Ferro fundido

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Vimos até agora que o aço tem em sua composição até no máximo 2,14% de carbono, e acima disso o que teremos? O nosso ferro fundido. Como esse lindo ferro de passa roupa das nossas avós.

Vamos entender as características destes materiais, vem comigo :D

Denominação

O ferro fundido é uma misturinha de ferro com carbono mais silício, onde há uma liga com mistura de componentes facilmente fundidos e que pode ser de vários tipos, branco, cinzento ou nodular. O ferro fundido é um material importante para as indústrias, por aguentar condições extremas, como em resistência de calor, temperaturas criogênicas, corrosão ou abrasão. Este material é muito usado em máquinas e equipamentos,

Estes materiais são classificados em: Branco, Cinzento e Dúctil (nodular)

Ferro Fundido Branco

A principal característica deste material, como o próprio nome diz , superfícies fraturada na cor branca, e sabe porque dessa característica? À presença de um precipitado de carboneto de ferro chamado cementita. A cementita que precipita das formas fundidas como partículas relativamente grandes, como vocês podem olhar na imagem alí embaixo.

Esse material apresenta também carbonetos eutéticos na sua composição que são muito grandes e favorece no endurecimento por precipitação. Também ocorre o aumento da dureza. E no que isso implica? Em um material muuuuuuito frágil que não pode ser usada em componentes estruturais.

Então onde pode ser usado??

Como é um material duro, resistente à abrasão e custo relativamente baixo, ele é muuuito usado em aplicações como por exemplo: faces de desgaste de bombas de polpa, revestimentos e barras de elevação na esfera de moinhos e moinhos autógenos, entre outras aplicações.

Ferro fundido cinzento

Uma característica deste material é a presença de carbono livre ou grafita, e as características dessa composição como a forma da grafita, a dimensão dos veios e a sua distribuição afetam muuuito nas propriedades do ferro fundido.

Outra coisaaaa, também encontramos na microestrutura ferrita e perlita; se a ferrita predominar, a usinabilidade do material é boa, porém a resistência mecânica e a resistência ao desgaste são lesadas. Se a perlita for dominante, o material apresentará melhor resistência mecânica. Mas agora se o teor de ambas forem o material será duro e terá uma resistência mecânica ok.

 

Os elementos de liga e o tratamento térmico modificam a microestrutura dos mateirias , favorecendo na melhora das propriedades mecânicas. E isso ocorre por rola a mudança de fase do ferro,, por exemplo, podendo ser encontradas perlita fina ou a martensita.

E quais elementos pode influenciar? Carbono, silício e o fósforo.

Sabe qual deles pode influenciar mais??

O silício porque ele pode formar a grafita. E com isso aumenta a resistência à corrosão e à oxidação a temperaturas elevadas do material.

Ferro fundido nodular

O Ferro fundido nodular é o material com uma baita ductilidade sendo beemm parecidinho com o aço. Além de ter uma boa usinabilidade e razoável estabilidade dimensional.

Agora vamos falar de custos, é um pouco mais caro que o ferro fundido cinzento, devido às estreitas faixas de composição químicas utilizadas para este material. Este material é muito usado para fabricação de elementos que precisam resistir ao impacto à tração.

Exemplos de aplicação: tampas de cilindro; engrenagens; porcas e etc.

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Defina sucintamente ferro fundido

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Passo 1

Com base no diagrama de equilíbrio ferro carbono, pode-se definir ferro fundido como uma liga ferro-carbono, onde o carbono possui teores maiores que 2%, apresentando-se na forma de carbono combinado e carbono grafítico. O ferro fundido é considerado como uma liga ternária Fe-C-Si, uma vez que o silício aparece naturalmente junto com o carbono muitas vezes em porcentagem similares ou maiores que o próprio carbono

Resposta

Liga ferro-carbono, onde o carbono possui teores maiores que 2%, apresentando-se na forma de carbono combinado e carbono grafítico. O ferro fundido é considerado como uma liga ternária Fe-C-Si, uma vez que o silício aparece naturalmente junto com o carbono muitas vezes em porcentagem similares ou maiores que o próprio carbono

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Cite os fatores que influenciam na microestrutura do ferro fundido e explique-os.

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Passo 1

Velocidade de resfriamento: Relaciona-se a velocidade de resfriamento de um fundido durante o processo de solidificação à formação de estruturas dendriticas. As dentritas tem seu crescimento lateral limitado pelo crescimento de dentritas vizinhas, o que provoca o aparecimento de pequenos vazios entre elas. Este defeito é muito comum nos ferros fundidos, o que é uma desvantagem em relação ao aço

Passo 2

Composição química: Carbono e silício - são os elementos que mais influenciam na formação dos constituintes microestruturais característicos do ferro fundido. O carbono é o principal elemento para o aparecimento da grafita; quanto mais elevado a porcentagem em peso de carbono, maior será o número de germes de grafita precipitados. Por outro lado, o crescimento dos germes de grafita não tem grande influência sobre as características mecânicas do fundido. Porém, aumenta a fluidez do líquido metálico e dificulta a formação dos vazios internos. Já o silício, que também é um elemento grafitizante, favorece a decomposição de cementita e aumenta a resistência ao impacto do material

