ANÁLISE MICROESTRUTURAL DE UM FERRO FUNDIDO CINZENTO SOLDADO COM VARETA FUNDIDA

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1 ANÁLISE MICROESTRUTURAL DE UM FERRO FUNDIDO CINZENTO SOLDADO COM VARETA FUNDIDA 1 Pappa, T. N. A.; 2 Zanarotti, T.; 1 Scatena, H.; 1 Farah, A. F.; 1 Angeloni, M.; 1 Bosquetti, P. Rua Jordão Borghetti, Bairro São João, Sertãozinho SP, CEP alfatec2011@bol.com.br 1 Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho - FATEC Sertãozinho; (2) Aztec RESUMO Nos processos convencionais, para soldagem em ferro fundido cinzento, utilizam-se eletrodo de Níquel 98%. Este trabalho apresenta estudo de comparação do método convencional, com dois tipos de metal de adição, utilizando pré e pós-aquecimento. Foram soldadas placas de ferro fundido cinzento, utilizando os metais de adição fundidos (C1 e C2) e o metal de adição convencional. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o procedimento atual de solda em ferro fundido cinzento com eletrodo convencional e compará-lo com varetas de ferro fundido cinzento que seja compatível com as características do material, visando reduzir custos. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios pela microestrutura obtida após a soldagem. Os resultados mostram que as combinações de eletrodo e vareta apresentam características similares à do metal base, podendo ser utilizada como recuperação de fundidos, que serão usinados, com redução de custo, em relação ao método convencional, com o eletrodo à base de Níquel. Palavras-chave: soldagem, ferro fundido cinzento, microestrutura. INTRODUÇÃO Segundo Chiaverini (1986), a transformação dos metais e ligas metálicas em peças de uso industrial pode ser realizada por intermédio de inúmeros processos, a maioria dos quais tendo como ponto de partida o metal líquido ou fundido que é derramado no interior de um molde. A forma da cavidade do molde pode ser tal que corresponde 4955

2 praticamente á forma definitiva ou quase definitiva, da peça projetada ou pode apresentar contornos regulares cilíndricos e prismáticos de modo que a peça resultante possa ser posteriormente submetida a um trabalho de conformação mecânica, no estado sólido, com o objetivo de obter novas formas da peça. De acordo com Paris (2003), o ferro fundido cinzento é o mais empregado em quase todas as necessidades industriais, este material contém até 0,8% de carbono combinado. O resto do carbono, até 4% no total, é grafite livre na matriz de ferro. Segundo Houlderoft (apud WAINER; BRANDI; MELLO 1992), denomina-se soldagem ao processo de união entre duas partes metálicas, usando uma fonte de calor, com ou sem aplicação de pressão. A solda é o resultado desse processo. A soldagem com eletrodos revestidos (Shielded Metal Arc Welding - SMAW) é um processo que produz a coalêscencia entre metais pelo aquecimento destes com um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo metálico revestido e a peça que está sendo soldada, de acordo com Marques, Modenesi e Bracarense (2009). É fundamental que o metal de adição (eletrodo ou vareta de solda) utilizado na soldagem tenha composição química e propriedades mecânicas iguais ou superiores ao metal base, para que assim forneça à região soldada característica semelhante ou superior ao metal base. As indústrias metalúrgicas apresentam defeitos nos fundidos e utiliza eletrodo de níquel para soldar, o que é indicado pela literatura. Os eletrodos de níquel puro raramente trincam, pois contêm um alto teor de níquel e o carbono ligeiramente acima do limite de solubilidade no níquel. Entretanto, os produtos níquel-ferro-manganês podem apresentar trincas na zona soldada se a diluição for muito alta (SILVEIRA, 2004). A principal dificuldade na soldagem de ferro fundido é sua tendência para formar microestruturas duras e frágeis na ZTA. De acordo com Paris (2003), o calor da solda resulta na formação de uma poça de metal líquido que se resfriado rapidamente produz vários tipos de microestruturas. O carbono do metal fundido se separa como constituinte livre, e a sua quantidade e forma que ele toma, depende da velocidade de resfriamento. A estrutura na ZTA é complexa e normalmente consistem de uma mistura de martensita, austenita, carbonetos primários e eutéticos. MATERIAIS E MÉTODOS Foram preparadas placas de material fundido GG25 conforme norma DIN EN-GJL-250, com espessura 30 mm, 300 mm comprimento e 110 mm largura. As placas foram 4956

