Soluções para a garantia da qualidade de peças de FoFo nodular ferrítico com paredes grossas

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A proposta deste artigo é apresentar soluções para os problemas encontrados na manufatura de peças em ferro fundido nodular ferrítico com paredes grossas e moldadas manualmente. Para tanto, o autor destaca algumas considerações teóricas presentes na literatura sobre o assunto, além de experiências práticas referentes às etapas de preparação da carga, fundição, modificação e inoculação.

H. Polzin

Data: 20/03/2003

Edição: FS Março 2003

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O ferro fundido nodular ferrítico é apropriado para muitas aplicações, por combinar propriedades de resistência, alongamento à ruptura e, no caso da classe EN-GJS400-18U-LT, valor de resiliência (ensaio de impacto).
No entanto, a fabricação de peças fundidas neste material apresenta problemas ao fundidor, que precisa conhecer alguns recursos técnicos específicos deste campo de produção. Como a conformação da estrutura e, portanto, das propriedades, depende da respectiva espessura da parede da peça fundida, este material deve ser utilizado principalmente para as áreas com espessura de parede grossa (300 mm ou maior).
O presente artigo tem como objetivo contribuir para solucionar problemas decorrentes da produção de peças fundidas pesadas, com espessura de parede grossa, normalmente moldadas manualmente.
Após considerações teóricas e um resumo da literatura sobre o assunto, serão apresentadas algumas experiências práticas referentes às etapas de preparação da carga, fundição, modificação e inoculação.

Teorias e resumo da literatura

A combinação das propriedades do ferro fundido nodular, cujos valores da resistência à tração e alongamento à ruptura têm tendência oposta, é conhecida e pode ser ajustada por meio da microestrutura da matriz.
Altas resistências à tração implicam em um baixo alongamento à ruptura e requerem uma microestrutura com matriz perlítica. Quando é necessário um valor alto de alongamento à ruptura, além da resistência, deve-se assegurar a realização de uma microestrutura com matriz ferrítica e, conseqüentemente, com menores valores de resistência.
Estas propriedades são obtidas por meio de medidas metalúrgicas, assim como por condições apropriadas de resfriamento.
Caso exista a necessidade de produzir a classe de ferro fundido nodular ferrítico EN-GJS-40018U-LT, as propriedades mecânicas solicitadas devem ser comprovadas com o alcance do valor mínimo de resiliência.
Eventualmente, a fabricação do ferro fundido nodular pode apresentar dificuldades quando destinado à produção de peças com espessura de parede grossa, em razão do desvanecimento do agente do tratamento de modificação, o que ocorre com o tempo.
Os motivos para isso são os longos tempos de solidificação necessários nas áreas mais grossas da peça fundida, nas quais podem ocorrer falhas na microestrutura, como a formação de nódulos de grafita. Isto pode acontecer em razão do desvanecimento do efeito do tratamento com magnésio e por causa do efeito de elementos residuais perturbadores.
O tratamento de inoculação inadequado e os problemas de alimentação também podem gerar falhas.
Os subtítulos a seguir apresentarão algumas informações relativas a este assunto e presentes na literatura. Neste caso, serão destacadas as publicações que dão maior importância à fabricação de peças em ferro fundido nodular ferrítico com espessura de parede grossa.

