BR102019018855A2 - Liga de ferro fundido nodular micro ligado - Google Patents
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Abstract
"liga de ferro fundido nodular micro ligado". a liga em questão apresenta microestrutura perlítica para produtos de ferro fundido nodular com uma alta resistência combinada com boa ductilidade e tenacidade, mesmo no estado bruto de fusão, e compreende: 2,8 a 3,80% em peso de c; 1,5 a 4% em peso de si; 1 a 3% em peso de ni; 0,02 a 0,06% em peso de p; 0,027 a 0,06% em peso de mg; 0,01 a 0,1% em peso de cr; 0,001 a 0,3% em peso de al; 0,001 a 0,020% em peso de s; 0,03 a 1,5% em peso de cu; 0,1 a 2% em peso de mn; 0,001 a 0,1% em peso de sn; 0,01 a 1% em peso de mo; fe em equilíbrio; e impurezas inevitáveis do fundido
Description
[001] A presente invenção refere-se a uma liga de ferro fundido nodular micro ligado, destinada à produção de peças fundidas tendo uma microestrutura predominantemente perlítica, a ser utilizada, principalmente, na obtenção de produtos destinados a veículos automotivos pesados, mesmo no estado bruto de fusão, não necessitando de tratamento térmico para apresentar uma resistência estática próxima ao limite estático de 0,2% ≥ 440 MPa e uma resistência à tração ≥ 700 MPa, combinadas a uma boa ductilidade de um alongamento até a ruptura de 6% a 10%.
[002] A liga de ferro fundido nodular em questão, de maior resistência, é particularmente adequada à construção de veículos motores pesados, isto é, à formação dos componentes do chassi, de suportes de diferentes tipos, de componentes estruturais de veículos pesados, bem como cubos de roda, apresentando adequadas propriedades mecânicas com grande potencial de redução de peso, sem necessitar dos usuais tratamentos térmicos posteriores à formação da peça e que tendem a inviabilizar o produto em razão da elevação dos custos de produção, quando comparados com aqueles associados ao uso de outras ligas e materiais.
[003] O documento de patente DE 10 2004 040 056 A1 - descreve uma liga de ferro fundido tendo alta resistência mecânica, ao desgaste e à corrosão. Essa liga é composta por 3 a 4,2% em peso de C, de 1 a 3,5% em peso de Si, de 1 a 6% em peso de Ni, ≤ 5% em peso de Cr, ≤ 3% em peso de Cu, ≤ 3% em peso de Mo, ≤ 1% em peso de Mn, ≤ 1% em peso de V, ≤ 0,4% em peso de P, ≤ 0,1% em peso de S, ≤ 0,08% em peso de Mg, ≤ 0,3% em peso de Sn e impurezas relacionadas à produção. A ampla gama de ligas resulta em uma variedade de composições da matriz, com uma predominância de matriz de: ≥ 50% de ferrita acicular com diferentes proporções de austenita (≤ 20%), martensita (≤ 30%), perlita (≤ 50%) e carbonetos (< 15%); sendo que a grafita apresenta uma morfologia alterada de esferoidal, vermicular e lamelar. Nessa solução, a resistências à fratura é uma vantagem da liga, tendo aplicação em anéis de pistão com tração > 1100 MPa, dureza de 320 HB2.5 e uma alta tenacidade/ductilidade que não é especificada. É dito ainda que, caso seja necessário aumentar o alongamento, é possível reduzir 15% da quantidade de carbonetos com a utilização de tratamento térmico a temperatura menores que 700°C, para módulos menores que 1,5 cm.
[004] O documento de patente EP 1 834 005 B1 descreve uma liga de ferro fundido nodular predominantemente perlítica, de grande resistência, para aplicações na construção de veículos motores. Os elementos não ferrosos dessa liga são: 3,0 a 3,7% em peso de C, de 2,6 a 3,4% em peso de Si, de 0,02 a 0,05% em peso de P, de 0,025 a 0,045% em peso de Mg, de 0,01 a 0,03 % em peso de Cr, de 0,003 a 0,017% em peso de Al, de 0,0005 a 0,012% em peso de S e de 0,0004 a 0,002% em peso de B, de 0,1 a 1,5% em peso de Cu, de preferência 0,5 a 0,8% em peso de Cu, de 0,1 a 1,0 % em peso de Mn, de preferência 0,15 a 0,2% em peso de Mn, e impurezas inevitáveis. As peças para chassis produzidos com essa liga no estado bruto de fusão, ou seja, sem tratamento térmico adicional, apresentam resistência à tração de 600 a 900 MPa, resistência à aproximação do limite elástico de 0,2% de 400 a 600, combinada com um alongamento até a ruptura de 14 a 5% .
