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TRATAMENTO TÉRMICO APLICADO – SISTEMA FERRO CARBONO

Ferro:
O ferro é um dos elementos químicos (metal) mais espalhado na natureza. Porém, nunca o encontramos puro, e sim, o seu minério (óxido), que é ferro agregado com impurezas (ganga), constituído principalmente, de silicatos e geralmente combinado com o oxigênio.

Os minérios de ferro, em condições de exploração industrial, são oxigenados.

No Brasil, os dois tipos de minérios, que contém em média 70% de ferro, são:
– Hematita – Fe2O3;
– Magnetita – Fe3O4;
O elemento ferro:
O ferro apresenta as seguintes informações:


Observa-se que o ferro sólido, ao ser aquecido a partir da temperatura ambiente, muda a sua estrutura de cúbica de corpo centrado (ccc) para cúbica de face centrada (CFC) a 912ºC. Continuando o aquecimento, a 1394º, o ferro muda novamente de estrutura, passando de CFC para ccc.


Ferro gusa:
Obtenção do metal do minério:

É obtido em três processos distintos, a saber:
– Pirometalurgia;
– Hidrometalurgia;
– Eletrometalurgia.
Pirometalurgia:

É o processo pelo qual, usam-se combustíveis para atuarem como agentes de redução. O combustível mais usado, é o coque metalúrgico, obtido do carvão mineral após sua destilação.

Hidrometalurgia:
A hidrometalurgia consiste em dissolver um metal contido num minério, por um solvente adequado, e depois, a precipitação do metal numa solução.

Eletrometalurgia:
Utiliza a corrente elétrica, seja para a produção de calor, ou seja para a decomposição eletrolítica.

Processo pirometalúrgico
Equipamentos:
• Alto forno
• Conversor de aço
• Laminadores
Características do alto forno:
• Tem a forma de 2 cones (tronco);
• Tem 30 metros de altura;
• É revestido de tijolos refratários na parte interna, para conservar o calor;
• O carregamento do alto-forno é feito pela parte superior (boca de carga) com camadas de: minério de ferro, coque ou carvão vegetal (elementos que fornecem o carbono) e fundente (calcáreo) que Serve para baixar o ponto de fusão da escória.


Os produtos obtidos nos alto-fornos são:
• Ferro gusa
• Escória
• Gases

Gusa:
O ferro gusa é o produto obtido da primeira fusão do minério.
A gusa é conduzida para a aciaria, onde sofre a descarbonetação necessária para ser transformada em “aço”.
Fases da produção da gusa:
1. A ganga e o oxigênio separam-se do ferro
2. A ganga mais fundente, tornam-se escória, que fica sobrenadando no metal em fusão
3. Ferro em fusão mais carburante torna-se altamente carbonado, de 2% a 6% de carbono
4. A escória é retirada por um orifício superior do cadinho
5. O metal escoa pelo chio (orifício localizado na parte inferior do cadinho), moldando-se em forma de lingotes.

Escoria:
É utilizada para a fabricação de cimento Portland, e para a pavimentação de vias.

Gases:
Nas reações internas do alto-forno, formam-se gases CO e CO2 que saem pela parte superior do forno, através de tubos recuperadores a gás.


Ferro fundido:

O ferro fundido é uma liga Fe-C com 2,11 a 6,7% C.
Os aços com mais de 2,11% de C, na prática são considerados também ferro fundido.


No comércio o limite máximo de C encontrado é de 4,5%. Ferro fundido de primeira fusão ou gusa (3,5 a 4,5)% C é o primeiro produto obtido diretamente do alto forno, pela redução do minério de ferro com carvão coque e fundente. As impurezas de minério de ferro e do carvão deixam no ferro fundido pequenas porcentagens de silício, manganês, enxofre e fósforo.


Tanto o silício como o manganês melhoram as qualidades do ferro fundido. O mesmo não acontece com o enxofre e o fósforo, cujas porcentagens devem ser as menores possíveis para não prejudicarem suas qualidades.


Tipos de ferro fundido:
• Ferro fundido branco
• Ferro fundido cinzento
• Ferro fundido especiais ou ligados
• Ferro fundido maleável
• Ferro modular


Ferro fundido branco:
São favorecidos pela presença do manganês e pelo resfriamento rápido. A fratura das peças é de aspecto claro com grana grossa, são duras, frágeis, não usináveis e não soldáveis servem para fundição em coquilhas. Fundem-se a 1160ºC, peso especifico 7,19g/cm³. Devido à sua grande resistência à abrasão são usadas para mandíbulas de britadores, couçaramento de moinhos, rotores de bombas para lodo.
Para que se possa usinar o ferro fundido branco é necessário torná-los maleáveis, o que se obtém por meio de um prolongado aquecimento de vários dias (4 a 5) seguidos de resfriamento lento.

