INOCULAÇÃO EM FERROS FUNDIDOS CINZENTOS

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1 INOCULAÇÃO EM FERROS FUNDIDOS CINZENTOS O objetivo deste trabalho é a de transmitir conhecimentos teóricos bastante superficiais sobre inoculação visando apenas armá-lo para um diálogo na promoção de vendas de Inoculin. Para se obter sucesso na introdução do Inoculin, você deve além de ter conhecimentos teóricos (mesmo superficiais), saber formular perguntas afim de obter respostas bem definidas e então estar apto para sugerir testes com um inoculante ideal para o caso. A) Objetivo da Inoculação Os objetivos da inoculação podem ser resumidos da seguinte maneiro: 1) Evitar ou reduzir a tendência a formação de estrutura branca (cementita ou carbetos) e aumentar a aptidão a formação de grafita tipo A (a mais desejável) 2) Obter uma estrutura homogênea numa peça apesar das condições de resfriamento variável em função das espessuras. 3) Em consequência dos objetivos a e b obter melhores propriedades de utilização dos ferros fundidos. Portanto a inoculação facilita a produção de peças em fero fundido de alta qualidade com baixo carbono equivalente apesar de sua tendência em solidificar-se com estrutura branca. Nota: O efeito de inoculação é tanto mais limitado quanto mais elevado for o carbono equivalente até se obter resultados inversos. Comprova-se que nos ferros fundidos de composição que se eutética a inoculação leva a uma queda da resistência mecânica. Por isso a inoculação dos ferros fundidos euteticos e hipereuteticos é geralmente sem interesse quando se pretende melhorar as propriedades mecânicas, entretanto inocula-se suavemente afim de reduzir eventual coquilhamento. Observação: Ferro fundido eutético - C. Eq. = 4,3% Ferro fundido hipoeutético - C. Eq. < 4,3% Ferro fundido hipereutético - C. Eq. > 4,3% Carbono equivalente - CT. + % Si + % P 3

2 B) Mecanismo da Inoculação B1) Super resfriamento e inoculação O ferro fundido cinzento solidifica-se conforme o diagrama abaixo O intervalo de temperatura entre o eutético estável (estrutura cinzenta) e o eutético metaestável (estrutura branca) depende de vários fatores e mais particularmente o teor de silício. No caso de solidificação rápida de um ferro fundido de baixo carbono equivalente, o fenômeno de super esfriamento pode produzir-se abaixo da temperatura do eutético metaestável e provocar assim a formação de carbonetos com estrutura branca.

3 Pesquisas permitem mostrar que em certas condições os Inoculantes modificam o valor do super resfriamento. A inoculação e o super resfriamento são fenômenos conexos, porém radicalmente opostos quanto a seus efeitos. Pode-se definir a inoculação dos ferros fundidos como a introdução de germes no banho de metal fundido para suprimir ou reduzir o fenômeno de super resfriamento pelo menos temporariamente. Estes germes fazem o papel de núcleos exógenos de cristalização. B2) Super resfriamento e número de células eutéticas O número de germens de cristalização que se tornam ativos determina o número de células eutéticas. A relação direta entre o número de celular eutéticas e o super resfriamento está representada pelo diagrama: Ao supor que cada célula resulta de um gemem de cristalização, encontra-se um campo bastante amplo de variação indo de 600 a 700 células/cm 2 para um super resfriamento de 5 a 10 ºC até 200 células/cm 2 para um super resfriamento de 25 a 30 ºC. Daí a necessidade de uma inoculação bem definida para se obter resultados constantes.

4 B3) Super resfriamento e forma da grafita A velocidade de crescimento da grafita é proporcional ao quadrado do super resfriamento. Resulta que a um super resfriamento fraco corresponde pequena velocidade de crescimento da grafita e que, portanto: O número de lamelas de grafita é pequeno Para um volume constante de grafita a distância entre as lamelas é grande A forma de grafita é grosseira com lamelas compactas de bordas bastante arredondadas (grafite tipo C) Pelo contrário quando se aumenta o grau de super resfriamento: A velocidade de crescimento da grafita aumenta O número de lamelas de grafita aumenta A distância entre as lamelas reduz As lamelas são mais finas (grafita tipo D e E) A inoculação diminuindo o grau de super resfriamento impede a formação de grafita tipo D ou E, sem chegar a formação de grafita de forma grosseira tipo. Tipos de Grafita