[005] O documento de patente BR 10 2018 004643-8 A2 diz respeito a uma liga de ferro fundido nodular, tendo uma micro estrutura perlítica-ferrítica para produtos de ferro fundido e uma alta resistência combinada com boa ductilidade e tenacidade, mesmo no estado fundido, compreendendo: 2,8 a 3,7% em peso de C, de1,5 a 4% em peso de Si, de 1 a 6,2% em peso de Ni, de 0,02 a 0,05% em peso de P, de 0,025a 0,06% em peso de Mg, de 0,01 a 0,03% empeso de Cr, de 0,003 a 0,3% em peso de Al, de0,0005 a 0,012% em peso de S, de 0,03 a 1,5% em peso de Cu e de 0,1 a 2% em peso de Mn, Fe em equilíbrio e impurezas inevitáveis.
[006] Essa liga de ferro nodular no estado fundido, sem subsequente tratamento térmico, consegue uma alta resistência estática de uma resistência à aproximação do limite elástico de 0,2% = 600MPa e uma resistência à tração de 750 MPa, combinada com boa ductilidade de alongamento até a ruptura de 2 a 10%. Sua principal característica é uma resistência estática de uma resistência à aproximação do limite elástico de 0,2%, muito próximo à resistência à tração.
[007] Assim, a presente invenção tem, como objetivo, fornecer uma liga de ferro fundido nodular microligado com alta resistência, cujas exigências em termos de resistência a aproximação ao limite elástico 0,2%, resistência à tração e alongamento até a ruptura, possam ser obtidos no estado bruto de fundição, sem a necessidade de tratamento térmico posterior.
[008] A liga objeto da invenção, conforme definida mais adiante, resultou em um material vantajoso, técnica e financeiramente, em contraponto a ligas de alta resistência que requerem tratamento térmico posterior, como o ADI (Ferro Ductil Austemperado).
[009] A invenção será descrita a seguir, fazendo-se referência aos desenhos anexos, nos quais:
[010] As figuras 1 e 2 representam metalografias típicas da liga em questão, a qual é perlítica em 60% a 95%; e
[011] A figura 3 representa um gráfico comparativo em termos de tensão de escoamento e alongamento entre corpos de provas utilizando ligas nos padrões DIN EN 1563, DIN EN 1563 alto silício, liga "Schulz" da presente e liga ADI-ASTM 897/A 8.
[012] De acordo com a invenção, a liga de ferro fundido nodular micro ligado, com controle dos elementos não ferrosos em sua composição química, compreende: de 2,8 a 3,80 % em peso de C, de 1,5 a 4 % em peso de Si, de 0,1 a 3% em peso de Ni, de 0,02 a 0,06 % em peso de P, de 0,027 a 0,060 % em peso de Mg, de 0,01 a 0,1% em peso de Cr, de 0,001 a 0,3% em peso de Al, de 0,001 a 0,020 % em peso de S, de 0,03 a 1,5 % em peso de Cu e de 0,1 a 2 % em peso de Mn, 0,001 a 0,1 % em peso de Sn, 0,01 a 1 % em peso de Mo e Fe em equilíbrio com as demais impurezas dissolvidas no metal, onde a liga de ferro fundido nodular bruta de fusão, ou seja sem tratamento térmico subsequente, alcança uma boa resistência estática de uma resistência à aproximação do limite elástico de 0,2% ≥ 440 MPa e uma resistência à tração de ≥ 700 MPa combinada com boa ductilidade de um alongamento até a ruptura de 6 a 10%. A matriz desta liga é caracterizada por ser perlítica em 60% a 95%, conforme mostrado nas figuras 1 e 2.
[013] A liga de ferro fundido nodular da invenção apresenta as interações dos elementos químicos presentes, com particular relevância para o molibdênio e o estanho, que resultam em propriedades mecânicas que atendam os requisitos exigidos para o mercado de veículos motores, como em componentes de eixo e chassis, que devem deformar plasticamente e não quebrar no caso de colisão do veículo motor. Esta liga é aplicável também em componentes estruturais de eixos que são submetidos a altas tensões dinâmicas.
[014] A liga de ferro fundido nodular micro ligada é preferencialmente fundida em areia.
[015] Os teores de Si inferiores a 1,5% em peso aumentam o risco à formação de carboneto e teores de Si superiores a 4% em peso conduzem a uma diminuição significativa no alongamento até a ruptura e, devido à solubilidade do silício na matriz, reduz a solubilidade do carbono na austenita. Além disso, o teor de Si também deveria ser limitado, porque o silício desloca a temperatura de transformação de austenita-ferrita para temperaturas mais altas e, portanto, atua contra o refinamento da perlita. O Si, na faixa proposta nessa invenção aumenta significativamente o alongamento até a ruptura, pois há uma elevada solubilidade do carbono na austenita, favorecendo assim a formação da perlita por meio da adição de Ni.
