11
FUNDAMENTOS
FERROS FUNDIDOS – LIGAS COMPLEXAS Na realidade, os ferros fundidos são ligas complexas, contendo além do ferro e do carbono vários elementos de liga e impurezas. Para levar em conta o efeito destes elementos sobre a posição das curvas no diagrama de equilíbrio, desenvolveramse os conceitos de Carbono Equivalente (CE) e de Grau de Saturação (Sc). O Carbono Equivalente considera os efeitos dos elementos químicos sobre o deslocamento dos pontos importantes do diagrama de equilíbrio Fe-C, e é expresso por: CE = C + (Si + P)/3
FIGURA 3.4 – Estrutura hexagonal da grafita. O crescimento preferencial na direção C (plano basal) resulta em grafita nodular, enquanto crescimento na direção A (planos prismáticos) produz grafita lamelar (Gruzleski, 2000).
(3.1)
O Grau de Saturação avalia o quanto a composição química se afasta da composição eutética, considerando então os vários elementos químicos (Pieske et al., 1976). Sc = %C /(4,3 – %Si/3 – %P/3)
(3.2)
Conceitualmente ambas as abordagens são iguais e podem ser empregadas para analisar os efeitos dos elementos químicos sobre o diagrama de equilíbrio (Figura 3.1). No Brasil é mais comum o uso do Carbono Equivalente. Emprega-se então o diagrama Fe-C, substituindo-se o teor de Carbono pelo teor de Carbono Equivalente. GRAFITA LAMELAR OU GRAFITA NODULAR A grafita tem estrutura hexagonal, e, na solidificação, dependendo da velocidade de crescimento na direção dos planos basal e prismático (Figura 3.4), assume as formas nodular ou lamelar, respectivamente. Em ligas Fe-C puras a direção preferida para crescer é a do plano basal, porque este plano tem baixa energia interfacial com o líquido. O crescimento no plano basal resulta em grafita nodular. Entretanto, elementos tensoativos (S, O) tendem a ser adsorvidos no plano prismático, reduzindo a sua energia interfacial, que atinge valores menores que o plano basal. Resulta então grafita lamelar. Enxofre e oxigênio são elementos sempre presentes nos ferros fundidos comerciais, de modo que a estrutura de grafita lamelar é a mais usual nos ferros fundidos comuns (Labrecque & Gagné, 1998). Para se alterar a forma da grafita introduzse um importante elemento no ferro fundido, o magnésio. Este elemento é um forte desoxidante
PMFF.indb 11
FIGURA 3.5 – Esquema do crescimento da grafita em veios e em nódulos (McSwain & Bates, 1974).
e forte dessulfurante, removendo assim oxigênio e enxofre de solução. Isto altera as energias interfaciais, favorecendo novamente o crescimento da grafita segundo o plano basal. A nodulização com magnésio é então uma das etapas importantes na produção de ferros fundidos nodulares (Labrecque & Gagné, 1998). GRAFITA OU CARBONETOS? INOCULAÇÃO! A solidificação, como qualquer transformação de fases, exige um certo afastamento da condição de equilíbrio para que a transformação tenha início. Isto se deve aos gastos com energias de superfície que o processo de nucleação exige, gastos estes que devem ser compensados com a energia química da transformação (que cresce com o afastamento da condição de equilíbrio). Também na natureza, é preciso ter crédito para poder gastar. Nos ferros fundidos, existe uma complicação adicional na solidificação: em vez de se formar grafita, existe a possibilidade de se formar cementita (Fe3C), fase de alta dureza e que tem profundo efeito
12/08/2009 10:37:13