Page 47 - Revista Fundição & Matérias-Primas
P. 47
1. INTRODUÇÃO
O ferro fundido nodular austemperado, amplamente conhecido por ADI (do inglês,
Austempered Ductile Iron) apresenta boa combinação de propriedades mecânicas e
elevada resistência ao desgaste. Essas propriedades se devem a sua microestrutura
particular, que é composta de ausferrita e nódulos de grafita. A ausferrita é uma
[1], [2]
combinação de austenita de alto carbono (γ HC) e ferrita acicular (α ac)
. Dentre as
vantagens do ADI pode-se citar a densidade 10% menor que a do aço, o que,
combinada com as propriedades mecânicas, o torna um material alternativo a
diversos aços e alumínios fundidos e forjados, pois apresenta menor custo e peso
[3]
por unidade de tensão de escoamento .
A combinação de propriedades mecânicas do ADI são variadas, indo das que
combinam maior resistência à tração e dureza até as que apresentam melhor
ductilidade, resistência ao impacto e resistência à fadiga. Os parâmetros do ciclo de
austêmpera, os quais são: temperatura de austenitização (T γ), tempo de
austenitização (t γ), temperatura de austêmpera (T α) e tempo de austêmpera (t α)
consistem nos principais fatores que determinarão a microestrutura resultante e por
[4]
consequência as propriedades mecânicas .
O tempo de austenitização deve ser o suficiente para que ocorra a dissolução da
cementita, e a difusão de parte do carbono da grafita para a matriz austenítica.
Ferros nodulares com matriz perlítica e com maior número de nódulos por área,
requerem menor tempo de austenitização em comparação com os de matriz ferrítica
e baixa contagem de nódulos, pois uma parcela do carbono já se encontra
distribuída pela matriz austenítica na forma de cementita e a distância para difusão
do carbono a partir dos nódulos é menor. A temperatura de austenitização, que pode
variar de 800 até 950°C é o parâmetro através do qual é definido o teor máximo de
[5], [6]
carbono dissolvido na austenita
.
A temperatura de austêmpera, que tradicionalmente está entre 250 e 450°C é o
principal fator que irá definir a combinação de propriedades mecânicas que podem
ser obtidas no ADI. Na faixa inferior de temperatura, que pode ir até 350°C,
privilegiam-se os ganhos de dureza e resistência mecânica, por outro lado em
temperaturas acima de 350°C obtêm-se ganhos mais significativos de ductilidade e
resistência ao impacto [7], [8] .
Ainda existe divergência de resultados obtidos quanto à influência dos elementos de
[12]
Na equação 1.3, Neumann
apud Chang
[9]
liga como Cu, Ni, Mn e Mo nas propriedades mecânicas do ADI . Por outro lado a [13] , leva em consideração os principais
elementos de liga utilizados em ferros nodulares destinados a obtenção do ADI e
combinação de tais elementos é de extrema importância para aumentar a
. Peças que possuem regiões de maior
austemperabilidade do ferro nodular [10] também pode ser utilizada para estimar o teor de carbono dissolvido na austenita.
espessura requerem maior adição de elementos de liga. O diâmetro crítico (D C),
como apresentado por Voigt e Loper [11] , em função da temperatura de austêmpera e
da composição química, pode ser estimado pela equação 1.1.
(1.3)
A reação de austêmpera ocorre em dois estágios. No primeiro, conforme descrito na
equação 1.4, ocorre à nucleação e crescimento da ferrita acicular a partir da
Por outro lado, em temperaturas ratura de austenitização e do teor to de carbono da austenita rema-
(1.1)
austenita resfriada rapidamente da temperatura de austenitização. A nucleação e
acima de 350°C, obtêm-se ganhos de silício na liga, é frequentemente nescente, formando a austenita de
crescimento da ferrita acicular promove o enriquecimento de carbono da austenita
O teor de carbono dissolvido na austenita em função da temperatura de
mais significativos de ductilidade e calculado pela equação 1.2. alto carbono, que é termicamente e
austenitização e do teor de silício na liga é frequentemente calculado pela equação
remanescente, formando assim a austenita de alto carbono que é termicamente e
mecanicamente estabilizada.
resistência ao impacto [7, 8] . 1.2. mecanicamente estabilizada.
