Proposta de otimização de ligas de ferro fundido cinzento: análise da viabilidade de uma liga única de FC 200

Abstract

Ferros fundidos de forma geral são caracterizados pelas normas técnicas segundo as suas propriedades físicas. No caso do ferro fundido cinzento, essa propriedade é ou a resistência à tração ou dureza. Por causa disso, cada fundição possui uma liga com composição química própria e única para cada classe de ferro fundido. Essas variações em composição química faz com que propriedades como dureza, resistência à tração, usinabilidade, condutibilidade térmica, entre outras, varie muito de fundição para fundição. Desta maneira, é importante estudar os efeitos dos elementos de liga utilizados na sua fundição para ter certeza que as exigências de seus clientes estão sendo atingidas. Uma alternativa utilizada por algumas fundições é desmembrar uma classe de ferro fundido em múltiplas ligas, específicas para determinados clientes, com pequenas variações entre si, atendendo os requerimentos necessários em seus usos particulares, como por exemplo usar mais elementos perlitizantes em peças mais grossas para atender as especificações de dureza; ou reduzir outros elementos em peças mais finas para evitar o coquilhamento. Esse estudo abordará quatro ligas, três já em uso pela fundição onde o acadêmico desenvolveu o trabalho, e uma quarta, desenvolvida para substituir as três, todas são ferros fundidos cinzentos ABNT FC 200. A liga 1 apresentando os teores mais altos de carbono e silício e menos estanho que as outras; a liga 2 possui mais carbono, cromo e estanho; a liga 3 com menos carbono e estanho que a liga 2, porém mais cobre, e por último a liga substituta, que tem por objetivo substituir as outras três, com o menor teor de carbono e silício, e teores mais elevados de cobre e estanho. Por serem ligas ABNT FC 200, elas devem apresentar no mínimo 200 MPa de limite de resistência à tração. Para isso serão realizadas análises de espectrometria óptica para verificar as composições das ligas utilizadas, assim como ensaios de tração e dureza Brinell para poder comparar os efeitos das diferentes composições químicas nessas ligas e metalografia para estudar as causas microestruturais dessas respostas mecânicas. As quatro ligas apresentadas se mostraram como de acordo com a norma para o FC 200, sendo a liga substituta a com as propriedades mais elevadas das quatro, e apta substituta das outras três em suas aplicações específicas.

Cast irons in general are characterized by technical standards according to their physical properties. In the case of gray cast iron, this property is either tensile strength or hardness. Because of this, each foundry has its own alloy with its own unique chemical composition for each cast iron class. These variations in chemical composition mean that properties such as hardness, tensile strength, machinability, thermal conductivity, among others, vary greatly from foundry to foundry. Therefore, it is important to study the effects of alloying elements used in a foundry to make sure that your customers' requirements are being met. An alternative used by some foundries is to divide a class of cast iron into multiple alloys, specific to certain customers, with small variations between them, meeting the necessary requirements for their particular uses, such as using more pearlizing elements in thicker parts to meet hardness specifications; or reducing other elements in thinner parts to avoid forming white cast iron. This study will address four alloys, three already in use by the foundry where the academic developed this paper, and a fourth, created to replace the three, all being ABNT FC 200 gray cast iron. Alloy 1 has the highest carbon and silicon content and less tin than the others; alloy 2 has more carbon, chromium and tin; alloy 3 with less carbon and tin than alloy 2, but more copper, and finally the unified alloy, which aims to replace the other three, with the lowest carbono and silicon content, and higher copper and tin contents. As they are ABNT FC 200 alloys, they must have a minimum tensile strength of 200 MPa. To this end, optical spectrometry analysis’ will be carried out to verify the compositions of the alloys used, as well as tensile and Brinell hardness tests to be able to compare the effects of different chemical compositions in these alloys and a metallography analysis to study the microstructural causes of these mechanical responses. The four alloys presented were in accordance with the standard for the FC 200, with the unified alloy being the one with the highest properties of the four, and suitable as a substitute for the other three in their specific applications.