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A maleabilização é, em princípio, um tratamento térmico ao qual se submetem ferros fundidos brancos, de composições bem definidas, com carbono na forma primária de cementita e perlita, e que consiste num aquecimento prolongado, em condições previamente estabelecidas de temperatura, tempo e meio, de modo a provocar transformação de pare ou totalidade do carbono em grafita ou, em certos casos, eliminar completamente uma parte do carbono. Há dois processos fundamentais de maleabilização.
2.1 – Maleabilização por descarbonetação
Origina o maleável tipo europeu ou maleável de núcleo branco ou simplesmente maleável branco. Essa denominação é atribuída ao maleável devido ao aspecto metálico da sua fratura, cuja estrutura é constituída essencialmente de ferrita. Esse aspecto, contudo, somente é observado em peças de paredes finas, de 5 ou 6 mm; em peças de paredes mais espessas, o núcleo é cinzento ou escuro, devido à grafitização; somente a periferia tem o aspecto metálico típico d maleável branco (324).
O princípio do processo consiste no aquecimento de um ferro fundido branco, em caixas fechadas, num meio oxidante constituído de minério de ferro (uma mistura que pode ser ¼ de minério novo e ¾ de minério usado, a fim de evitar excessiva oxidação das peças); nessas condições, o carbono do ferro fundido é eliminado sob forma de gás.
O ferro fundido branco inicial apresenta uma composição química entre os seguintes limites (324):
Carbono combinado ----------- 3,00 a 3,50%
Silício --------------------------- 0,45 a 0,75%
Manganês ----------------------- 0,10 a 0,40%
Enxofre -------------------------- 0,20 a 0,45%
Fósforo -------------------------- 0,15% máx.
O ciclo de maleabilização está esquematicamente representado na figura 238 (325). No trecho A, acima de temperatura crítica, verifica-se descarbonetação intensa e, quando se estiver em presença de peças espessas, ocorre também grafitização para decomposição da cementita livre. No trecho B, continua a grafitização e, nas peças espessas, a cementita que se origina da austenita também se decompõe, resultando mais grafita. No trecho C, forma-se perlita, se ainda houver carbono combinado em solução.
Fig. 238 – Representação esquemática do ciclo de maleabilização por descarbonetação (maleável europeu ou de núcleo branco)
A reação de descarbonetação dá-se pelo CO2. De fato, o oxigênio aprisionado nas caixas onde são colocadas as peças a serem maleabilizadas, oxida o carbono da superfície do metal produzindo uma mistura de CO e CO2.
O CO reage com óxido do meio produzindo mais CO2 segundo a reação Fe2O3 + 3CO = 2Fe2 + 3CO2.
Este atua sobre o carbono do ferro fundido, segundo a reação
C + CO2 = 2CO
O ciclo das duas reações prossegue até a eliminação do carbono, o que ocorre até profundidade de cerca de 5 mm.
Para espessuras maiores, parte do carbono fica retido e torna-se antieconômico prosseguir o ciclo até completa descarbonetação por difusão do carbono do centro em direção à periferia, além de correr-se o risco de produzir uma camada de oxidação relativamente espessa.
Simultaneamente com a oxidação, ocorre, pois, grafitização; o carbono na forma de grafita tende a dissolver-se na austenita; contudo, essa operação é muito lenta. Ao mesmo tempo, a tendência à grafitização é diminuída, desde que se mantenha o teor de silício baixo – entre 0,45 a 0,75%.
Em resumo, nas peças de pequena espessura (até cerca de 5 mm) o maleável branco é constituído só de ferrita e em peças de maior espessura (de 5 mm a 15 mm) a estrutura apresenta ferrita nas camadas superficiais e grafita, em nódulos arredondados, sobre uma matriz de ferrita (às vezes com certa quantidade de perlita) na parte central.
2.2- Maleabilização por grafitização
Origina o maleável tipo americano ou maleável de núcleo preto ou simplesmente maleável preto. Essa denominação é atribuída ao aspecto escuro da fratura, cuja a estrutura é constituída essencialmente de grafita em nódulos sobre um fundo de ferrita.
O princípio do processo consiste em aquecer-se um ferro fundido de composição adequada, a temperaturas apropriadas durante longo tempo, porém menor que no caso da precipitação de carbono, a distância de migração do carbono é menor.
O ferro fundido branco original utilizado no tratamento de maleabilização por grafitização tem a seguinte composição aproximada (326):
Carbono combinado -------------------- 2,20 a 2,80%
Silício ------------------------------------- 0,90 a 1,60%
Manganês -------------------------------- 0,50% máx.
Enxofre ----------------------------------- 0,10% máx.
Fósforo ----------------------------------- 0,20% máx.
O ciclo e a maleabilização está esquematicamente representado na figura 239 onde o trecho A corresponde ao ciclo de grafitização da cementita livre, o trecho B, à grafitização da cementita que sai da austenita e o trecho C, à grafitização da cementita da perlita.
A grafita resultante se apresenta com aspecto de contornos rendilhados.
Fig. 239 – Representação esquemática do ciclo de maleabilização por grafitização (maleável tipo americano ou de núcleo preto)
O tratamento de maleabilização é levado a efeito em atmosfera neutra, para o que as peças são colocadas em caixas de ferro fundido e envoltas em areia, cinzas ou outro material inerte.
O tempo de permanência no patamar A varia desde algumas horas até dias, dependendo da espessura das peças e da composição química do material; o ciclo correspondente ao patamar C pode ser mais longo, pois, a temperaturas baixas, a grafitização é mais lenta.
Um ciclo de maleabilização rápido é mostrado na figura 240 (327).
No primeiro estágio, são necessárias temperaturas elevadas, para acelerar as reações de solução, difusão e subseqüente decomposição da cementita. Como a tendência de descarbonetação das peças aumenta com a temperatura, esta não deve ultrapassar 950°C. No 2° estágio, a temperatura, que depende da composição química do ferro fundido, deve ficar situada na faixa de 760°C a 690°C. Nessa faixa, a austenita transforma-se em perlita e esta, por sua vez, pode decompor-se em grafita em nódulos e ferrita.
De qualquer modo, a duração do ciclo de maleabilização depende de fatores tais como temperatura, composição química do material, quantidade de nódulos e secção das peças.
