- Que fatores levam à decomposição da cementita, favorecendo a obtenção de ferros fundidos cinzentos?
Passo 1
O enunciado pergunta quais fatores fazem com que a cementita
se decomponha, liberando carbono na forma de grafite, e assim favorecendo a microestrutura característica dos ferros fundidos cinzentos (com flocos de grafite). O conteúdo envolve termodinâmica e cinética de transformação da austenita e da cementita, além de aspectos de liga e de processamento térmico.
Passo 2
Analisando a composição química, identificamos os efeitos dos elementos de liga sobre a estabilidade de
:
- Elementos grafitizantes (promovem a decomposição da cementita): silício
, fósforo e alumínio . Eles deslocam o equilíbrio para a formação de grafite em vez de cementita. - Elementos desgrafitizantes (favorecem a cementita): manganês
, cromo , níquel e cobre . Eles aumentam a estabilidade da e retardam a grafitização. - Teor de carbono elevado (
a em massa) aumenta a tendência a formar grafite ao reduzir a solubilidade de carbono no ferro.
Passo 3
Do ponto de vista termodinâmico e cinético:
- A adição de
e reduz a energia livre de formação da grafita em relação à cementita, deslocando o diagrama de fases para favorecer a zona de grafitização. - A cinética depende da taxa de resfriamento: resfriamento mais lento dá tempo para difusão de carbono e nucleação de grafite, permitindo que a
decomponha completamente em flocos de grafite. Resfriamentos muito rápidos “congelam” a cementita, formando perlita dura.
Passo 4
O papel da nucleação e da inoculação:
- A inoculação consiste em adicionar partículas finas (normalmente de ferrosilício inoculado) logo após a fusão, criando sítios de nucleação para grafite.
- Esses sítios facilitam o aparecimento de flocos de grafite em vez de lamelas de cementita, acelerando a decomposição da
.
Passo 5
Integração dos fatores para o ferro cinzento:
- Composição rica em grafitizantes
, , baixa em desgrafitizantes , , teor de carbono elevado e adequada relação C + Si (equivalente de carbono alto). - Resfriamento controlado (lentidão moderada) para favorecer difusão de carbono.
- Inoculação eficaz para garantir muitos núcleos de grafite.
Esses fatores em conjunto deslocam o equilíbrio termoquímico e aceleram a cinética de transformação, levando à decomposição da cementita em grafita e à microestrutura típica do ferro fundido cinzento.
Resposta
- Composição química rica em elementos grafitizantes (principalmente
e ) e pobre em elementos desgrafitizantes , , , . - Teor de carbono elevado (entorno de 2,5 %–4,0 %).
- Resfriamento lento o suficiente para permitir difusão de carbono e nucleação de grafite.
- Inoculação adequada (ferrosilício inoculado) para gerar sítios de nucleação de flocos de grafite.