Resposta

Velocidade de resfriamento e Composição química

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Discorra sobre os ferros fundidos cinzentos

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Passo 1

Apresenta uma microestrutura com carbono na forma livre, grafita, em morfologia de lamelas e carbono na forma combinada, cementita (Fe3C). Neste caso, os principais elementos de liga são o carbono e o silício, podendo haver outros, como o manganês, cromo e cobre que irão conferir aos fundidos outras características exigidas. Sua superfície de fratura apresenta coloração cinza escuro.

Resposta

Microestrutura com carbono na forma livre, grafita, em morfologia de lamelas e carbono na forma combinada, cementita (Fe3C), superfície de fratura apresenta coloração cinza escuro.

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Discorra sobre os ferros fundidos branco

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Passo 1

Apresenta uma microestrutura com predominância do carbono na forma combinada devido à baixa porcentagem de silício e a adição de outros elementos como cromo, que é estabilizador da cementita, o que confere ao material a característica de maior resistência ao desgaste. Sua superfície de fratura apresenta coloração clara e brilhante

Resposta

Microestrutura com predominância do carbono na forma combinada devido à baixa porcentagem de silício e a adição de outros elementos como cromo, que é estabilizador da cementita, o que confere ao material a característica de maior resistência ao desgaste. Superfície de fratura apresenta coloração clara e brilhante

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Discorra sobre os ferros fundidos nodular

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Passo 1

Apresenta-se na forma microestrutural como carbono livre na morfologia de nódulos, o que confere a este tipo de ferro características mecânicas superiores àquelas do ferro fundido maleável. É obtido por modificações químicas na composição do material no estado líquido. Sua superfície de fratura apresenta coloração prateada

Resposta

Forma microestrutural como carbono livre na morfologia de nódulos, o que confere a este tipo de ferro características mecânicas superiores àquelas do ferro fundido maleável. É obtido por modificações químicas na composição do material no estado líquido. Sua superfície de fratura apresenta coloração prateada

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Discorra sobre os ferros fundidos maleável

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Passo 1

Ferro fundido obtido por meio de tratamento térmico de maleabilização do ferro fundido branco. A finalidade deste tratamento é transformar a cementita em grafita esferoidal, conferindo ao material melhores propriedades mecânicas como maior resistência, limite de escoamento e ductilidade. Sua superfície de fratura apresenta coloração cinza claro

Resposta

Obtido por meio de tratamento térmico de maleabilização do ferro fundido branco. A finalidade deste tratamento é transformar a cementita em grafita esferoidal, conferindo ao material melhores propriedades mecânicas como maior resistência, limite de escoamento e ductilidade.

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Com base nos conceitos e aplicações dos ferros fundidos, assinale a alternativa correta.

  1. São considerados ferros fundidos ligas ferrosas com percentual de carbono superior a 0,76.
  2. O ferro fundido branco é o ferro fundido mais utilizado, devido a sua facilidade de fundição e usinagem.
  3. O ferro fundido nodular é obtido a partir da adição de inoculantes e possui boa ductilidade e resistência à tração
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Passo 1

São considerados ferros fundidos ligas ferrosas com percentual de carbono superior a 2%.

Passo 2

O ferro fundido não apresenta facilidade para ser usinado

Passo 3

O ferro fundido nodular é obtido a partir da adição de inoculantes e possui boa ductilidade e resistência à tração

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Sobre o ferro fundido, analise as afirmativas a seguir.

I. O ferro fundido cinzento tem boa usinabilidade e capacidade de amortecer vibrações.

II. O ferro fundido branco tem baixa resistência à compressão e dureza.

III. O ferro fundido maleável possui baixas resistência mecânica e fluidez no estado líquido.

Está correto o que se afirmar em:

  1. Apenas I
  2. I e II
  3. I, II, III
  4. I e III
  5. II e III
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Passo 1

O ferro fundido cinzento tem boa usinabilidade e capacidade de amortecer vibrações

Passo 2

O ferro fundido branco tem alta resistência à compressão e dureza

Passo 3

O ferro fundido maleável possui alta resistência mecânica e fluidez no estado líquido.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #9

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, Nº4

Calcule a porcentagem volumétrica da grafita VGr em um ferro fundido a 3,5% C, assumindo que todo o carbono existe como grafita. Considere as massas específicas de 7,9 e 2,3 g / cm³ para ferrita e a grafite, respectivamente.

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Passo 1

Galera antes de calcularmos a porcentagem volumétrica, devemos encontrar as frações mássicas, vem comigo..

