A INFLUÊNCIA DO TEMPO DE DESMOLDAGEM NA MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UMA PEÇA DE FERRO FUNDIDO CINZENTO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS A INFLUÊNCIA DO TEMPO DE DESMOLDAGEM NA MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UMA PEÇA DE FERRO FUNDIDO CINZENTO CLAUDIO RAMOS FLORIANI NETO FLORIANÓPOLIS 2005

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS A INFLUÊNCIA DO TEMPO DE DESMOLDAGEM NA MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UMA PEÇA DE FERRO FUNDIDO CINZENTO Trabalho de graduação apresentado ao curso de engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro de Materiais. Orientador: Berend Snoeijer, Dr. Ing. FLORIANÓPOLIS

3 CLAUDIO RAMOS FLORIANI NETO A INFLUÊNCIA DO TEMPO DE DESMOLDAGEM NA MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS DE UMA PEÇA DE FERRO FUNDIDO CINZENTO Este Trabalho de Graduação foi julgado adequado para obtenção do título de Engenheiro de Materiais e aprovado em sua forma final pelo Curso de Graduação em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina. Banca Examinadora: Prof. Berend Snoeijer, Dr. Ing. Orientador Prof. Dylton do Vale Pereira Filho, Msc. Coordenador Prof. Antônio Pedro Novais de Oliveira, Dr. Ing. Membro da Banca 2

4 Ficha Catalográfica FLORIANI, Claudio Ramos Neto. A influência do tempo de desmoldagem na microestrutura e propriedades mecânicas de uma peça de ferro fundido cinzento. Florianópolis, UFSC, Curso de Graduação em Engenharia de Materiais, Trabalho de Graduação: Engenharia de Materiais Orientador: Berend Snoeijer, Dr. Ing. 1. Ferro Fundido Cinzento 2. Resfriamento 3. Dureza Brinell I. Universidade Federal de Santa Catarina II. Título 3

5 Fomos feitos para conquistar o ambiente, resolver problemas, atingir metas, e não encontrar real satisfação ou felicidade na vida sem obstáculos a vencer ou metas a atingir. (Autor Desconhecido) 4

6 AGRADECIMENTOS Inicialmente gostaria de agradecer a Deus por me dar a possibilidade de ter uma formação acadêmica de alta qualidade e a percepção de que isto me traz uma grande responsabilidade social, pois poucas pessoas em meu país têm este privilégio. A empresa Jofund S. A./Fremax Freios por disponibilizar recursos humanos e econômicos para realização deste estudo. A todos os funcionários do setor de qualidade da Fremax Freios em especial Osmar Rieper, Eliane A. Rosa, Amarildo Rieper, Nelson Schier e Bianca Baumer pela cooperação no planejamento e execução dos testes e ensaios, e pela amizade. Aos professores Carlos Enrique Nino Bohórquez, Dylton do Vale Pereira Filho e em especial ao professor orientador Berend Snoeijer pelas discussões técnicas e orientações em geral. Aos meus colegas de curso e grandes amigos que me incentivaram na realização deste estudo Poliana Pollizello Lopes, Tatiane de Bona Rocha, Flávia Zanon e Adriano Passini e a todos os outros que assim como estes sempre me ajudaram no decorrer de minhas atividades acadêmicas e também se tornaram grandes amigos em especial Wagner da Silveira, Deborah Desimone, Marlon Marques Corradi, Miguel Bartiloti Neto, Lucas Freitas Berti, Lorenço Neckel Junior. Finalmente aos meus pais, Claudio Ramos Floriani Junior e Maria Teresa Rogério Locks, e meus irmãos Bruno Locks Floriani e Karine Locks Floriani, que dentre várias outras coisas importantes me deram a oportunidade de ter algo que somente Deus pode tirar de mim, o conhecimento. 5

7 RESUMO O ferro fundido cinzento, dentre os vários ferros fundidos, é o mais utilizado pela indústria em geral devido as suas características de fácil fusão, boa resistência mecânica, excelente usinabilidade, boa resistência ao desgaste, entre outras. O processo de fundição é bem conhecido e relativamente simples, porém em pequenas fundições não é automatizado, o que dificulta muitas vezes o controle de parâmetros importantes. No presente trabalho foi estudado uma das duas principais variáveis do processo de fundição que influencia na microestrutura e consequentemente nas propriedades mecânicas de uma determinada peça de ferro fundido cinzento, o tempo de desmoldagem. Através de variações no tempo em que as peças aguardam para serem retiradas dos moldes (desmoldagem), após a solidificação, ocorre um aumento no tempo em que as mesmas resfriam fato que pode ser favorável para decomposição da cementita (Fe 3 C). Os micro-constituintes resultantes desta reação de decomposição, ferrita livre e carbono na forma de grafita, foram encontrados nas peças que ficaram algumas horas a mais que o normal aguardando a desmoldagem. A influência da presença destes microconstituintes nas propriedades mecânicas foi verificada através de ensaios de resistência a tração e dureza Brinell. O primeiro apresentou uma variação muito grande nos resultados, ou seja, grande desvio padrão, o que impossibilitou conclusões mais significativas. Já as medidas de dureza Brinell, com desvio padrão menor que 5, possibilitaram confirmar com relativa segurança que há uma redução na dureza com a prática de longos tempos até a desmoldagem. Estudos, que constam nas referências bibliográficas, afirmam que esta tendência a redução de dureza com o aumento do tempo de resfriamento é esperada. O presente estudo pode auxiliar empresas na área da metalurgia que trabalham com ferro fundido cinzento, especialmente no caso de peças pequenas, quanto a um maior controle de processo na etapa de desmoldagem e a determinação de tempos limite para desmoldagem nos casos de paradas para manutenção, visando, em todos os casos citados, evitar uma redução de dureza indesejada. 6

