UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NO CONTROLE E DEFINIÇÃO DA
CAMADA COQUILHADA APLICADA A TUCHOS DE VÁLVULA PARA MOTORES À
COMBUSTÃO
ANDRÉ GRASSMUECK
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
ANDRÉ GRASSMUECK
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NO CONTROLE E DEFINIÇÃO DA
CAMADA COQUILHADA APLICADA A TUCHOS DE VÁLVULA PARA MOTORES À
COMBUSTÃO
FLORIANÓPOLIS – SC
2009
iii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
ANDRÉ GRASSMUECK
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NO CONTROLE E DEFINIÇÃO DA
CAMADA COQUILHADA APLICADA A TUCHOS DE VÁLVULA PARA MOTORES À
COMBUSTÃO
Trabalho apresentado ao Curso de Graduação em
Engenharia de Materiais da Universidade Federal
de Santa Catarina como parte dos requisitos para
a obtenção do título de Engenheiro de Materiais.
Orientador: Professor Berend Snoeijer, Dr.
FLORIANÓPOLIS – SC
2009
iv
ANDRÉ GRASSMUECK
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO NO CONTROLE E DEFINIÇÃO DA
CAMADA COQUILHADA APLICADA A TUCHOS DE VÁLVULA PARA MOTORES À
COMBUSTÃO
Este trabalho foi julgado adequado para a obtenção do título de Engenheiro de Materiais e
aprovado em sua forma final pela Comissão Examinadora e pelo Curso de graduação em
Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina.
_____________________________________
Professor Dylton do Vale Pereira Filho, M. Sc
Coordenador do Curso
Comissão Examinadora:
_____________________________________
Professor Berend Snoeijer, Dr.
Orientador
_____________________________________
Felipe José Goulart
Orientador na empresa
_____________________________________
Professor Dylton do Vale Pereira Filho, M. Sc
Membro
v
Ficha Catalográfica
Grassmueck, André, 1984Estudo da influência da inoculação no controle e definição da camada
coquilhada
aplicada a tuchos de válvula para motores à combustão
/ André Grassmueck. – 2009.
60 f. : il. color. ; 30cm
Orientador: Berend Snoeijer.
Trabalho de conclusão de curso (graduação) – Universidade Federal de Santa
Catarina, Curso de Engenharia de Materiais, 2009.
1. Inoculação. 2. Coquilhamento. 3. Tucho de válvula. I. Snoeijer, Berend. II.
Universidade Federal de Santa Catarina. Curso de Engenharia de Materiais.
III. Título.
vi
À minha família por todo o carinho, paciência e apoio
durante toda a minha vida.
vii
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente aos meus pais pela força e apoio fornecidos em todas as fases
da minha vida acadêmica e pessoal.
Aos amigos e colegas da universidade sempre fornecendo apoio, ânimo e ajudando o
quanto fosse possível, e sendo auxiliados quando necessário, meu muito obrigado.
À Universidade Federal de Santa Catarina e ao Curso de Engenharia de Materiais,
responsáveis pela capacitação de mais um profissional.
Às empresas parceiras da Universidade, em especial à Metalúrgica Riosulense, que
permitiu os trabalhos efetuados além de incluir-me no seu quadro de profissionais.
Ao engenheiro de Engenharia de Materiais formado na UFSC, Felipe José Goulart,
pela orientação e auxílio nos trabalhos executados.
Ao professor Berend Snoeijer, que se disponibilizou a orientar este trabalho, sendo
atencioso e prestativo quando solicitado.
Enfim, todos que de alguma forma contribuíram para a conclusão do curso de
Engenharia de Materiais.
viii
RESUMO
O presente trabalho descreve um estudo realizado em tuchos de válvula para motores à
combustão, fabricados em ferro fundido cinzento coquilhado. O trabalho tem como finalidade
estudar a variação da espessura e definição da camada coquilhada em tuchos de válvula de
ferro fundido cinzento para motores de combustão interna. Esta configuração de estruturas é
necessária, pois o componente trabalha sob constante atrito, necessitando de uma região com
uma resistência ao desgaste muito alta, promovida pelo ferro fundido coquilhado. A
otimização da espessura da camada coquilhada resulta em uma redução no tempo de
acabamento do tucho, ao mesmo tempo em que na obtenção de camadas muito finas, pode
ocorrer a inutilização do componente. Os testes têm o objetivo de avaliar a influência da
inoculação e do inoculante utilizado na obtenção da maior definição possível da camada
coquilhada, com uma espessura coquilhada, sem perda das características da camada
coquilhada. Foram analisadas quatro amostras de inoculantes comerciais de composição
conhecida aplicadas em seis diferentes quantidades. As amostras foram submetidas à análise
macrográfica para determinação da definição e espessura da camada coquilhada e análise
micrográfica para verificar a precipitação de carbono grafítico na camada coquilhada. Foram
realizados também ensaios de dureza Rockwell C e Brinell em todas amostras em regiões
previamente definidas a fim de avaliar o perfil de dureza obtido. Os resultados obtidos
indicam diferenças entre os inoculantes, com melhores resultados para um determinado tipo.
ix
ABSTRACT
This labor describes a study of valve tappets for combustion engines, made of chilled
grey cast iron. It has the purpose of studying the thickness variation and the chilled layer
definition in valve tappets made of grey cast iron for internal combustion engines. This kind
of structure is necessary, because the component works in continuous friction, demanding a
high wear resistance structure, conferred by the chilled cast iron. The chilled layer thickness
optimization results in a reduction of the time for tappets finishing, while a tin layer can
disenable the tappet. The tests have the objective of evaluating the process and the inoculant
influences in obtaining the highest definition of chilled layer as possible. Four commercial
inoculant samples of known chemical composition, applied in six different quantities, were
analyzed. The samples were submitted to a micrographic analysis to determine the definition
and thickness of the chilled layer and micrographic analysis to verify the precipitation of
graphitic carbon in the chilled layer. Rockwell C and Brinell hardness tests were performed in
all samples, in predetermined areas, to evaluate the hardness profile obtained. The gotten
results indicate differences between the inoculants, with better resulted for one determined
type.
x
ÍNDICE DE ABREVIATURAS
Fe – Elemento ferro
C – Elemento carbono
Si – Elemento silício
Ca – Elemento cálcio
Al – Elemento alumínio
Ba – Elemento bário
Sr – Elemento estrôncio
Mn – Elemento manganês
Zr – Elemento zircônio
CE – Carbono equivalente
HRC – Dureza Rockwell C
HB – Dureza Brinell
xi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 01 – Conjunto de válvulas ilustrando seus principais componentes............................................03
Figura 02 – Ilustração de um tucho de válvula para motor à combustão................................................04
Figura 03 – Diagrama estável e metaestável Fe-C..................................................................................07
Figura 04 – Secções do diagrama ternário Fe-C-Si, para teores de 2,3 e 3,5% de silício em
peso...............................................................................................................................................07
Figura 05 – curva de resfriamento de um ferro fundido..........................................................................09
Figura 06 – Diagrama de equilíbrio ferro carbono ampliado demonstrando a diferença de
temperaturas..................................................................................................................................10
Figura 07 – Efeitos dos elementos nas linhas de equilíbrio do diagrama Fe - C.....................................11
Figura 08 – Influência da velocidade de esfriamento sobre o super-resfriamento..................................13
Figura 09 - Ilustração de molde para vazamento de tucho de válvula.....................................................16
Figura 10 – Método para obtenção da dureza Brinell.............................................................................17
Figura 11 – Localização dos ensaios de dureza Brinell e Rockwell C....................................................22
Figura 12 – Teste sem inoculação Aumento 2,5x...................................................................................23
Figura 13 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “A”. Aumento 2,5x......................................23
Figura 14 – Teste com 0,03% de inoculante. Inoculante “A”. Aumento 2,5x........................................23
Figura 15 – Teste com 0,05% de inoculante. Inoculante “A”. Aumento 2,5x......................................24
Figura 16 – Teste com 0,10% de inoculante. Inoculante “A”. Aumento 2,5x........................................24
Figura 17 – Teste com 0,15% de inoculante. Inoculante “A”. Aumento 2,5x.......................................24
Figura 18 – Teste sem inoculação Aumento 2,5x...................................................................................25
Figura 19 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “B”. Aumento 2,5x......................................25
Figura 20 – Teste com 0,03% de inoculante. Inoculante “B”. Aumento 2,5x........................................25
Figura 21 – Teste com 0,05% de inoculante. Inoculante “B”. Aumento 2,5x.......................................25
Figura 22 – Teste com 0,10% de inoculante. Inoculante “B”. Aumento 2,5x.......................................25
Figura 23 – Teste com 0,15% de inoculante. Inoculante “B”. Aumento 2,5x......................................25
Figura 24 – Teste sem inoculação Aumento 2,5x...................................................................................26
Figura 25 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “C”. Aumento 2,5x......................................26
Figura 26 – Teste com 0,03% de inoculante. Inoculante “C”. Aumento 2,5x........................................26
Figura 27 – Teste com 0,05% de inoculante. Inoculante “C”. Aumento 2,5x.......................................26
Figura 28 – Teste com 0,10% de inoculante. Inoculante “C”. Aumento 2,5x........................................26
Figura 29 – Teste com 0,15% de inoculante. Inoculante “C”. Aumento 2,5x........................................26
Figura 30 – Teste sem inoculação Aumento 2,5x...................................................................................27
Figura 31 – Teste com 0,015% de inoculante. Inoculante “D”. Aumento 2,5x....................................27
Figura 32 – Teste com 0,03% de inoculante. Inoculante “D”. Aumento 2,5x......................................27
Figura 33 – Teste com 0,05% de inoculante. Inoculante “D”. Aumento 2,5x......................................28
Figura 34 – Teste com 0,10% de inoculante. Inoculante “D”. Aumento 2,5x......................................28
Figura 35 – Teste com 0,15% de inoculante. Inoculante “D”. Aumento 2,5x.......................................28
Figura 36 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x......................................28
Figura 37 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,015% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................29
Figura 38 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,03% de
inoculante em peso. Aumento:100x..............................................................................................29
Figura 39 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,05% de
inoculante em peso. Aumento:100x..............................................................................................30
Figura 40 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,10% de
inoculante em peso. Aumento:100x..............................................................................................30
Figura 41 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,15% de
inoculante em peso. Aumento:100x..............................................................................................30
Figura 42 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x......................................31
Figura 43 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,015% de
inoculante em peso. Aumento:100x..............................................................................................31
xii
Figura 44 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,03% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................32
Figura 45 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,05% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................32
