INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NA OBTENÇÃO DO FERRO FUNDIDO CINZENTO

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1 1 FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI NADIR DIAS DE FIGUEIREDO ANDRÉ JOSÉ ALBERTINI INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NA OBTENÇÃO DO FERRO FUNDIDO CINZENTO OSASCO 2012

2 2 ANDRÉ JOSÉ ALBERTINI INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NA OBTENÇÃO DO FERRO FUNDIDO CINZENTO Projeto apresentado à Faculdade de Tecnologia SENAI Nadir Dias de Figueiredo em Processos Metalúrgicos para inscrição do Trabalho de Conclusão de Curso sob a orientação técnica do (a) Prof._ Jefferson Malavazi e orientação metodológica do Prof. Roberto Sanches Cazado OSASCO 2012

3 3 RESUMO A inoculação tem se tornado uma das operações metalúrgicas mais importantes na produção de fundidos com qualidade. De forma geral, a inoculação refere-se a adição de diferentes ligas, a base de Silício, com o objetivo de formar grafita durante a solidificação, elevar o número de células eutéticas e reduzir o tamanho das dendritas de austenita. O foco desta pesquisa é avaliar, por meio de experimentos desenvolvidos em uma fundição, com inoculante Inofor 75NC, algumas características, como o efeito da variação da solidificação do ferro fundido cinzento e a variação na formação da grafita com ou sem a adição de inoculante, através da análise térmica que é amplamente utilizada como método de controle de processos metalúrgicos, além de análise metalográfica e propriedades mecânicas. A metodologia de pesquisa irá comparar e analisar três parâmetros no comportamento do efeito do teor de inoculante, na solidificação do ferro fundido cinzento que controla as propriedades mecânicas que são influenciadas pelo tamanho e morfologia dos veios de grafite. As formas de análises dos resultados terão como base análise térmica, metalografia e propriedades mecânicas. Espera-se que com a adição de inoculante melhorar a qualidade do ferro fundido. Palavras chave: Operações metalúrgicas. Células eutéticas. Dendritas de austenita. Teor de inoculante. Solidificação do ferro fundido cinzento.

4 4 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA COM SINTESE DA BIBLIOGRAFIA FUNDAMENTAL OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO MATERIAIS E MÉTODOS FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS... 9 REFERÊNCIAS... 9

5 5 1. INTRODUÇÃO A inoculação tem se tornado uma das operações metalúrgicas mais importantes na produção de ferros fundidos com qualidade. De forma geral, a inoculação refere-se a adição de diferentes ligas, a base de Silício, com o objetivo de formar grafita durante a solidificação, elevar o número de células eutéticas e reduzir o tamanho das dendritas de austenita e otimizar as propriedades mecânicas. O foco desta pesquisa é avaliar, através de experimentos desenvolvidos em uma fundição, a influência da inoculação, de algumas características tais como, como o efeito da variação da solidificação do ferro fundido cinzento e a variação na formação da grafita. Esta avaliação será feita através da análise térmica que é amplamente utilizada como método de controle de processos metalúrgicos, além de análise metalográfica e propriedades mecânicas. O projeto de pesquisa justificasse pela necessidade de verificar a real eficácia do inoculante em relação a solidificação, microestrutura, entre outras características de grande importância, responsáveis pela qualidade do produto. Bibliografia fundamental Segundo (YURY, MIKHAIL, 1999) A inoculação tem se tornado uma das operações metalúrgicas mais importantes na produção de fundidos com qualidade. De forma geral, a inoculação refere-se a adição de diferentes ligas, a base de Silício, com o objetivo de formar grafita durante a solidificação, elevar o número de células eutéticas e reduzir o tamanho das dendritas de austenita. Os ferros fundidos cinzentos são materiais largamente aplicados tecnologicamente. Apesar da utilização preponderante de moldes de areia, a utilização crescente desse tipo de material em aplicações de maior responsabilidade nos últimos anos tem incentivado o uso de moldes com maior capacidade de extração de calor que permitem a obtenção de peças fundidas com melhor qualidade. "A solidificação do ferro fundido cinzento é controlada pela adição de inoculantes e as propriedades mecânicas são influenciadas pelo tamanho e morfologia dos veios de grafite." (YURY, MIKHAIL, 1999).