8 ABSTRACT Among the cast irons, the gray cast iron is the most used by industry due its good mechanic strength, wear resistance, easy fusion, excellent machinability, etc. The foundry process is very acquaintance and approximate single, but in little foundries firms isn t automated and this difficult many times the control of important parameters. In this work was studied one of two principal foundry process variables, which influence in micro-structure and mechanical properties of specific part of gray cast iron, the time of unmould. Trough variation of time what parts waiting to be unmould, occurred a speed cooling variation and this can contribute for carbide (Fe 3 C) decomposition. The micro-constituents of the decomposition reaction, free ferrite and carbon in graphite form, were found in parts which stayed longer than usual to be unmould. The influences of these micro-constituents in mechanical properties were verified trough tensile strength and hardness tests. The first showed a large variation of gauges, which mean, a large standard deviation, near 20, guaranteeing safe conclusions. The gauges of hardness Brinel with standard deviation shorter than 5, made it possible to confirm more safely what there is one reduction of hardness with high times until the unmould. Many studies, bibliography references, affirm this reduction of hardness with high times of cooling is expected. The present study gives support for metallurgy industries who work with gray cast iron particularly with little parts for a better process control in unmould step and a limit times determination in stops for maintenance, in all cases with the objective to avoid the undesirable reduction of hardness. 7

9 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA OBJETIVOS Objetivo geral Objetivos Específicos FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Fundição Fundição em Molde de Areia Fundição com Matriz Fundição de Precisão Fundição Contínua Ferros Fundidos Generalidades Definições Diagrama de equilíbrio Fe-Fe 3 C Diagrama de Equilíbrio Fe-C-Si Fatores que Influenciam na Microestrutura dos Ferros Fundidos Componentes Microestruturais dos Ferros Fundidos Fatores Outros que Influenciam na Grafitização dos Ferros Fundidos MATERIAIS E MÉTODOS RESULTADOS E DISCUSSÕES CONCLUSÕES E APLICAÇÕES DO ESTUDO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

10 SUMÁRIO DE FIGURAS Figura 1 Fundição Contínua de um Aço Inox. (Materials Science and Engineering An Introduction Willian D. Callister, 1999) Figura 2 Diagrama de Equilíbrio Fe-C. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 3 Micrografia da ledeburita. Estrutura típica de ferro fundido branco com 4,3% de C, glóbulos de perlita em um fundo de cementita. Aumento de 530x e ataque Picral. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 4 Diagramas de equilíbrio metaestáveis Fe-C-Si para 4 teores diferentes de Silício. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 5 Faixa aproximada de carbono e silício nas ligas ferrosas. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 6 Estrutura de ferro fundido cinzento hipoeutético, mostrando os veios de grafita em preto, a perlita em cinza e a ferrita livre em branco. Aumento 100x e ataque Picral. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 7 Ferro fundido cinzento com grandes veios de grafita, o eutético complexo rico em fósforo e inclusões numa matriz perlítica. Aumento 100x e ataque Picral. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 8 Cunha de coquilhamento, em que as dimensões variam conforme o indicado. O tempo de solidificação e resfriamento da maior cunha até a menor varia de 35s até 10 min. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 9 Forma de distribuição dos veios de grafita segundo a ASTM e a ASF. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Figura 10 Fotomicrografias de vários tipos de ferros fundidos hipoeutéticos. (a) Cinzento: veios escuros de grafita em uma matriz clara de ferrita (Feα), ampliação 500x; (b) Nodular ou Esferoidal (dúctil): nódulos escuros de grafita em uma matriz de ferrita, ampliação 200x; (c) Branco: áreas brancas de cementita em uma matriz de perlita, aumento de 400x; (d) Maleável: rosetas escuras de grafita em matriz clara de ferrita, aumento 150x. (Materials Science and Engineering - An Introduction, William D. Callister, 1999) Figura 11 Placa de Pressão Figura 12 Vista superior do layout de produção Figura 13 Suporte metálico com os moldes empilhados Figura 14 Cortes para retirada de amostra para metalografia 9

11 Figura 15 2h30min, aumento 100x Figura 16 2h30min 100x - ataque Nital 4% Figura 17 5h, aumento 100x Figura 18 5h 100x ataque Nital 4% Figura 19 7h30min, aumento 100x Figura 20 7h30min 100x ataque Nital 4% Figura 21 10h, aumento 100x Figura 22 10h 100x ataque Nital 4% Figura 23 12h30min, aumento 100x Figura 24 12h30min 100x ataque Nital 4% Figura 25 Gráfico das durezas médias versus tempo aguardado para desmoldagem. Figura 26 Gráfico de R.T. vs Tempo de desmoldagem SUMÁRIO DE TABELAS Tabela 1 Composição dos Tipos de Ferros Fundidos. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Tabela 2 Efeitos micro-estruturais de alguns elementos nos ferros fundidos. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Tabela 3 Composição do ferro fundido FC 200, segundo a norma ISO 185. (Ferros Fundidos, Guido Warmling, 1998) Tabela 4 Composição Química das Peças dos Lotes 1 e 2. Tabela 5 Dimensões de CPs e Propriedades Mecânicas de Ferros Fundidos Cinzentos. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Tabela 6 Dados de Dureza dos lotes 1 e 2. Tabela 7 Dados de Dureza e Resistência a Tração de Peças da Produção Normal. 10

12 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA O ferro fundido cinzento, dentre os vários ferros fundidos, é o mais utilizado pela indústria em geral devido as suas características de fácil fusão, boa resistência mecânica, excelente usinabilidade, boa resistência ao desgaste, entre outras. O processo de fundição é bem conhecido e relativamente simples, porém em pequenas empresas não é automatizado, o que dificulta muitas vezes o controle de parâmetros importantes, como temperatura do metal líquido, temperatura das peças ao serem desmoldadas, tempo de resfriamento das mesmas. Após observar uma redução na dureza de algumas peças de ferro fundido iniciou-se uma pesquisa para verificar quais fatores determinam as propriedades das mesmas. Como resultado verificou-se que as propriedades mecânicas de uma peça de ferro fundido são determinadas principalmente pela composição química e pelas condições de resfriamento. Sendo assim é necessário conhecer e controlar muito bem as etapas do processo que determinam ambas. Mantendo constante a composição química estudou-se uma das variáveis de processo que influencia diretamente a velocidade de resfriamento, que é o tempo entre o vazamento e a desmoldagem. Tanto em empresas pequenas como de médio porte ocorrem variações no tempo de duração da etapa de resfriamento das peças fundidas. Em empresas de pequeno porte pode ocorrer esta variação de processo devido a vários fatores tais como leiaute inadequado, variações na demanda por produtos, etc. Já em empresas de médio porte, onde a demanda por peças é constante e o layout é adequado, outros problemas ocorrem causando variação no tempo em que as peças levam para serem desmoldadas. Entre estes motivos estão paradas para manutenção corretiva, ou seja, não planejadas, aliadas a falta de peças de reposição no estoque, falta de moldes de areia para realizar vazamento e outros imprevistos que podem atrasar em horas a desmoldagem de peças já vazadas. Portanto, é importante saber qual a influência do tempo, desde o vazamento até a desmoldagem, nas propriedades mecânicas tais como dureza e resistência à tração para que as mesmas não extrapolem os valores limites mínimos exigidos pelo cliente ou para uma determinada aplicação. 11