Materiais da carga

A garantia da qualidade metalúrgica requerida começa com a escolha correta dos materiais da carga para a fusão do ferro.
Os elementos que compõem o ferro-gusa, a sucata de aço e o material do circuito de retorno devem ser conhecidos, ao passo que os teores máximos dos elementos residuais precisam ser controlados, de modo a não influenciar negativamente a formação da matriz da microestrutura e/ou a morfologia dos nódulos de grafita.
No caso do ferro-gusa, deve-se garantir o mínimo enxofre e fósforo^[1]. A sucata de aço, por sua vez, deve conter o menor teor possível de elementos perturbadores.
Neste contexto, pode-se indicar, entre outros, o chumbo, o antimônio, o bismuto, o boro, o telúrio, o arsênio e o titânio^{[1, 2]}. A utilização de sucata coletiva ou sucata mista deve ser absolutamente evitada.
Com relação aos elementos que acompanham o ferro na fabricação do ferro fundido nodular ferrítico, é importante que os teores dos elementos formadores de perlita, como o manganês, sejam os mais baixos possíveis. Alguns autores^[1] indicam um valor limite de 0,25%, enquanto outros indicam valores ainda menores.
Com relação à carga do material do circuito de retorno, é possível evitar problemas de qualidade utilizando um material do mesmo tipo do que será fundido.

Análise de orientação

Com relação à análise de orientação, a literatura somente dispõe de valores relativamente grosseiros, pois eles dependem fortemente do peso e da geometria da peça fundida, assim como das condições de resfriamento. A tabela 1 apresenta um resumo com algumas sugestões a respeito deste assunto.
O grau de saturação deve ficar um pouco abaixo de 1 em peças com espessura de parede grossa, enquanto as peças com menor espessura de parede são fabricadas com S_C > 1.
Como o teor de silício deve ser reduzido à medida que a espessura de parede aumenta, em razão dos seus efeitos nocivos de segregação e degeneração da grafita, o teor de carbono do ferro também precisa ser alterado, para atender a um grau predeterminado de saturação.

Inoculação

A inoculação é um dos passos mais importantes da fabricação do ferro fundido nodular.
Um grande número de publicações comprova a grande relevância do ajuste dos núcleos de germinação no banho fundido e, portanto, da preservação de uma conformação específica da grafita e da matriz da microestrutura.
As dificuldades da fabricação de peças fundidas com espessura de parede grossa decorrem do fato de que o tratamento de inoculação depende da temperatura e é limitado principalmente pelo tempo.

Enquanto as espessuras de parede usuais das peças fundidas seriadas solidificam em minutos, as peças fundidas pesadas, com espessura de parede a partir de aproximadamente 80 mm, podem levar algumas horas para solidificar. Conseqüentemente, podem ser observados uma quantidade menor de nódulos e mais grãos eutéticos. Por este motivo, são utilizados na prática processos retardadores do tratamento de inoculação para este tipo de peças^[2].
Conforme W. Siefer[4], os agentes de inoculação devem ser adaptados à velocidade de solidificação das peças fundidas. Os agentes de “partida rápida”, portanto, perdem o efeito em peças fundidas com espessura de parede grossa, em razão da reoxidação já ter ocorrido antes da solidificação da peça.
Pelo mesmo motivo, as inoculações na panela exercem pouco efeito neste caso. Na referência bibliográfica indicada, o leitor interessado também encontra indicações abrangentes sobre erros no processo de inoculação. F. Neumann^[5] e J. D. Mullins^[6], por sua vez, apresentam as principais observações e relações, além de teorias sobre a inoculação.
O importante na fabricação de peças fundidas com espessura de parede grossa é que a inoculação seja realizada no intervalo de tempo mais próximo possível da solidificação, isto é, que ocorra o mais breve possível, antes do enchimento do molde.
As possibilidades indicadas na referência bibliográfica^[7], por exemplo, são relativas ao acréscimo do agente de inoculação na panela de fundição (a), no jato de vazamento (b) e no sistema de alimentação do molde (c), e devem ser aplicadas da melhor forma, privilegiando a seqüência c-b-a. De modo ideal, a inoculação deve ser realizada um pouco antes da entrada do banho fundido na cavidade do molde.
Para uma inoculação retardada de longa duração, recomenda-se um agente de inoculação à base de FeSi, com misturas de componentes nãometálicos em forma de pó. O agente de inoculação propriamente dito, assim como o mecanismo básico de inoculação, é descrito por T. Skaland^{[8, 9]}.