Figura 46 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,10% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................32
Figura 47 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,15% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................33
Figura 48 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x.....................................33
Figura 49 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,015% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................34
Figura 50 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,03% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................34
Figura 51 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,05% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................34
Figura 52 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,10% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................35
Figura 53 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,15% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................35
Figura 54 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x......................................36
Figura 55 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,015% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................36
Figura 56 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,03% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................36
Figura 57 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,05% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................37
Figura 58 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,10% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................37
Figura 59 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,15% de
inoculante em peso. Aumento:100x.............................................................................................37
xiii
ÌNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 01 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato,
inoculante “A”...............................................................................................................38
Gráfico 02 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato,
inoculante “B” ..............................................................................................................39
Gráfico 03 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato,
inoculante “C” ..............................................................................................................39
Gráfico 04 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato,
inoculante “D” ..............................................................................................................40
Gráfico 05 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato,
inoculante “A” ..............................................................................................................41
Gráfico 06 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato,
inoculante “B”...............................................................................................................41
Gráfico 07 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato,
inoculante “C”...............................................................................................................42
Gráfico 08 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato,
inoculante “D”...............................................................................................................43
xiv
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...............................................................................................01
1.1. OBJETIVO GERAL......................................................................................................02
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................................02
2. REVISÃO DA LITERATURA.......................................................................03
2.1 O TUCHO DE VÁLVULA............................................................................................03
2.2 FERROS FUNDIDOS....................................................................................................04
2.3. FERROS FUNDIDOS CINZENTOS............................................................................05
2.3.1. Composição química dos ferros fundidos cinzentos...........................................................05
2.3.2. O sistema Ferro – Carbono – Silício...................................................................................06
2.3.3. Solidificação dos ferros fundidos cinzentos........................................................................08
2.3.4. Variáveis de processo na solidificação de ferros fundidos cinzentos..................................10
2.3.4.1. Influência da composição química...............................................................................10
2.3.4.2. Variação da velocidade de resfriamento (taxa de extração de calor)...........................12
2.3.4.3. Tratamento de Superaquecimento do banho metálico.................................................14
2.3.4.4. Tratamento de Inoculação do banho metálico.............................................................14
2.3.4.5. Tratamento de Desoxidação do banho metálico..........................................................15
2.4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO..................................................................................15
2.5. DUREZA BRINELL.....................................................................................................16
2.6. DUREZA ROCKWELL................................................................................................17
2.7. ANÁLISE MACROESTRUTURAL.............................................................................18
2.8. ANÁLISE MICROESTRUTURAL..............................................................................18
3. MATERIAIS E MÉTODOS............................................................................19
3.1. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS.....................................................19
3.2. CARACTERIZAÇÃO DOS INOCULANTES.............................................................20
3.3. QUANTIDADE DE INOCULANTE E MÉTODO DE INOCULAÇÃO.....................20
3.4. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MACROGRÁFICA......................................................20
3.5. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MICROGRÁFICA........................................................21
3.6. DUREZA ROCKWELL C E DUREZA BRINELL......................................................21
xv
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................................................23
4.1. ANÁLISE MACROESTRUTURAL.............................................................................23
4.1.1. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “A”..............................................23
4.1.2. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “B”..............................................24
4.1.3. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “C”..............................................25
4.1.4. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “D”..............................................27
4.2. ANÁLISE MICROESTRUTURAL...............................................................................28
4.2.1. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “A”...............................................28
4.2.2. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “B”...............................................31
4.2.3. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “C”...............................................31
4.2.4. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “D”...............................................35
4.3. ANÁLISE DO PERFIL DE DUREZA ROCKWELL C ..............................................38
4.3.1. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “A”.....................38
4.3.2. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “B”.....................38
4.3.3. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “C”.....................39
4.3.4. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “D”.....................40
4.4. ANÁLISE DO PERFIL DE DUREZA BRINELL........................................................40
4.4.1. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “A”.............................40
4.4.2. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “B”.............................41
4.4.3. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “C”.............................42
4.4.4. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “D”.............................43
5. CONCLUSÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS.......................................44
REFERÊNCIAS .................................................................................................45
1
1. INTRODUÇÃO
O conjunto de válvulas é parte essencial de qualquer motor de combustão interna. O
conjunto de válvulas é composto de alguns componentes tais como válvulas, balancins,
varetas, tuchos e o comando de válvulas.
Os tuchos de válvula são responsáveis por transmitir o impulso de abertura da válvula
do comando de válvula para as varetas, que por sua vez acionam balancins e válvulas. É uma
peça de extrema responsabilidade para o funcionamento e durabilidade do conjunto.
O tucho de válvula é produzido por um processo de fundição em areia sobre uma
superfície metálica denominada coquilha, e posteriormente sofre processos de usinagem que
conferem ao produto suas medidas acabadas.
O processo de fundição sobre coquilha metálica, confere ao tucho uma camada
composta de ferro fundido branco que se forma em contato com a coquilha. Esta camada de
ferro fundido branco é denominada camada coquilhada, e possui elevada dureza e resistência
ao desgaste, características necessárias devido ao tucho sofrer atrito constante durante sua
aplicação.
Por ser uma peça inteiramente usinada, o controle da camada coquilhada torna-se de
grande importância, visto à dificuldade e o custo que existe para se trabalhar o ferro fundido
branco nos processos posteriores de usinagem. Por outro lado, uma camada reduzida pode vir
a inutilizar o componente, por ser reduzida ou eliminada nos processos posteriores.
Durante o processo de fusão é realizado o processo de inoculação do metal, com o
objetivo de se obter um maior controle da espessura e definição da camada coquilhada.
Os testes de avaliação da inoculação foram realizados com quatro amostras de
inoculantes comerciais aplicados em seis diferentes quantidades.
Avaliou-se além dos aspectos de definição e altura da camada coquilhada, outras
características influenciadas pela inoculação, como estrutura micrográfica da camada
coquilhada, dureza Rockwell C e dureza Brinell em diferentes regiões pré-estabelecidas a fim
de analisar o perfil de evolução da dureza.
2
1.1. OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho consiste na avaliação da influência da variação da
inoculação e do inoculante no controle da espessura e definição da camada coquilhada (ferro
fundido branco), aplicado em tuchos de válvula para motores à combustão interna
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos específicos deste trabalho são:
•
Avaliação da camada total coquilhada para cada tipo de inoculante e quantidade
utilizada
•
Avaliação da definição do coquilhamento para cada tipo de inoculante e quantidade
utilizada
•
Avaliação da dureza Rockwell C e Brinell para cada tipo de inoculante e quantidade
utilizada
•
Avaliação metalográfica da precipitação de carbono grafítico na região coquilhada.
3
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1 O TUCHO DE VÁLVULA
Os tuchos de válvula fazem parte de um conjunto que é o sistema de válvulas do
motor. Os tuchos de válvula são responsáveis por transmitir o impulso de abertura das
válvulas do comando de válvulas para as varetas. A figura 01 ilustra um conjunto acionador
de válvulas com seus principais componentes.
Balancim
Válvula
Vareta
Câmara
Tucho
Figura 01 – Conjunto de válvulas ilustrando seus principais componentes. [5]
Os tuchos de válvula estão sujeitos a condições tribológicas especiais, além de
sofrerem esforços compressivos cíclicos. Assim, para que o tucho desempenhe sua função
com eficiência é necessário que este apresente algumas propriedades adequadas.