Para isso usamos a nossa velha e boa regra da alavanca

O campo das fases α e grafita se estende de 0% C a 100% em peso de C. Assim, para um ferro fundido de 3,5% em peso de C

W α   = C G r   -   C 0 C G r   -   C α

W α   = 100   -   3.5 100   -   0 = 0,965

W G r   = C 0   -   C α C G r   -   C α

W G r   = 3.5   -   0 100   -   0 = 0,035

Passo 2

Agora simmm podemos encontrar as frações volumétricas…

V G r     = W G r / ρ G r W α ρ α + W G r ρ G r    

V G r     = 0,035 / 2,3 0,965 7,9 + 0,035 2,3     = 0,11 ou 11,1%

Resposta

Fração volumétrica de 11,1%

Exercício Resolvido #10

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, Nº 5

Com base na microestrutura, explique sucintamente por que o ferro cinzento é frágil e pouco resistente em tração

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Passo 1

 O ferro cinzento é frágil e quebradiço devido a presença de “bolinhas” de grafita que atuam como pontos de concentração de tensão

Resposta

 O ferro cinzento é frágil e quebradiço devido a presença de “bolinhas” de grafita que atuam como pontos de concentração de tensão

Exercício Resolvido #11

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, Nº 6

Compare os ferros fundidos cinzentos e maleável em relação à (a) composição e tratamento térmico, (b) microestrutura e (c) características mecânicas.

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Passo 1

Fala ai! Vamos analisar então os dois tipos de ferro fundido com relação à cada coisa!

  • Ferro cinzento - 2,5 a 4,0% C e 1,0 a 3,0% Si. Para a maioria dos ferros cinzentos, não há tratamento térmico após a solidificação.

Ferro maleável - 2,5 a 4,0% C e menos de 1,0% Si. O ferro é aquecido em uma atmosfera não-oxidante e a uma temperatura entre 800 e 900 ° C por um longo período de tempo.

Passo 2

  • Ferro cinzento: os flocos de grafita são incorporados numa matriz de ferrita ou perlita. Ferro maleável: grafita é incorporada em uma matriz de ferrita ou perlita. (c) No que diz respeito às características mecânicas: Ferro cinza - relativamente fraco e quebradiço em tensão; boa capacidade para amortecer vibrações. Ferro maleável - Força e ductilidade moderadas

Passo 3

  • Ferro cinzento: frágil e quebradiço; boa capacidade para amortecer vibrações.

Ferro maleável: Ductilidade moderada

Resposta

  • Ferro cinzento - 2,5 a 4,0% C e 1,0 a 3,0% Si. Para a maioria dos ferros cinzentos, não há tratamento térmico após a solidificação.

Ferro maleável - 2,5 a 4,0% C e menos de 1,0% Si. O ferro é aquecido em uma atmosfera não-oxidante e a uma temperatura entre 800 e 900 ° C por um longo período de tempo.

  • Ferro cinzento: os flocos de grafita são incorporados numa matriz de ferrita ou perlita. Ferro maleável: grafita é incorporada em uma matriz de ferrita ou perlita. (c) No que diz respeito às características mecânicas: Ferro cinza - relativamente fraco e quebradiço em tensão; boa capacidade para amortecer vibrações. Ferro maleável - Força e ductilidade moderadas
  • Ferro cinzento: frágil e quebradiço; boa capacidade para amortecer vibrações.

Ferro maleável: Ductilidade moderada

Exercício Resolvido #12

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, Nº 7

Compare os ferros fundidos brancos e nodulares em relação à (a) composição e tratamento térmico, (b) microestrutura e (c) características mecânicas.

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Passo 1

Fala ai! Vamos analisar então os dois tipos de ferro fundido com relação à cada coisa!

  • Ferro branco - 2,5 a 4,0% C e menos que 1 % Si. Sem tratamento térmico; no entanto, o resfriamento é rápido durante a solidificação

Ferro nodular - 2,5 a 4,0% C e menos de 1 a 3 % Si. Uma pequena quantidade de Mg pode ser necessário em um tratamento térmico a cerca de 700 ° C para produzir uma matriz ferrítica.

Passo 2

  • Ferro Branco: existem regiões de cementita intercaladas na perlita.

Ferro nodular: Nódulos de grafita são incorporados em uma matriz de ferrita ou perlita

Passo 3

  • Ferro branco: Extremamente duro e quebradiço

Ferro nodular: resistência e ductilidade moderadas

Resposta

  • Ferro branco - 2,5 a 4,0% C e menos que 1 % Si. Sem tratamento térmico; no entanto, o resfriamento é rápido durante a solidificação

Ferro nodular - 2,5 a 4,0% C e menos de 1 a 3 % Si. Uma pequena quantidade de Mg pode ser necessário em um tratamento térmico a cerca de 700 ° C para produzir uma matriz ferrítica.

  • Ferro Branco: existem regiões de cementita intercaladas na perlita.

Ferro nodular: Nódulos de grafita são incorporados em uma matriz de ferrita ou perlita

  • Ferro branco: Extremamente duro e quebradiço

Ferro nodular: resistência e ductilidade moderadas

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