13 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo geral Verificar a influência da variação do tempo de resfriamento, entre o vazamento e a desmoldagem, na microestrutura e propriedades mecânicas básicas, dureza Brinell e resistência à tração, de uma placa de pressão de ferro fundido cinzento Objetivos Específicos Identificar tempos de desmoldagem próximos aos já praticados em situações adversas na empresa onde observou-se queda de propriedades de algumas peças; Realizar análise da microestrutura e propriedades mecânicas para cada um dos tempos escolhidos; Construir gráficos que mostrem a resistência à tração e dureza Brinell em função do tempo de desmoldagem; Analisar os dados dos gráficos e as microestruturas observadas de forma a determinar uma tendência de comportamento das propriedades mecânicas e, se possível, sua relação com as microestruturas. 12

14 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A obtenção de peças metálicas pode ser dividida quanto ao tipo de processo em conformação (prensagem, laminação, etc.), união (mecânica, soldagem, etc.), retirada de material (usinagem, fresagem, etc.), sinterização de pós-metálicos e fundição (ou fusão). Com freqüência dois ou mais processos, acima citados, devem ser usados até que uma peça esteja terminada ou acabada. As técnicas selecionadas dependem de vários fatores como as propriedades do material, o tamanho e a forma da peça acabada e o custo. Segundo Van Vlack (1988) algumas das vantagens da fundição de metais ferrosos são: utilização de materiais de alta disponibilidade e baixo custo, possibilidade de obtenção de peças de média a alta complexidade de tamanhos variados, a redução da necessidade de retirada/desperdício de material com posteriores processos de acabamento, entre outras Fundição A fundição é um processo de fabricação no qual um metal no estado líquido é vazado no interior da cavidade de um molde que possui a forma da peça desejada. Com a solidificação, em algumas dezenas de minutos, o metal assume a forma da cavidade do molde, porém experimenta uma certa contração. Após a solidificação, manualmente ou através de máquinas automáticas, as peças são retiradas de dentro dos moldes. Esta etapa final do processo de fundição é chamada desmoldagem. Segundo Willian D. Callister (1999), as técnicas de fundição são empregadas quando a forma acabada é tão grande ou complicada que qualquer outro método seria impraticável, ou seja, inviável técnica e/ou economicamente. Por exemplo, uma liga metálica específica pode possuir uma ductilidade tão baixa que a conformação, tanto a quente como a frio, seria muito difícil. Em comparação com outros processos de fabricação, a fundição é o processo mais econômico. Uma das razões é o fato de obter-se inicialmente, sem desperdício, forma e dimensões muito próximas a da peça acabada. Dentro do processo de fundição têm-se diferentes técnicas, sendo que entre as mais empregadas comercialmente estão a fundição em molde de areia, com matriz, de precisão e contínua Fundição em Molde de Areia No caso da fundição em molde de areia, que é o método mais comumente utilizado, a areia de sílica comum misturada com aglomerantes (resinas, argilas, água, etc.) é 13

15 utilizada como material do molde. Um molde de duas partes é formado mediante o preenchimento e compactação, ou endurecimento, de areia ao redor de um modelo de madeira que possui o formato da peça que se deseja obter. Além disso, um sistema de canais de alimentação é incorporado ao modelo de madeira para possibilitar a chegada do metal fundido até a cavidade da peça e para minimizar defeitos internos de fundição. As peças fundidas em areia incluem blocos de cilindros automotivos, hidrantes de incêndio, grandes conexões de tubulações, discos de freio, cubos de rodas, braços de suspensão, implementos agrícolas, e muitas outras pecas de variadas dimensões. Essa técnica pode ser utilizada para a maioria dos metais e ligas metálicas, porém é mais utilizada com aços e ferros fundidos Fundição com Matriz ou Molde Permanente Na fundição com matriz, o metal liquefeito é forçado para dentro de um molde sob pressão a uma velocidade relativamente elevada, e deixada solidificar com a manutenção da pressão. Utiliza-se um molde permanente de aço bipartido ou matriz; quando unidas uma a outra, elas constituem a forma desejada. Quando a solidificação se completa a matriz é aberta e a peça fundida é ejetada. São possíveis taxas altas de produtividade, tornando esse método barato. Além disso, um mesmo conjunto de matrizes pode ser usado para milhares de vezes. Contudo, esta técnica se presta apenas para peças relativamente pequenas, bem como para ligas de zinco, alumínio e magnésio, que possuem baixo ponto de fusão Fundição de Precisão Para a fundição de precisão algumas vezes chamada de fundição pelo processo de cera perdida, o modelo padrão (réplica da peça) é feito de cera ou plástico, materiais que possuem baixo ponto de fusão. Despeja-se uma lama fluida ao redor do modelo padrão, que se deposita para formar um molde ou revestimento sólido; geralmente se utiliza pasta de Paris. O molde é então aquecido, de modo tal que o modelo padrão se funde e/ou é queimado, deixando em seu lugar uma cavidade no molde, que possui o formato desejado. Esta técnica é empregada quando são necessários elevada precisão dimensional, reprodução de pequenos detalhes e excelente acabamento (por exemplo, em joalheria, coroas dentárias e obturações). Também como exemplo as pás para turbinas a gás e os propulsores de motores a jato são fabricados usando a fundição de precisão Fundição Contínua O metal líquido é vazado em um molde que permite a produção contínua de barras e lingotes. Estes lingotes são normalmente sujeitos a uma operação primária de 14