Tratamento com magnésio

No caso da fabricação de ferro fundido nodular, a escolha correta do processo de tratamento com magnésio é decisiva para o nível de qualidade, a viabilidade econômica e o decorrer da produção.
Normalmente, devem ser seguidos três passos para se alcançar tanto a conformação esférica da grafita, quanto a microestrutura desejada da matriz:

1. dessulfuração
2. tratamento com magnésio
3. inoculação

Por apresentar baixa densidade e baixo ponto de ebulição, a introdução de magnésio no banho fundido é difícil. O problema, no entanto, é resolvido com uma liga de magnésio composta de outros metais (níquel, silício, cobre). Graças à transferência do magnésio para as ligas metálicas, a pressão do vapor é significativamente diminuída, garantindo um trabalho seguro.
Estas ligas mestres são introduzidas no banho fundido pelo processo sanduíche ou de vazamento direto sobre a liga. As que possuem maiores teores de magnésio (em torno de 35%) são introduzidas com o auxílio de sinos de imersão na panela já com o ferro base.
O magnésio puro deve ser introduzido no banho fundido de modo forçado, em recipientes de tratamento fechados. Neste caso, o processo do conversor George Fischer e o emprego de um dispositivo de imersão obtiveram aceitação na prática.
O processo in mold (dentro do molde), por sua vez, apresenta uma particularidade: neste caso, a liga mestre com baixo teor de magnésio presente na câmara de reação é disposta diretamente no molde de fundição e o ferro alimentado com pouco enxofre entra em reação com ela. O tamanho da câmara, a velocidade de vazamento e o comportamento de dissolução da liga mestre devem ser cuidadosamente coordenados.
A tabela 2 apresenta uma classificação do processo, em função das suas características típicas, considerando o agente de tratamento utilizado e o sistema de tratamento do magnésio.

Elementos secundários e elementos residuais

O efeito dos elementos secundários e dos residuais é uma questão muito complicada, que já preocupou vários autores pela sua importância.
R. Deike^[10], por exemplo, analisa de modo abrangente o princípio do efeito de elementos residuais sobre a solidificação do ferro fundido.

Os elementos secundários e os residuais têm uma participação decisiva na formação da microestrutura da matriz (ferrítica ou perlítica) e na conformação da grafita (forma, tamanho, distribuição), em razão da sua influência sobre a solidificação eutética e a transformação eutetóide.
A influência dos elementos químicos sobre a estrutura do ferro fundido também pode ser calculada por fórmulas, com a finalidade de determinar o teor de ferrita^[11].
O controle do teor máximo de manganês é muito importante para a preservação da microestrutura com matriz ferrítica, pois este elemento tende a produzir a estrutura perlítica.
O índice de manganês pode ser calculado por uma fórmula[11], sendo o seu teor máximo para uma microestrutura de matriz ferrítica no ferro fundido de 0,3%.
S. Hasse também ressalta que o titânio produz efeitos negativos sobre as propriedade mecânicas de peças manufaturadas em ferro fundido nodular com espessura de parede grossa, uma vez que provoca a degeneração da grafita. Neste caso, deve-se observar que é preciso dar importância à pureza dos materiais da carga, considerando-se a fabricação do ferro fundido nodular ferrítico.
O chumbo, o antimônio e o bismuto também exercem um efeito negativo quando introduzidos no banho fundido, por meio da carga metálica^{[7, 13]}.
A tabela 3^[7] apresenta um resumo e destaca inclusive os elementos utilizados mais raramente, como por exemplo o telúrio e o tungstênio.

Segregações

As segregações são falhas de fundição provocadas pelo efeito de elementos secundários. De acordo com S. Hasse^[14], o molibdênio, o titânio, o vanádio, o cromo, o manganês e o fósforo, em especial, tendem a formar segregações no metal fundido residual.