1. INTRODUÇÃO
Ainda há divergência de resultados (1.2) (1.4) (1.2) (1.4)
O ferro fundido nodular austemperado, amplamente conhecido por ADI (do inglês,
quanto à influência de elementos (1.5)
Austempered Ductile Iron) apresenta boa combinação de propriedades mecânicas e
elevada resistência ao desgaste. Essas propriedades se devem a sua microestrutura
particular, que é composta de ausferrita e nódulos de grafita. A ausferrita é uma [12,13] O segundo estágio da reação de
de liga, como o cobre, níquel, man-
Na equação 1.3
combinação de austenita de alto carbono (γ HC) e ferrita acicular (α ac)
. Dentre as
[1], [2]
O segundo estágio da reação de austêmpera, como mostrado na equação 1.5, é
ganês e molibdênio, nas proprieda-
vantagens do ADI pode-se citar a densidade 10% menor que a do aço, o que, , leva-se em austêmpera, como mostrado na
indesejado, pois leva a decomposição da austenita de alto carbono em carbonetos e
consideração os principais elemen-
combinada com as propriedades mecânicas, o torna um material alternativo a
diversos aços e alumínios fundidos e forjados, pois apresenta menor custo e peso equação 1.5, é indesejado, pois [13] , leva em consideração os principais
ferrita (α). Quando ocorre a transformação do segundo estágio uma diminuição
des mecânicas do ADI . Por outro
[9]
[12]
Na equação 1.3, Neumann
apud Chang
tos de liga utilizados em ferros no-
[3]
por unidade de tensão de escoamento .
acentuada da ductilidade do ADI é observada.
A combinação de propriedades mecânicas do ADI são variadas, indo das que elementos de liga utilizados em ferros nodulares destinados a obtenção do ADI e
lado, a combinação de tais elemen- dulares destinados à obtenção do leva à decomposição da austenita
combinam maior resistência à tração e dureza até as que apresentam melhor
Na tabela 1 são apresentados diferentes ciclos de austêmpera, realizados em ferros
ductilidade, resistência ao impacto e resistência à fadiga. Os parâmetros do ciclo de também pode ser utilizada para estimar o teor de carbono dissolvido na austenita.
ADI. Ela também pode ser utiliza-
fundidos nodulares, a composição da liga e as propriedades mecânicas obtidas.
tos é de extrema importância para itização (T γ), tempo de de alto carbono em carbonetos e
austêmpera, os quais são: temperatura de austen
austenitização (t γ), temperatura de austêmpera (T α) e tempo de austêmpera (t α)
consistem nos principais fatores que determinarão a micr da para estimar o teor de carbono ferrita (α). Quando ocorre a trans-
aumentar a austemperabilidade do oestrutura resultante e por
[4]
Tabela 1 – Ciclos de austêmpera e propriedades mecânicas de diferentes ADIs. (1.3)
consequência as propriedades mecânicas .
[10]
formação do segundo estágio, uma
dissolvido na austenita.
ferro fundido nodular . Peças que que ocorra a dissolução da [12] apud Chang [13] , leva em consideração os principais Tγ tγ Tα Tα UTS YS Ε Dureza
O tempo de austenitização deve ser o suficiente para
Na equação 1.3, Neumann
Elementos principais
cementita, e a difusão de parte do carbono da grafita para a matriz austenítica.
possuem regiões de maior espessu- elementos de liga utilizados em ferros nodulares destinados a obtenção do ADI e (°C) (min) (°C) (min) (MPa) (MPa) (%) (HB)
A reação de austêmpera ocorre em dois estágios. No primeiro, conforme descrito na
diminuição acen-
(% mássica)
Ferros nodulares com matriz perlítica e com maior número de nódulos por área,
também pode ser utilizada para estimar o teor de carbono dissolvido na austenita.
requerem menor tempo de austenitização em comparação com os de matriz ferrítica
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni,
ra requerem maior adição de ele- equação 1.4, ocorre à nucleação e crescimento da ferrita acicular a partir da 11,2 278
tuada da ductili-
712
963
60
120
380
910
e baixa contagem de nódulos, pois uma parcela do carbono já se encontra
austenita resfriada
[14]
0,2 Mo, 0,61 Cu rapidamente da temperatura de austenitização. A nucleação e
distribuída pela matriz austenítica na forma de cementita e a distância para difusão
mentos de liga. dade do ADI é 120 371 120 1062 861 10,5 -
[7]
crescimento da ferrita acicular promove o enriquecimento de carbono da austenita
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn
927
(1.3)
do carbono a partir dos nódulos é menor. A temperatura de austenitização, que pode
(1.3)
variar de 800 até 950°C é o parâmetro através do qual é definido o teor máximo de remanescente, formando assim a austenita de alto carbono que é termicamente e
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni,
observada.
[5], [6]
carbono dissolvido na austenita
.
O diâmetro crítico (DC), como A reação de austêmpera ocorre em dois estágios. No primeiro, conforme descrito na 900 110 340 60 1140 830 10,2 340
mecanicamente estabilizada.