Durante anos o ferro fundido cinzento com camada coquilhada tem sido utilizado
devido às suas excelentes propriedades. A figura 02 ilustra um tucho de válvula. As regiões
indicadas, prato e corpo, são respectivamente o local onde o tucho sofre atrito constante com
o comando de válvulas, e o local onde é alojada a vareta que movimenta os balancins.
4
Corpo
Prato
Figura 02 – Ilustração de um tucho de válvula para motor à combustão
2.2 FERROS FUNDIDOS
Os ferros fundidos podem ser definidos como ligas de ferro com teores de carbono
acima de 2,1%. Os ferros fundidos comuns, sem mencionar os com altos teores de elementos
de liga, podem ser definidos como ligas de ferro (Fe), carbono (C) e silício (Si).
Os ferros fundidos podem ser classificados em:
•
Ferro fundido branco: Neste material, substancialmente todo o carbono presente
encontra-se na forma combinada de cementita ou outros carbonetos metálicos.
Também pode ser denominado como ferro fundido coquilhado.
•
Ferro fundido mesclado: São intermediários entre os ferros fundidos brancos e
cinzentos, possuindo proporções variáveis entre o ferro fundido branco e o ferro
fundido cinzento.
•
Ferro fundido cinzento: As fases formadas na solidificação deste material são austenita
e grafita. A grafita se apresenta na forma de lamelas (veios). As alterações posteriores
da austenita no resfriamento podem originar uma matriz perlítica ou ferrítica,
dependendo da composição, originado assim o ferro fundido cinzento perlítico e o
ferro fundido cinzento ferrítico respectivamente.
•
Ferro fundido nodular: São ferros fundidos nos quais as fases formadas na
solidificação são austenita e grafita. A grafita no ferro nodular se apresenta em
nódulos, devido ao tratamento realizado no banho metálico pouco antes do vazamento
do metal. A matriz resultante pode resultar ferrítica ou perlítica, influenciada pela
composição.
•
Ferros fundidos maleáveis: São ligas que se apresentam na forma de ferros fundidos
brancos no estado bruto de fusão. São em seguida tratados termicamente de forma que
a cementita acaba por se decompor em grafita na forma de nódulos deformados.
5
2.3. FERROS FUNDIDOS CINZENTOS
São materiais em que a principal característica é a presença de grafita em forma de
lamelas (veios). Podem apresentar também carbono na forma combinada formando o
microconstituinte denominado perlita.
Os ferros fundidos cinzentos tem sido largamente utilizados durante anos em
decorrência de uma série de propriedades que possuem: baixo custo, alta resistência ao
desgaste, capacidade de amortecimento de vibrações, condutibilidade térmica, moderada
resistência à oxidação, etc.
Uma de suas desvantagens é sua característica de fratura frágil, pois a disposição dos
veios de grafita no interior do material acaba por provocar um efeito de entalhe, ocorrendo a
ruptura do material sem deformação plástica do material.
2.3.1. Composição química dos ferros fundidos cinzentos
Os elementos químicos presentes normalmente em um ferro fundido cinzento exercem
influência na microestrutura e propriedades resultantes. Abaixo estão apresentados os efeitos
dos principais elementos.
•
Carbono – É o elemento essencial de um ferro fundido cinzento, responsável pelas
propriedades mecânicas e de fundição. O carbono está presente em sua maioria sob a
forma de lamelas (veios), e um percentual (máx. 0,8%) pode estar combinado
conferindo uma matriz perlítica
•
Silício – Poderoso grafitizante tanto na solidificação quanto na reação eutetóide.
Reduz
conseqüentemente
o
coquilhamento.
Não
pode
ser
observado
microscopicamente pois forma solução sólida com a ferrita. Juntamente com o
carbono afeta sensivelmente a fundibilidade.
•
Manganês – Tem como principal papel a neutralização do enxofre. É colocado sempre
em excesso estequiométrico para evitar a formação de sulfeto de ferro, muito
prejudicial. O manganês sempre foi adicionado em excesso a fim de se obter estrutura
perlítica na transformação eutetóide, porém estudos recentes demonstram que sua
presença excessiva é prejudicial, diminuindo a resistência mecânica e favorecendo a
obtenção de estruturas ferríticas.
6
•
Enxofre – Impureza que deve ser contrabalançada pelo manganês, caso contrário
ocorre a formação de sulfetos de ferro que fragilizam a estrutura do fundido. Nos
ferros fundidos cinzentos, quando contrabalançado pelo manganês no teor de 0,05 a
0,10% é até desejável, produzindo um efeito favorável sobre a morfologia da grafita.
•
Fósforo – Elemento prejudicial por formar um eutético de baixo ponto de fusão, a
Steadita. A adição de fósforo é interessante quando se necessita de uma maior fluidez
do metal. Nestes casos teores maiores que 0,5% podem ser interessantes.
•
Cromo – Poderoso estabilizador de carbonetos na solidificação e nas reações de estado
sólido. Adicionado quando se deseja ferros fundidos com propriedades especiais.
•
Cobre – Têm efeito grafitizante na solidificação e perlitizante forte na reação
eutetóide. Adicionado para se obter matriz perlítica com conseqüente aumento da
resistência e dureza. Seu teor deve ser mantido dentro de certos limites, caso contrário
há uma queda nas propriedades mecânicas.
•
Estanho – tem efeito neutro na solidificação, mas um efeito perlitizante muito
poderoso na reação eutetóide, eliminando praticamente todas as áreas de ferrita. Seu
teor deve ser mantido até 0,10% em peso, caso contrário pode ocorrer uma queda
sensível das propriedades mecânicas do material.
2.3.2. O sistema Ferro – Carbono - Silício
Os diagramas de equilíbrio fornecem informações preciosas sobre as fases presentes
em função da composição e temperatura. Porém na solidificação de ligas industriais tendem a
ocorrer condições de não-equilíbrio.
Para os aços, no caso de resfriamento lento, as estruturas podem ser interpretadas com
o auxílio do diagrama metaestável ferro – carbono. Para os ferros fundidos cinzentos as
transformações podem se dar tanto de acordo com o diagrama metaestável como segundo o
diagrama estável ferro – carbono.
A figura apresenta os diagramas Fe-C estável e metaestável superpostos, sendo
representado por linhas pontilhadas onde o diagrama estável difere do metaestável.
7
Figura 03 – Diagrama estável e metaestável Fe-C. [10]
Em ferros fundidos cinzentos além da possibilidade de as reações ocorrerem segundo
o diagrama estável ou metaestável, existe ainda a complicação de se tratarem de ligas
ternárias Fe – C – Si. O estudo portanto deve apoiar-se no diagrama ternário Fe – C – Si.
Abaixo estão apresentados dois cortes do diagrama ternário Fe – C – Si, para teores de
2,3 e 3,5% de Si.
Figura 04 – Secções do diagrama ternário Fe-C-Si, para teores de 2,3 e 3,5% de silício em peso. [7]
8
Nota-se que o silício altera a composição eutetóide, eutética e a solubilidade do
carbono na austenita. Observa-se também que as reações eutética e eutetóide não ocorrem
mais em uma temperatura determinada, mas em uma faixa de temperaturas.
O uso de diagramas ternários é relativamente complexo e para fins práticos, um
conceito extremamente útil na interpretação de estruturas é o de carbono equivalente.
Verifica-se que a estrutura de um ferro fundido pode ser interpretada com base em um
diagrama simplificado onde ao contrário do carbono, considera-se o equivalente em carbono,
que pode ser tomado pela equação abaixo, onde CE (carbono equivalente) representa o
equivalente em peso percentual de carbono, C representa o percentual em peso de carbono e
Si representa o percentual em peso de silício.
CE = %C + % Si
1
3
Isto é devido ao fato de que o silício atua como o carbono, mas com um poder 3 vezes
menor. Portanto em ferros fundidos ao invés de falar-se em teores de C e Si, utiliza-se o
conceito de carbono equivalente, pois as estruturas, a princípio, serão sempre iguais para o
mesmo CE.
2.3.3. Solidificação dos ferros fundidos cinzentos
Como já foi mencionado anteriormente, no caso de ferros fundidos, a solidificação
poderá se dar de acordo com o diagrama estável ferro - grafita ou de acordo com o diagrama
metaestável ferro - cementita. Assim, pode-se considerar a solidificação um processo de
nucleação e crescimento das fases austenita, grafita e cementita. Apesar de haver uma redução
da energia livre do sistema, a solidificação não ocorre quando o líquido atinge a temperatura
de equilíbrio sólido – líquido.
Observando-se uma curva de resfriamento de um ferro fundido a partir do estado
líquido, verifica-se que quando ocorre a formação de alguma fase sólida, tende a ocorrer uma
mudança de inclinação ou até um patamar na curva de resfriamento. Em condições reais, esta
inflexão sempre ocorre um pouco abaixo da temperatura esperada pelo diagrama de
equilíbrio, então se diz que a transformação ocorreu com super-resfriamento.
