Influência dos inoculantes a base de Zr e Sr na microestrutura do ferro fundido cinzento FC300 centrifugado

Abstract

Durante a solidificação dos ferros fundidos é importante a formação de um equilíbrio entre quantidade de fase estável e metaestável para atender aos requisitos mecânicos e de usinabilidade. O ferro fundido é uma liga versátil composta principalmente de ferro, carbono e silício, com uma variedade de propriedades que o tornam adequado para inúmeras aplicações nas indústrias automotiva, de construção e de máquinas. As propriedades mecânicas do ferro fundido, como resistência, dureza e resistência ao desgaste, podem ser adaptadas por meio de elementos de liga e condições de processamento. Um procedimento importante para melhorar essas propriedades é a inoculação, que consiste na adição de pequenas quantidades de agentes de liga (normalmente elementos como silício, cálcio e metais de terras raras) ao ferro fundido líquido, pouco antes do vazamento no molde. A inoculação aumenta a formação de grafita dentro do ferro fundido, refinando a microestrutura ao promover o desenvolvimento de partículas finas de grafita uniformemente distribuídas. Isso leva a melhorias na fundibilidade, tenacidade e desempenho geral do material. Assim, este trabalho visou analisar o efeito da inoculação de um ferro fundido cinzento processado por fundição centrífuga com Zr e Sr, com teores de 0,3% e 0,5% em peso. Para isto foi realizada análise microestrutural para verificar o formato e tipo de grafita, ensaios de dureza Brinell e análises térmicas do processo de solidificação. Foi observado refino microestrutural do inoculante a base de Zr, com influência na formação de grafitas degeneradas e ferrita livre. Foi verificada uma diminuição da espessura dos veios grafíticos e do diâmetro dos aglomerados de ferrita livre. Nos testes com Sr, notou-se o potencial de inocular grafitas mais espessas e de geometria menos aguda, assim como a maior homogeneidade ao longo de toda a região analisada. As curvas de análise térmica indicaram baixo potencial de nucleação do metal líquido mesmo após inoculação, fato corroborado pela alta presença de grafita tipo B e heterogeneidade microestrutural. Apesar de os ensaios de dureza apresentarem resultados entre 230HB e 260HB, a diferença microestrutural pode alterar o desempenho mecânico e de processamento deste material.

During the solidification of cast irons, it is crucial to establish a balance between the formation of stable and metastable phases to meet mechanical and machinability requirements. Cast iron is a versatile alloy primarily composed of iron, carbon, and silicon, exhibiting a wide range of properties that make it suitable for numerous applications in the automotive, construction, and machinery industries. The mechanical properties of cast iron—such as strength, hardness, and wear resistance—can be tailored through alloying elements and processing conditions. A key technique for enhancing these properties is inoculation, which involves the addition of small quantities of alloying agents (typically elements such as silicon, calcium, and rare earth metals) to the molten cast iron shortly before pouring it into the mold. Inoculation promotes the formation of graphite within the cast iron by refining the microstructure and encouraging the development of finely dispersed graphite particles. This results in improvements in castability, toughness, and overall material performance. The present study aimed to analyze the effects of inoculation in a gray cast iron processed by centrifugal casting using Zr and Sr at concentrations of 0.3 wt% and 0.5 wt%. Microstructural analysis was conducted to evaluate the shape and type of graphite, along with Brinell hardness tests and thermal analysis of the solidification process. The Zr-based inoculant was observed to refine the microstructure, influencing the formation of degenerated graphite and free ferrite. A reduction in the thickness of graphite lamellae and the diameter of free ferrite clusters was noted. In the Sr-treated samples, a tendency toward the formation of thicker graphite structures with less acute geometry was observed, as well as greater homogeneity across the analyzed regions. The thermal analysis curves indicated a low nucleation potential of the liquid metal even after inoculation, a fact corroborated by the high presence of type B graphite and microstructural heterogeneity. Although the hardness tests showed values ranging from 230 HB to 260 HB, the microstructural variation may affect the mechanical performance and processing behavior of this material.