16 conformação mecânica de laminação a quente. O produto desta laminação é uma chapa plana ou uma chapa grossa, pois estes formatos são mais convenientes para serem usados como ponto de partida para operações secundárias subseqüentes de conformação como extrusão, forjamento, estiramento. Estas etapas de fundição e laminação primária podem ser combinadas, ou subseqüentes, através de um processo de fundição contínua, algumas vezes chamado de fundição em fios. Ao se usar esta técnica, o metal beneficiado e fundido é vazado através de uma matriz metálica resfriada com fluxo de água, saindo em estado pastoso diretamente na forma de um grosso fio contínuo com seção retangular ou circular determinada pela matriz. Antes que seja feito o resfriamento ou o corte com a medida desejada a laminação é feita obtendo-se diretamente uma chapa plana ou grossa, para posterior corte. A figura 1 mostra a fundição continua de um aço inoxidável. Figura 1 Fundição Contínua de um Aço Inox. (Materials Science and Engineering An Introduction Willian D. Callister, 1999) 3.2. Ferros Fundidos Generalidades Segundo Chiaverini (2002), os ferros fundidos, dentre as ligas ferro-carbono, constituem um grupo de ligas de importância fundamental para a indústria, não só devido as características inerentes ao próprio material como também pelo fato de, mediante a introdução de elementos de liga, aplicação de tratamentos térmicos adequados e pelo desenvolvimento do ferro fundido nodular, ter sido viável o seu emprego em aplicações que eram exclusivas dos aços. 15

17 Sendo assim, o estudo dos ferros fundidos é fundamental para engenheiros envolvidos em projetos e/ou seleção de materiais metálicos para aplicações diversas, principalmente na área industrial Definições Através do conhecimento do diagrama de equilíbrio Fe-C, costuma-se definir ferro fundido como as ligas de Fe-C cujo teor de carbono é maior que 2% aproximadamente. Com tudo, considerando a influência do silício nesta liga, principalmente do ponto de vista de sua constituição estrutural, o ferro fundido é normalmente considerado uma liga ternária Fe-C-Si, pois o silício esta frequentemente presente em teores superiores ao do próprio carbono. Por outro lado, em função de sua constituição estrutural, o carbono está geralmente presente, em grande parcela, de forma livre. Nessas condições a definição de ferro fundido segundo Chiaverini (2002) é a seguinte: Ferro fundido é a liga ternária ferrocarbono-silicio, de teores de carbono geralmente acima de 2% em quantidade superior a retida na austenita, de modo que existe carbono parcialmente livre na forma de grafita. Outros autores como Callister (1999) apenas citam que os ferros fundidos formam uma classe de ligas ferrosas que possui teores de carbono acima de 2,14%, sendo que na prática a maioria contém entre 3 e 4,5% além de outros elementos de liga, e possui carbono livre na forma de grafita. Tendo Chiaverini (2002) estudado e reunido informações mais completas sobre os ferros fundidos o mesmo apresenta as seguintes classes dos mesmos: Ferro Fundido Branco: cuja fratura mostra uma coloração clara (donde sua denominação), caracterizado por apresentar ainda como elementos de liga o carbono e em menor quantidade o silício, fato este que juntamente com um resfriamento mais rápido dá origem a uma estrutura onde somente há carbono na forma combinada (Fe 3 C); Ferro fundido cinzento: cuja fratura mostra uma coloração escura (donde a sua denominação), caracterizada por apresentar como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício e estrutura em que uma parcela relativamente grande do carbono esta no estado livre (grafita lamelar) e outra parcela no estado combinado (Fe 3 C); Ferro fundido mesclado: cuja fratura mostra uma coloração mista entre branca e cinzenta (donde sua denominação), caracterizado igualmente por uma mescla de proporções variáveis de ferro fundido branco e cinzento; 16

18 Ferro fundido maleável: caracterizado por ser obtido a partir do ferro fundido branco, mediante um tratamento térmico especial (maleabilização), resultando numa transformação de praticamente todo Fe 3 C em nódulos irregulares, segundo Callister em forma de rosetas; Ferro fundido nodular: caracterizado por apresentar, devido a um tratamento (nodularização) realizado ainda no estado líquido, carbono livre na forma de grafita esferoidal (nódulos), o que confere ao material característica de boa ductilidade, o que o torna conhecido também como ferro fundido dúctil. Ferro fundido de grafita compacta: caracterizado pelo fato de a grafita apresentar-se em escamas, ou seja, com a forma de plaquetas ou estrias, motivo pelo qual também é denominado de quase-escama.outras denominações são: escama agregada, semi-ondular e vermicular. É um produto que, como o ferro nodular exige a adição de elementos especiais como terras raras e titânio, que reduz a formação de grafita esferoidal. Este tipo de ferro fundido é considerado um meio termo entre o cinzento e o nodular; possui a fundibilidade do cinzento, com melhor resistência mecânica e alguma ductilidade. Sua comercialização é muito recente e pouco explorada. A faixa de composição dos cinco principais tipos de ferros fundidos, sem elementos de liga, está indicada na tabela 1. Tabela 1 Composição dos Tipos de Ferros Fundidos. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Diagrama de equilíbrio Fe-Fe 3 C A figura 2 corresponde a mais recente versão do diagrama de equilíbrio Fe-C que neste caso específico vai até 6,7% de carbono. Segundo Van Vlack (1988), isto significa que na verdade este é um diagrama Fe-Fe 3 C (cementita), pois em 6,7% em peso de C temos 100% de cementita. Através de uma análise deste diagrama podemos fazer as seguintes considerações complementares, quanto aos fenômenos que ocorrem na faixa relativa aos ferros fundidos: O teor de carbono de 4,3%p, temperatura de 1148 C (ponto C), corresponde a liga de mais baixo ponto de solidificação ou fusão; essa liga é chamada eutética; 17