9
T (°C)
t (s)
Figura 05 – curva de resfriamento de um ferro fundido.[9]
Sendo a nucleação um processo termicamente ativado, é necessário um certo superresfriamento em relação à temperatura de equilíbrio para que os primeiros núcleos sejam
formados, e para que sejam ativados os núcleos existentes no banho. No caso de ferros
fundidos cinzentos, na maioria das vezes, a solidificação se processa em duas etapas.
Para ferros fundidos hipoeutéticos (CE < 4,3%) processa-se inicialmente a nucleação e
crescimento de dendritas de austenita, e para ferros fundidos hipereutéticos (CE > 4,3%)
processa-se a nucleação e crescimento de grafitas primárias. A última etapa, que é única para
ferros fundidos eutéticos (CE = 4,3), corresponde à solidificação eutética que é a formação
simultânea de austenita e grafita.
Este agregado de austenita e grafita formado durante a solidificação do eutético, possui
uma configuração de frente de solidificação aproximadamente esférica. Cada unidade de
crescimento esférica de austenita e grafita á chamada de célula eutética.
Conforme o crescimento das células eutéticas avança, há um aumento da temperatura
do banho, conhecido por recalescência. Este fenômeno está relacionado entre um balanço do
calor extraído pelo molde e o calor liberado pela reação de solidificação (calor latente de
solidificação).
Na figura 5 verifica-se que no ponto B’ o molde é capaz de extrair mais calor que o
liberado pela solidificação. Porém no ponto C, o calor liberado pela solidificação passa a ser
igual ou maior que o calor extraído pelo molde, ocorrendo a recalescência. No ponto D
começa a haver colisão entre as células eutéticas, o que causa interferência no seu
10
crescimento, reduzindo a velocidade de liberação de calor, reduzindo seu crescimento. A
solidificação está completa em E.
2.3.4. Variáveis de processo na solidificação de ferros fundidos cinzentos.
Sendo a solidificação um processo de nucleação e crescimento, as variáveis do
processo poderão influenciar a nucleação, o crescimento, ou ambas.
São três as principais variáveis de processo que exercem influência sobre a nucleação
e/ou o crescimento:
•
A composição química
•
Velocidade de esfriamento
•
Tratamentos do banho
Existem outras variáveis, como super-resfriamento, número de núcleos e temperatura
de solidificação, porém estas são dependentes das variáveis principais.
2.3.4.1. Influência da composição química.
Do ponto de vista termodinâmico já se verificou que o sistema Fe-C possui dois
eutéticos, provenientes da existência de dois equilíbrios: estável (ferro-grafita) e metaestável
(ferro-cementita).
Para o sistema ferro carbono, existe uma diferença de cerca de 7 °C entre as
temperaturas de equilíbrio do eutético estável e metaestável como pode se observar na figura
06.
Figura 06 – Diagrama de equilíbrio ferro carbono ampliado demonstrando a diferença de temperaturas. [9]
Determinados elementos denominados grafitizantes, como o silício, alumínio, níquel e
cobre exercem influência no diagrama Fe-C ampliando a faixa de temperaturas entre os dois
11
eutéticos, e tornando termodinamicamente mais favorecida a obtenção de estruturas grafíticas
na solidificação.
Destes elementos o silício e o alumínio são os mais efetivos, sendo o alumínio pouco
utilizado, em virtude dos defeitos que costumam surgir quando se utiliza este elemento em
excesso. O níquel tem um poder grafitizante de cerca de um terço do silício. O silício também
tem um forte efeito na decomposição de carbonetos, seja durante a solidificação ou em
tratamentos térmicos posteriores.
Os elementos grafitizantes não são microscopicamente visíveis no material, por
encontrarem-se em solução sólida na ferrita.
Os elementos cromo, vanádio, tungstênio, molibdênio e manganês promovem a
solidificação segundo o diagrama metaestável
Fe-C. O efeito destes elementos,
contrariamente ao efeito dos elementos grafitizantes, é o de aproximar a faixa de temperaturas
entre os dois eutéticos, estável e metaestável.
Em ferros fundidos que possuem quantidades elevadas de elementos estabilizadores de
carbonetos (ex: cromo) pode ocorrer a inversão das linhas dos eutéticos, e pode-se concluir
daí que a fase estável termodinamicamente passa a ser a do carboneto.
A figura 7 abaixo ilustra o efeito dos elementos químicos sobre as linhas do eutético
do diagrama Fe - C.
Figura 07 – Efeitos dos elementos nas linhas de equilíbrio do diagrama Fe - C. [9]
Segundo Santos (1977), os elementos que parecem influenciar mais as temperaturas de
equilíbrio são o silício e o cromo. Porém este pode não ser o efeito principal de todos os
elementos a se adicionar. O efeito grafitizante pode estar ligado também a um aumento da
atividade do carbono na liga.
12
Os elementos de liga também podem atuar na distribuição de solutos durante a
solidificação, alterando a nucleação e o crescimento das fases sólidas.
Do ponto de vista cinético, os elementos de liga podem influenciar tanto a velocidade
de nucleação quanto a de crescimento. A adição de silício, manganês ou carbono têm o efeito
de aumentar a velocidade de crescimento. O hidrogênio, o nitrogênio e o oxigênio têm o
efeito de reduzir o crescimento das células eutéticas.
Assim, de modo geral, quando a composição exerce influência sobre a velocidade de
crescimento, ocorre um engrossamento do esqueleto de grafita, e uma redução na sua
ramificação do mesmo. Quando a velocidade de crescimento é muito retardada pela
composição química, ocorre um aumento do super-resfriamento para que se dê a
solidificação.
Via de regra, os elementos que na solidificação atuam como grafitizantes tem efeito
mais favorável para a nucleação.
O enxofre apresenta um comportamento bastante particular. Em baixos teores, ele
diminui a velocidade de crescimento das células eutéticas, tendendo a aumentar o superresfriamento necessário à solidificação. Porém, o super-resfriamento é reduzido pelo aumento
do número de núcleos. Este comportamento, para baixos teores, pode ser explicado pelo
aumento da atividade do carbono, pela formação de núcleos heterogêneos e pelo caráter
tenso-ativo deste elemento, sendo adsorvido na interface líquido/grafita, reduzindo a energia
de interface desta união, conseqüentemente reduzindo o raio crítico dos núcleos.
Entretanto para altos percentuais de enxofre, a redução da velocidade de crescimento
pode tornar-se predominante em relação ao poder nucleante, aumentando o superresfriamento necessário à solidificação.
2.3.4.2. Variação da velocidade de resfriamento (taxa de extração de calor).
Como já foi visto, a nucleação e o crescimento são processos termicamente ativados.
Já foi mencionado também que em virtude disto, a solidificação, via de regra, não se dá na
temperatura sólido-líquido encontrada no diagrama de equilíbrio, mas sempre ocorre com um
certo super-resfriamento. Fixando-se as demais variáveis (composição química e tratamentos
do banho), verifica-se que, para velocidades maiores, ocorre um maior super-resfriamento até
o início da recalescência. Isto pode ser explicado pelo fato de que a recalescência ocorre
quando a taxa de calor liberada pelo processo de solidificação é superior à extraída pelo
molde.
13
Quando o resfriamento provocado pelo molde for mais intenso (maior taxa de extração
de calor), o calor liberado pelo processo de solidificação passa a ser insuficiente para o início
da recalescência.
Torna-se necessário então um aumento no super-resfriamento para que novos núcleos
sejam formados e seja aumentada a velocidade de crescimento, liberando mais calor que o
molde pode extrair, provocando a recalescência.
Pode ocorrer que o calor extraído pelo molde seja maior que o liberado em toda a faixa
de temperatura entre o eutético estável e o metaestável. Neste caso, ocorre a solidificação
segundo o diagrama metaestável ferro-carbono, obtendo-se ferro branco, uma vez que a
recalescência ocorreu abaixo da temperatura do eutético metaestável.
A figura 8 representa o efeito da velocidade de resfriamento sobre a estrutura final do
fundido. Para o ferro fundido ilustrado na curva 1 houve uma velocidade de resfriamento mais
baixa, assim, depois de atingida a temperatura do eutético estável houve um pequeno superresfriamento até o início da recalescência.
O ferro fundido ilustrado na curva 2 foi esfriado com uma velocidade maior. Assim,
foi necessário um aumento do super-resfriamento para que o calor liberado pelo processo de
solidificação fosse maior que o extraído pelo molde, ocorrendo a recalescência.
Para o ferro fundido ilustrado na curva 3, o calor extraído pelo molde foi superior ao
liberado pelo processo de solidificação durante toda a faixa entre os equilíbrios estável e
metaestável, ocorrendo a solidificação segundo o diagrama metaestável.
T (°C)
t (s)[9]
Figura 08 – Influência da velocidade de esfriamento sobre o super-resfriamento.
Três métodos podem ser utilizados para a variação da velocidade de resfriamento;
•
Variação da espessura do molde ou o material que o compõe.
