Ferro Fundido

UNIVERSIDADE SANTA ÚRSULA

METALOGRAFIA E TRATAMENTOS TÉRMICOS II

FERRO FUNDIDO

PAULO AUGUSTO OSÓRIO CARNEIRO

RIO DE JANEIRO

2005

FERRO FUNDIDO

Segundo CHIAVERINI, “ferro fundido é a liga ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0%, em quantidade superior à que pode ser retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre, na forma de veios ou lamelas de grafita”.

Para maior entendimento sobre Ferros Fundidos é necessário o estudo de seu diagrama de equilíbrio. Verdadeiramente o diagrama Fe-C (figura 1) não é um diagrama de equilíbrio, uma vez que o composto formado – carboneto de ferro (Fe3C) – não é uma fase de equilíbrio. A cementita (Fe3C) pode se decompor em fases mais estáveis de ferro e carbono (grafita). Na maioria das situações práticas a cementita é bastante estável.

Figura 1

Ligas com teor de carbono de 4,3% a 1148°C (ponto C), são chamadas de ligas eutéticas. São as ligas de menor pondo de fusão ou solidificação. Ferros fundidos com teor de carbono variando entre 2,0 a 4,3 % são denominadas de hipoeutéticas, teores de carbono superiores a 4,3% são características dos ferros fundidos hipereutetóides.

Ao se resfriar lentamente uma liga eutética, a solidificação ( a 1148°C) se procede havendo equilíbrio de duas fases, austenita e cementita (Fe3C) . Este cristalizado é chamado ledeburita, e constituído de um fundo de cementita (6,7% C) e cristais dentríticos de austenita ( 2,0% C).

Continuando o resfriamento, verifica-se uma diminuição do teor de carbono da austenita até a 727° C e com 0,8%C (ponto S). Ao ultrapassar a a linha PSK, a austenita se transforma em perlita. A ledeburita será constituída de glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita.

Analisando um ferro fundido hipoeutético de 3,0% de teor de carbono (linha X), resfriando a liga, à medida que esta se aproxima da linha solidus, cristais de austenita se formam em quantidades cada vez maiores, diminuindo a quantidade da fase líquida. Ao atingir a linha solidus, estarão em equilíbrio a fase austenita com 2,0% de carbono e ledeburita com 4,3% de carbono, esta constituída de austenita e cementita.

Mantendo o resfriamento, a concentração de carbono da austenita isolada e da austenita da ledeburita diminuirá, percorrendo a linha SE, até a temperatura de 727°C. Abaixo desta temperatura, a liga será constituída de cristais de perlita envolvidos por ledeburita, que é formada por glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita.

Uma amostra de ferro fundido hipereutético com 5,0% de carbono (linha Y), solidificará ao atingir 1148°C, apresentando as seguintes fases em equilíbrio: cementita e o eutético ledeburita. Continuando o resfriamento, cementita permanecerá a mesma e a austenita da ledeburita sofrerá diminuição do seu teor de carbono (linha SE) transformando-se em perlita a 723°C. A partir desta temperatura a liga estudada terá duas fases constituíntes: cristais alongados de cementita e um fundo de ledeburita.

EFEITO DO SILÍCIO

A principal influência do silício na composição do ferro fundido é o deslocamento da composição do eutético. O ponto eutético é formado com porcentagem menores de carbono à medida que o teor de silício aumenta. Devido a presença do silício a reação eutética ocorre num intervalo de temperatura.

Surge o conceito de carbono equivalente. Dependendo do teor de silício, a liga se comporta como se tivesse um teor de carbono diferente do real.(figura 2)

C.E. = %C + 1/3 %Si

Por exemplo, uma liga com 3,6%C e 2,3% Si, terá como resultado de carbono equivalente, C.E. = 4,3%. Assim esta liga se comportam mecanicamente como uma liga eutética.

Do ponto de vista da estrutura e de propriedades mecânicas, o silício também influencia na grafitização, ou seja, promover a decomposição do Fe3C em ferro e carbono. Usando um ferro fundido hipoeutético de 3,0% C e 2,3 % Si, como exemplo, a 1150°C o líquido remanescente solidifica com teor de carbono de aproximadamente 3,6 %, neste momento ocorre grande parte da grafitização. No curto período que ocorre a solidificação final fica estabelecida a quantidade , forma e a distribuição da grafita.

2,3 % Si

L

+ L



 Fe3C

3,6% C

Figura 2

A velocidade de resfriamento e a presença de elementos de liga são relevantes nesta decomposição.

Analisando a composição química, percebe-se que o teor de carbono determina a quantidade de grafita a ser formada, o silício favorece a decomposição do carboneto de ferro, é o elemento grafitizante. Por outro lado, o manganês tem efeito oposto ao silício, este estabiliza a cementita (Fe3C ). O fofosro é um estabilizador de carboneto de ferro, atua na estrutura do material formando com o ferro e com o carbono um composto de naturaza eutética.

Examinando a velocidade de resfriamento, verifica-se que seções espessas relaciona-se com resfriamento lento, ocorrendo grafitização. Formando estrutura que confere ao material baixa dureza, excelente usinabilidade e boa resistência mecânica.

FERRO FUNDIDO BRANCO

Praticamente todo carbono se apresenta na forma combinada de