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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA IM328 (Turma T) – Seminários em Materiais e Processos – Ferros fundidos; Produção, Propriedades e Aplicações.
Discos de freios em Ferro Fundido Cinzento Análise Comparativa da metalografia antes e depois da utilização
Paulo Cezar Souza Junior DOCENTE: Prof. Dr. Paulo Roberto Mei
Campinas 2016
Resumo Este trabalho procurou analisar as possíveis diferenças existentes na microestrutura de discos de freio de ferro fundido cinzento novo e já utilizados. Obtivemos informações divergentes das já identificadas e relatadas em literaturas e trabalhos anteriores, as quais mostra que mesmo com todo o aquecimento gerado pelo atrito entre o disco e a pastilha de freio durante a frenagem e o rápido resfriamento do disco não foi suficiente para que ocorresse alterações significativas na microestrutura. O ferro fundido cinzento é um material metálico com aplicação restrita devido ao elevado teor de carbono, pois é um material com elevado nível de dureza, o que o torna muito frágil. Porém, uma de suas maiores aplicações está na indústria automotiva, no elemento de frenagem como por exemplo discos de freio. Os discos de freio são peças de suma importância para o sistema de frenagem; sendo assim, requer uma grande atenção por parte das montadoras e também dos proprietários de veículos e mecânicos durante a manutenção do veículo. O ferro fundido cinzento é o foco desse trabalho, pois sua morfologia possui funções importantes que são responsáveis por garantir uma frenagem segura e adequada. Os veios de grafitas são os principais dissipadores de calor desse material, e possibilitam a dissipação do calor e também atuam como lubrificante no contato entre o disco e as pastilhas.
SUMÁRIO
Capítulo 1 ................................................................................................................... 1 Introdução.............................................................................................................. 1 1 – Objetivos ........................................................................................................ 1 Capítulo 2 ................................................................................................................... 2 Revisão da Literatura e Conceitos Básicos ........................................................ 2 2.1 – Ferro Fundido .............................................................................................. 2 2.2 – Classes e aplicações do Ferro Fundido Cinzento ....................................... 3 2.3 – Fundibilidade ............................................................................................... 5 2.4 – Microestrutura ............................................................................................. 5 2.5 – Solidificação do ferro fundido cinzento ........................................................ 7 2.6 – Sensibilidade da seção ............................................................................... 8 2.7 – Resistência ao desgaste ........................................................................... 10 2.7.1 – Desgaste por abrasão ............................................................................ 10 2.7.1 – Efeito da estrutura de grafita no desgaste .............................................. 11 2.7.2 – Efeito da matriz da microestrutura no desgaste ..................................... 12 2.8 – Estabilidade dimensional ........................................................................... 13 2.8.1 – Efeito da temperatura ............................................................................. 13 2.9 – Fundamentação teórica ............................................................................. 14 Capítulo 3 ................................................................................................................. 16 Materiais e Metodologia...................................................................................... 16 3.1 – Ensaio metalúrgicos e metalográficos realizados ...................................... 17 3.1.1 – Ensaio de composição química .............................................................. 17 3.1.2 – Ensaio de dureza ................................................................................... 19 3.1.3 – Ensaio de microestrutura........................................................................ 21 Capítulo 4 ................................................................................................................. 22 Resultados obtidos e Discussão ....................................................................... 22 4.1 – Ensaio de composição química ................................................................. 22 4.2 – Ensaio de dureza ...................................................................................... 22 4.3 – Ensaio de microestrutura .......................................................................... 23 Capítulo 5 ................................................................................................................. 26 Conclusões .......................................................................................................... 26 Capítulo 6 ................................................................................................................. 27 Referências .......................................................................................................... 27
Capítulo 1
Introdução Entre as ligas de ferro-carbono, os ferros fundidos constituem um grupo de ligas com fundamental importância para a indústria, devido às características próprias do material e mediante introdução de elementos de liga como o silício que em quantidades adequadas auxilia na formação de grafita. No ferro fundido, o carbono está presente e pode ser retido em solução sólida em formato de austenita em temperatura eutética. Com aplicação de tratamento térmicos adequados ao ferro fundido nodular, tem tornado seu emprego viável em aplicações que de certo modo, eram exclusivas dos aços (ASM HANDBOOK, 2004 e CHIAVERINI, 1979). O ferro fundido tem sua importância voltada a aplicações que requer grandes solicitações a esforços mecânicos e capacidade de dissipação de calor. Sendo assim, o seu estudo é de fundamental importância para o Engenheiro Mecânico definir quais tipos de materiais metálicos podem ser aplicados na fabricação de peças na indústria onde são requeridas tais solicitações. (CHIAVERINI, 1979)
1 – Objetivos Sabendo que a escolha correta do material a ser utilizado na confecção de discos de freio é fundamental, tanto do ponto de vista da segurança quanto da qualidade, este trabalho tem como objetivo: Analisar o desempenho de discos de freio e diferenças na estrutura metalográfica antes e depois de ser submetido à utilização em um carro de rua por 100.000 quilômetros (Km). Uma vez conhecido o principal objetivo deste trabalho, a seguir é apresentada uma breve descrição dos capítulos que serão vistos no mesmo.