14
•
Modificação da temperatura de vazamento. Com a redução da temperatura de
vazamento há um aumento na velocidade de resfriamento. Isto ocorre em virtude da
temperatura de vazamento ser mais próxima da temperatura de solidificação, e não
haver tempo para um aquecimento das paredes do molde.
•
Variação do tamanho da seção e peças fundidas.
2.3.4.3. Tratamento de superaquecimento do banho metálico
É conhecido que no processo de solidificação de ligas comerciais a solidificação se
processa de maneira heterogênea, e o banho metálico possui muitos núcleos de solidificação
que não são estáveis.
O superaquecimento consiste no aquecimento do metal líquido à uma temperatura bem
acima da temperatura de fusão, e posterior manutenção desta temperatura durante
determinado tempo. Com o superaquecimento são destruídos os núcleos que não são
estáveis. Isto é realizado a fim de homogeneizar o banho, reduzindo a influência das
diferentes matérias primas utilizadas.
2.3.4.4. Tratamento de Inoculação do banho metálico
É denominado o tratamento em que se adiciona no banho metálico, pouco antes do
vazamento, compostos com efeito grafitizante. O objetivo básico da inoculação é promover a
solidificação do eutético estável pelo aumento do número de células eutéticas e redução do
super - resfriamento, evitando a solidificação segundo o diagrama metaestável.
Algumas variáveis da inoculação podem interferir de forma significativa no tratamento
de inoculação:
a) Composição do inoculante
Podem-se classificar as ligas inoculantes em três categorias;
•
Inoculantes à base de grafita
•
Inoculantes de ferro-silício comum
•
Inoculantes de ferro-silício contendo outros elementos
Os inoculantes à base de grafita se constituem basicamente de misturas de pó de
grafite e de partículas de ferro-silício. Os inoculantes de ferro silício são os mais
freqüentemente utilizados. Seu poder de inoculação varia com o tipo e as quantidades de
impurezas que possui. Os inoculantes à base de ferro-silício contendo outros elementos são
utilizados quando se necessitam de ferros fundidos com melhores características.
15
b) Quantidade de inoculante
A quantidade de inoculante a ser utilizado no processo de inoculação é função do peso
de metal a ser tratado. Em geral pode variar entre 0,05 a 0,7% em peso.
c) Método de inoculação
Existem diversos métodos de inoculação utilizados. Entre eles, dois são considerados
mais comuns:
Inoculação na panela ou no jato de metal para a panela; O inoculante é depositado na
panela antes de receber o metal, ou durante o jato de metal para o enchimento da panela de
vazamento
Inoculação no jato de metal para o molde ou no molde; O inoculante é adicionado no
jato de metal para o enchimento do molde ou dentro do próprio molde.
d) Tempo decorrido da inoculação até o vazamento do metal.
O efeito da inoculação pode ser reduzido ou até inexistente, dependendo do tempo
decorrido entre a inoculação e a solidificação. Este efeito é conhecido como fading do
inoculante, e significa a perda da eficiência da inoculação com o tempo decorrido entre a
inoculação e o vazamento da peça.
2.3.4.5. Tratamento de Desoxidação do banho metálico
A desoxidação é um tratamento realizado no banho metálico com o objetivo de reduzir
a quantidade de oxigênio dissolvido no banho. O metal oxidado tem sua fluidez drasticamente
reduzida. Um efeito muito importante do oxigênio dissolvido é aumentar a profundidade de
coquilhamento do material. Os materiais mais utilizados para a desoxidação dos ferros
fundidos são ligas à base de cálcio - silício, alumínio, titânio e algumas ligas de cálcio - silício
contendo zircônio.
2.4. PROCESSO DE FABRICAÇÃO
O processo de fabricação de um tucho de válvula fundido consiste na elaboração da
carga, fusão e vazamento do metal no molde de areia, sendo que o molde possui uma
superfície metálica denominada coquilha, posicionada no “prato” do tucho, que é a região que
sofrerá atrito constante com o comando de válvulas.
16
A figura 09 ilustra o corte de um molde, demonstrando o processo de vazamento
descrito.
Metal
Areia
Coquilha
metálica
Figura 09 - Ilustração de molde para vazamento de tucho de válvula
O molde é composto essencialmente de areia de sílica ligada quimicamente com resina
fenólica - uretânica com cura por processo de passagem de catalisador gasoso. A coquilha no
qual o molde é vazado é constituída de ferro fundido cinzento.
Assim, com um ajuste correto da composição e utilizando a técnica correta de
inoculação tem-se uma peça com estrutura bruta de ferro fundido cinzento perlítico, com uma
camada de ferro fundido branco que se forma em contato com a coquilha.
A espessura desta camada deve ser cuidadosamente controlada, pois uma camada
muito reduzida poderia ser eliminada nas operações posteriores de usinagem. Ainda uma
camada muito reduzida pode conter percentuais de ferro fundido mesclado, que é prejudicial
para as propriedades do tucho.
Por outro lado, uma camada coquilhada muito espessa, acaba por dificultar ou até
impedir as etapas posteriores de usinagem do material.
2.5. DUREZA BRINELL
O ensaio de dureza Brinell consiste basicamente de comprimir uma esfera de aço de
diâmetro “D” sobre a superfície plana polida e limpa de um metal através de uma carga
conhecida Q durante um tempo pré-determinado “t”.
17
O ensaio provoca uma impressão permanente no metal no formato de uma calota
esférica de diâmetro “d”, que pode ser medido com um micrômetro ótico após a retirada da
carga.
O valor da medida “d” deve ser tomado como a média de duas leituras feitas a 90°
uma da outra. A dureza Brinell é expressa em N/mm², que está relacionada com os valores de
“D”, “d” e “Q”, conforme a expressão abaixo:
HB =
2Q
πD ( D − D 2 − d 2 )
A figura abaixo ilustra o método para obtenção da dureza Brinell
Figura 10 – Método para obtenção da dureza Brinell. [11]
A peça a ser ensaiada deve ser plana e polida, e deve estar bem apoiada, para que se
evite qualquer deslocamento durante a aplicação da carga. O tempo “t” necessário durante a
aplicação da carga é fixado geralmente em 30 segundos conforme as normas, mas pode ser
aumentado para até 60 segundos, para metais com baixo ponto de fusão como o chumbo e
suas ligas.
Uma observação importante é que como a dureza Brinell abrange uma área de contato
maior que os outros tipos de dureza, ela é a única utilizada e aceita para metais que tenham
uma estrutura interna não-uniforme, como é o caso dos ferros fundidos cinzentos.
2.6. DUREZA ROCKWELL
A dureza Rockwell, simbolizada por HR elimina o tempo necessário para a medição
de qualquer medida produzida pelo ensaio, pois o resultado de dureza é medido diretamente
na máquina de ensaio.
18
O ensaio é baseado na profundidade de penetração de uma ponta, subtraída da
recuperação elástica devida à retirada de uma carga maior e da profundidade de penetração
causada pela aplicação de uma carga menor.
Os penetradores utilizados na dureza Rockwell são do tipo esféricos (esfera de aço
temperado) ou cônicos (cone de diamante tendo 120° de conicidade).
A leitura deve ser feita numa escala apropriada ao penetrador e a carga utilizada. As
escalas da dureza Rockwell são arbitrárias, porém baseadas na profundidade de penetração,
penetrador e carga utilizada e são designadas por letras (A, B, C, etc.). O valor de dureza
obtido no ensaio Rockwell é adimensional, ao contrário de outros ensaios como o de dureza
Brinell ou Vickers.
2.7. ANÁLISE MACROESTRUTURAL
A macrografia pode ser definida como um exame feito na amostra a olho nu ou com aumento
máximo de 10x. A macrografia é importante por ser rápida e permitir a obtenção de
informações gerais da peça como:
•
Homogeneidade do material da peça
•
Análise da distribuição de impurezas
•
Análise de macro defeitos de fabricação
•
Análise de tamanho de grão (para peças com granulação grosseira)
•
Profundidade de coquilhamento
2.8. ANÁLISE MICROESTRUTURAL
A microscopia ótica é definida como a técnica mais utilizada por possuir um custo
relativamente baixo e apresentar uma grande diversidade de aplicações.
A microscopia ótica é de suma importância para a determinação de micro-defeitos de
fabricação, análise de tamanho de grão, determinação da presença ou não de inclusões e
análise das fases microestruturais presentes e a constituição do material (modo e maneira de
distribuição das fases, composição e características), sendo que estas variáveis determinam
sobre o comportamento final do material.
19
3. MATERIAIS E MÉTODOS
As atividades foram desenvolvidas na Empresa Metalúrgica Riosulense, localizada na
cidade de Rio do Sul – Santa Catarina. O principal objetivo deste trabalho é a avaliação da
inoculação na altura de definição do coquilhamento em tuchos de válvula. Como foi
mencionado, o tucho de válvula trabalha sob atrito constante, necessitando portanto, possuir
uma elevada resistência ao desgaste, o que é fornecido pela camada formada de ferro branco.