[016] A adição de 0,03 a 1,5% em peso de Cu à liga é executada com a finalidade de: prover transformação eutetóide; permitir que o cobre, como forte perlitizante, estabilize a austenita, aumentando a solubilidade do carbono nessa fase e promovendo o refino da perlita; contrabalançar as adições de Ni, limitando suas adições aqui indicadas para a liga de ferro fundida nodular da invenção com teores de Si altos, para assegurar uma microestrutura predominantemente perlítica que compreende valores maiores do que 60% de perlita, sendo essa sinergia de elementos químicos usada para alcançar as melhoradas propriedades mecânicas. Adições de cobre elevam, de maneira significativa, os limites de resistência e escoamento.
[017] A adição de 0,1 a 2 % em peso de Mn é proveniente da sucata de aço em proporções crescentes em razão do mercado de veículos automotivos leves. Até um teor moderado, o Mn é vantajoso para aumentar a resistência à aproximação ao limite elástico. Além disso, o Mn reduz a temperatura de início da martensita e, portanto, pode contribuir para a formação de martensita em partes dos componentes de paredes finas, que esfriam mais rapidamente. O limite superior de 2% em peso de Mn é observado para não fragilizar a liga de fundida nodular da invenção, pela formação de carboneto, o que favorece o aumento na segregação de carbonetos com limite de grão encontrado mesmo em menores teores de Mn, especialmente em teores de Si relativamente altos.
[018] A adição de 0,01 a 1 % em peso de Mo é utilizada, em proporções controladas, para aumentar as propriedades mecânicas do ferro fundido nodular, sendo controlada com maior rigor em peças de paredes finas, sendo que sua faixa de utilização será inversamente proporcional à parede das peças a serem produzidas. O excesso desse elemento pode impactar negativamente na liga, em razão da formação carbonetos.
[019] A adição de 0,001 a 0,1 % em peso de Sn é necessária devido ao forte poder perlitizante deste elemento que, em combinação com o cobre, aumenta a resistência mecânica da liga.
[020] A adição de 0,01 a 1 % em peso de Ni deve-se a seu efeito grafitizante que, juntamente com a o Si, permite a neutralização da ação do Cr, evitando assim a formação de carbonetos e estabilizando a perlita.
[021] A adição de 0,001 a 0, 020 % em peso de S promove o inicio da formação de grafita nodular em combinação com Mg e Mn, sendo necessária para o inicio da nucleação do ferro nodular.
[022] A adição de 0,02 a 0,06 % em peso de P forma perlita no contorno de grão, devido a segregações nos contornos de célula eutética. Em maior quantidade que a aqui especificada, a referida adição propicia a formação de steadita.
[023] A adição de 0,001 a 0,3 % em peso de Al é necessária uma vez que o Al é um forte grafitizante durante a solidificação, promovendo a formação de ferrita e grafita na reação eutetóide, em contra posição aos outros elementos que formam carbonetos. Nessa mistura, surge a perlita, que é a base da presente invenção.
[024] A adição de 0,01 a 0,1 % em peso de Cr tem, como resultado, a formação de carbonetos, proporcionando as propriedades mecânicas com baixa ductilidade, ou seja, diminui o alongamento e aumenta a resistência à tração. Dessa forma, esse elemento deve ser controlado para agir em sinergia com outros elementos para formação de uma matriz perlítica.
[025] Uma modalidade vantajosa para a microestrutura na peça fundida bruta de fusão, após o processo de fundição e o resfriamento no molde, é a presença do numero de nódulos na ordem de 200 a 400 nódulos por mm2, sendo que referido número contribui para a melhora das propriedades mecânicas.
[026] A liga foi avaliada no estado bruto de fusão pela contagem de nódulos, forma de grafita, tamanho de grafita, teor de perlita e também em relação às propriedades do teste de tração e à dureza Brinell. A microestrutura, que envolve os precipitados da grafita nodular, tem uma estrutura perlítica compreendendo de 60 a 95% de perlita.
[027] Os nódulos têm, preferencialmente, uma distribuição de tamanho de 6 a 8, apresentando também uma forma de grafita 5 a 6 de acordo com DIN EN ISO 945.
[028] É vantajoso que a peça fundida tenha uma dureza Brinell de 220 a 300 HBW.
[029] Apesar de a liga da invenção e aquela do documento DE 10 2004 040 056 A1, apresentarem uma composição química muito semelhante, diferença significativa entre elas é a presença de V na liga do documento anterior. Outra diferença significativa reside na matriz que é > 50% de ferrita acicular com diferentes proporções de austenita (< 20%), martensita (< 30%), perlita (< 50%) e carboneto (< 15%) combinado com a necessidade de tratamento térmico para atingir as propriedades mecânicas. A liga objeto da invenção não necessita tratamento térmico para atingir as propriedades mecânicas e sua matriz, perlítica, é totalmente diferente daquela do documento alemão, em razão da sinergia entre os elementos químicos que se apresentam em diferentes proporções nas duas soluções aqui comparadas.
