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Ferros fundidos nodulares
FERROS
FUNDIDOS
NODULARES
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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 !)
Grafitadefeitos
Lamelar, “A”
“D”, “B”, “C”
Nodular desvios da nodular
Matriz Perlita Todas !
Mg e S S :0,03 - 0,15% S<0,02; Mg:0,04-0,06
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Cinzentos vs. nodulares
Cinzento
CE:3,5 a 4,4
Nodular
CE:4 a 4,8
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Cinzentos vs. nodularesCinzento Nodular
LR 140 a 300 400 a 800
LE não especif. 250 a 500
A não especif. 2 a 25
Impacto não especific. especificado
(20J, com entalhe)
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Seleção de materiais
Propriedade cinzento nodular aço
Resistência mecânica ♦ ♦♦(♦) ♦♦♦(♦)
Dutilidade X ♦
♦♦
♦
♦♦♦♦
Usinabilidade ♦♦♦ ♦♦ ♦
Amortecimento de
vibrações♦♦♦ ♦ X
Transmissão de calor ♦♦♦ ♦♦ ♦
Facilidade para fundir ♦♦♦ ♦♦ ♦
Custo
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Propriedades mecânicas• “mais resistência, menos dutilidade”
Alongamento,%
ALONGAMENTO
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Propriedades mecânicasNormas 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($$$); Limite de escoamento mínimo de 640 MPa.
Classe 120-90-02 da ASTM
CILINDRO DE LAMINAÇÃO
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Propriedades mecânicas
Classe 2
Nodulares de alta resistência mecânica. Matriz de perlita. Exige
elementos de liga ou tratamento térmico($$); Limite de escoamento
mínimo de 500 MPa.
Classes :
ASTM 120-70-03;
DIN GGG80
Engrenagem (compressor)
Normas mais utilizadas: ASTM A536; DIN 1693; ISO 1083; NBR 6916
KARSAY (Ductile Iron – engineering design, properties, applications
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Propriedades mecânicasNormas 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 80-55-06;
DIN GGG70 ou GGG60;
ISO 700/02 OU 600/02
Indústria de papel - cilindros
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Propriedades mecânicasNormas 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 65-45-12;
DIN GGG50 e GGG40
ISO 500/07 e 420/12
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Propriedades mecânicasNormas 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 60-40-18;
DIN GGG 40.3 e GGG 35.3
ISO 380/17
Carcaça de
turbocompressor,
5 t.
Pistões para
ferramenta
pneumática
GGG40.3
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Propriedades mecânicas
Nódulos bem formados são essenciais
para atingir altas propriedades mecânicas.
Qual a classe desse material?
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Propriedades mecânicas• Efeito da % Perlita e nodularidade
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Propriedades mecânicas• Efeito da espessura da peça
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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
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O que pode dar errado?
• Forma da grafita
Nodularidade
100% 80% 50%
Aspecto típico de baixa % Mg ( “fading” provavelmente)
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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.
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Formas da grafita• Forma da grafita
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Crescimento da grafita nodular
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”.
Grafita lamelar:
cresce na direção
“a”, formando placas
Grafita nodular: cresce na
direção “c”, formando
“pirâmides”
a
C
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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
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Efeito do Mg dissolvido na
nodularidade
Ref. : Itofuji, H, World Symposium on ductile iron, 1998.
Mg dissolv.
%
Nodularidade Limite resist.,
MPa
Alongamento
%
0,004 7 107 2,8
0,012 49 388 7,7
0,024 89 504 18,2
0,031 87 520 21,6
0,043 89 482 22,5
0,047 82 488 22,5
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Processos de nodulização• Solubilidade do Mg na liga Fe-C
71
72
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?
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Processos de nodulização
• Pressão de vapor do Mg puro
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600
T (°C)
P M
g (
atm
)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550
T (°C)P
Mg
(atm
)
Si-10%Mg
• Pressão de vapor do Mg diluído em liga90%Si-10%Mg
A pressão de vapor do Mg a 1450ºC é de
mais de 10 atmosferas.
A maior parte da perda de Mg é por
vaporização! A diluição do Mg em ligas
pode diminuir a P Mg.
Utilização de ligas Fe-Si-Mg
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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.
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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%
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Processos de nodulização• Panelas tipo “tundish cover” – processo
mais utilizado nos EUA atualmente.
Rendimentos 50 a 70%
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Processos de nodulização• Panelas tipo “tundish cover” – variante
Entrada de
liga, saída de
gases
Entrada
do ferro
fundido
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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.
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Processos de nodulização• Arame de Mg revestido com aço
– Rendimentos perto de 50%;
– Adequado para processos automatizados
– Usado na produção de ferro vermicular.