Determinação da influência da granulometria e da composição química do inoculante utilizado na produção de ferro fundido cinzento

Abstract

Durante a solidificação de ferros fundidos cinzentos é de suma importância o controle do intervalo entre as temperaturas estável (1152°C) e metaestável (1146°C), pois, é neste momento que há a nucleação e crescimento das grafitas que é a composição requerida a este material. Para que haja tempo suficiente para esta formação é essencial que sejam adicionados elementos grafitizantes na liga, pois, através destes há a uniformização do banho metálico e a ocorrência das ligações óxido-sulfetos necessárias para que a nucleação do banho seja efetiva e eficiente. Com base nisto, o processo de inoculação é baseado na adição de pequenas partículas de material nucleante na panela de abastecimento ou durante o jorro de vazamento do metal para o molde. Este processo é realizado com o intuito de refinar a microestrutura e melhorar as propriedades físicas e mecânicas da peça final. O objetivo deste trabalho foi verificar a influência da granulometria e da quantidade de inoculante adicionado (0,4 ? 1,5%) ao banho na propriedade de dureza, quantidade de células eutéticas e tendência ao coquilhamento. Para a realização deste trabalho foi utilizado um molde escalonado com o objetivo de obter cinco degraus com espessuras diferentes para analisar os resultados e as variações obtidas no experimento. Após a primeira etapa do trabalho foi constatado que o principal fator que provocava alteração das propriedades era a interação entre a quantidade de inoculante adicionada ao banho e a granulometria do inoculante. Com base nos resultados obtidos, foi realizado um segundo experimento variando a composição química do inoculante (Fe-Si e Fe-Si-Sr), quantidade de inoculante adicionada (0,09-0,24%), método de adição (na panela), temperatura de vazamento (1360-1400oC) e a adição de enxofre (0-0,08%) na carga do forno. Na segunda etapa do trabalho as propriedades avaliadas foram dureza Brinell, resistência à tração, microestrutura, células eutéticas, altura de coquilhamento (ferro duro) e distribuição e forma das grafitas. Os resultados demonstraram que a adição de inoculante ao banho metálico promove a formação de elevado número de células eutéticas variando de 3 a 84 células eutéticas/mm² dependendo das condições realizadas e que a adição do inoculante Fe-Si-Sr aumenta todas as propriedades físicas e mecânicas, como resistência a tração que passou de 200-220 MPa com inoculante de Fe-Si para 250-265 MPa com a adição de Fe-Si-Sr nas mesmas condições de processo. O percentual de ferro duro (coquilhado) atingiu valores menores do que 1mm com a adição de estrôncio na composição química do inoculante. Assim, esta composição foi mais eficiente e demandou uma menor quantidade para obtenção de um material superior ao de Fe-Si. Com base no trabalho realizado foi possível determinar uma condição ideal para trabalhar e obter resultados superiores ao atingido com o processo de inoculação atual Fe-Si, confirmando todas as teorias apresentadas ao longo desta dissertação.

Abstract: During the solidification of gray cast irons it is of paramount importance to control the interval between the temperatures Stable (1152 ° C) and metastable (1146 ° C), because it is at this moment that there is the nucleation and growth of the graphites which is the required composition to this material. In order to have enough time for this formation, it is essential that graphite elements are added to the alloy, because through these there is the uniformity of the metal bath and the occurrence of the oxide-sulfide bonds necessary for the nucleation of the bath to be effective and efficient. This process is carried out in order to refine the microstructure and improve the physical and mechanical properties of the final piece. The objective of this work was to verify the influence of the granulometry and the amount of inoculant added (0.4 - 1.5%) to the bath in the property of hardness, quantity of eutectic cells and tendency to coquillation. To perform this work, a staggered mold was used in order to obtain five steps with different thicknesses to analyze the results and variations obtained in the experiment. After the first stage of the work, it was found that the main factor that caused changes in properties was the interaction between the amount of inoculant added to the bath and the granulometry of the inoculant. Based on the results obtained, a second experiment was carried out varying the chemical composition of the inoculant (Fe-Si and Fe-Si-Sr), amount of inoculant added (0.09-0.24%), method of addition , pouring temperature (1360-1400°C) and the addition of sulfur (0-0.08%) to the oven load. In the second stage of the work, the properties evaluated were hardness, traction, microstructure, eutectic cells, chilling height (hard iron) and graphite distribution and shape. The results showed that the addition of inoculant to the metal bath promotes the formation of a high number of eutectic cells varying from 3 to 84 eutectic cells / mm² depending on the conditions performed and that the addition of the Fe-Si-Sr inoculant increases all physical properties and mechanical, such as tensile strength that went from 200-220 MPa with Fe-Si inoculant to 250-265 Mpa with the addition of Fe-Si-Sr under the same process conditions. The percentage of hard iron (chilled) reached values less than 1 mm with the addition of strontium in the chemical composition of the inoculant. Thus, this composition was more efficient and demanded a smaller amount to obtain a material superior to that of Fe-Si. Based on the work carried out, it was possible to determine an ideal condition to work and obtain results superior to that achieved with the current Fe-Si inoculation process, confirming all the theories presented throughout this dissertation.