Para a otimização dos processos posteriores de acabamento o restante do corpo do
componente é composto de ferro fundido cinzento. O controle da altura e definição da camada
coquilhada é importante pois um excesso de ferro branco encarece demasiadamente os custos
de produção e uma camada muito estreita pode inutilizar o componente. Detalhes dos
experimentos realizados são descritos a seguir
3.1. MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
Para a avaliação da influência dos diferentes inoculantes na altura e definição do
coquilhamento, se conduziu uma seqüência de ensaios variando-se a taxa de inoculação do
metal. A liga utilizada consiste de um ferro fundido cinzento de composição definida pela
empresa para a fabricação de tuchos de válvula.
A fusão do metal foi realizada em forno de indução eletromagnética com capacidade
para 800 kg de metal líquido. Embora os ferros fundidos obtidos em fornos elétricos de
indução, em comparação com outros como o cubilô, sofram menos influência da carga
utilizada, para os ensaios utilizou-se uma carga padrão, para que a mesma não interfira nos
resultados do teste.
Após a fusão e correção da carga, é efetuado o tratamento de superaquecimento do
metal durante alguns minutos. Após o tratamento de superaquecimento, é realizado o
tratamento de desoxidação do banho, ainda no forno, com a utilização de liga de cálcio-silício.
A temperatura de vazamento foi fixada em 1400 °C.
As medidas de temperatura do metal líquido foram obtidas com equipamentos de
medição marca Italterm.
20
Os moldes utilizados nos testes foram confeccionados com areia de sílica seca ligada
quimicamente com resina fenólica – uretânica, com cura por passagem de catalisador gasoso
pela mistura. A parte inferior do molde é constituída por uma coquilha de ferro fundido
cinzento à temperatura de 20 °C medidos com termômetro laser marca Fluke com medida até
500 °C
Após a desoxidação do banho, procedeu-se o tratamento de inoculação do metal,
seguindo-se do vazamento do molde.
3.2. CARACTERIZAÇÃO DOS INOCULANTES
Para a análise da influência do inoculante na altura e definição da camada coquilhada,
foram analisados 4 diferentes inoculantes denominados “A”, “B”, “C” e “D”. A tabela 1
demonstra a composição a fornecida pelos fabricantes dos inoculantes utilizados.
Tabela 01 –Composição dos inoculantes utilizados fornecidos pelos fabricantes
Composição
Inoculante
Si
Ca
Al
Ba
Sr
Mn
Zr
Fe
-
0,8 - 1,2%
-
-
Restante
A
74 - 80% 0,1% máx 0,5% máx
B
60 - 67%
1 - 1,5%
2% máx 2 - 2,5%
-
C
72 - 80%
1,5 - 3%
1 - 1,5%
-
-
-
D
74 - 80% 0,8 - 1,2%
0,5 - 1%
-
-
-
5 - 8% 5 - 8%
Restante
1,2 - 2% Restante
-
Restante
3.3. QUANTIDADE DE INOCULANTE E MÉTODO DE INOCULAÇÃO
Para a análise da influência da quantidade de inoculante na altura e definição da
camada coquilhada, foram definidas as quantidades de inoculante de 0,015; 0,03; 0,05; 0,10 e
0,15% em peso sobre o metal líquido. Juntamente com os testes de inoculação, procedeu-se o
vazamento de uma amostra sem inoculação Para fins de padronização e comparação.
O método de inoculação utilizado foi o de adição de inoculante no jato de metal
líquido do forno para a panela de vazamento, efetuando-se o vazamento do metal no molde,
segundos após a inoculação. O vazamento foi efetuado com a utilização de panelas de
vazamento com capacidade de 40 quilos de metal líquido. Embora o método de inoculação no
jato de metal tenha uma eficiência menor que outros métodos, como inoculação no molde ou
in mold, este método foi utilizado diante da impossibilidade (do processo) de se adotar a
inoculação no molde.
21
3.4. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MACROGRÁFICA
A avaliação macroestrutural tem como objetivo a avaliação rápida das fases
macroestruturais presentes, e da distribuição das mesmas. Neste trabalho, ela foi utilizada para
a análise da altura de coquilhamento dos testes realizados. Para a avaliação macroestrutural,
as amostras foram seccionadas verticalmente exatamente no seu centro. A amostras formam
então submetidas ao lixamento, utilizando-se de lixas de granulometria cada vez menor até a
lixa de granulometria 600 Mesh. O ataque químico foi efetuado com uma solução de
persulfato de amônio a 30%, com o intuito de revelar os macroconstituintes das respectivas
amostras.
3.5. PREPARAÇÃO E ANÁLISE MICROGRÁFICA
A análise micrográfica é de fundamental importância a fim de se observar a estrutura
micrográfica do material, como distribuição de fases e suas quantidades aproximadas. Neste
trabalho, utilizou-se a análise micrográfica para a verificação da precipitação de carbono
grafítico na região do prato do tucho. A precipitação de carbono grafítico no prato do tucho é
prejudicial, pois diminui as propriedades do mesmo.
Para a análise micrográfica das amostras, a região do prato do tucho amostrado foi
submetida ao processo de lixamento, utilizando-se lixas de granulometria cada vez menor,
mudando-se a direção (geralmente 90°) entre uma lixa e outra, até o desaparecimento dos
traços da lixa anterior.
Por se tratar de um material de dureza muito elevada, o polimento foi realizado
utilizando-se pasta de diamante de 1 a 3 m. Não foi realizado ataque químico nas amostras
analisadas micrograficamente, pois a matriz (ferro fundido branco) e o material a ser
analisado (grafita) apresentam um bom contraste no microscópio ótico.
3.6. DUREZA ROCKWELL C E DUREZA BRINELL
Estas análises foram efetuadas após a preparação metalográfica dos corpos de prova
utilizados para a análise macrográfica, que consistiu em lixamento da superfície para retirada
do ataque químico inicial, seguindo de lixamento com lixas de granulometria mais fina. O
polimento foi realizado com alumina de granulometria de 4 m.
A medida
do perfil de dureza Rockwell C foi realizada para a verificação da
influência da quantidade de inoculante, e do inoculante na evolução do perfil de dureza na
22
camada coquilhada das amostras. Foi realizada também a análise de perfil de dureza Brinell,
com o intuito de analisar a influência da quantidade de inoculante, e do inoculante no perfil de
dureza no restante do corpo, onde valores muito elevados poderiam indicar “redes” de
carboneto, que são prejudiciais.
As medidas de dureza Rockwell C foram realizadas a 3,5, 5,5, 7,5 e 11,5 mm medidos
a partir do prato, com o auxílio de um paquímetro. O aparelho utilizado para as medidas de
dureza foi um durômetro marca Fixo Test.
Para as medidas de dureza Brinell foi utilizado um durômetro Wolpert, utilizando-se
de esfera de 2,5mm de diâmetro e carga de 187,5 kg. As medidas de dureza Brinell foram
realizadas a 20, 25 e 30 mm medidos a partir do prato com o auxílio de um paquímetro. A
figura 11, ilustrada a seguir, demonstra a posição dos ensaios de dureza realizados
Figura 11 – Localização dos ensaios de dureza Brinnel e Rockwell C.
Foram realizadas três medidas de dureza em cada distância, tanto para dureza
Rockwell quanto para dureza Brinell, e os resultados apresentados são a média dos valores
obtidos.
23
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. ANÁLISE MACROESTRUTURAL
4.1.1. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “A”
A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “A” nas quantidades
descritas nos experimentos demonstrou uma esperada redução na altura de coquilhamento
claro e coquilhamento total. Observa-se uma pequena redução na camada composta de ferro
fundido branco, para teores até 0,03% em peso de inoculante. Para teores crescentes, a
redução na camada de ferro fundido branco torna-se muito mais significativa.
Observa-se que para teores crescentes de inoculante, ocorre o refino da estrutura, com
redução nas dimensões das células eutéticas e um aumento no seu número. Para teores de
0,05% e acima em peso de inoculante, verifica-se que a região composta de ferro fundido
branco se apresenta mais definida em comparação às demais amostras, tendendo a ocorrer
uma transição mais abrupta entre a região coquilhada e o restante do corpo, composto de ferro
fundido cinzento.
Figura 12 – Teste sem inoculação
Aumento 2,5x
Figura 13 – Teste com 0,015% de
inoculante. Inoculante “A”.
Aumento 2,5x
Figura 14 – Teste com 0,03%
de inoculante .Inoculante “A”.
Aumento 2,5x
24
Figura 15 – Teste com 0,05% de
inoculante. Inoculante “A”.
Aumento 2,5x
Figura 16 – Teste com 0,10% de
inoculante. Inoculante “A”.
Aumento 2,5x
Figura 17 – Teste com 0,15%
de inoculante. Inoculante “A”.
Aumento 2,5x
4.1.2. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “B”
A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “B” nas quantidades
descritas nos experimentos, demonstrou, assim como nos testes utilizando o inoculante “A”,
uma redução na altura de coquilhamento total, e para maiores teores em peso de inoculante
uma significativa redução na altura de coquilhamento claro.