3 subdivididas em partes de 75,5 mm comprimento e 110 mm largura. Foi feito um chanfro V de 60 e nariz de 5 mm, conforme descrito na Figura 1 abaixo. Figura 1. Dimensões das peças para os testes. Para a preparação da moldagem das placas foram utilizados caixas de moldagem com dimensões 43 cm x 43 cm, moldes em madeira com as dimensões 30 mm espessura, 300 mm comprimento e 110 mm largura, mistura de areia com resina e catalisador, conforme mostra a Figura 2. Figura 2. Preparação na moldagem das peças teste. Abaixo na Tabela 1 a composição descrita pela norma DIN EM-GJL-250 para o GG25 e na Tabela 2 composição química das amostras fundidas (placas de GG25). Tabela 1: Composição química da norma DIN EM GJL 250. C Si Mn P S Cr Ni Sn Cu 2,80-3,70 1,30-2,25 0,40min. 0,12máx. 0,12máx. opcional opcional opcional opcional Tabela 2. Composição química da placa fundida de DIN EM GJL 250 C Si Mn P S Cr Ni Sn Cu 3,43 1,90 0,66 0,10 0,03 0,02-0,04 - Foram utilizados dois baldes de plástico e 12 vergalhões de espessura de 9 mm diâmetro, com comprimento 350 mm e uma mistura de areia com resina e catalisador. 4957

4 Introduziu os vergalhões na mistura, deixou dar o tempo de cura e retirou os vergalhões e o balde, deixando apenas o molde como mostrado na Figura 3. Figura 3. Preparação das varetas fundidas. A composição das varetas fundidas são mostradas nas Tabelas 3 e 4. Tabela 3: Composição química da vareta C1. C Si Mn P S Cr Ni Sn Cu 3,24 1,43 0,64 0,10 0,01 0,19 0, Tabela 4: Composição química da vareta C2. C Si Mn P S Cr Ni Sn Cu 3,52 1,56 0,56 0,09 0,02 0,01 0, A composição do eletrodo de níquel ENC-CL WI CAST 99, é mostrada na Tabela 5. Tabela 5: Composição química do eletrodo de níquel ENC-CL WI CAST 99. C Si Mn Ni 0,32 0,20 0,20 98,00 Para a soldagem das amostras do trabalho utilizou-se a seguinte metodologia: 1) Pré-aquecimento de 500 C e resfriamento bem lento, com cal hidratada. Sendo a vareta C1 + eletrodo de Níquel e a vareta C2 + eletrodo de Níquel, obtendo-se as Amostras 1 e 3 respectivamente; 2) Pré-aquecimento de 500 C, pós-aquecimento de 400 C e resfriamento bem lento, com cal hidratada. Sendo vareta C1 + eletrodo de Níquel e vareta C2 + eletrodo de Níquel, obtendo-se as Amostras 2 e 4 respectivamente; 3) Pré-aquecimento de 500 C, pós-aquecimento de 400 C, com cal hidratada, utilizando apenas eletrodo de Níquel 98%, obtendo-se a amostras

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 6 mostra as durezas obtidas nas Amostra 1, 2, 3, 4 e 5, realizadas no metal base, na ZTA e na região da solda (ZF). Tabela 6. Durezas obtidas nas Amostras 1, 2, 3, 4 e 5. Dureza (HRc) Metal Base ZTA Solda Amostra Média / D.P. 29,3 /1,88 35,0 / 1,0 42,6 / 2,05 Amostra Média / D.P. 26,6 / 0,47 34,6 / 0,47 33,3 / 3,29 Amostra Média / D.P. 25,6 / 0,94 35,6 / 0,47 27,0 / 3,0 Amostra Média / D.P. 19,3 / 2,62 31,6 / 1,0 24,0 / 5,29 Amostra Média / D.P. 22,3 / 0,47 33,0 / 2,64 29,6 / 2,05 A Figura 4 mostra as regiões da Amostra 1. Nota-se nas microestruturas da região (a) a presença de uma matriz perlítica/ferrítica com veios de grafita grosseira próximo à ZTA; na região (b) presença de carbonetos de ferro e ledeburita típica de ferro fundido branco, obtido pelo resfriamento rápido; e na região (c) uma matriz dendritica de austenita/martensita com carbonetos de ferro. Figura 4. Regiões da Amostra 1. (a) Metal Base; (b) ZTA, (c) ZF. A Figura 5 mostra as regiões da Amostra 2. Nota-se nas microestruturas da região (a) a presença de uma matriz perlítica/ferrítica com veios de grafita; na região (b) presença de carbonetos de ferro e ledeburita em transição com a matriz perlítica; e na região (c) uma matriz dendritica de austenita/martensita com carbonetos de ferro. 4959