19 Figura 2 Diagrama de Equilíbrio Fe-C. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) As ligas entre 2 e 4,3%p de carbono são chamadas hipoeutéticas; aquelas de carbono acima de 4,3% são chamadas hipereutéticas. Os ferros fundidos correspondentes seriam denominados segundo o teor de C como hipoeutéticos, eutéticos ou hipereutéticos, em ordem crescente; Ao resfriar lentamente uma liga binária de Fe-C eutética (4,3%p de C), como indica o ponto C do diagrama, verifica-se que exatamente neste ponto que a mesma se solidifica dando origem, em temperatura logo abaixo, a duas fases em equilíbrio: austenita e cementita (Fe 3 C). Este eutético cristalizado é chamado de ledeburita e é constituído por uma matriz (fundo claro) de cementita com 6,7%p de C e cristais dendríticos de austenita com 2,1%p de C. Se a redução de temperatura continuar, pode-se verificar uma redução da quantidade de carbono contida na austenita, como mostra a linha ES ou Acm. Esta redução vai até 0,77% de C a uma temperatura de 727 C, pois abaixo desta temperatura não existe mais austenita; Abaixo de 727 C, ou seja, da linha horizontal A 1 toda austenita se transforma em perlita. Sendo assim, a ledeburita, desta temperatura até a ambiente será constituída por uma matriz de cementita com vários glóbulos espalhados de perlita, como indica a figura 3. 18

20 Figura 3 Micrografia da ledeburita. Estrutura típica de ferro fundido branco com 4,3% de C, glóbulos de perlita em um fundo de cementita. Aumento de 530x e ataque Picral. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) As microestruturas citadas e mostradas, figura 3, são típicas de ferros fundidos puramente brancos, pois não há qualquer quantidade de silício nas mesmas. Estes ferros fundidos têm utilização limitada devido as propriedades mecânicas desfavoráveis as aplicações mais comuns, sendo a principal a baixa resistência ao impacto (fragilidade) devido a altíssima dureza Diagrama de Equilíbrio Fe-C-Si A figura 2 mostra um diagrama de pseudo-equilíbrio ou metaestável, pois com o passar do tempo a uma determinada temperatura podem ocorrer reações que não são mostradas nos campos do diagrama Fe-C. Uma destas reações é a decomposição do Fe 3 C em ferro e carbono livre, este último na forma de grafita. A reação de decomposição, anteriormente citada, do Fe 3 C é acelerada pela presença do silício, o que faz necessário o estudo da influência deste elemento no equilíbrio do diagrama Fe-C. Na realidade, trata-se de um estudo de uma liga ternária Fe-C-Si, com variados teores de silício. Como ficaria muito mais complicado analisar um diagrama ternário, veremos na figura 4 cortes do mesmo dando origem a diagramas binários Fe-C com teores específicos de silício, no caso 2,3%, 3,5%, 5,2% e 7,9%. Os dois primeiros (2,3% e 3,5%) correspondem as composições mais comumente utilizadas. Nos diagramas são mostradas apenas as linhas de transformação para elevadas temperaturas, a partir de 1000 C. Analisando os mesmos pode-se ver que a principal alteração diz respeito a composição do eutético, o qual diminui a medida que cresce o teor 19

21 de silício. Também se pode observar que a reação de solidificação ou fusão do eutético ocorre em um intervalo de temperatura, ao contrário do que acontece no diagrama Fe-C, onde esta reação ocorre em uma única temperatura de forma constante. A figura 5 mostra as possíveis faixas de composição de carbono e silício das ligas a base de ferro, ou seja, aços e ferros fundidos. A linha tracejada inferior define a máxima solubilidade do carbono na austenita em função do teor de silício. No caso dos ferros fundidos, onde o silício esta comumente presente em teores elevados, se utiliza um conceito ou fórmula que possibilita considerar o efeito do silício na estrutura e consequentemente nas propriedades dos mesmos. Esse conceito é o do carbono equivalente e é representado pela seguinte fórmula: C.E. = %C + 1/3 (%Si + %P) Deixando de lado o fósforo que é normalmente encontrado em pequenas quantidades, <0,10%, temos apenas: C.E. = %C + 1/3 (%Si) Figura 4 Diagramas de equilíbrio metaestáveis Fe-C-Si para 4 teores diferentes de Silício. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) 20

22 Figura 5 Faixa aproximada de carbono e silício nas ligas ferrosas. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) A fórmula indica que o efeito do silício é um terço do efeito do carbono. Por exemplo, na figura 4 temos uma liga com 2,3% de Si e um eutético em 3,6% de C. Se aplicarmos estes valores na formula de carbono equivalente teríamos: C.E. = 3,6 + 1/3 (2,3) = 4,3% aproximadamente. Isto significa que se tivermos uma liga eutética ternária de ferro com 3,6% de C e 2,3% de Si e desejarmos analisar as fases presentes e reações em um diagrama binário Fe- C devemos considerar que a liga não tem silício, porém possui 4,3% de carbono. Isto feito para possibilitar a análise destas ligas ternárias em diagramas binários, pois os diagramas ternários além de mais complexos nem sempre estão disponíveis ou existem para a composição desejada. Sendo assim a liga com 3,6% de C e 2,3% de Si se comporta como uma liga eutética, facilmente observada no diagrama Fe-C, e apresenta, teoricamente, a temperatura ambiente uma microestrutura de ledeburita. Outro fenômeno importante relacionado ao silício é que, além de deslocar o ponto de composição eutética para um menor teor de carbono, ele facilita ou promove a decomposição da cementita, que tem grande influencia nas propriedades mecânicas de uma liga. A reação de decomposição do Fe 3 C da origem a Fe puro e carbono livre na forma de lamelas de grafita. Esta reação de decomposição depende da presença de determinados elementos de liga e da velocidade de resfriamento imposta ao material. Por exemplo, ao se solidificar um ferro fundido cinzento com 3% de C e 2,3% de Si, resultam, em primeiro lugar, cristais primários de austenita, cuja quantidade aumenta com a redução de temperatura. A aproximadamente 1150 C, o líquido remanescente 21

23 eutético solidifica com um teor de carbono de 3,6%, figura 4. Nesse momento ocorre em grande parte a grafitização. Mesmo sem completo conhecimento desta reação acredita-se que no final da solidificação já fica estabelecida a quantidade, a forma e a distribuição da grafita. Abaixo da temperatura de solidificação, para o exemplo considerado, tem-se dendritas de austenita, cujo teor de carbono decresce com a queda de temperatura, formando uma matriz na qual estão distribuídas as lamelas de grafita (C livre). A quantidade desta última depende, como já citado, da quantidade de silício e da velocidade de resfriamento. Continuando o resfriamento e passando da linha de transformação eutetóide (727 C) a austenita se decompõe em perlita, lamelas de ferrita e cementita, ficando uma matriz de perlita com lamelas de grafita. Podem ocorrer ainda, com um resfriamento lento, a decomposição parcial da perlita em ferrita pura e grafita. Essa é uma microestrutura comum em ferros fundidos cinzentos comerciais, e pode ser vista na figura 6, onde as regiões claras são ferrita pura próxima as grafitas e as regiões acinzentadas são os grãos de perlita. Figura 6 Estrutura de ferro fundido cinzento hipoeutético, mostrando os veios de grafita em preto, a perlita em cinza e a ferrita livre em branco. Aumento 100x e ataque Picral. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Fatores que Influenciam na Microestrutura dos Ferros Fundidos São dois os fatores preponderantes na determinação da microestrutura de um ferro fundido: - composição química; - velocidade de resfriamento. 22