Para teores até 0,03% de inoculante em peso, observa-se uma redução na região de
ferro mesclado (composto de ferro fundido branco e ferro fundido cinzento, em teores
variáveis) sem grande influência na região de ferro fundido branco. Verifica-se ainda que a
eficiência na definição da região composta de ferro fundido branco, para teores até e incluindo
0,05% de inoculante em peso, apresentou-se inferior aos testes utilizando o inoculante “A”.
25
Figura 18 – Teste sem
inoculação Aumento 2,5x
Figura 19 – Teste com 0,015% de
inoculante. Inoculante “B”.
Aumento 2,5x
Figura 20 – Teste com 0,03%
de inoculante. Inoculante “B”.
Aumento 2,5x
Figura 21 – Teste com 0,05% de
inoculante. Inoculante “B”.
Aumento 2,5x
Figura 22 – Teste com 0,10% de
inoculante. Inoculante “B”.
Aumento 2,5x
Figura 23 – Teste com 0,15% de
inoculante. Inoculante “B”.
Aumento 2,5x
4.1.3. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “C”
A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “C” nas quantidades
descritas nos experimentos demonstrou uma redução da quantidade de ferro fundido branco e
mesclado, ocorrendo para estes testes, uma redução muito forte da quantidade de ferro
fundido mesclado, com pequena redução na quantidade de ferro fundido branco.
26
Observa-se também o refino da estrutura já para teores de 0,015% em peso de
inoculante. Observou-se uma definição superior do coquilhamento para teores de 0,05% em
peso de inoculante, onde se obtém uma boa quantidade de ferro fundido branco, e por outro
lado, a quantidade de ferro fundido mesclado é relativamente reduzida.
Figura 24 – Teste sem inoculação
Aumento 2,5x
Figura 25 – Teste com 0,015% de
inoculante. Inoculante “C”.
Aumento 2,5x
Figura 26 – Teste com 0,03%
de inoculante. Inoculante “C”.
Aumento 2,5x
Figura 27 – Teste com 0,05% de
inoculante. Inoculante “C”.
Aumento 2,5x
Figura 28 – Teste com 0,10% de
inoculante. Inoculante “C”.
Aumento 2,5x
Figura 29 – Teste com 0,15%
de inoculante. Inoculante “C”.
Aumento 2,5x
27
4.1.4. Análise macroestrutural de testes utilizando Inoculante “D”
A análise macroestrutural de testes utilizando o inoculante “D” nas quantidades
descritas nos experimentos demonstrou assim como nos testes anteriores, uma redução na
quantidade de ferro fundido branco bem como na quantidade de ferro fundido mesclado, bem
como um refino da estrutura.
Observa-se que o poder inoculante do inoculante “D” analisado é inferior às três
amostras anteriores, consequentemente, para a obtenção de uma redução expressiva na
quantidade de ferro fundido branco, bem como na quantidade de ferro fundido mesclado, é
necessária uma quantidade de inoculante mais elevada.
Figura 30 – Teste sem inoculação
Aumento 2,5x
Figura 31 – Teste com 0,015% de
inoculante. Inoculante “D”.
Aumento 2,5x
Figura 32 – Teste com 0,03%
de inoculante. Inoculante “D”.
Aumento 2,5x
28
Figura 33 – Teste com 0,05% de
inoculante. Inoculante “D”.
Aumento 2,5x
Figura 34 – Teste com 0,10% de
inoculante. Inoculante “D”.
Aumento 2,5x
Figura 35 – Teste com 0,15%
de inoculante. Inoculante “D”.
Aumento 2,5x
4.2. ANÁLISE MICROESTRUTURAL
4.2.1. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “A”
Nesta etapa, se analisa a ocorrência e a quantidade de carbono precipitado na forma de
grafita, na região do prato (região composta de ferro branco) do tucho, influenciada pela
inoculação.
Na análise microestrutural dos testes utilizando o inoculante “A” nas quantidades
estudadas, verifica-se que para até 0,05% em peso de inoculante, a quantidade de carbono
grafítico precipitado é desprezível. Para quantidades de inoculante de 0,10 e 0,15% em peso,
ocorre uma forte precipitação de carbono grafítico, compatível com os resultados observados
na análise macrográfica, onde a região composta por ferro fundido branco é reduzida para os
teores de inoculante mencionados.
29
Figura 36 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x.
Figura 37 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,015% de inoculante em
peso. Aumento:100x.
Figura 38 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,03% de inoculante em
peso. Aumento:100x
30
Figura 39 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,05% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 40 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,10% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 41 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “A”, utilizando-se 0,15% de inoculante em
peso. Aumento:100x
31
4.2.2. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “B”
Para as amostras que foram tratadas utilizando-se o inoculante “B”, verifica-se uma
precipitação de carbono grafítico quase inexistente para teores de até 0,03% em peso de
inoculante. Com quantidade de inoculante de 0,05% em peso, verifica-se o início de uma
precipitação de carbono grafítico mais severa, mas ocorrendo em pontos isolados da amostra.
Para teores de inoculante de 0,10 e 0,15% em peso, a precipitação de carbono grafítico
torna-se muito mais severa, ocorrendo por toda a amostra, evidenciando o forte poder
inoculante da amostra estudada. Assim como na análise do inoculante “A”, os resultados são
compatíveis com os resultados da análise macrográfica onde a quantidade de ferro fundido
branco, para teores de inoculante de 0,10 e 0,15% em peso, é sensivelmente reduzida.
Figura 42 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x.
Figura 43 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,015% de inoculante em
peso. Aumento:100x
32
Figura 44 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,03% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 45 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,05% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 46 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,10% de inoculante em
peso. Aumento:100x
33
Figura 47 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “B”, utilizando-se 0,15% de inoculante em
peso. Aumento:100x
4.2.3. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “C”
Para as amostras tratadas com o inoculante “C”, verifica-se que para teores de 0,03%
em peso de inoculante, a precipitação de carbono grafítico é desprezível. Para teores de
inoculante de 0,05% em peso, inicia a ocorrência da precipitação de carbono grafítico, porém
ocorrendo em pontos isolados.
O mesmo se observa para teores de inoculante de 0,10% em peso, onde se observa um
aumento sensível da intensidade da precipitação. Para teores de 0,15% em peso de inoculante,
a precipitação de carbono grafítico torna-se mais severa, porém inferior aos resultados dos
inoculantes “A” e “B” para a mesma quantidade de inoculante.
Figura 48 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x.
34
Figura 49 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,015% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 50 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,03% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 51 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,05% de inoculante em
peso. Aumento:100x
35
Figura 52 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,10% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 53 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “C”, utilizando-se 0,15% de inoculante em
peso. Aumento:100x
4.2.4. Análise microestrutural de testes utilizando Inoculante “D”
Para os testes utilizando o inoculante “D”, verifica-se que para teores até 0,05% de
inoculante em peso, a precipitação de carbono grafítico é reduzida ou desprezível. Para teores
de 0,10% de inoculante em peso, observa-se a precipitação de carbono grafítico em pontos
isolados da amostra, ocorrendo um pequeno aumento da severidade da precipitação para
0,15% em peso de inoculante.
Estes resultados condizem com os resultados observados na análise macrográfica onde
se verificou que inoculante “D” entre as amostras analisadas, apresentou o menor poder de
inoculação.
36
Figura 54 – Análise micrográfica de amostra sem inoculação. Aumento:100x.
Figura 55 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,015% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 56 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,03% de inoculante em
peso. Aumento:100x
37
Figura 57 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,05% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 58 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,10% de inoculante em
peso. Aumento:100x
Figura 59 – Análise micrográfica de amostra tratada com inoculante “D”, utilizando-se 0,15% de inoculante em
peso. Aumento:100x
38
4.3. ANÁLISE DO PERFIL DE DUREZA ROCKWELL C
4.3.1. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “A”
O gráfico 1 ilustra o perfil de dureza Rockwell obtido para os testes utilizando o
inoculante “A”. Observa-se a esperada queda de dureza com o aumento da quantidade de
inoculante em peso, ilustradas na legenda do gráfico. Para quantidades mais elevadas de
inoculante, há uma queda de dureza, tendendo a valor aproximadamente constante no restante
da região analisada.
Dureza x Distância do prato
60
0%
0,015%
0,03%
55
0,05%
0,10%
Dureza (HRC)
50
0,15%
45
40
35
30
25
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
Distância do prato (mm)
Gráfico 01 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato, inoculante “A”
4.3.2. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “B”
O gráfico 2, mostra o perfil de dureza Rockwell obtido para os testes utilizando o
inoculante “B”. Observa-se uma curva de dureza com queda repentina para valores de 0,03 e
0,05% de inoculante em peso. Para maiores quantidades de inoculante, há uma queda
acentuada da dureza e manutenção deste valor toda a região analisada da amostra
evidenciando a perda de propriedades da camada de ferro fundido branco.
