Curso Online de Ferros fundidos cinzentos

Ferros fundidos cinzentos

Transformação eutética estável:
L -> austenita + grafita

Transformação eutética metaestável:
L -> austenita + cementita

Quando as condições de composição química e de velocidade de resfriamento são propícias à solidificação do eutético de equilíbrio, forma-se grafita.

A ferramenta mais poderosa que o fundidor dispõe para evitar a presença de carbonetos é a inoculação, ou seja, a introdução de aditivos (inoculantes) que formam partículas sobre as quais a grafita pode precipitar.

A grafita possui propriedades bastante características:
(i) densidade 2,3 g cm-3, enquanto que a densidade das fases sólidas do ferro, da cementita, e de grande parte dos carbonetos de elementos de liga comuns está na faixa de 7 a 8 g cm-3
(ii) a condutividade térmica da grafita pode atingir até 2000 W m-1 K-1, dependendo da orientação em relação à estrutura cristalina, enquanto que a da grafita varia de 30 a 80 W m-1 K-1

Resultado das características da grafita:
possível expansão durante a solidificação, trazendo consequências no processo de fundição
extraordinária condutividade térmica, importante para blocos de motores ou peças de sistemas de freio de veículos
amortecimento de vibrações devido ao movimento relativo entre a grafita e a matriz, o que é vantajoso para por exemplo utilização em base de máquinas-ferramenta
é um lubrificante natural durante a usinagem, além de propiciar a quebra de cavacos, sendo possível a obtenção de peças com acabamento superficial muito bom

Os detalhes da distribuição da grafita, da morfologia da grafita, suas dimensões relativas e absolutas são extremamente importantes para a definição das propriedades dos ferros fundidos.

Silício em quantidade suficiente é importante para garantir a estabilidade da grafita. Adições de silício:
(i) diminuem a solubilidade do carbono na austenita
(ii) aumentam a temperatura do eutético estável
(iii) aumentam o campo de estabilidade da grafita

O eutético austenita-grafita se forma em células que, inicialmente, crescem sem impedimento no líquido.
Nestas células, a morfologia mais comum da grafita é a lamelar.
O crescimento das células eutéticas continua até que as células consumam todo o líquido.
Naturalmente, quanto maior for a nucleação de células eutéticas, tanto menores as células serão e tanto mais bem distribuída a grafita será, na microestrutura.

Tipos de grafitização

Nos ferros fundidos em que existe grafita, o diagrama Fe-C indica que esta fase pode se formar:
(i) durante a solidificação, como fase pró-eutética, ou no eutético austenita-grafita. Neste caso a presença de núcleos para a formação da grafita é um fator crítico na definição da morfologia, distribuição e tamanho da grafita formada
(ii) abaixo de 1150 °C, durante o resfriamento, a partir da austenita, à medida que a solubilidade do carbono na austenita diminui
(iii) na decomposição de cementita em ferrita e grafita, quando a composição química é favorável
(iv) na faixa de 700 °C, quando ocorre grafitização a partir da cementita da perlita

Para ferros fundidos cinzentos, a grafita lamelar é classificada de acordo com a forma e o tamanho em cinco tipos, de acordo com a norma ASTM A247 e/ou ISO 945 :
- grafita tipo A
- grafita tipo B
- grafita tipo C
- grafita tipo D
- grafita tipo E

Possui distribuição aleatória de lamelas de tamanho uniforme.

É em geral associada às melhores propriedades mecânicas, e por isto é a preferida para as aplicações de engenharia.

É formada normalmente em ferros fundidos inoculados resfriados a taxas moderadas.

É associada à ocorrência de bastante nucleação e à solidificação próxima a temperatura do eutético de equilíbrio (superesfriamento pequeno a moderado).

Grafita tipo A

A grafita tipo B está associada à baixa nucleação; por isto, as células eutéticas são maiores.
As lamelas se formam inicialmente finas e aumentam de dimensão à medida que o crescimento progride.

Grafita tipo B