5ª Lista – Materiais de Construção Mecânica 2
Entrega: 15-05-2013
Prof. Bruno Roberto Spirandeli
1 – De uma boa definição para ferros fundidos. Quais os principais tipos de ferros fundidos
existentes?
Ferro fundido é a liga Fe-C-Si, com teores de carbono acima de 2%, em quantidade
superior a que é retida em solução sólida pela austenita, de forma a resultar em carbono
parcialmente livre na forma de grafita. Os principais (fabricados em maior quantidade) são: fofo
cinzento, fofo branco, fofo maleável e fofo nodular.
2 – Explique detalhadamente as microestruturas:
1. Cementita;
Carboneto de ferro (Fe3C) contendo 6,67%C, muito dura e quebradiça. É a responsável
pela alta dureza e resistência dos aços de alto carbono, assim como pela sua menor
ductilidade. Possui estrutura ortorrômbica. (LRT – 30MPa; AL=0%; 650 HB).
ADCIO. Quando a solubilidade do carbono na ferrita é excedida, a cementita já pode
aparecer na estrutura dos aços.
2. Perlitica;
A perlita é um micro-constituinte lamelar formado por duas fases: ferrita (α) e cementita
(Fe3C), uniformemente dispostas em lamelas (uma após a outra) que se formam
simultaneamente durante a transformação. O nome perlita deriva da aparência de
madrepérola desta estrutura após um ataque com reagente apropriado e vista ao
microscópio a perlita existem como colônias, dentro de cada colônia as camadas estão
orientadas essencialmente na mesma direção, a qual varia de uma colônia para outra. A
camada mais clara é a fase ferrita, enquanto a fase cementita aparece como finas
lamelas de coloração escura.
3. Ferritica;
A ferrita (α) é o ferro puro na sua forma estável a temperatura ambiente, possui
estrutura CCC, baixíssima dureza e resistência e grande ductilidade. Pode manter
baixíssimos teores de carbono em solução (0,002% C). LRT=340MPa; AL=40%;
90HB .
4. Ledeburitica;
A microestrutura ledeburítica consiste em glóbulos de perlita sobre um fundo de
cementita abaixo de 727ºC. É Estrutura do eutético com 4,3% C à temperatura
ambiente. Mas a ledeburita não existe sempre nesta forma de glóbulos de perlita sobre um
fundo de cementita, pois, tomando-se uma liga com a composição eutética em seu
resfriamento desde a fase líquida temos que, assim que o liquido com esta composição se
solidifica, temos a formação de austenita e cementita, que é a primeira estrutura ledeburítica
formada. Conforme a liga vai se resfriando a austenita se transforma em perlita após 723ºC,
constituindo-se então de glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita.
3 – Explique de que forma a grafita altera as propriedades dos ferros fundidos.
Sabe-se que nos ferros fundidos o carbono pode estar presente de duas formas: a forma
combinada com o ferro, conhecida como cementita ou carboneto de ferro (Fe3C) ou na forma de
grafita, que é carbono livre, sozinho.
Os ferros fundidos com grafita ao invés de cementita possuem dureza menor e maior
tenacidade, além de grande capacidade de amortecimento (em função do movimento relativo
entre a grafita e a matriz), ótima usinabilidade (os ferros brancos onde o carbono esta todo na
forma de cementita não pode ser usinado em função de sua alta dureza) devido à característica
lubrificante da grafita e maior ductibilidade.
4 – Por que o silício é importante para os ferros fundidos? Para qual ferro fundido sua
importância é maior.
O silício é um elemento muito importante nestas ligas, sendo uma importante adição
quando se visa à produção de ferros fundidos com grafita precipitada (como o cinzento, nodular
e maleável), pois favorece a decomposição de cementita em austenita e grafita, diminui a
solubilidade do carbono na austenita mantendo mais carbono no líquido e amplia o campo de
estabilidade da grafita, favorecendo sua precipitação. Resumindo, o silício é um elemento
grafitizante, possuindo a característica intrínseca de favorecer a decomposição da cementita em
grafita.
5 – Observe o diagrama abaixo para a região de solidificação dos ferros fundidos.
1. Explique os fenômenos que ocorrem nos resfriamentos de duas ligas com composição
correspondente às linhas tracejadas x (2,5%C) e y (5%C), partindo de 1800ºC até a
temperatura ambiente (me diga as transformações que ocorrem e as estruturas que são
formadas quando as linhas tracejadas vão atravessando as diversas regiões do diagrama
até a temperatura ambiente.
