Ferro fundido maleável

Maleável ( Latina temperare , moderar ' ) é um ferro fundido configurações do tipo que a causa da sua composição química e o processo de solidificação de acordo com o sistema metaestável ferro-carbono diagrama solidifica grafite e como para o tempo que é duro , quebradiço surge Temperrohguss no molde . Um subsequente tratamento térmico , o revenimento , provoca uma transformação estrutural . A cementita na estrutura fundida só é desintegrada após um período de recozimento particularmente longo . A grafite resultante é conhecida como carbono temperado e é caracterizada por sua forma nodular característica. Devido a este formato, os flocos de carbono temperados não atrapalham a relação entre a massa de base metálica e com potencial efeito de entalhe como as lamelas de grafite em ferro fundido com grafite lamelar . Esta é a principal razão pela qual o ferro fundido maleável tem melhores propriedades mecânicas do que o ferro fundido normal com grafite lamelar e pode, portanto, ser descrito como resistente e facilmente usinável. O ferro fundido maleável é dividido em ferro fundido maleável preto e branco com base na aparência da quebra.

Ferro fundido maleável

A estrutura do ferro fundido maleável consiste em perlita e ledeburita. Consegue-se ajustando a composição química em função da espessura da parede das peças a serem fundidas. Para todos os tipos de ferro fundido maleável, a soma do teor de carbono e silício de 3,7 a 3,8 por cento é decisiva. Com alto teor de silício e em peças fortes e de resfriamento lento, o grafite é frequentemente precipitado durante a solidificação. Essas lamelas, dispostas como ninhos, levam a uma fétida quebra. A temperatura de vazamento tem grande influência na macroestrutura, pois quanto mais alta, mais germes nativos ou estranhos se fundem e o derretimento se solidifica exogenamente . Teores elevados de carbono (2,6%) também causam a solidificação exógena da austenita primária.

Ferro fundido maleável branco

estandardização

O ferro fundido maleável branco é padronizado em DIN 1692 (antigo) e em DIN EN 1562 (novo desde 09.97). O antigo nome abreviado é GTW e o novo é GJMW. A abreviatura consiste em (EN-) GJ para ferro fundido, M para ( ferro fundido maleável: ferro de recozimento ) e W para ( branco: branco), entre outras coisas, propriedades mecânicas e / ou composição química devem ser adicionadas à abreviatura. Se necessário, requisitos adicionais podem ser especificados, por exemplo EN-GJMW-350. Cinco tipos são registrados na DIN EN 1562:

^* Devido às dificuldades em determinar o limite de escoamento em pequenas amostras, os valores e o método de medição devem ser acordados entre o fabricante e o comprador.

^** Mais adequado para soldagem

^*** Informações entre parênteses de acordo com a antiga DIN 1692

Composição química

Diretrizes para a composição química do ferro fundido maleável

• Carbono : 2,8-3,4% (relativamente alto)
• Silício : 0,4-0,8% (relativamente pouco)
• Manganês : 0,4-0,6%
• Enxofre : 0,12-0,25%
• Fósforo : 0,1%

Carbono e silício devem ser combinados um ao outro (a soma de carbono e silício não deve exceder 3,8%) para que mesmo as seções transversais mais espessas de um ferro fundido maleável tenham uma estrutura branca livre de grafite após a solidificação.

Fabricação (têmpera)

De modo a obter um ferro fundido maleável branca, o ferro fundido maleável (branco hipoeutéticas ferro fundido ) é fundida ( "annealing"). Isso reduz bastante o conteúdo de carbono na fundição. Isso torna a fundição um pouco mais difícil na área da borda. A fundição bruta é recozida a 1000 ° C por cerca de 60-120 horas em uma atmosfera oxidante (temperada em um fluxo de gás). As seguintes reações ocorrem:

• Reação 1 (dentro da fundição):

  Fe ₃ C → ₃ Fe + C

• Reação 2 (na superfície da fundição):

  C + O ₂ → CO ₂

• Reação 3 (descarburação real - processo de execução automática)