39
Dureza x Distância do prato
0%
0,015%
60
0,03%
0,05%
55
0,10%
Dureza (HRC)
50
0,15%
45
40
35
30
25
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
Distância do prato (mm)
Gráfico 02 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato, inoculante “B”
4.3.3. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “C”
O gráfico 3, abaixo ilustrado, mostra o perfil de dureza Rockwell obtido para os testes
utilizando o inoculante “C”. Observa-se para teores de 0,03 e 0,05% de inoculante em peso
uma queda repentina na dureza, seguida por uma queda menos acentuada da mesma. Para
maiores teores de inoculante o mesmo comportamento é observado, com tendência à
manutenção da dureza na região analisada.
Dureza x Distância do prato
0%
0,015%
60
0,03%
55
0,05%
0,10%
Dureza (HRC)
50
0,15%
45
40
35
30
25
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
Distância do prato (mm)
Gráfico 03 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato, inoculante “C”
40
4.3.4. Análise do perfil de dureza Rockwell C de testes utilizando Inoculante “D”
O gráfico 4 abaixo ilustrado, mostra o perfil de dureza Rockwell obtido para os testes
utilizando o inoculante “D”. Observa-se para teores até 0,10% de inoculante em peso uma
queda uniforme da dureza para todas as quantidades de inoculante analisadas. Somente para
teor de 0,15 % de inoculante a queda de dureza é mais significativa, o que concorda com os
resultados obtido nos ensaios anteriores.
Dureza x Distância do prato
0%
60
0,015%
0,03%
55
0,05%
0,10%
Dureza (HRC)
50
0,15%
45
40
35
30
25
3,5
4,5
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
Distância do prato (mm)
Gráfico 04 – Curvas do comportamento de dureza Rockwell em função da distância do prato, inoculante “D”
4.4. ANÁLISE DO PERFIL DE DUREZA BRINELL
4.4.1. Análise do perfil de dureza Brinnel de testes utilizando Inoculante “A”
O gráfico 5, apresenta os valores obtidos de dureza brinell em função da distância do
prato para os testes utilizando o inoculante “A”. Observa-se uma queda de dureza constante
para teores de inoculante de até 0,03% em peso. Para teores de inoculante mais elevados,
ocorre a sobreposição de valores para as demais quantidades de inoculante utilizadas,
indicando a homogeneização da matriz de ferro fundido cinzento.
41
0%
Dureza x Distância do prato
0,015%
330
0,03%
Dureza Brinell (N/mm²)
320
0,05%
0,10%
310
0,15%
300
290
280
270
260
250
20
21
22
23
24
25
26
Distância (mm)
27
28
29
30
Gráfico 05 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato, inoculante “A”
4.4.2. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “B”
O gráfico 6, apresenta os valores obtidos de dureza brinell em função da distância do
prato para os testes utilizando o inoculante “B”. Observa-se uma queda de dureza constante
para o teor de inoculante de até 0,015% em peso. Para teores de inoculante mais elevados, a
queda de dureza ainda é observada, mas também ocorre sobreposição de valores indicando a
homogeneização da matriz de ferro fundido cinzento.
Dureza x Distância do prato
0%
0,015%
330
0,03%
Dureza Brinell (N/mm²)
320
0,05%
310
0,10%
0,15%
300
290
280
270
260
250
20
21
22
23
24
25
26
Distância (mm)
27
28
29
30
Gráfico 06 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato, inoculante “B”.
42
4.4.3. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “C”
O gráfico 7, abaixo, apresenta os valores obtidos de dureza brinell em função da
distância do prato para os testes utilizando o inoculante “C”. Observa-se uma queda de dureza
constante para teores de inoculante de até 0,03% em peso. Para teores de inoculante mais
elevados, ocorre a queda de dureza ainda é observada e a ocorrência de sobreposição de
valores, porém ocorre um comportamento anômalo de aumento de dureza em relação aos
testes com menores taxas de inoculação.
Dureza x Distância do prato
330
0%
0,015%
0,03%
320
Dureza Brinell (N/mm²)
0,05%
310
0,10%
0,15%
300
290
280
270
260
250
20
21
22
23
24
25
26
Distância (mm)
27
28
29
30
Gráfico 07 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato, inoculante “C”.
4.4.4. Análise do perfil de dureza Brinell de testes utilizando Inoculante “D”
O gráfico 8 apresenta os valores obtidos de dureza brinell em função da distância do
prato para os testes utilizando o inoculante “D” . Observa-se uma queda de dureza constante
para todos os teores em peso de inoculante. Para teores de inoculante maiores e incluindo
0,03% em peso, ocorre a sobreposição de valores.
43
Dureza x Distância do prato
330
0%
0,015%
0,03%
320
Dureza Brinell (N/mm²)
0,05%
310
0,10%
0,15%
300
290
280
270
260
250
20
21
22
23
24
25
26
Distância (mm)
27
28
29
30
Gráfico 08 – Curvas do comportamento de dureza Brinell em função da distância do prato, inoculante “D”.
44
5. CONCLUSÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Na avaliação individual de cada inoculante utilizado, verifica-se que para o inoculante
“A” ocorre uma redução na camada composta de ferro fundido branco em todas as
quantidades de inoculante em peso analisadas, porém com um impacto mais discreto sobre a
definição da região coquilhada. Observa-se ainda que para teores mais elevados de inoculante
há a tendência de redução ou até mesmo supressão da camada composta de ferro fundido
branco.
Os resultados obtidos para o inoculante “B” são semelhantes aos obtidos com o
inoculante “A”, porém observa-se uma melhora na definição da camada coquilhada.
Para o inoculante “C” analisado, obteve-se uma maior definição da camada de ferro
fundido branco, sem perda de suas propriedades.
Os resultados obtidos para o inoculante “D”, foram os de menor controle e definição
da camada de ferro fundido branco, evidenciando, como comentado, o menor poder
inoculante desta amostra, devido possivelmente à sua composição mais simples, isento de
elementos específicos e especiais.
Pode-se então, pelos resultados apresentados nos ensaios de macrografia, micrografia,
dureza Rockwell C e Brinnel, observar que a inoculação é função do inoculante utilizado. Ele
tem uma influência no controle da altura e definição da camada coquilhada em tuchos de
válvula de ferro fundido cinzento vazados sobre coquilha metálica.
Observa-se ainda que variando a quantidade de inoculante em peso e a composição
utilizada, pode-se obter desde quase nenhuma decomposição da camada coquilhada, até
resultados próximos da supressão da camada de ferro branco.
Observa-se também a possibilidade de obtenção de amostras com precária definição de
coquilhamento, com formação de “redes”, de ferro fundido branco por grande parte da
amostra, até a obtenção de amostras com uma transição mais brusca entre a região composta
inteiramente de ferro fundido branco e o restante do corpo da amostra, composta de ferro
fundido cinzento.
45
REFERÊNCIAS
[1] CALLISTER, William D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 7. ed.
Rio de Janeiro: LTC, 2008. 705p. ISBN 9788521615958
[2] CHAVES FILHO, Luis Montenegro; PIESKE, Adolar; CASTRO, Clovis Penteado de.
Avaliação do comportamento de alguns inoculantes para ferros fundidos cinzentos.
Brasília: FINEP; Joinville: Sociedade Educacional Tupy, 1975. 167p.
[3] CHAVES FILHO, Luis Montenegro; PIESKE, Adolar; FRIEDRIC, Jacob. Ferros
Fundidos Cinzentos de Alta Qualidade. Joinville: Sociedade Educacional Tupy, 1974.
274p.
[4] CHIAVERINI, Vicente. Aços e ferros fundidos : características gerais, tratamentos
termicos, principais tipos. 5.ed. / ampl. e rev. São Paulo: Associação Brasileira de Metais,
1982. 518p.
[5] FAZER fácil: Comando de válvulas. Disponível em: <http://www.fazerfacil.com.br/
carros/comando_valvulas.htm>. Acessado em: 09/07/2009.
[6] HUME-ROTHERY, W. Estrutura das ligas de ferro : introdução elementar. São
Paulo: E. Blucher: Ed. da USP, 1968. 214p.
[7] INFOMET: Diagrama de equilíbrio Ferro – Carbono – Silício. Disponível em:
<http://www.infomet.com.br/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?cod_tema=9&cod_secao=10&
cod_assunto=84&cod_conteudo=136>. Acessado em: 09/07/2009
[8] MALISKA, Ana Maria. Apostila: Preparação de amostras para análise
microestrutural. Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Florianópolis – SC, 2001.
[9] SANTOS, Adalberto Bierrenbach de Souza.: Metalurgia dos Ferros Fundidos
Cinzentos e Nodulares. São Paulo : Ipt, 1977. 241p.
[10] SENAI, Departamento Regional de Minas Gerais. Ferros fundidos de grafita lamelar.
2a ed. Belo Horizonte : Senai-Mg, 1987. 2v.
[11] SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios mecânicos de materiais metálicos. Fundamentos
teóricos e práticos. 5° ed., São Paulo, Edgard Blücher, 2004.
46