24 A - Composição Química Os elementos químicos que mais influenciam na microestrutura dos ferros fundidos são o carbono e o silício. Com base no que foi exposto até agora se pode entender que: o carbono determina a quantidade de grafita que se pode formar; e o silício é o elemento que pode influenciar de tal forma a formação da grafita que é capaz de determinar o tipo de ferro fundido que será obtido, entre cinzento, mesclado ou branco. Esta tendência a promover a grafitização ocorre mesmo com baixos teores de silício. O manganês, sempre presente mesmo que em baixos teores, tem efeito oposto ao do silício, isto é, estabiliza a cementita e assim contrabalança ou controla a ação grafitizante do silício. Normalmente o Mn, tanto nos ferros fundidos como nos aços, é adicionado como dessulfurante, entretanto, como na pratica há sempre um excesso de manganês, este atua como um estabilizador da perlita. Daí o seu efeito oposto ao do silício na formação da grafita tendendo a formar uma matriz perlítica, o que é de grande utilidade para peças de fundidas volumosas. Os outros elementos, em percentuais muito reduzidos, considerados residuais ou impurezas normais, como fósforo (P) e enxofre (S), não tem ação muito significativa sobre a grafitização. Porém o fósforo é um estabilizador relativamente forte do fosfeto de ferro, de aparência branca e perfurada, chamado steadita (Fe 3 P), figura 7 indicado pela seta. A parte mais clara da região indicada pela seta é a cementita e os pontilhados dentro dela são os fosfetos de ferro (Fe 3 P). Figura 7 Ferro fundido cinzento com grandes veios de grafita, o eutético complexo rico em fósforo e inclusões numa matriz perlítica. Aumento 100x e ataque Picral. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) A tabela 2 mostra os efeitos sobre a microestrutura de alguns elementos quando presentes no ferro fundido. 23

25 Tabela 2 Efeitos micro-estruturais de alguns elementos nos ferros fundidos. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) B - Velocidade de Resfriamento Esse fator abrange a velocidade de resfriamento propriamente dita durante a solidificação no interior dos moldes e a espessura das peças. Em outras palavras, em seções espessas o resfriamento é mais lento e em peças de seções finas o resfriamento é mais rápido. Portanto, peças de seção variada apresentam diferentes velocidades de resfriamento. Para elevadas velocidades de resfriamento, como as que ocorrem em seções finas ou próximas as paredes externas dos moldes, não há muito tempo para decomposição da cementita. Sendo assim, dependendo dos teores de carbono e de silício, pouca ou nenhuma grafitização vai ocorrer tendendo a formar-se ferro fundido branco ou mesclado. Na prática produzem-se as chamadas seções coquilhadas, ou seja, resfriadas rapidamente contendo quantidades variadas de cementita na matriz. No caso das seções espessas de lento resfriamento, ocorre uma apreciável grafitização, também dependente sempre do teor de silício. Normalmente a microestrutura será composta por uma matriz de perlita com grafita lamelar homogeneamente distribuida. Para um resfriamento ainda mais lento em um teor de silício mais elevado, a cementita da perlita pode-se decompor parcialmente em ferrita. Este fenômeno dá origem a uma microestrutura de veios de grafita com matriz perlítica e ferrítica, figura 6. Essa microestrutura confere ao material, características de baixa dureza e excelente usinabilidade, além de razoável resistência mecânica. Quando houver peças de seção intermediária poderá ocorrer a formação do ferro fundido mesclado. 24

26 A velocidade de resfriamento não influi só na reação de grafitização, mas também na forma distribuição e tamanho dos veios de grafita. Velocidades altas produzem veios finos, com uma distribuição dendrítica, normalmente indesejável. Velocidades médias resultam em distribuição e tamanhos normais, e velocidades baixas originam veios grossos de grafita. Uma forma de verificar a influencia do teor de silício e da velocidade de resfriamento na grafitização de forma simples e prática é através da utilização de um pequeno corpo de prova de tamanho específico chamado cunha de coquilhamento, figura 8. Este teste pode ser feito pelo próprio fundidor e serve para verificar de forma eficiente a grafitização ocorrida com uma determinada liga e tipo de molde antes do vazamento das peças. Deste modo, pode-se corrigir em tempo a carga do forno de fundição, mediante a adição de elementos grafitizantes ou estabilizantes. Figura 8 Cunha de coquilhamento, em que as dimensões variam conforme o indicado. O tempo de solidificação e resfriamento da maior cunha até a menor varia de 35s até 10 min. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Componentes Microestruturais dos Ferros Fundidos O mais importante sem dúvida é a grafita, por ser o constituinte que determina fundamentalmente as características mecânicas dos ferros fundidos. É comum comparar os ferros fundidos com os aços, chamando-os de aços que contem grafita em veios, pois os demais constituintes como ferrita, cementita e perlita, são comuns a ambos. A razão por que os ferros fundidos apresentam propriedades tão distintas das dos aços reside no fato de os veios de grafita formarem descontinuidades na matriz do material, ou seja, interrompem a uniformidade química, física e mecânica da matriz. As instituições estrangeiras normativas ASTM* e ASF** classificam o aspecto e a forma de apresentação da grafita lamelar em cinco tipos, representados na figura 9: *ASTM American Society for Testing Materials **ASF American Foundrymen s Society 25

27 A irregular desorientada B em roseta C desigual irregular D interdendrítica desorientada E interdendrítica orientada Figura 9 Forma de distribuição dos veios de grafita segundo a ASTM e a ASF. (Aços e Ferros Fundidos, Vicente Chiaverini, 2002) Do mesmo modo estas instituições normativas classificam a grafita quanto às dimensões em oito tamanhos, sendo 1 os veios maiores e 8 os veios menores. 26