  CO ₂ + C → 2CO para isso vem novamente O ₂ + 2CO → 2CO ₂

A cementita (Fe ₃ C) da fundição se divide em três átomos de ferro e um de carbono na primeira reação. Este carbono reage com o oxigênio na superfície da fundição e é, portanto, retirado da fundição (reação 2). No esforço para equalizar a concentração, o carbono da peça fundida continua a se difundir para a borda da peça fundida e se combinar com o oxigênio do ar circundante. Isso descarburiza gradualmente a peça de trabalho (reação 3). Ao mesmo tempo, o carbono remanescente no núcleo dos aglomerados de fundição forma nódulos de carbono temperado. A descarbonetação da peça depende muito da duração do processo de têmpera e da espessura da parede da peça fundida. A descarbonetação uniforme ocorre apenas com uma espessura de parede de 2-3 mm, com peças fundidas mais espessas apenas a descarbonetação da borda e a decomposição da cementita (Fe ₃ C) em ferro e carbono temperado ocorre.

Formação de estrutura

Ferro fundido maleável branco V = 100: 1

A estrutura do ferro fundido maleável branco com espessuras de parede abaixo de 3 mm consiste em uma matriz ferrítica e muito pouco ou nenhum nódulo de carbono temperado (no meio). Com espessuras de parede acima de 3 mm, a estrutura do ferro fundido maleável branco é dividida em três áreas:

• A zona da borda descarbonetada, consistindo de ferrite. A superfície geralmente contém uma borda intercalada com óxidos.
• A área de transição, consistindo de uma matriz básica ferrítica - perlítica e alguns nódulos de carbono temperados.
• A zona central, consistindo de uma matriz de base perlítica e pequenos nódulos de carbono temperados.

A profundidade de descarburação é determinada por meio de uma amostra de cunha recozida. Sua seção polida metalográfica fornece informações sobre a formação da estrutura. No caso de revenido impróprio, podem ocorrer defeitos estruturais. Por exemplo, os ninhos de grafite podem levar à chamada "quebra de defeito", pois eles foram criados na fundição bruta. A descarbonetação também pode ocorrer, com carbonetos sendo depositados na borda da ferrita na forma de cementita secundária, possivelmente ledeburita .

Propriedades e uso

Os materiais maleáveis ​​de ferro fundido são preferidos devido à sequência do processo usado na produção de peças fundidas. A limitação do peso da peça de alguns gramas a 100 quilos se deve ao processo de fabricação. O mesmo se aplica à espessura máxima da parede de 20-30 mm. A resistência à tração aumenta com a espessura da parede, conforme o teor de perlita aumenta. Tratamentos de revenimento adequados ajustam as propriedades determinantes de qualidade com grande precisão e alta uniformidade (por exemplo, áreas mais duras e apertadas, boa usinabilidade , alta resistência e boa fundibilidade , também soldável e galvanizável ).

As propriedades do ferro fundido maleável branco dependem da espessura da parede. Eles são divididos em:

• propriedades mecânicas, tais como:
  • bom alongamento na ruptura (dependendo da espessura da parede)
  • boa resistência à tração (aumenta com a porcentagem de perlita)
  • boa resistência à fadiga
  • facilmente falsificável, maleável
  • alta tenacidade
• propriedades físicas, como:
  • boa usinabilidade
  • bom comportamento de soldagem
  • fácil de galvanizar
  • alta qualidade de superfície
  • boa resistência à corrosão (devido às camadas de óxido na zona da borda)
  • pode ser endurecido termoquimicamente ( endurecimento de caso )

aplicativo

Peças fundidas de paredes finas com boa resistência à fadiga para usinagem em linhas de transferência; Devido à sua ductilidade , é utilizado para componentes que estão expostos a cargas dinâmicas (oscilantes ou espasmódicas) e devem suportar altas forças mecânicas (chassis e partes de direção de veículos motorizados, componentes de segurança que requerem documentação, elementos de ajuste e fixação para construção de circuitos) ; Acessórios e acessórios para construção de oleodutos, vários componentes para a indústria elétrica devido às suas propriedades térmicas, elétricas e magnéticas; elementos de suporte de carga de alta tensão e linhas aéreas; Elementos de comutação, controle e transmissão na construção de máquinas e máquinas agrícolas; Devido à boa moldabilidade e à possibilidade de construções de paredes muito finas com precisão reproduzível, as propriedades devem ser mencionadas; Para o fabrico de fechaduras e acessórios; As peças de ferro fundido maleáveis ​​oferecem uma ampla gama de opções para criar propriedades específicas especificamente na área do componente em que são necessárias (substituiu muitos outros materiais).

