Desenvolvimento de liga de ferro fundido nodular para obtenção de ADI utilizando fluxo de ar aquecido na austêmpera

Abstract

O objetivo deste trabalho é desenvolver um método inovador de obtenção do ferro fundido nodular austemperado (ADI) através da austêmpera realizada com ar aquecido. O ADI possui uma microestrutura extremamente refinada, denominada ausferrita, que lhe confere ótima resistência à tração, mantém razoável ductilidade e boa resistência ao impacto. Parte-se da hipótese que para isso ocorrer é necessário desenvolver uma liga de ferro fundido nodular com austemperabilidade adequada, e de um dispositivo em escala piloto, para a realização da austêmpera com ar aquecido. Avaliou-se o efeito de cobre, níquel, molibdênio e manganês na austemperabilidade do ferro fundido nodular por simulação computacional. O níquel mostrou a maior capacidade de modificar essa propriedade. Usando software de simulação termodinâmica e cinética, foram simulados diagramas TTT e estimadas curvas de resfriamento em diferentes velocidades e temperaturas do ar com simulação numérica. As simulações indicaram que o níquel reduz a solubilidade do carbono na matriz metálica a 900 °C, em equilíbrio com a grafita. Produziram-se corpos de prova padrão em formato Y de 13 mm da ASTM A897M, de ferro nodular de seis ligas diferentes, contendo teores de níquel entre 0,2% até 2%. Observou-se experimentalmente que é possível a obtenção de ADI utilizando fluxo de ar aquecido com velocidade de 9 m/s à 280°C em um corpo de prova padrão. A liga base contendo, em média, 3,4% C, 2,7% Si, 1,0% Cu, 0,3% Mn, 0,2% Mo, 0,1% Cr e 1,13% Ni, é adequada para obtenção de ADI com uma microestrutura de ausferrita livre de perlita. Esta pesquisa abre novas possibilidades para exploração no campo da metalurgia, despertando interesse nos potenciais do ADI.

The objective of this work is to develop an innovative method for obtaining austempered ductile iron (ADI) through austempering using heated air. ADI has an extremely refined microstructure, known as ausferrite, which provides excellent tensile strength while maintaining reasonable ductility and good impact resistance. The hypothesis is that achieving this requires developing a ductile iron alloy with suitable austemperability and a pilot-scale device for performing austempering with heated air. The effect of copper, nickel, molybdenum, and manganese on the austemperability of ductile iron was evaluated through computational simulation. Nickel showed the most significant ability to modify this property. TTT diagrams were simulated using thermodynamic and kinetic simulation software. Cooling curves at different air speeds and temperatures were estimated using numerical simulation. The simulations indicated that nickel reduces the solubility of carbon in the metallic matrix at 900°C in equilibrium with graphite. Standard Y-shaped test specimens of 13 mm from ASTM A897M, made from ductile iron with six different alloy compositions containing nickel content between 0.2% and 2%, were produced. Experimental results showed that it is possible to obtain ADI using a heated air flow at 9 m/s at 280°C in a standard test specimen. The base alloy, containing on average 3.4% C, 2.7% Si, 1.0% Cu, 0.3% Mn, 0.2% Mo, 0.1% Cr, and 1.13% Ni, is suitable for obtaining ADI with a pearlite-free ausferritic microstructure. This research opens new avenues for further exploration in the field of metallurgy, sparking interest in the potential of ADI.