmpera superficial, de modo que, com o acréscimo no teor de cobre, houve um aumento na dureza das peças, até a liga C, com 0,78%Cu, que apresentou a maior taxa dureza. Embora, o cobre tenha se mostrado um elemento de liga com capacidade de atribuir ganhos de propriedades mecânicas significantes, sua adição até 1% não foi o suficiente para atender ao objetivo geral do trabalho que foi desenvolver uma liga em ferro fundido nodular que atendesse a especificação de dureza de 440HB após tratamento térmico de têmpera por indução, com adição de cobre. Finalmente, com relação à pergunta que orientou este trabalho - de que modo desenvolver uma liga em ferro fundido nodular que atenda à especificação de dureza de 440HB, após o tratamento térmico de têmpera superficial por indução? Concluiu-se que o experimento com adições de até 1%Cu não foi o bastante para atender a especificação de dureza de 440HB após tratamento térmico de têmpera por indução. Portanto, permanece-se a busca pela solução do problema deste trabalho. Embora, não tenha atendido ao requisito de dureza, acredita-se que o cobre associado a outros elementos de liga que confiram mais dureza e temperabilidade apresente resultados positivos. Estudos com adições de outros elementos de liga, como molibdênio e níquel, ficam como sugestão para futuros experimentos. Referências ABNT NBR 6916/1981. Ferro fundido nodular ou ferro fundido com grafita esferoidal ASM, Internacional. Metals handbook: casting. 9. ed. American Society from Metals International, 1988, v

15 BERTOLDI, C.; RÖHRIG, K. Seleção e efeitos gerais de elementos de liga em ferros cinzentos e nodulares. Informativo 29, ABIFA, São Paulo, mar CHIAVERINI, Vicente. Tratamento Térmico das Ligas Ferrosas. São Paulo: Associação Brasileira de Metais, Aços e Ferros Fundidos São Paulo: Associação Brasileira de Metais, CUEVA-GALÁRRAGA, Edison Gustavo; TSCHIPTSCHIN, André P. Influência da temperatura de austenitização na resistência ao desgaste de ferros fundidos nodulares. In: Congresso Anual da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 55. Anais... Rio de Janeiro: ABM, Jul GANIVET, Marcel. Ferros fundidos ligados. SENAI, Departamento Regional de Minas Gerais. 2. ed. Belo Horizonte: DFP/DAT, GIL, Antônio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. 4 Ed. São Paulo: Atlas, GUESSER, Wilson Luiz. Propriedades Mecânicas dos Ferros Fundidos. São Paulo: Blucher, HAYRYNEN, Kathy L. The Production of Austempered Ductile Iron (ADI). In: World Conference on ADI, Louisville, KOVACS, B. V. The effects of alloying elements and their segregation in ADI. In: World Conference of ADI, Chicago, LU, Z. L. et al. An investigation of the abrasive wear behavior of ductile cast iron. Journal of Materials Processing Technology n. 116, p , LUSSOLI, Rosineide Junkes. Efeito da adição de cobre e da seção da peça sobre as características microestruturais e mecânicas de ferro fundido nodular austemperado f. Dissertação (Mestrado em Engenharia dos Materiais), UFSC, Florianópolis, MALUF, Omar. Influência do roleteamento no comportamento em fadiga de um ferro fundido nodular perlítico f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais), Universidade de São Paulo, SANTOS, Adalberto Bierrenbach Souza; CASTELLO BRANCO, Carlos Haydt. Metalurgia dos ferros fundidos cinzentos e nodulares. São Paulo: IPT, VATAVUK, Jan. Mecanismos de desgaste em anéis de pistão e cilindros de motores de combustão interna (Tese, Doutorado). Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, jul