Na fabricação de peças com espessura de parede grossa, a limitação dos teores destes elementos é especialmente importante, à medida que a espessura de parede aumenta. Na produção do ferro fundido nodular classe EN-GJS-400-18U-LT, deve-se observar principalmente a limitação do teor de fósforo, pois este elemento reduz a tenacidade do material, por causa da sua microssegregação.
O silício que acompanha o ferro também merece atenção especial, embora apresente um fator de segregação claramente menor do que os elementos já mencionados.
Na referência bibliográfica^[15], os elementos provocadores de segregação, como o silício, o níquel, o cobre e o cobalto são diferenciados como elementos contrários à segregação, que são solubilizados no ferro de primeira solidificação, ao lado dos elementos “normais” acumulados no banho fundido residual, como o manganês, o cromo, o vanádio, o titânio e o fósforo. O primeiro grupo é acumulado na austenita primária ou na casca de austenita, ao redor dos nódulos de grafita.

A flotação da grafita

A flotação da grafita é um sintoma conhecido de falha de fundição em peças manufaturadas em ferro fundido nodular com espessura de parede grossa que, conseqüentemente, solidificam de forma lenta, caracterizando-se por uma acumulação de nódulos de grafita nas zonas do material que solidificam por último.
Estes fenômenos de separação da mistura são causados por teores demasiadamente altos de carbono e silício, sendo o motivo dos baixos valores da resistência à tração e do alongamento à ruptura.
Em um de seus trabalhos^[2], S. Hasse apresenta os valores que orientam as porcentagens de carbono e silício. No caso de paredes com espessura inferior a 25 mm, aconselha-se os teores de 3,7% de carbono e 2,8% de silício, recomendando-se 3,6% de carbono e 2,1% de silício para espessuras de parede acima de 50 mm. No entanto, quando se trabalha com espessuras de parede maiores (em torno de 300 mm), deve-se reduzir ainda mais estes números.
Com a finalidade de evitar a flotação da grafita, recomenda-se controlar o silício introduzido no banho fundido com o uso do agente de inoculação^[16].
Para alcançar uma morfologia favorável de precipitação, os autores recomendam a adição de 0,1% de metais de terras raras no banho fundido. Além disso, a utilização de um agente de inoculação que garanta uma quantidade suficientemente grande de germes de nucleação da grafita, pode evitar a formação de nódulos primários grandes.
O último ponto muito importante na prática é o vazamento em baixas temperaturas e a realização de uma alta velocidade de resfriamento.

A degeneração da grafita

A degeneração da grafita é entendida como uma divergência da precipitação da grafita esférica ideal, havendo a formação de lamelas de grafita em casos extremos.
As causas da degeneração da grafita podem ser de natureza diferente, destacando-se os elementos secundários (como o bismuto) na peça fundida ou na zona marginal, em virtude do sistema do material de moldagem com resina furânica, por exemplo.
As adições de agentes de inoculação com bismuto e metais de terras raras provocam falhas superficiais em forma de silicato e a degeneração da grafita abaixo da superfície da peça fabricada em ferro fundido nodular ferrítico^[17]. Neste caso, utilizou-se um material de moldagem aglomerado com bentonita