5 C) Efeitos da Inoculação Os efeitos da elevação do grau de nucleação no processo de solidificação do eutético estável, pode ser melhor entendido pelo esquema abaixo: D) Fatores que influem sobre a Inoculação Diversos são os fatores que influenciam a eficiência da inoculação: D1) Composição do ferro base A composição do ferro base é importante principalmente no que se refere ao carbono equivalente e aos teores residuais de impurezas. Quanto maior o carbono equivalente maior a tendência grafitizante do banho metálico. Assim sendo mantidas as demais variáveis que interferem na eficiência da inoculação normalmente é necessária uma quantidade maior de inoculante para ligas hipoeutéticas que para as hipereutéticas. O teor de impurezas notadamente de oxigênio desempenha papéis importantes, uma vez que os inoculantes de função grafitizante são excelentes desoxidantes, podendo assim ser em parte consumidos na desoxidação do metal liquido sem que estejam aumentando a nucleação do banho. D2) Temperatura de inoculação A temperatura de inoculação não deve ser elevada porque pode ocorres uma destruição dos centros efetivos para a nucleação da grafita, mas não pode ser muito baixa pois a dissolução das partículas de inoculante pode ser incompleta. Nessas condições a eficiência do inoculante ficará diminuída. D3) Quantidade do inoculante No que se refere a quantidade de inoculante adicionado tem-se observado que ocorre um aumento da eficiência com o acréscimo de % do inoculante. Todavia há um limite para essa adição após o que esse efeito passa a ser praticamente desprezível. Convém salientar que adições muito elevadas podem produzir aquilo que se poderia chamar de super inoculação o que pode aumenta a tendência ao aparecimento de defeitos como porosidade ou inclusões de escórias.

6 D4) Estado da superfície do banho metálico Antes de se processar a inoculação é necessário efetuar a retirada da escoria uma vez que a superfície do banho deve estar isenta de óxidos, que são geralmente os constituintes das escórias de ferros fundidos pois parte da quantidade de inoculante utilizada é consumida na redução desses óxidos. D5) Tempo transcorrido ente a inoculação e a solidificação Outros parâmetros importantes em relação a inoculação é o tempo transcorrido entre esses tratamentos e a solidificação uma vez que ocorre uma diminuição da eficiência do inoculante com o tempo desvanecimento. As consequências do desvanecimento são um aumento do super resfriamento para a solidificação uma diminuição do número de células eutéticas e, portanto, um aumento da tendência a formação de carbonetos euteticos na estrutura. D6) Granulometria do Inoculante A granulometria do inoculante deve ser controlada pois as partículas devem ser suficientemente pequenas para que o dissolvam rapidamente e grandes o bastante para que não se oxidem ou flutuem antes que tenham se dissolvido totalmente. D7) Prática de Inoculação O sistema de introdução mais comumente utilizado consta de um recipiente dosador que deve ser posicionado por cima do fluxo de metal na bica o mais próximo possível do orifício de sangria. O inoculante deve ser introduzido progressivamente no ferro fundido e o tempo de inoculação deve estar compreendido entre 60 e 80% do tempo necessário para encher a panela. Observações: Devido à grande variação no peso especifico dos inoculantes nunca se deve considerar a quantidade de inoculante a adicionar em volume.

7 INFLUÊNCIA DOS ELEMENTOS NOS INOCULANTES GRAFITE: os inoculantes a base de grafite é bastante eficaz para reduzir o coquilhamento mesmo quando o enxofre é baixo (0,04%) SILICIO: o silício é tido como um elemento grafitizante, porém a sua eficácia é notada quando outros elementos estão presentes, geralmente o cálcio e alumínio. CALCIO: o cálcio facilita o aumento do grau de nucleação consequentemente maior número de núcleos em crescimento, porém deve ser usado com muito critério pois o alto teor de cálcio provoca elevada quantidade de escoria fluida originando defeito de drosses. ALUMINIO: esse elemento é um forte grafitizante, porém teores excessivos promovem o aparecimento de porosidades nos fundidos. O teor máximo admissível é de 2%. Normalmente o alumínio está presente nos inoculantes como impurezas. Salientamos também que o alumínio é inibidor da nodularização. TITANIO: o titânio além de grafitizante é um ótimo desoxidante sendo seu uso recomendado para ferros fundidos altamente oxidados. Uma outra vantagem é o efeito de neutralizar a ação de residuais de nitrogênio que quando presente em teores elevados podem dar origem a porosidades. OBSERVAÇÃO: fundições que também produzem ferros fundidos nodulares devem tomar cuidado pois o titânio em pequenas percentagens inibe a nodularização, pois o mesmo pode estar hereditariamente contido no retorno. ZIRCONIO: é um elemento que tem um bom efeito grafitizante atuando também como refinador da grafita. É considerado um poderoso desoxidante e tende a combinar com o nitrogênio a fim de prevenir porosidades. MANGANÊS: o manganês presente nos inoculantes tem por finalidade abaixar o ponto eutético do mesmo (melhor dissolução). Atua também como estabilizador de perlita. BARIO: o bário aumenta a eficiência tanto na redução da profundidade de coquilhamento como na promoção de grafite tipo A, além de refinar as células eutéticas. O bário também aumenta a resistência do desvanecimento. ESTRONCIO: este elemento é considerado um dos mais efetivos quanto a redução de coquilhamento dos ferros fundidos. Entretanto, seu efeito não seria tão intenso quando em presença de residuais de cálcio. É recomendado na fabricação de peças finas pelo seu elevado poder grafitizante. O estrôncio aumenta violentamente a resistência do desvanecimento. CROMO: este elemento é um promovedor de perlita. Os inoculantes a base de cromo pertence à família dos inoculantes estabilizadores. Quando utilizado em peças finas ou de baixo C. E. deve ser adicionado juntamente com um inoculante grafitizante devido a sua tendência de formar carbetos (cementita). Melhora as propriedades mecânicas aumentando a resistência a tração e a dureza.