6 6 A análise térmica consiste em um método clássico de determinação de diagramas de fases binários. A partir da fusão e posterior resfriamento de um número significativo de ligas de diferentes composições químicas, capazes de caracterizar completamente os campos estruturais do estado líquido até à temperatura ambiente. O método baseia-se em medidas de temperatura ao longo da solidificação através de termopares inseridos no metal, e com resfriamento suficientemente lento, de modo a caracterizar uma sucessão de estados de equilíbrio, ou seja, evitando-se transformações estruturais decorrentes de ativação térmica. "Os resultados da análise térmica na solidificação permitem a determinação experimental de importantes variáveis térmicas que são fundamentais para correlações com a estrutura final de solidificação" (STEFANESCU, 2005). Podendo-se citar: tempo local de solidificação, velocidades de deslocamento das isotermas liquidus e solidus, taxa de resfriamento à frente da isoterma liquidus, que são determinantes na formação da morfologia da macroestrutura e nas dimensões das redes celulares ou dendríticas da microestrutura de solidificação (GARCIA. 2001). Cabe também mencionar a importância da correta determinação do coeficiente transitório de transferência de calor metal/molde, principalmente para fundição em moldes metálicos ou refrigerados, tendo em vista a sua influência imediata sobre as já mencionadas variáveis térmicas de solidificação (FERREIRA, 2005; SPINELLI, 2006). 2. OBJETIVO GERAL Avaliar o efeito do inoculante de diferentes percentuais de inoculação, na solidificação do ferro fundido cinzento para fabricação do cilindro mestre do sistema de freio. 2.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Determinar percentuais de inoculante adicionados; - Avaliar as curvas de resfriamento para cada percentual de inoculante utilizado; - Avaliar o efeito da variação do teor de inoculante na formação da grafita; - Verificar o efeito da variação do teor de inoculante na solidificação do ferro fundido;

7 7 3. PLANO DE TRABALHO E CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO Etapas do TCC Jan Fev Mar Abr Mai Escolha do tema Elaboração do plano de trabalho Levantamento bibliográfico Seleção de referências bibliográficas Obtenção do material bibliográfico Leitura e fichamento Análise e interpretação Redação da pesquisa bibliográfica Aplicação da pesquisa piloto Reformulação do projeto e alteração de instrumento de pesquisa Codificação, apuração e tabulação Análise de dados Interpretação dos resultados e conclusões Redação do relatório Digitação Apresentação final 4. MATERIAIS E MÉTODOS 4.1 FERRO FUNDIDO UTILIZADO NOS ESTUDOS Este processo foi realizado na Fundição Continental, em Várzea Paulista-SP. Durante o processo de fabricação dos ferros fundidos, o fundidor usa os resultados da análise química (principalmente %CE, %C e %Si) do metal ainda no forno, para corrigir a composição e assim conseguir atingir a composição objetivada.

8 8 - retirando-se uma amostra do metal líquido com uma concha, vazando-o em uma coquilha metálica e enviando a amostra coquilhada ao laboratório para análise por espectrometria de emissão óptica; - Forno utilizado: forno de indução (H); - Composição química do ferro fundido cinzento utilizado (corrida 161). CARACTERÍSTICAS DO MATERIAL. MATERIAL UTILIZADO: MATERIAL EQUIVALANTE AO GG 20. COMPOSIÇÃO QUÍMICA: CE C Si Mn P S Ti 4,49 3,59 2,33 0,49 0,038 0,020 0,042 FERRO FUNDIDO CINZENTO HIPEREUTÉTICO E MATRIZ FERRÍTICA TIPO E DISTRIBUIÇÃO DA GRAFITA: D e E FORMA: I CE: (4,50%) SEM INOCULANTE, (4,52%) 0,06 % DE INOCULANTE, (4,53%) 0,12% DE INOCULANTE. 4.2 INOCULAÇÃO PARAMÊTROS PARA INOCULAÇÃO: SEM INOCULANTE; COM 0,06 % DE INOCULANTE; COM 0,12 % DE INOCULANTE. Especificação do inoculante utilizado: Material Fornecedor Gran. (mm) Composição química INOFOR 75 NC FORMILIGAS * (% em peso) * Conforme solicitação do cliente Si Ca Ba Al 74 /79 % 0,8/1,3% 0,8/1,3% 1,2%

9 9 5. FORMAS DE ANÁLISE DOS RESULTADOS Dentro do objetivo da pesquisa, irei utilizar as seguintes metodologias: Na analise térmica pretende-se a curvas de resfriamento; através de software específico; Pelas propriedades mecânicas pretende-se analisar resistência a tração e dureza. Conforme NBR 6589 : Peças em ferro fundido cinzento classificadas conforme a resistência à tração; Na análise metalográfica avaliar microestrutura. REFERÊNCIAS AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. A 247: Rec.Pratice for evaluating the microstructure of graphite in gray iron. Philadelphia, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6589: Peças em ferro fundido cinzento classificadas conforme a resistência à tração. São Paulo, BRANCO, C.H.C. Metalurgia dos Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares, São Paulo, Ed. IPT, CALLISTER, W.D.Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Rio de Janeiro, Ed. LTC, 2002 CHIAVERINI, V. Aços e Ferros Fundidos. São Paulo, Ed. ABM, DURAN, P.V. Emprego de analise térmica na solidificação de ferros fundidos p. FUOCO, R. et al. Otimização do uso de inoculantes em ferros fundidos cinzentos utilizando análise térmica. CONAF, MERICAN SOCIETY FOR METALS METALS INTERNATIONAL HANDBOOK COMMITTEE. In: AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Metals Handbook: Casting. 9 ed. Metals Park, 1988, Ohio, v.15. SOUZA, S.A. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos. São Paulo, Ed. Edgard Blucher Ltda YURY S. Lerner, Inoculação em ferro fundido. Univ. of Northern Iowa, Cedar Falls, Iowa. Mikhail V. Riabov, Iroquois Foundry (Citation Corp.), Browntown, Wisconsin (Modern Casting Junho 1999).