FERROS FUNDIDOS NODULARES. Ferros fundidos nodulares

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1 FERROS FUNDIDOS NODULARES Ferros fundidos nodulares

2 Cinzentos vs. nodulares Cinzento Nodular CE 3,5 a 4,4 4,0 a 4,8 Si 1,5 a 2,4 2 a 3,5 (5!) Grafita Lamelar, A Nodular defeitos D, B, C desvios da nodular Matriz Perlita Todas! Mg e S S :0,03-0,15% S<0,02; Mg:0,04-0,06

3 Cinzentos vs. nodulares Cinzento CE:3,5 a 4,4 Nodular CE:4 a 4,8

4 Cinzentos vs. nodulares Cinzento Nodular LR 140 a a 800 LE não especif. 250 a 500 A não especif. 2 a 25 Impacto não especific. especificado (20J, com entalhe)

5 Seleção de materiais Propriedade cinzento nodular aço Resistência mecânica ( ) ( ) Dutilidade X Usinabilidade Amortecimento de vibrações X Transmissão de calor Facilidade para fundir Custo

6 Propriedades mecânicas mais resistência, menos dutilidade ALONGAMENTO Alongamento,%

7 Propriedades mecânicas Normas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916 KARSAY (Ductile Iron engineering design, properties, applications: Classe1 Nodulares de altíssima resistência mecânica. Matriz de martensita revenida ou bainita. Exige elementos de liga e tratamento térmico($$$); Limite de escoamento mínimo de 640 MPa. Classe da ASTM CILINDRO DE LAMINAÇÃO

8 Classe 2 Propriedades mecânicas Normas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916 KARSAY (Ductile Iron engineering design, properties, applications Nodulares de alta resistência mecânica. Matriz de perlita. Exige elementos de liga ou tratamento térmico($$); Limite de escoamento mínimo de 500 MPa. Classes : ASTM ; DIN GGG80 Engrenagem (compressor)

9 Propriedades mecânicas Normas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916 KARSAY (Ductile Iron engineering design, properties, applications Classe 3 Matriz com predominância de perlita. Obtido bruto de fundição; Limite de escoamento mínimo de 400 a 450 MPa. Classes : ASTM ; DIN GGG70 ou GGG60; ISO 700/02 OU 600/02 Indústria de papel - cilindros

10 Propriedades mecânicas Normas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916 KARSAY (Ductile Iron engineering design, properties, applications Classe 4 Materiais relativamente moles. Matrizes meio a meio ou predominantemente de ferrita. Obtidos brutos de fundição; Limites de escoamento mínimos de 280 a 350 MPa. Alongamentos mínimos a partir de 7% até 15%. Classes : ASTM ; DIN GGG50 e GGG40 ISO 500/07 e 420/12

11 Propriedades mecânicas Normas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916 KARSAY (Ductile Iron engineering design, properties, applications Classe 5 Materiais com a mais alta dutilidade.alongamentos mínimos entre 17 e 24%. Impacto até 20J(Charpy V).Matrizes totalmente ferríticas. Frequentemente obtidos por recozimento. Podem ser obtidos brutos de fundição. Limites de escoamento inferiores a 280 MPa. Classes : ASTM ; DIN GGG 40.3 e GGG 35.3 ISO 380/17 Pistões para ferramenta pneumática GGG40.3 Carcaça de turbocompressor, 5 t.

12 Propriedades mecânicas Nódulos bem formados são essenciais para atingir altas propriedades mecânicas. Qual a classe desse material?

13 Propriedades mecânicas Efeito da % Perlita e nodularidade

14 Propriedades mecânicas Efeito da espessura da peça

15 Processo de fabricação Aspectos básicos: CE elevados: ligas hipereutéticas Teores de Si altos (em comparação com cinzentos) Necessidade de inoculação muito maiores que os cinzentos. Por que? Adição de nodulizantes: Mg ( +Ce) Controle das matrizes metálicas: classes

16 O que pode dar errado? Forma da grafita Nodularidade 100% 80% 50% Aspecto típico de baixa % Mg ( fading provavelmente)

17 Formas da grafita Forma da grafita Nodularidade: fração da área de grafita que atende ao critério selecionado. Exemplo: o material pode ser considerado 100% nodular se todas as partículas de grafita tiverem fator de forma igual ou superior a 0,58.

18 Formas da grafita Forma da grafita

19 Crescimento da grafita nodular Grafita nodular: cresce na direção c, formando pirâmides C a Grafita lamelar: cresce na direção a, formando placas A presença do Mg e a eliminação do S mudam a direção de crescimento do cristal de grafita, passando da direção do eixo a (crescimento expondo plano basal, grafita lamelar) para a direção c.

20 Processos de nodulização Fundamentos: Introduzir 0,03 a 0,06%Mg em ferro fundido a 1500ºC Solubilidade do Mg no ferro Pressão de vapor do Mg Oxidação Dessulfuração

21 Efeito do Mg dissolvido na nodularidade Mg dissolv. Nodularidade Limite resist., Alongamento % MPa % 0, ,8 0, ,7 0, ,2 0, ,6 0, ,5 0, ,5 Ref. : Itofuji, H, World Symposium on ductile iron, 1998.

22 Processos de nodulização Solubilidade do Mg na liga Fe-C Solubilidade do Mg no Fe sat em C: Log (%Mg) sat = 7000/T + log P Mg 5,1 Os estudos divergem para as temperaturas mais baixas, mas a solubilidade é da ordem de 0,1% a 0,2% na faixa entre 1400 e 1500ºC. Comparar com os teores normalmente encontrados: 0,05%Mg. Por que o rendimento é baixo?

23 Processos de nodulização Pressão de vapor do Mg puro P Mg (atm) 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0, T ( C) A pressão de vapor do Mg a 1450ºC é de mais de 10 atmosferas. A maior parte da perda de Mg é por vaporização! Pressão de vapor do Mg diluído em liga90%si-10%mg PMg (atm) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Si-10%Mg T ( C) A diluição do Mg em ligas pode diminuir a P Mg. Utilização de ligas Fe-Si-Mg

24 Processos de nodulização Simples transferência Rendimentos baixos(<35%) Usada para ligas de alta densidade:ni-mg, Cu-Mg. Técnica cada vez menos utilizada, devido ao baixo rendimento e agressão ao ambiente de trabalho.

25 Processos de nodulização processo sandwich Aumento do rendimento da adição, graças a: H=2 a 3 x D Rebaixo para liga Cobertura com sucata(chapa fina) Vazamento rápido (formar coluna de metal) Rendimentos no processo sandwich : 40-50%

26 Processos de nodulização Panelas tipo tundish cover processo mais utilizado nos EUA atualmente. Rendimentos 50 a 70%

27 Processos de nodulização Panelas tipo tundish cover variante Entrada do ferro fundido Entrada de liga, saída de gases

28 Processos de nodulização Imersão com sino Rendimentos: 50 a 60% Ligas com 15% Mg ou mais podem ser utilizadas. Quantidade mínima da ordem de 1 t, para minimizar perda de temperatura.

29 Processos de nodulização Arame de Mg revestido com aço Rendimentos perto de 50%; Adequado para processos automatizados Usado na produção de ferro vermicular.