28 Considerando-se que normalmente a grafita não corresponde a mais de 50% da micro-estrutura e também não é a fase contínua, por mais longos e conectados que sejam os veios, os constituintes referidos como matrizes são a ferrita, cementita e perlita. Eles podem ser vistos em vários tipos de ferros fundidos que possuem diferentes tipos de grafita obtidos por diferentes processos, como visto na figura 10. Figura 10 Fotomicrografias de vários tipos de ferros fundidos hipoeutéticos. (a) Cinzento: veios escuros de grafita em uma matriz clara de ferrita (Feα), ampliação 500x; (b) Nodular ou Esferoidal (dúctil): nódulos escuros de grafita em uma matriz de ferrita, ampliação 200x; (c) Branco: áreas brancas de cementita em uma matriz de perlita, aumento de 400x; (d) Maleável: rosetas escuras de grafita em matriz clara de ferrita, aumento 150x. (Materials Science and Engineering - An Introduction, William D. Callister, 1999) 27

29 A cementita, já citada várias vezes neste texto, é uma fase de estequiometria definida (Fe 3 C), composta de metal-semimetal, ou seja, um carboneto de ferro, extremamente duro. A ferrita ou Feα é uma fase composta por ferro com uma mínima quantidade de carbono em solução sólida, no máximo 0,022% a 727 C. A perlita é um micro-constituinte composto por lamelas de ferrita intercaladas com lamelas de cementita. É um constituinte intermediário aos anteriores, confere boa resistência mecânica sem impossibilitar o processamento (conformação, usinagem, soldagem). A ledeburita, figuras 3 e 10 é a microestrutura característica dos ferros fundidos brancos. È constituída por uma matriz de cementita com glóbulos espalhados de perlita, o que confere alta dureza e baixa resistência ao impacto a este tipo de ferro fundido. A steadita, figura 7, é um constituinte de natureza eutética, compreende partículas de fosfeto de ferro Fe 3 P e carboneto de ferro Fe 3 C, com baixo ponto de fusão (inferior 982 C). Normalmente este tipo de segregação ocorre em áreas interdendríticas, pois estas áreas são as últimas a se solidificar. A formação desta fase ocorre quando há uma quantidade superior a 0,15% em peso Fatores Outros que Influenciam na Grafitização dos Ferros Fundidos Existem outros fatores, além dos já citados, que influenciam na reação de grafitização (forma, distribuição e dimensões dos veios de grafita) e, portanto nas propriedades mecânicas dos ferros fundidos. O mais importante é a chamada inoculação que consiste na adição de uma liga metálica, em grãos, enquanto o metal ainda está líquido, momentos antes de seu vazamento nos moldes de areia. Isto pode ser feito durante o jorro do metal do forno para a panela de vazamento ou no próprio forno. Vicente Chiaverini (2002) acredita que esta prática provoca o aparecimento de núcleos de grafitização no metal fundido facilitando a formação da grafita, sem conseqüência apreciável na estabilidade da perlita. Com isto, pode-se evitar a formação de ferro fundido branco e também favorecer a formação de veios de grafita menores e mais uniformemente distribuídos. Outras vantagens são: - favorecer a formação de grafita do tipo A e diminuir ou eliminar a grafita interdendrítica, sobre tudo do tipo D; - melhorar as propriedades mecânicas; 28

30 - possibilitar a obtenção de ferros fundidos cinzentos de alta resistência com carbonos equivalentes (C.E.) relativamente baixos. Alguns tipos de inoculantes comercialmente utilizados são os: grafitizantes comuns como grafita, silício metálico, ferro-silício (50% 75% ou 85% de Si) e siliceto de cálcio; grafitizantes especiais que possuem maio poder grafitizante e podem ser usados em menores quantidades como Ca-Si, Ca-Si-Ti, Ca-Si-Mn, Si-Zr-Ca, Si-Ba, Si-Mn-Ca-Ba, Si- Ce, Si-terras raras, etc.; e estabilizantes (ou perlitizantes) usados em ferros fundidos cinzentos de alto C.E. (4 a 4,5%), como o Cr-Si, Cr-Si-Mn, Cr-Si-Mn-Zr e siliceto de cromo. Outro fator a considerar é o superaquecimento que corresponde a temperatura em que se encontra o metal completamente fundido. Para obter bons resultados deve-se manter a temperatura relativamente alta, entre 1500 e 1700 C, só possível com fornos elétricos. O superaquecimento resulta em início de grafitização a temperaturas mais baixas, o que favorece a formação de veios mais finos e bem distribuídos. Porém, nota-se uma tendência à formação de grafita interdentrítica (tipo D), que resulta em mais baixa resistência. Isto é corrigido pela adição de inoculante. Outro resultado do superaquecimento é que a liga se torna menos sensível a variação da seção transversal das peças. 29

31 4. MATERIAIS E MÉTODOS O estudo descrito no presente trabalho foi realizado na empresa Jofund S.A./Fremax Freios durante o último estágio curricular do curso de Engenharia de Materiais da UFSC, no período de setembro a dezembro de O estágio foi realizado no setor de engenharia, porém a maior parte da infra-estrutura utilizada pertence ao setor de qualidade e produção. A espessura da peça determina a capacidade de armazenar calor, isto é, as regiões que resfriam mais rápido por serem mais finas e as que concentram calor por mais tempo por serem mais grossas. A peça escolhida é uma placa de pressão, que possui uma geometria relativamente simples, semelhante a um anel, com uma variação de espessura ao longo da seção transversal de 20 a 25 mm. Ela é uma das menores e mais leves peças produzidas pela empresa, 1,88kg. Mesmo antes da consulta às referências esta peça foi escolhida, pois já havia sido observada uma redução aleatória na dureza da mesma. Isto porque não se acompanhou todo o processo produtivo para saber qual das etapas poderia estar influenciando estes resultados, apenas retirou-se uma peça qualquer para análise rotineira. Além disso, esta é uma das cinco peças mais produzidas pela empresa. Figura 11 Placa de Pressão O material utilizado pela empresa para fabricar esta peça é o FC 200 (classificação da norma ISO 185 de 1988), FC que significa ferro fundido cinzento, sucedido do valor mínimo de resistência a tração que é de 200 MPa. A seguir pode ser vista a tabela com a composição indicada pela norma. 30