Conforme W. Siefer ^[4], elementos secundários como o bismuto, o chumbo, o selênio, o titânio e o telúrio são responsáveis pela degeneração da grafita. O indicador mais importante desta degeneração é o valor da resiliência.
A origem dos elementos perturbadores é variada, podendo estar contidos na sucata utilizada, em materiais auxiliares de alimentação ou no material de moldagem.
A morfologia da solidificação de peças produzidas em ferro fundido nodular com espessura de parede grossa e, portanto, com solidificação predominantemente pastosa das dendritas de austenita, é o assunto da referência bibliográfica 18.
De acordo com esses autores, os nódulos de formação irregular destes materiais dependem significativamente da velocidade de formação da auréola de austenita ao redor do nódulo de grafita.
Uma auréola circundando rapidamente o nódulo possibilita a formação de um grande número de nódulos redondos, em uma alta velocidade de resfriamento. No caso de um envolvimento lento do nódulo, ele continua crescendo no local em contato com o banho fundido, adquirindo uma conformação irregular. Uma auréola aberta de austenita provoca a degeneração da forma da grafita.
Na referência bibliográfica 19, o problema da morfologia da grafita é discutido tomando-se como exemplo um componente com 400 mm de espessura de parede. Neste caso, os autores constataram um enriquecimento dos elementos formadores de grafita nodular na área do núcleo, causada por seu resfriamento lento.
A degeneração da grafita observada nestas áreas, portanto, não é atribuída à diminuição, mas muito mais ao aumento dos mecanismos, que geram a formação da grafita nodular.
O titânio, o antimônio e o bismuto podem ser considerados os elementos perturbadores mais importantes na formação da grafita^[20].
A correção das peças com espessura de parede grossa pode ser efetuada, entre outros modos, com a utilização de materiais de carga os mais puros possível, com a neutralização dos elementos perturbadores com cério ou metais de terras raras, com a redução do teor de magnésio residual, com uma melhor inoculação retardada e com o ajuste do carbono equivalente entre 4,2 e 4,3.

A grafita do tipo chunky

O termo grafita do tipo chunky se refere a uma grafita modificada com granulação fina, fortemente clivada, que ocorre em peças fundidas com espessura de parede grossa[4].
A sua formação ocorre com a integração entre cério, cálcio, silício e níquel, entre outros. Assim, pode não ser indicado acrescentar mischmetal de cério, que normalmente é apropriado para compensar o efeito de elementos perturbadores sobre a formação da grafita nodular.
Segundo M. Gagne^[21], a grafita tipo chunky é constituída de nódulos de grafita destruídos nas áreas dos centros térmicos de peças feitas em ferro fundido nodular com espessura de parede espessa.
O autor dessa matéria atribuiu as causas da degeneração da grafita ao carbono equivalente demasiadamente alto e às temperaturas de vazamento muito baixas.
Além disso, também confirmou-se o efeito inibidor de elementos como o antimônio, o estanho e o cobre sobre a formação da grafita tipo chunky, assim como a possibilidade de compensação por meio da adição controlada de cério.
Na referência bibliográfica 15, recomenda-se um carbono equivalente entre 4,2 e 4,4, com o objetivo de evitar a formação da grafita tipo chunky com teores de silício entre 2,0% e 2,2%. Assim, a origem deste tipo de grafita pode ser suprimida com o acréscimo de elementos como o antimônio, o chumbo, o cobre e o estanho.
Esta adição pode ser realizada por meio da inoculação retardada ou durante a solidificação controlada, empregando-se coquilhas de resfriamento, por exemplo.
As altas concentrações de cério, cálcio, silício e níquel também causam a formação de grafita tipo chunky, embora o papel mais nocivo seja atribuído ao cério^[22].

A maioria das ligas mestres de FeSiMg contém um pouco de cério. O que é bom em peças fundidas com espessura de parede fina, pode se tornar um problema naquelas com paredes grossas.
Quando é necessário utilizar cério, o seu efeito pode ser suprimido, por exemplo, com a adição de pequenas quantidades de antimônio. Entretanto, este elemento é um forte estabilizador de perlita, que deve ser eliminada na fabricação dos ferro fundidos nodulares ferríticos. A figura 1 mostra uma conformação típica desta degeneração da grafita
Outros estudos sobre os mecanismos de formação da grafita tipo chunky em peças produzidas em ferro fundido nodular com paredes grossas podem ser encontrados no trabalho de H. Itofuji e H. Uchikawa ^[23].

As experiências práticas

As experiências práticas aqui apresentadas e discutidas se referem à fabricação de peças em ferro fundido nodular ferrítico classe ENGJS-400-18U-LT, com peso em torno de 10.000 kg e espessuras de parede de 300 mm a 400 mm.