[030] A diferença significativa, entre a liga de ferro fundido nodular micro ligado em questão e a liga ensinada no documento europeu EP 1 834 005 B1, reside no fato de que a liga desse último utiliza B para atingir as propriedades mecânicas, enquanto que a liga da invenção utiliza outros elementos como Ni, Sn e Mo, valendo-se da sinergia desses elementos para atingir as melhoradas propriedades mecânicas com uma matriz perlítica.
[031] A diferença significativa, entre a liga de ferro fundido nodular micro ligado da invenção e a liga conhecida a partir do documento BR 102018004643-8 A2, reside no fato de que a liga desse último apresenta maior concentração de Nie no fato de a liga da invenção utiliza outros elementos como Sn e Mo, valendo-se da sinergia desses elementos para atingir as citadas propriedades mecânicas melhoradas.
[032] O diferencial da liga de ferro fundido em questão, frente às demais já desenvolvidas no mercado, está associado aos teores adequados de Mo e Sn. A combinação desses elementos confere à liga em questão alta resistência estática, mais especificamente, resistência à aproximação do limite elástico de 0,2% = 440 MPa e uma resistência à tração de = 700 MPa combinada com boa ductilidade de alongamento até a ruptura 6% a 10%.
[033] Os testes realizados com a liga de ferro fundido nodular micro ligado, proposta na presente invenção, foram avaliados em relação aos valores das propriedades mecânicas, mesmo no estado bruto de fusão sob a norma DIN EN 1564, sendo os resultados obtidos em espessuras relativamente finas de até 10 mm, com a necessidade de sinergia dos elementos C, Si, P, Mg, Cr, S, Mn, Al, Ni, Cu, Sn e Mo para se alcançar as melhoradas propriedades mecânicas da liga objeto da presente invenção.
[034] O gráfico, ilustrado na figura 3, resultou do estudo comparativo entre a liga micro ligada da invenção e outras ligas comercias de mercado. Os corpos de prova, usados para estudar a liga micro ligada, seguiram o padrão da norma DIN EN 1563:2012-03, tipo II.
Claims (6)
- Liga de ferro fundido nodular micro ligado, apresentando microestrutura perlítica para produtos de ferro fundido nodular com uma resistência estática de uma resistência à aproximação do limite elástico de 0,2% ≥ 440 MPa, uma resistência à tração de ≥ 700 MPa combinada com boa ductilidade de alongamento até a ruptura de 6 a 10%, mesmo no estado bruto de fusão, caracterizada pelo fato de compreender:
2,8 a 3,80% em peso de C,
1,5 a 4% em peso de Si,
1 a 3% em peso de Ni,
0,02 a 0,06% em peso de P,
0,027 a 0,06% em peso de Mg,
0,01 a 0,1% em peso de Cr,
0,001 a 0,3% em peso de Al,
0,001 a 0,020% em peso de S,
0,03 a 1,5% em peso de Cu
0,1 a 2% em peso de Mn,
0,001 a 0,1% em peso de Sn,
0,01 a 1% em peso de Mo,
Fe em equilíbrio; e
Impurezas inevitáveis do fundido - Liga, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de apresentar pelo menos 80% de nodularização, imediatamente após sua fundição e resfriamento.
- Liga, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de a microestrutura de sua matriz apresentar uma distribuição 60% a 95% perlítica.
- Liga, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de apresentar, no estado bruto de fusão e imediatamente após sua fundição e resfriamento, uma microestrutura da peça fundida de 200 a 400 nódulos esferoides por mm2.
- Liga, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que apresentar partículas de grafita com uma distribuição de tamanho 6 a tamanho 8 e uma forma de grafita 5 a 6 de acordo com DIN EN ISO 945.
- Liga, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de apresentar, na forma fundida, uma dureza Brinell de 220 a 300 HBW.
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| BR102019018855-3A BR102019018855A2 (pt) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | Liga de ferro fundido nodular micro ligado |
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|---|---|---|---|
| BR102019018855-3A BR102019018855A2 (pt) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | Liga de ferro fundido nodular micro ligado |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| BR102019018855A2 true BR102019018855A2 (pt) | 2021-03-23 |
Family
ID=75438510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BR102019018855-3A BR102019018855A2 (pt) | 2019-09-11 | 2019-09-11 | Liga de ferro fundido nodular micro ligado |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| BR (1) | BR102019018855A2 (pt) |
-
2019
- 2019-09-11 BR BR102019018855-3A patent/BR102019018855A2/pt unknown
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Legal Events
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| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] |