32 Tabela 3 Composição do ferro fundido FC 200, segundo a norma ISO 185. (Ferros Fundidos, Guido Warmling, 1998) FC 200 ISO 185 Carbono 3,2 a 3,4% Silício 2,0 a 2,5% Manganês 0,4 a 0,8% Enxofre 0,15%máx. Fósforo 0,30%máx. Carbono Equivalente 4,05 a 4,15% Esta composição, como anteriormente citado, é apenas utilizada como orientação, sendo que pequenas alterações são feitas e permitidas para facilitar a produção e obtenção das propriedades desejadas. Para evitar variações de propriedades causadas por pequenas alterações na composição química, os moldes foram preenchidos com metal líquido de uma mesma fornada, ou seja, de mesma composição química, 5 conjuntos com 4 peças cada um, num total de 20 peças. Os conjuntos foram vazados aproximadamente entre 1330 a 1340 C. Para medir a temperatura do metal líquido antes do vazamento utilizou-se um pirômetro. A linha de vazamento possui 22 chapas espessas de aço, figura 12, com rodas chamados carrinhos, onde os moldes são empilhados em 4 por carinho formando um conjunto. Os moldes são limpos por dentro com uma pistola de ar comprimido, na mesa de limpeza (1), e são manualmente empilhados nos carrinhos. As setas indicam a direção do movimento dos carrinhos. Após abastecimento da linha os carrinhos levam os moldes até a máquina de colocação dos pesos (3a). Os pesos são colocados sobre os moldes para que durante o vazamento não abram evitando derramar metal para fora dos mesmos, o que tornaria necessário refugar as peças. A seguir, os moldes passam em frente a área 2 onde os vazadores realizam o preenchimento dos moldes de areia com metal líquido. Após o vazamento as peças chegam em 3b onde o peso é retirado e em 4 ocorre a desmoldagem automática. Trata se de um sistema pneumático que joga um conjunto de peças, por vez, para uma calha vibratória subterrânea, executando assim a quebra dos moldes de areia, ou seja, a desmoldagem. O tempo de resfriamento das peças dentro dos moldes dura normalmente 20 minutos, que é o tempo necessário para percorrer a área 2 e chegar até a máquina de desmoldagem automática em 4. 31

33 Figura 12 Vista superior do layout de produção. 1: Mesa de limpeza de moldes; 2: Área limite para o vazamento; 3: Sistema Pneumático de colocação (a) e retirada (b) de pesos; 4: Sistema de Desmoldagem Automática. No caso dos experimentos do presente trabalho, os conjuntos de peças foram retirados da linha de vazamento na área 2 para aguardarem mais tempo resfriando dentro dos moldes. Sendo assim, foram retirados 5 conjuntos de peças da linha de vazamento e armazenadas em local coberto dentro da própria fundição. Neste local os conjuntos ficaram aguardando a desmoldagem manual. Para tanto, foram usados suportes metálicos, chapas de aço de 300 x 300 mm e 4 mm de espessura, que foram colocadas entre os conjuntos de moldes e os carrinhos da linha. Isto possibilitou a retirada dos conjuntos da linha de vazamento, sem desmoldar as peças. Os suportes foram necessários porque os moldes perdem totalmente a resistência impossibilitando seu manuseio. Além disso, as altas temperaturas em que ficam os moldes, depois de preenchidos com metal liquido, dificultam também o seu manuseio. Tanto na desmoldagem manual dos testes assim como na desmoldagem automática foi utilizado um termômetro laser para medir a temperatura aproximada das peças e verificar uma possível diferença de temperatura entre as peças de um mesmo conjunto. O intervalo de tempo escolhido para realizar a desmoldagem manual de cada um dos conjuntos de peças foi de 2,5 horas, ou seja, após o vazamento do metal líquido nos moldes de areia o primeiro conjunto foi desmoldado após 2 horas e 30 minutos e os próximos com 5h, 7h30min, 10h e 12h30min. Posteriormente, foi vazado um lote de 20 peças resfriadas nas mesmas condições do teste anterior para confirmar se o comportamento indicava a mesma tendência. Em ambos os testes as peças dos 5 conjuntos tinham a mesma composição química, porém como a fusão/vazamento foi feita em dias diferentes a composição dos lotes apresenta leve diferença. A composição química dos testes anteriormente citados foi realizada através de espectrometria ótica e pode ser vista na tabela 4. 32

34 Tabela 4 Composição Química das Peças dos Lotes 1 e 2. Lote 1 % C % Si % Mn % P % S % Ni % Cr % Mo % Cu % Fe 3,44 1,82 0,62 0,07 0,01 0,01 0,03 0,02 0,00 93,86 Lote 2 % C % Si % Mn % P % S % Ni % Cr % Mo % Cu % Fe 3,39 1,90 0,58 0,06 0,01 0,01 0,02 0,02 0,00 93,88 Os fornos utilizados para fusão e obtenção da classe de ferro fundido cinzento, FC 200, são elétricos de indução, com capacidade para 1650 kg de metal. Isso possibilita uma fusão mais rápida do metal e maior facilidade de análise e correção da composição química das mesmas. A empresa trabalha com fundição em moldes de areia de sílica tipo Caixa Fria (Cold Box). Este tipo de processo utiliza areia de sílica comum aglomerada com resina fenólica. As peças do lote 1 como do 2 foram submetidas a análises metalográficas e ensaios de dureza. O ensaio de resistência à tração só foram feitos em amostras do lote 1. As medidas de dureza foram efetuadas em todas as peças (A, B, C e D) enquanto que para resistência a tração e metalografia foram retirados corpos de prova apenas na segunda peça do conjunto (B), como mostra a figura 13. Figura 13 Suporte metálico com os moldes empilhados Deu-se preferência de realização dos ensaios para as peças intermediárias (B e C), pois já era esperado que as mesmas tivessem um resfriamento mais lento devido a presença de outra peça quente acima e abaixo das mesmas. Este fato se confirmou no momento em que as peças do experimento foram desmoldadas manualmente, pois se observou uma diferença de até 70 C das peças das extremidades (A e D) para as intermediárias (B e C). Isto porque no caso da peça A a corrente de ar aumenta a velocidade de resfriamento por 33