Estudo preliminar da soldabilidade de ferros fundidos cinzento e nodular por soldagem a arco com eletrodos revestidos

Abstract

Os ferros fundidos, ligas ferro-carbono-silício com percentual de carbono superior a 2,14%, são em algumas situações preferíveis do que outros metais como aços, por exemplo, devido a importantes características mecânicas que se consegue obter com estes materiais, ou em muitos casos em função de questões econômicas. Um dos grandes desafios relacionados a ferros fundidos está na baixa soldabilidade desses materiais, causada principalmente por seu teor de carbono muito superior ao dos aços, o que facilita a formação de fases duras e frágeis mediante as elevadas taxas de resfriamento produzidas durante a soldagem. Existem eletrodos revestidos especiais para soldagem de ferros fundidos, como o E-NiCi à base de níquel que podem trazer resultados bastante promissores na soldagem de ferros fundidos, no entanto há o impasse de seu elevado custo comparado a outros tipos de eletrodo. Neste trabalho buscou-se avaliar o comportamento na soldagem dos ferros fundidos cinzento FC200 e nodular FE42012, com ênfase nas diferentes microestruturas formadas, onde foram realizados testes com os eletrodos E – NiCi e E7018. As juntas de solda foram produzidas a partir de blocos em forma de Y, os quais necessitaram passar por processos de usinagem para produção dos chanfros e redução da espessura. Foram aplicados dois métodos de soldagem a cada ferro fundido, sendo que todos envolveram o pré-aquecimento a temperaturas próximas de 400ºC e aquecimento interpasses. Concluída a etapa de soldagens, produziram-se corpos de prova para ensaios de flexão, análise microestrutural e ensaios de dureza, sendo os cortes realizados pelo processo de eletroerosão a fio. A preparação metalográfica envolveu o lixamento, polimento com suspensão de alumina e ataque químico com nital. A partir da análise microestrutural, foram visualizadas microestruturas típicas de soldagem de materiais com alto teor de carbono submetidos a resfriamentos rápidos, como martensita. Foram identificadas as Zonas Fundida e Termicamente Afetada, além da Zona Parcialmente Fundida, na qual se observou a formação de carbonetos.

Cast irons, Iron-Carbon-Silicon alloys with carbon percent upper than 2,14%, are in some cases preferable than some steels, for example, due to some important mechanical characteristics that can be found in these materials, or a lot of times due to economical terms. One of the big challenges related to cast irons is on their low weldability, that comes mainly by the carbon percent which is much greater than for steels, which makes easier the formation of hard and brittle phases through the high cooling rates involved in the welding process. There are coated electrodes special for welding cast irons, like E-NiCi nickel based that can give promising results in cast iron weldings, however there is the issue of their high price comparated to other electrode types. The aim in this work was to evaluate the welding behavior of gray cast iron FC200 and nodular cast iron FE42012, with an emphasis on the different microstructures, where was tested the use of E - NiCi and E7018 electrodes. The welding joints were produced from Y - shaped blocks, which needed to go through machining processes to make the bevels and reduce the thickness. Two welding methods were applied to each cast iron, where all of them involved preheating at temperatures close to 400ºC and interpass heating. Once finished the weldings, samples were produced for flexion tests, microstructural analysis and hardness tests, where the cuts were performed by electroerosion process. The metallographic preparation involved sanding, alumina suspension polishing and nital chemical attack. In the microstructural analysis, typical microstructures of welding of high carbon materials subjected to rapid coolings such as martensite were viewed. It was possible to distinguish the molten and thermally affected zones, besides the partially melted zone, in which carbide formation was observed.