Ferro fundido preto maleável

estandardização

O ferro fundido maleável preto também é padronizado em DIN EN 1562. A antiga abreviatura GTS também foi substituída e é GJMB, GJ significa ferro fundido, M significa "ferro fundido maleável" e B significa "preto".

Composição química

O ferro fundido maleável geralmente tem uma composição hipoeutética. Devido à solidificação metaestável do ferro fundido maleável, o carbono está presente na forma ligada como cementita (Fe ₃ C) e, portanto, é livre de grafite. O ferro fundido maleável tem uma estrutura fraturada branco prateada e é duro e quebradiço, o que o torna praticamente impróprio para uso técnico. O revenimento faz com que a cementita se desintegre e se dissolva na estrutura básica, que consiste em austenita na temperatura de recozimento. O ferro fundido usado para fazer ferro fundido maleável preto tem a seguinte composição:

• Carbono: 2–2,9%
• Silício: 1,2-1,5% (relativamente alto)
• Manganês: 0,4-0,6%
• Enxofre: 0,12-0,18%
• Fósforo: aprox. 0,1%

O teor de carbono é menor e o teor de Si maior do que no ferro fundido maleável branco.

Manufatura

Para a produção, o ferro-gusa , a sucata de aço, as ligas de ferro e o material circulante (do sistema de fundição e porta das peças fundidas) são alimentados primeiro no forno de cúpula (com uma explosão a quente) para pré- fusão . Para definir a temperatura de fundição necessária e a composição química, o forno elétrico a arco ou forno de indução é conectado a jusante (processo duplex).
O recozimento ocorre em duas etapas em uma atmosfera neutra. Devido à atmosfera neutra, o ferro fundido não é descarburado. Devido ao alto teor de carbono e silício, a cementita se decompõe completamente em ferrita e carbono temperado: Fe ₃ C → 3Fe + C.

O carbono de têmpera é criado pela precipitação de carbono elementar durante o recozimento na forma de nós ou flocos. O aparecimento desses nós depende da proporção manganês-enxofre. Como resultado, o material atinge propriedades de ductilidade semelhantes às do aço.
A primeira etapa desse tratamento térmico também é chamada de primeira etapa de grafitização. Os carbonetos eutéticos se desintegram e se dissolvem na estrutura básica (austenita) a 940–960 ° C em um período de aproximadamente 20 horas. Como mencionado acima, o carbono elementar também é precipitado como nós de recozimento. A estrutura agora consiste em austenita e carbono temperado.

No segundo estágio, também conhecido como segundo estágio de grafitização, é determinada a estrutura básica. Para iniciar o segundo estágio, a temperatura é reduzida para aproximadamente 800 ° C. Se a temperatura for então resfriada lentamente (em 3–5 ° C por hora) entre 800 e 700 ° C ou se a temperatura for mantida entre 760 e 680 ° C por várias horas, ocorre uma transformação eutetóide estável. γ → α + C
O carbono, portanto, tem a oportunidade de se difundir da austenita para o carbono temperado já existente e de se tornar parte dele. A estrutura consiste então em ferrite (matriz) e grafite e quaisquer resíduos da perlite. O carbono de têmpera é uniformemente distribuído por toda a seção transversal da amostra. O material é muito macio e consiste em ferrite e grafite. Exemplo: GJMB - 350 Durante o resfriamento rápido entre 800 e 700 ° C no ar, a área eutetóide é passada rapidamente e uma estrutura eutetóide metastável solidificada de perlita é criada.

O resfriamento rápido cria uma estrutura martensítica. Depois de temperado, ele ainda pode ser temperado . A 600 ° C, por exemplo, GJMB - 700 é produzido, a 700 ° C GJMB - 450. A 620 ° C, forma-se a perlita (cementita globular).

Uma característica do ferro fundido maleável preto é que a estrutura é independente da espessura da parede, exceto por uma zona de borda estreita de 0,2 mm de profundidade sem carbono temperado devido ao recozimento não descarbonetante.