Linha x – 2,5%C :
1. Acima da linha líquidus, a liga está totalmente liquefeita;
2. Ao atingir o ponto x1 começa a se formar austenita, coexistindo por um tempo austenita
+ líquido;
3. Quando chega no ponto x2 temos austenita + líquido;
4. Ao atingir o ponto x3 o líquido se transforma em ledeburita (constituída de cementita e
austenita nesta temperatura);
5. Ao atravessar a linha A1 toda a austenita se transforma em perlita (tanto a que estava
sozinha quanto a da ledeburita).
6. Assim, abaixo de 727ºC teremos perlita e cementita, mais precisamente glóbulos de
perlita sobre um fundo de ledeburita (que por sua vez agora pé composta de perlita e
cementita).
Linha y – 5%C:
1. Inicialmente a liga esta liquida;
2. Ao atravessar a primeira linha começa a se formar cementita, teremos portanto líquido +
cementita;
3. Ao atravessar a linha identificada como sólidus, todo o líquido começa a se transformar
em ledeburita (austenita + cementita);
4. Ao atravessar a linha de 727ºC toda a austenita se transforma em perlita, restanndo
portanto, a temperatura ambiente, teremos cristais alongados de cementita em um
fundo de ledeburita.
5. Caso a liga possuísse a composição eutética, quais seriam os produtos micro-estruturais
do resfriamento?
1. Ao se resfriar lentamente uma liga Fe-C com composição eutética, verifica-se que
exatamente no ponto C a mesma se solidifica, havendo duas fases em equilíbrio:
austenita de um lado e cementita de outro lado: este eutéctico cristalizado é chamado de
ledeburita e é consstituído por um fundo de cementita com aproximadamente 6,7% de
carbono e cristais dendríticos de austenita contendo 2% de carbono;
2. Continuando o resfriamento, verifica-se uma diminuição gradativa do teor de carbono de
austenita. Este fenômeno ocorre até que se tenha atingido a temperaturatura de 727ºC,
correspondente a 0,77% de carbono, até a linha abaixo da qual não mais pode existir a
austenita;
3. Ao ultrapassar esta liga a austenita se transforma em perlita assim sendo a ledeburita
abaixo de 727ºC até a temperatura ambiente é formada por glóbulos de perlita sobre um
fundo de cementita.
6 – Explique:
1. Qual a influencia da velocidade de resfriamento na formação dos ferros fundidos?
Velocidades de resfriamentos mais lentas favorecem o equilíbrio e a formação de grafita;
Velocidades maiores favorecem a formação de cementita (carboneto de ferro);
2. Qual a influencia da espessura das peças na formação dos ferros fundidos?
A espessura da peça se relaciona à velocidade de resfriamento: peças de grande
espessura podem se resfriar rapidamente na superfície, mas resfriam lentamente em seu
interior, formando-se mais carbono livre (grafita) no interior. Peças de seções finas
tendem a resfriar rapidamente, não dando tempo de se formar grafita, formando-se
então cementita, que é o carbono combinado com o ferro.
3. Que tipo de ferro fundido obteríamos caso usássemos moldes de areia?E se usássemos
coquilha?
Moldes de areia proporcionam resfriamento mais lento, dessa forma é provável
que tenhamos ferros fundidos com grafita precipitada como, por exemplo, o fofo
cinzento ou o nodular; já com o uso de coquilhas, que são moldes metálicos que
proporcionam rápida velocidade de resfriamento teríamos ferro fundido branco, onde
todo o carbono se encontra na forma combinada (cementita).
7 – Analise as imagens abaixo e responda as alternativas.
1. A figura 1 mostra uma metalografia de que material? Identifique os constituintes A e B
na microestrutura.
A figura mostra a estrutura ledeburítica de um ferro fundido branco. Esta estrutura
consiste a temperatura ambiente em glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita.
A = cementita;
B = perlita.
2. Na metalografia do ferro cinzento (figura 2) identifique o constituinte C.
C = grafita.
3. Identifique os microconstituintes D e E.
D = ferrita;
E = glóbulo de grafita.
4. Qual material esta representado na figura 4? Qual é o constituinte representado pela
letra F?
Ferro fundido vermicular. F = grafita.
5. Qual o constituinte representado pela letra G? Que ferro esta representado na figura 5?
G = perlita. Ferro fundido nodular perlítico (ou com matriz perlítica).
6. A estrutura da figura 6 representa que material? Qual o possível tratamento
(resfriamento) que este material sofreu para desenvolver esta micro-estrutura
Ferro fundido branco. Pode-se ver os glóbulos de perlita sobre um fundo de cementita
(branca)