[14]
0,2 Mo, 0,61 Cu
A temperatura de austêmpera, que tradicionalmente está entre 250 e 450°C é o
equação 1.4, ocorre à nucleação e crescimento da ferrita acicular a partir da
principal fator que irá definir a combinação de propriedades mecânicas que podem 3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni,
austenita resfriada rapidamente da temperatura de austenitização. A nucleação e
[11]
ser obtidas no ADI. Na faixa inferior de temperatura, A reação de austêmpera ocorre em cimento de carbono da austenita 910 150 300 120 1290 952 7,5 383
apresentado por Voigt e Loper , que pode ir até 350°C,
14]
(1.4)
crescimento da ferrita acicular promove o enrique
0,2 Mo, 0,61 Cu [
privilegiam-se os ganhos de dureza e resistência mecânica, por outro lado em (1.5)
(1.5)
em função da temperatura de dois estágios. No primeiro, con- 910 60 320 90 1433 1242 3,5 370
remanescente, formando assim a austenita de alto carbono que é termicamente e
3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni,
temperaturas acima de 350°C obtêm-se ganhos mais significativos de ductilidade e
resistência ao impacto [7], [8] . mecanicamente estabilizada. 0,29 Mo, 0,2 Mn [15]
austêmpera e da composição forme descrito na equação 1.4, há O segundo estágio da reação de austêmpera, 288 120 1470 1302 3.1 -
Ainda existe divergência de resultados obtidos quanto à influência dos elementos de
120 como mostrado na equação 1.5, é
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn
927
[9]
liga como Cu, Ni, Mn e Mo nas propriedades mecânicas do ADI . Por outro lado a (1.4)
química, pode ser estimado pela a nucleação e crescimento da fer- Na tabela 1, são apresentados dife- 120 280 40 1599 1427 3,12 445
indesejado, pois leva a decomposição da austenita de alto carbono em carbonetos e
3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni,
combinação de tais elementos é de extrema importância para aumentar a
(1.5)
930
[15]
austemperabilidade do ferro nodular [10] . Peças que possuem regiões de maior ferrita (α). Quando ocorre a transformação do segundo estágio uma diminuição
0,29 Mo, 0,2 Mn
equação 1.1. rentes ciclos de austêmpera realiza-
espessura requerem maior adição de elementos de liga. O diâmetro crítico (D C),
acentuada da ductilidade do ADI é observada.
O segundo estágio da reação de austêmpera, como mostrado na equação 1.5, é
[7]
como apresentado por Voigt e Loper [11] , em função da temperatura de austêmpera e rita acicular a partir 3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn 927 120 260 120 1605 1455 2,1 -
Na tabela 1 são apresentados diferentes ciclos de austêmpera, realizados em ferros
dos em ferros fundidos nodulares,
da composição química, pode ser estimado pela equação 1.1. indesejado, pois leva a decomposição da austenita de alto carbono em carbonetos e +14°C/h
da austenita resfria-
ferrita (α). Quando ocorre a transformação do segundo estágio uma diminuição
fundidos nodulares, a composição da liga e as propriedades mecânicas obtidas.
acentuada da ductilidade do ADI é observada.
da rapidamente da a composição da liga e as proprie-
A utilização de banhos de sais fundidos (NaNO 3, NaNO 2 e KNO 3) é comum como
Na tabela 1 são apresentados diferentes ciclos de austêmpera, realizados em ferros
Tabela 1 – Ciclos de austêmpera e propriedades mecânicas de diferentes ADIs.
dades mecânicas obtidas.
fundidos nodulares, a composição da liga e as propriedades mecânicas obtidas.
(1.1)
(1.1)
meio de austêmpera, entretanto por conta da aplicação possuem potencial poluidor,
temperatura de aus- Elementos principais Tγ tγ Tα Tα UTS YS Ε Dureza
(HB)
(min)
(°C)
(%)
(% mássica)
(°C)
(min) (MPa) (MPa)
O teor de carbono dissolvido na austenita em função da temperatura de promovem corrosão, emissões de NO x e se tornam um passivo ambiental ao final do
Tabela 1 – Ciclos de austêmpera e propriedades mecânicas de diferentes ADIs.