Preparação da carga

Ao determinar a carga, é necessário verificar se a fundição em pauta já produziu peças de tipos puramente ferríticos (especialmente da classe EN-GJS-400-18U-LT), isto é, se existe material do circuito de retorno da mesma classe.
Considerando-se que é bem possível que o material do circuito de retorno de outros tipos de ferro fundido contenha elementos perturbadores e formadores de perlita, é imprescindível evitá-lo.
Para reduzir o enriquecimento de elementos residuais e perturbadores, é recomendável utilizar uma carga inicial de 70% a 80% de ferrogusa Sorel do tipo RTF 10 e de 20% a 30% de sucata de chapas para repuxo profundo.
O ferro-gusa Sorel destaca-se por ter baixos teores de manganês, fósforo e enxofre. Além disto, o fabricante garante teores muito baixos de elementos secundários.
O emprego da sucata de retalhos de repuxo profundo, por sua vez, garante uma qualidade constante do material sem teores de liga, o que é especialmente importante, pois na produção de peças de ferro fundido nodular da classe EN-GJS400-18U-LT, os teores de elementos residuais devem ser mantidos os mais baixos possível.
Apesar de uma carga deste tipo ser naturalmente muito dispendiosa, não se deve ter receio de empregála no início da produção deste material de fundição. Com isto, é produzida uma base sólida de partida para a produção de um ferro puro que satisfaz as exigências solicitadas.
Adicionalmente, pode-se obter com o tempo um volume de material do circuito de retorno do mesmo tipo, cuja utilização em lotes usuais de 30% a 40% no material da carga possibilita uma economia considerável de custos.
No decorrer da produção, é necessário observar detalhadamente os teores crescentes de elementos secundários, residuais e perturbadores, para poder reagir imediatamente em caso de enriquecimentos inadmissíveis. Isto vale especialmente para empresas que também produzem materiais ligados junto com materiais sem liga.
Os elementos de liga que normalmente produzem propriedades positivas, como por exemplo o cromo, o níquel e o molibdênio, exercem mais influências negativas sobre o ferro fundido nodular ferrítico. A formação da grafita tipo chunky nas áreas de maior espessura de parede é um possível efeito dos elementos perturbadores acumulados.

Fusão e metalurgia

A análise dos componentes da carga deve ser realizada durante a fusão. No caso, é necessário compensar a combustão do carbono com a adição de aumentadores de carbono.
No ajuste dos teores finais de silício, devem ser considerados os valores originados do agente de inoculação e da liga mestre. A temperatura de vazamento para peças deste tipo deve ser mantida baixa, entre 1.330°C e 1.340°C. Assim, foi possível confirmar a opinião constante na literatura, de que as peças de ferro fundido nodular com espessura de parede grossa devem ser fundidas na faixa fracamente hipoeutética.
Os graus de saturação entre 0,96 e 0,99 ou o carbono equivalente entre 4,1 e 4,2 produzem predominantemente peças isentas de microchupagem (figura 2). A tabela 5 apresenta uma análise que poderia ser de uma peça de ferro fundido nodular da classe ENGJS-400-18U-LT, com espessura de parede grossa.

