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Nestes materiais, como já se mencionou, praticamente todo o carbono se apresenta na forma combinada de carboneto de ferro Fe3C, mostrando uma superfície de fratura clara. Suas propriedades fundamentais, devido justamente à alta quantidade de cementita, são elevadas dureza e resistência ao desgaste. Em conseqüência, sua usinabilidade é prejudicada, ou seja, esses materiais são muito difíceis de se usinar, mesmo com os melhores materiais de corte.
A composição química adequadamente ajustada – teores de carbono e silício – além da velocidade de resfriamento são os meios mais usados para produzir ferro fundido branco.
A produção industrial do ferro fundido branco exige, em princípio, a combinação desses dois fatores. Para isso, lança-se mão do chamado sistema de “coquilha” ou “coquilhamento”, que consiste em derramar o metal líquido em moldes metálicos, onde o metal resfria em condições tais ou com tal velocidade que praticamente toda a grafitização é eliminada e o carbono fica retido na forma combinada. A profundidade da camada coquilhada – ou seja, daquela secção das peças que entra em contato com a parede metálica do molde – pode ser controlada, ajustando-se o teor de silício do ferro fundido.
Entretanto, embora o teor de silício seja o fator predominante no controle da profundidade de coquilhamento, outros fatores de influência são os seguintes:
- temperatura de vazamento
- temperatura de “coquilha”, ou seja, do molde metálico
- espessura da peça na secção coquilhada
- espessura da coquilha
- tempo durante o qual o metal fica em contato com a coquilha.
Admitimos constantes esses fatores, será o teor de silício da liga o fator principal a determinar a “profundidade de coquilhamento”, ou seja, a profundidade correspondente á formação de ferro fundido branco.
A quantidade de carbono total – soma de carbono combinado e carbono livre (grafita), Ct = Cc + Cg – também atua de modo pronunciado, como é demonstrado pela Fig. 218, a qual mostra, esquematicamente, a estrutura de um ferro fundido coquilhado e seus característicos de dureza, à medida que ocorre afastamento da zona inteiramente coquilhada.
Fig. 218 – Aspecto esquemático da fratura de uma peça de ferro fundido coquilhado, mostrando o teor aproximado de carbono total, carbono combinado e carbono grafítico.
Na verdade, a figura permite verificar que, a partir de um determinado Ct, no caso 3,50%, as condições de resfriamento que ocorrem pela ação da coquilha produzem desde quase nenhuma decomposição da cementita até uma apreciável formação de grafita. Quando se deseja reduzir a zona de ferro mesclado, resultando assim numa redução mais abrupta da zona coquilhada para a zona cinzenta, usa-se a técnica de adicionar grafita na panela de fundição, pouco antes de vazar o metal no molde ou coquilha.
Por outro lado, a Fig. 219 mostra o efeito do teor de carbono total na dureza da peça coquilhada. A curva apresentada é a média dos resultados obtidos por vários pesquisadores.
Fig. 219 – Efeito do carbono total na dureza do ferro fundido coquilhado.
Finalmente, ainda quanto ao efeito do silício – elemento fundamental nos ferros fundidos – a Fig. 220 indica a relação entre a profundidade de coquilhamento e o teor de silício para ferros fundidos coquilhados cujo teor de carbono total varia de 3,25 a 3,60%.
Fig. 220 – Relação entre o teor de silício e a profundidade de coquilhamento.
Os outros elementos normalmente presentes nos ferros fundidos brancos ou coquilhados – manganês, fósforo e enxofre – têm os seguintes efeitos:
- o manganês e o enxofre, considerados em conjunto, visto que suas ações se contrabalançam, são elementos estabilizadores do carboneto; o manganês, como se sabe, elimina os efeitos nocivos do enxofre, desde que seu teor seja duas vezes o do enxofre, mais 0,30%. Para atuar como estabilizador do carboneto é necessário que seu teor seja tal que o enxofre presente se combine totalmente com ele, do contrário, o seu efeito é oposto, ou seja, tenderá a diminuir a profundidade de coquilhamento. Além desse teor, o manganês atua, no sentido de aumentar a profundidade de coquilhamento, cerca de quatro vezes mais rapidamente que o cromo.
Quanto ao fósforo, sua ação é no sentido de diminuir a profundidade de coquilhamento, de modo que se costuma manter esse elemento nos ferros fundidos brancos abaixo de 0,4%.