austenitização e do teor de silício na liga é frequentemente calculado pela equação tenitização. A nu- A utilização de banhos de sais fun-
UTS
Tγ
[16]
Dureza
tγ
Tα 3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni,
YS
Tα
Ε
Elementos principais
seu ciclo de utilização 910
1.2. (% mássica) (°C) (min) (°C) (min) (MPa) (MPa) [14] (%) (HB) . 120 380 60 963 712 11,2 278
0,2 Mo, 0,61 Cu
O teor de carbono dissolvido na cleação e o crescimento da ferrita didos (NaNO , NaNO e KNO ) é 371 120 1062 861 10,5 -
3 realização de austêmpera utilizando fluxo de ar
Neste trabalho é avaliado a
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni,
[7]
120
2 927
60 3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn
712
120
910
380
278
11,2
963
3
[14]
0,2 Mo, 0,61 Cu
aquecido, com temperatura arbitrada em 220°C, como meio de resfriamento para
austenita, em função da tempe- acicular promove o enriquecimen- 120 3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni, 900 110 60 1140 830 10,2 340
(1.2) [7]
10,5
-
861
1062
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn
371
120
927
comum como meio de austêmpera. 340
[14]
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni, 900 110 340 60 0,2 Mo, 0,61 Cu 10,2 340
obtenção de ADIs com patamar de austêmpera em 300, 350 e 400°C. Após os ciclos
830
1140
0,2 Mo, 0,61 Cu [14] 3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni, 910 150 300 120 1290 952 7,5 383
de austêmpera, a microestrutura foi analisada, a dureza medida e demais
14]
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni,
Tab. 1 – Ciclos de austêmpera e propriedades mecânicas de diferentes ADIs. 300 120 0,2 Mo, 0,61 Cu [ 383
1290
7,5
910
952
150
14]
0,2 Mo, 0,61 Cu [
propriedades mecânicas apenas estimadas.
3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni, 910 60 320 90 3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni, 910 60 320 90 1433 1242 3,5 370
370
1433
[15]
3,5
1242
UTS
0,29 Mo, 0,2 Mn [15] Ty ty Ta Ta 0,29 Mo, 0,2 Mn YS E Dureza
Elementos principais (%% mássica) 927 120 288 120 3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn - 927 120 288 120 1470 1302 3.1 -
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn
1302
1470
3.1
(MPa)
(°C)
3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni, (min) (°C) 280 (min) 1599 (MPa) 445 (%) (HB)
40 3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni,
3,12
1427
0,29 Mo, 0,2 Mn [15] 930 120 0,29 Mo, 0,2 Mn [15] 930 120 280 40 1599 1427 3,12 445
260
380
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni, 0,2 Mo, 0,61 C [14] 910 120 120 +14°C/h 60 3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn - 11,2 927 278 260 120 1605 1455 2,1 -
[7]
927
1605
963 1455
2,1
120
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn
712 [7]
120
927
120
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn [7] A utilização de banhos de sais fundidos (NaNO 3, NaNO 2 e KNO 3) é comum como 10,5 - +14°C/h
1062
861
371
120
meio de austêmpera, entretanto por conta da aplicação possuem potencial poluidor,
830
10,2
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni, 0,2 Mo, 0,61 Cu [14] 900 110 340 60 A utilização de banhos de sais fundidos (NaNO 3, NaNO 2 e KNO 3) é comum como
340
1140
promovem corrosão, emissões de NO x e se tornam um passivo ambiental ao final do
383
1290
952
seu ciclo de utilização
7,5
3,7 C, 2,6 Si, 0,19Mn, 0,62 Ni, 0,2 Mo, 0,61 Cu [ 14] 910 [16] . 150 300 120 meio de austêmpera, entretanto por conta da aplicação possuem potencial poluidor,
promovem corrosão, emissões de NO x e se tornam um passivo ambiental ao final do
Neste trabalho é avaliado a realização de austêmpera utilizando fluxo de ar
[16]
seu ciclo de utilização
1433
60
1242
3,5
3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni, 0,29 Mo, 0,2 Mn [15] com temperatura arbitrada em 220°C, como meio de resfriamento para . 370
320
910
90
aquecido,
Neste trabalho é avaliado a realização de austêmpera utilizando fluxo de ar
obtenção de ADIs com patamar de austêmpera em 300, 350 e 400°C. Após os ciclos
1470
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn de austêmpera, a 120 288 120 aquecido, com temperatura arbitrada em 220°C, como meio de resfriamento para
-
3,1
1302
927 microestrutura foi analisada, a dureza medida e demais
propriedades mecânicas apenas estimadas. obtenção de ADIs com patamar de austêmpera em 300, 350 e 400°C. Após os ciclos
1599
1427
445
3,12
3,4 C, 3,1 Si, 0,67 Cu, 0,62 Ni, 0,29 Mo, 0,2 Mn [15] 930 120 280 40 de austêmpera, a microestrutura foi analisada, a dureza medida e demais
260 + propriedades mecânicas apenas estimadas.
3,4 C, 2,41 Si, 0,15 Mn [7] 927 120 120 1605 1455 2,1 -
14°C/h
FMP, SETEMBRO 2020 47