O tratamento com magnésio

Entre os muitos processos de tratamento de banhos de ferro fundido com magnésio, o processo sanduíche é, provavelmente, um dos mais praticados pelo fabricante de peças fundidas moldadas manualmente, pois garante um bom resultado com recursos relativamente pequenos. Isto ocorre apenas quando este processo, aparentemente à prova de erros, é manobrado de modo apropriado.
Os cuidados devem começar na preparação, manutenção e no tratamento da panela. Além disso, o bolso no fundo da panela deve ser controlado e conservado. Adicionalmente, deve-se verificar até que ponto a câmara de reação fechou em razão do acúmulo de escória.
Durante a reação da liga mestre, é necessário manter a selagem apropriada da câmara. A cobertura da liga nodulizante com placas de ferro fundido (produzidas em ferro residual da mesma classe) e a vedação adicional com cavaco possibilitam um melhor adiamento da reação do magnésio. Por causa da fusão lenta da placa de cobertura, pode-se registrar uma reação calma durante e após o seu início.
Ao escolher o agente nodulizante, deve-ser observar se o produto não tem cério, para evitar as desvantagens já mencionadas sobre a formação da microestrutura. Teores de magnésio de 10% ou mais também devem ser evitados quando possível, pois a reação torna-se mais violenta e o resultado é pior.
A liga mestre VL 63 (O) é utilizada com bons resultados (tabela 6). O produto indicado é isento de cério, sendo uma possibilidade para o tratamento de nodulização do ferro fundido nodular classe EN-GJS-400-18U-LT.
O rendimento do magnésio depende das condições locais e deve ser controlado com medições executadas após a nodulização, antes do vazamento e na análise final. O tratamento com magnésio desvanece com o tempo, sendo, por este motivo, recomendada a determinação de um tempo máximo, após o qual o ferro não deve mais ser vazado.

A inoculação

Como as peças com espessura de parede grossa solidificam em um intervalo de tempo mais longo – parcialmente, no decorrer de várias horas a tecnologia de inoculação também deve ser melhor adaptada a estas condições.
Conforme mencionado, a inoculação deve ocorrer no tempo mais próximo possível do vazamento do molde, para prolongar a vida útil de seu efeito.

Na fabricação de peças fundidas de grande porte e na utilização de uma inoculação dupla usual, é possível realizar a primeira inoculação no jato de vazamento, enquanto a segunda é feita como uma inoculação no molde, com um bloco do agente de inoculação na bacia de vazamento. Esta é a mais nova tecnologia de inoculação, podendo ser utilizada com excelentes resultados em um grande número de peças fundidas.
No entanto, podem ocorrer efeitos insatisfatórios da inoculação ao se utilizar recipientes de vazamento muito grandes, que alojam quase todo o volume de banho fundido necessário para a peça fundida, ou em caso de grandes diferenças de altura no molde. Isto é condicionado possivelmente ao comportamento da dissolução do bloco do agente de inoculação e a um vazamento não-homogêneo no molde.
No aperfeiçoamento da tecnologia correspondente, o emprego de blocos de inoculação é praticável de um modo seguro. Outra possibilidade consiste na inoculação no jato de vazamento feita por um agente de inoculação granulado com efeito de longa duração.
Por causa de sua técnica de manuseio, a inoculação no jato de vazamento do forno é complicada e o seu efeito é questionável.
A injeção de porções do agente de inoculação durante o vazamento do metal de um forno de indução para a panela somente pode ser realizada homogeneamente com dificuldade. Além disso, não é possível obter uma dissolução adequada do agente de inoculação e uma distribuição homogênea no banho fundido, o que pode ser notado pela sua flutuação na parte superior do banho.
Em virtude da escorificação posterior, o efeito desejado naturalmente também não é alcançado. Deve-se mencionar que a reação de nodulização neste tipo de inoculação ocorre paralelamente na panela.
Uma solução é a transferência do banho fundido, da panela de vazamento do forno para a do molde. Durante este procedimento, é possível efetuar a primeira inoculação.
Neste caso, o agente de inoculação pode ser introduzido alternativamente, por meio do lançamento de pequenas porções durante o período de transferência ou continuamente, mediante um dispositivo. O agente de inoculação introduzido deste modo é completamente dissolvido no ferro e distribuído sobre todo o banho fundido.
A inoculação secundária pode ser efetuada com a adição no jato de vazamento do molde. Neste caso, também é possível executar uma introdução mais homogênea durante todo o processo de fundição.
Esta inoculação pode ser realizada de modo relativamente simples com o lançamento do inoculante no jato, ou de forma mais técnica, por meio de um dispositivo de dosagem.
A fundição de uma peça de grande porte com espessura de parede grossa, efetuada com apenas uma inoculação, pode eventualmente produzir uma microestrutura como a apresentada nas figuras 4 e 5. Neste caso, são observadas proporções inadmissíveis de perlita nas espessuras maiores de parede, que possivelmente são acompanhadas até mesmo de carbonetos.
Neste tipo de problema, uma possível solução é a utilização dos agentes de inoculação Barinoc e Ultraseed. O primeiro é empregado na inoculação preliminar durante a transferência, enquanto o Ultraseed é utilizado para inoculação no jato de vazamento, apresentando um efeito de longa duração^{[8, 9]}. A tabela 7 apresenta as informações mais importantes referentes a estes dois agentes de inoculação.
Segundo o fabricante, o Barinoc possibilita um menor efeito de desvanecimento, graças aos seus teores combinados de bário e cálcio. Por este motivo, é especialmente apropriado para peças fundidas de grande porte.
O Ultraseed, por sua vez, comprovou ser muito eficiente em peças com paredes grossas produzidas em ferro fundido nodular, pois possibilita alcançar uma matriz com microestrutura completamente ferrítica, além de ter uma dosagem muito econômica.