Formação de estrutura

No primeiro estágio de recozimento, a cementita do ledeburita se desintegra a 950 ° C em austenita e carbono temperado. Durante o segundo estágio de recozimento, a austenita se decompõe em ferrita e carbono temperado. A estrutura básica depende da taxa de resfriamento na área eutetóide.

• Estrutura básica ferrítica
  Ao resfriar lentamente entre 700 e 800 ° C (para detalhes, consulte a produção), a transformação eutetóide ocorre em condições estáveis. γ → α + C
  A ferrita forma a matriz, e o carbono de têmpera é distribuído uniformemente se as mesmas condições de resfriamento forem aplicadas em todas as áreas da amostra. Quanto menos manganês e enxofre houver, mais compacto será o carbono temperado. O manganês e o enxofre evitam que a grafite se aglomere em uma forma esférica, o que resulta na formação irregular e nodular do carbono temperado.
• Estrutura básica perlítica
  Ao aquecer a 700-800 ° C, resfriamento rápido (têmpera anterior, ver produção), o material solidifica metaestável em perlita. γ → α + Fe ₃ C. Aqui a perlita forma a estrutura básica. Mesmo com essa solidificação, o carbono de têmpera pode ser projetado de forma diferente.
• Estrutura martensítica básica
  Ao esfriar muito rapidamente, surge a estrutura martensítica. A difusão é suprimida pela taxa de resfriamento muito alta. O colapso parcial da rede espacial cria uma rede que é distorcida e tensionada pelo carbono, e a martensita é criada. A estrutura de têmpera é criada temperando a estrutura martensítica ou por resfriamento controlado nesta estrutura.
• Estrutura mista
  também pode surgir estrutura ferrítico-perlítica. Isso acontece quando a solidificação eutética é parcialmente estável e metaestável. Fusão → γ + C (estável) e fusão → γ + Fe ₃ C (metaestável).

A transformação eutetóide é metaestável novamente. Uma estrutura com uma quantidade diferente de perlita e ferrita e carbono temperado é esperada, dependendo da taxa de resfriamento. O carvão de têmpera pode ter diferentes formas, tamanhos e arranjos.

Propriedades e uso

Encaixe de tubo feito de ferro fundido maleável preto (GJMB)

Em geral, o ferro fundido maleável preto tem boa fundibilidade, também é mais fácil de usinar do que o GJMW (ver Usinabilidade do ferro fundido ), temperável, tratável termicamente e temperável superficialmente (para têmpera por chama e indução). Entre outras coisas, é usado para pistões, engrenagens, peças de motor e componentes de paredes espessas, como carcaças de motor.

• Ferrítico GJMB-350
  Embora esta estrutura tenha tenacidade moderada, possui boa ductilidade e excelente usinabilidade. Este material é usado onde há demandas de usinabilidade. É adequado para endurecimento termofísico após aquecimento duplo. A dureza do material corresponde a ≤ 150 HBW 30, o que corresponde a ≤ 160 HV10.
• Pearlitic GJMB-450
  Este material tem melhor resistência e tenacidade semelhante ao GJMB-350. O endurecimento até 600 HV10 é possível após aquecimento duplo prévio. A dureza do material corresponde a 150–200 HBW 30, que corresponde a 160–210 HV10.
• GJMB-550
  A usinabilidade deste material não é tão boa quanto a das estruturas anteriores. Mas se você comparar com um aço forjado da mesma resistência, é excelente. O endurecimento termofísico também é possível aqui, sem aquecimento duplo prévio. A dureza do material corresponde a 180–230 HBW 30, que corresponde a 190–240 HV10.
• Força do GJMB-650
  é o principal requisito aqui. Este material possui cavacos frágeis curtos. Alternativamente, pode ser usado para aços forjados. A dureza do material corresponde a 210–260 HBW 30, que corresponde a 220–270 HV10.
• Estrutura de têmpera do GJMB-700 As
  mesmas propriedades e usos do GJMB-650. A dureza do material corresponde a 240–290 HBW 30, que corresponde a 250–300 HV10.

literatura

• Ferro fundido maleável - um material de ferro fundido dúctil. Associação Federal da Indústria Alemã de Fundição, Publicação Técnica, 2011
• Hermann Schumann, Heinrich Oettel: Metalografia. 14ª edição, Wiley-VCH Verlag.

Links da web

• Portal online da Associação Federal da Indústria Alemã de Fundição