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Capítulo 2
Revisão da Literatura e Conceitos Básicos
No capítulo 2 é apresentada uma breve revisão da literatura e conceitos básicos sobre ferro fundido e análise metalográfica.
2.1 – Ferro Fundido Pelo entendimento do diagrama de equilíbrio Fe-C, habitualmente define-se o ferro fundido como ligas Fe-C cujo teor de carbono encontra-se superior a 2,0%. O Silício tem grande influência nessa liga, sobretudo do ponto de vista de sua constituição estrutural. O ferro fundido é considerado um liga binária, porém em alguns casos é considerado liga ternária Fe-C-Si”, pois o silício está presente em teores superiores ao do próprio carbono. O silício tem importância fundamental mesmo na liga binária de ferro fundido, pois sua principal função é a formação de veios de grafita. Por outro lado, devido à constituição estrutural, o carbono geralmente está presente, em parcela significativa, na forma livre (grafita lamelar). (COLPAERT, 1974 e CHIAVERINI, 1979) Portanto, podemos definir o ferro fundido da seguinte forma: Ferro fundido é a liga ferro-carbono-silício, de teores de carbono geralmente acima de 2,0%, em quantidade superior à que pode ser retida em solução sólida na austenita, de modo a resultar carbono parcialmente livre em forma de veios ou lamelas de grafita. (CHIAVERINI, 1979, p. 413)
Dentro da denominação geral de ferro fundido, podem ser distinguidos os seguintes tipos de liga: Ferro Fundido Cinzento, Ferro Fundido Branco, Ferro Fundido Mesclado, Ferro Fundido Maleável e Ferro Fundido Nodular. Porém, neste trabalho será abordado o tipo Cinzento. Ferro fundido cinzento é aquele cuja fratura mostra uma coloração escura (donde a sua denominação), caracterizada por apresentar como elementos de liga fundamentais o carbono e o silício e estrutura em que uma parcela relativamente grande do carbono está no estado livre (grafita lamelar) e outra parcela no estado combinado (Fe₃C). (CHIAVERINI, 1979)
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Na Figura 2.1 a seguir, podemos ver um diagrama de equilíbrio Fe-C correspondente à faixa do Ferro Fundido. Esse diagrama é relativo apenas à liga binária FeC, em que o principal elemento de liga é o carbono.
Figura 2.1 – Diagrama de equilíbrio Fe-C para faixa correspondente ao ferro fundido. Fonte: CHIAVERINI, 1979
2.2 – Classes e aplicações do Ferro Fundido Cinzento A classificação dos ferros fundidos cinzentos é simples e pode ser encontrada na norma ASTM A 48, ela os classifica pela sua resistência a tração e os valores são expressos em kilopound per square inch (ksi). Porém, na maioria das aplicações, a força não é o único critério para a escolha da classe. Na maioria das vezes, o critério para a escolha de uma determinada classe de ferro fundido é a sua capacidade de suportar esforços mecânicos e dissipação de calor. Por exemplo, a classe 25 tem apresentado ótima resistência à compressão e capacidade de dissipação de calor, requisitos esses que nos levam a escolhê-la para aplicação em peças como tambores e discos de freio, que requerem esse tipo de característica. A classe 18 tem apresentado ótima resistência a vibrações, requisito esse que nos leva a escolhê-la 3
para aplicação em bases de máquinas operatrizes, que requerem esse tipo de característica. (ASM HANDBOOK, 2004) Ferro fundido cinzento é usado para diferentes tipos de aplicação. Deve-se tomar muito cuidado ao se tentar alterar o processo de fabricação de peças de outros processos para o processo de fundição, pois muitas vezes, uma análise de tensões das peças fundidas em protótipo ajuda a estabelecer a classe apropriada de ferro fundido cinzento, bem como quaisquer requisitos de teste de prova ou outros critérios de aceitação para peças de produção. A tabela 2.1 a seguir nos mostra os diversos tipos de aplicação em cada classe. (ASM HANDBOOK, 2004)
Tabela 2.1 – Aplicações automotivas para o ferro fundido cinzento Classe ASTM G1800
G2500
G2500a
G3000 G3500 G3500b G3500c G4000 G4000d