Conclusão

A fabricação de peças manufaturadas em ferro fundido nodular ferrítico com paredes grossas coloca exigências especiais para a técnica utilizada.
Uma possível maneira de produzi-las com sucesso é empregar materiais de carga puros, sem elementos secundários nocivos. Isto também deve ser garantido no ferro-gusa, na sucata de aço e no material do circuito de retorno, assim como nas ligas mestres de magnésio e nos agentes de inoculação.
Não se recomenda a neutralização dos elementos perturbadores, realizada com a utilização de antídotos (por exemplo, a supressão de efeitos nocivos de bismuto com a adição de cério). Eventualmente, deve-se tolerar apenas teores absolutamente necessários de elementos residuais nos agentes de inoculação.
Os passos dos processos de preparação da carga, fusão, modificação e inoculação devem ser acompanhados com muita atenção e as tecnologias devem ser controladas regularmente. Com a medição da resistência à tração, do limite de elasticidade, do alongamento à ruptura e da microestrutura metalográfica, a tecnologia de fundição aplicada pode ser controlada com eficácia.
Além do mais, ao determinar o valor da resiliência, o fundidor dispõe de um instrumento por meio do qual os efeitos nocivos dos elementos secundários podem ser reconhecidos e eliminados.

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17. Brechamann, F., Fessel, M., Ecob, Ch.: Untersuchungen zum Einfluss von Wismut und Seltenerdmetallen im Impfmittel auf Gusseisen mit Kugelgraphit. Giesserei 81 (1994) 24, S. 882-889.
18. Zhou, J., Schmitz, W., Engler, S.: Untersuchung der Gefügeausbildung von Gusseisen mit Kugelgraphit bei langsamer Erstarrung. Giessereiforschung 39 (1987) 2, S. 55-70.
19. Keming, F., Min, W., Zongsen, Y.: Beitrag zur Graphitausbildung im Kern von dickwandigen Gussteilen aus Gusseisen mit Kugelgraphit. Giesserei 82 (1995) 17, S. 597-600.
20. Hasse, S.: Häufige Gefügedefekte bei Gusseisen mit Kugelgraphit, deren Ursachen und ihre Vermeidung. Giesserei-Praxis (2001) 6, S. 261-268.
21. Gagne, M.: Chunk Graphite in Heavy-Section Ductile Iron Castings. Transaction of The American Foundrymen’s Society 97-134, Des Plaines 1997.
22. Mullins, J. D.: Chunky-Graphit in Gusseisen mit Kugelgraphit. Rio Tinto Iron & Titanium Inc. Sorelmetal – Vorschläge zur Herstellung von GJS no. 93.
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