6 Figura 5. Regiões da Amostra 2. (a) Metal Base (b) ZTA, (c) ZF. A Figura 6 mostra as regiões da Amostra 3. Nota-se na região (a) uma matriz perlítica/ferrítica com veios e nódulos de grafita de super-resfriamento; na região (b) uma transição com presença de perlita e carbonetos e uma matriz austenítica com grafita em nódulos parcialmente transformados, proveniente do metal de adição contendo níquel com a vareta C2; e na região da solda (c) apresenta uma matriz austenítica com grafita em nódulos parcialmente transformados. Figura 6. Regiões da Amostra 3. (a) Metal Base; (b) ZTA, (c) ZF. A Figura 7 mostra as regiões da Amostra 4. Nota-se na região (a) a presença de uma matriz perlítica/ferrítica com veios e nódulos de grafita de super resfriamento; na região (b) região de transição com presença de perlita e carbonetos e uma matriz austenítica com grafita em nódulos parcialmente transformados, idêntica a Amostra 3; e na região (c) uma matriz austenítica com grafita em nódulos parcialmente transformados. 4960

7 Figura 7. Regiões da Amostra 4. (a) Metal Base; (b) ZTA, (c) ZF. A Figura 8 mostra as regiões da Amostra 5. Nota-se nas microestruturas da região (a) a presença de uma matriz perlítica/ferrítica com veios de grafita; na região (b) região de transição faixa de transição entre a matriz perlitica com veios de grafita (e presença de carbonetos de ferro e ledeburita) e a região de transformação que apresenta uma matriz austenítica com carbonetos de ferro, e também perlita distribuída; e na solda (c) que apresenta uma matriz dendritica de austenita com carbonetos de ferro eutéticos. Figura 8. Regiões da Amostra 5. (a) Metal Base; (b) ZTA, (c) ZF. CONCLUSÃO Pode-se concluir que entre as amostras testadas, os procedimentos de pré aquecimento e de pré e pós aquecimento, juntamente com a relação vareta C2 adicionada com o eletrodo de níquel (Amostra 3 e 4) apresentaram resultados de dureza e microestrutura satisfatórios em relação ao eletrodo de níquel puro (Amostra 5). Os resultados mostram que o procedimento pode ser utilizado, com redução de custo em relação ao método convencional. 4961

8 REFERÊNCIAS CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica 2. Ed. São Paulo: Megraw- Hill Ltda, MARQUES, P. V.; MODENESI, P.J.; BRACARENSE, A. Q. Soldagem: fundamentos e tecnologia. 3. ed. Belo Horizonte: UFMG, PARIS, A. A. F. Tecnologia da soldagem de ferros fundidos, 1. ed. Santa Maria: UFSM, 2003.a SILVEIRA, R. Revestimento superficial em componente fundido de máquina agrícola Tese (Mestrado em Engenharia)-Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, WAINER, E.; BRANDI, S.D.; MELLO, F.D.H. Soldagem: processos e metalurgia, 2. ed. São Paulo: Edgar Blucher, MICROSTRUCTURAL ANALYSIS OF A GREY CAST IRON WELDED WITH A METAL CAST ABSTRACT In conventional processes for welding gray cast iron, the electrode most used is of 98% nickel. This paper presents study comparative of the conventional method, with two types of weld metal using pre and post-heating. Plates of Gray cast iron were welded using the metal addition (C1 and C2) and metal conventional addition. The objective of this study was to characterize the procedure weld gray cast iron with conventional electrode and compare it with sticks of gray cast iron, compatible with the characteristics of the material in order to reduce costs. The results were satisfactory, according microstructure obtained after the welding. The results show that combinations of rod electrode presents characteristics very similar to the base metal and can be used as recovery of castings to be machined at a reduced cost compared to conventional method, of the nickel-based electrode. Keywords: welding, gray cast iron, microstructure. 4962