Ferro fundido cinzento:
São favorecidos pela presença do silício. A fratura do ferro fundido cinzento é escura, com grana fina, são menos duros, menos frágeis e facilmente usináveis, além de possuírem uma apreciável resistência à corrosão.

Características fundamentais:
1. O carbono, neste tipo, se apresenta quase todo em estado livre, sob a forma de palhetas pretas de grafita.
2. Quando quebrado, a parte fraturada é escura, devido à grafita.
3. Apresenta elevadas porcentagens de carbono (3,5% a 5%) e de silício (2,5%).
4. Muito resistente à compressão. Não resiste bem à tração.
5. Fácil de ser trabalhado pelas ferramentas manuais e de ser usinado nas máquinas. Peso específico: 7,8 g/cm³.
6. Funde-se a 1200ºC, apresentando-se muito líquido, condição que é a melhor para a boa moldagem de peças.
Pelas suas características, o ferro fundido cinzento se presta aos mais variados tipos de construção de peças, carcaças de motores e corpos de máquinas, sendo assim, o mais importante ponto de vista da fabricação mecânica.


Ferro fundido especial:
Contém em sua liga outros elementos como Ni, Cr, Mo, Si, que lhe confere grande tenacidade além de outras propriedades como resistência ao calor, à corrosão, ao desgaste, aos ácidos, ao magnetismo.
Esses elementos atuam sobre a dimensão dos grãos, a quantidade, tamanhos, forma, distribuição das grafitas sobre as proporções de cementita.

Os cilindros de laminadores, as rodas de trens, os anéis elásticos de motores à explosão e dos compressores, etc. são feitos de ferro fundido NiCr.

Ferro fundido maleável:
Este ferro fundido apresenta uma quantidade de grafite livre, quando é boa qualidade, pode-se dizer que aproximadamente 90% de carbono está livre.

Obtém-se moldando as peças em um molde de grafite, aço metálico, refrigerado por água e depois da solidificação as peças são submetidas a um tratamento térmico dentro de recipientes especiais, nas quais carrega-se junto com material não ativo.

Fecha-se aos recipientes e coloca-se dentro do forno para receber o tratamento que consiste das seguintes etapas:
1. Aquecimento controlado até atingir uma temperatura de 900ºC.
2. Mantém-se esta temperatura por um período de 9 a 12 horas.
3. Resfriamento a uma velocidade de 20ºC/h para separar o carbono do ferro

Este ferro assim obtido é muito dútil e maleável com alta resistência e facilmente usinável. Geralmente o ferro fundido é usado em partes onde a ductilidade e a alta resistência sejam importantes.
O único inconveniente deste ferro fundido é o processamento tão extenso, mas no que se refere às propriedades mecânicas pode-se dizer que poderia concorrer com alguns tipos de aços.


Ferro fundido nodular:

Este ferro fundido é igual ao ferro maleável, quase todo o carbono fica livre. Este ferro fundido é obtido mediante o processo mais simples que o ferro maleável, pois este se forma mediante processos químicos.
Quando o metal está líquido e pronto para se tirar do forno no cadinho a uma temperatura pré-determinada, adiciona-se pequenas quantidades de magnésio ou cério, agita-se bem para que esses elementos químicos se desintegrem em pequenas partículas.

Estas fazem com que o carbono se separe do ferro e precipite em forma de grafita, formando nódulos (daí o nome), uniformemente em toda estrutura do ferro fundido.

Esta precipitação em forma de esferas impõe ao ferro uma grande resistência à tração que pode ser até 7,7ton/cm²
Além disso, o grafite precipitando desta forma serve como lubrificante, que dá ao ferro uma grande resistência ao desgaste friccional. Utilizados em máquinas agrícolas, tratores, automóveis, bombas, etc.
Este ferro fundido é de muito boa qualidade apesar de aparentemente seu custo ser elevado, mas pelo rendimento de trabalho é muito econômico.

Observação:
Os ferros fundidos são suscetíveis de terem suas propriedades mecânicas modificadas pelo tratamento térmico. Essas modificações são porém mais restritas e menos reversíveis que nos aços.

Fonte : Wikipédia/ Manual Tratamento Térmico Senai

Hamilton Nunes da Costa
Matrizeiro Especializado em Moldes
Técnico mecânico
CREA 126.785

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