Tipos de Aplicação Utensílios domésticos, anéis de pistões, produtos sanitários, base de máquinas operatrizes, tampas de poços de inspeção, conexões de tubulações, etc... Pequenos blocos de cilindros, cabeças de cilindro, cilindros refrigerados a ar, pistões, discos de embreagem, corpos de bomba hidráulica, caixas de transmissão, engrenagens, caixas de embreagem, discos e tambores de freio rápidos. Tambores e discos de freio e discos de embreagem para requisitos de serviço moderados, onde o ferro carbono de alta é desejado para minimizar o excesso de temperatura. Blocos de motores para veículos pesados e leves, cabeçotes, volantes, suporte do diferencial, pistões, cilindros de freio de trabalho médio e discos de embreagem. Blocos de motores para caminhão e trator, volantes de veículos pesados, caixas de transmissão de tratores, caixas de engrenagens pesadas. Tambores de freio e discos de embreagem para serviço pesado, onde tanto a resistência ao calor verificação e maior força são requisitos definidos. Tambores de freio para o serviço extrapesado. Motor diesel, forros, cilindros e pistões. Eixo de Comando. Fonte: (ASM HANDBOOK, 2004)
(A) Quando o carbono estiver próximo ao limite superior da faixa de composição química, o silício deve estar próximo ao limite inferior da faixa de composição química. O inverso também é valido, quando o silício estiver próximo ao limite superior da faixa de composição química, o carbono deve estar próximo ao limite inferior da faixa de composição química. Elementos de liga não listados na tabela de composição química podem ser requeridos. (B) Microestrutura: tamanho 2-4 tipo A - grafite em uma matriz de perlita lamelar não contendo mais de 15% de ferrite livre.
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(C) Microestrutura: tamanho grafita 3-5 tipo A em uma matriz de perlita lamelar não contendo mais de 5% de ferrite livre ou carboneto livre. (D) Ferro fundido cinzento ligado contendo 0,85 para 1,25% Cr, 0,40 para 0,60% Mo, e de 0,20 para 0,45% Ni ou conforme acordado. Microestrutura: carbonetos de tamanho primários 4 a 7 tipo A ou E de grafite numa matriz de perlita fina, conforme determinado numa zona de pelo menos 3,2 milímetros (1/8 pol.) em um local especificado em um ponto da superfície. (ASM HANDBOOK, 2004) Neste trabalho iremos abordar a classe G2500a, conforme norma GME05002Ago2004.
2.3 – Fundibilidade O bom desempenho da produção de ferro fundido cinzento é resultado da fluidez do metal fundido e da taxa de arrefecimento (que é influenciada pela espessura mínima da seção e as variações de espessura de corte). O projeto da fundição é muitas vezes descrito em termos de sensibilidade/seção. Essa é uma tentativa de correlacionar propriedades com a seções críticas da fundição combinando os efeitos da composição e da taxa de resfriamento. Todos esses fatores estão interligados e podem ser condensados em um único termo, fundibilidade, o que para o ferro cinzento pode ser definida como a espessura da seção mínima que pode ser produzida numa cavidade de molde com determinado volume e/ou relação de área e propriedades mecânicas compatível com o tipo de ferro que está sendo fundido. (ASM HANDBOOK, 2004)
2.4 – Microestrutura A microestrutura do ferro fundido cinzento é geralmente uma matriz de perlítica com flocos de grafita distribuída por toda a peça. A fundição pode ser variada de modo que a nucleação e o crescimento dos flocos de grafite ocorrem num padrão que melhora as propriedades desejadas. A quantidade, tamanho e distribuição de grafite são importantes. (ASM HANDBOOK, 2004) Os flocos de grafita são um dos sete tipos (formas ou formatos) de grafita estabelecido pela ASTM A 247. Os flocos de grafita são subdivididos em cinco tipos (padrões), que são designados pelas letras A, B, C, D a E conforme figura 2.2 a seguir. O tamanho da grafita estabelecido por comparação com uma figura padrão do tamanho ASTM, que mostra as aparências típicas de flocos de oito diferentes tamanhos em 100 vezes. (ASM HANDBOOK, 2004)
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Tipo A
Tipo B
Tipo C
Tipo D
Tipo E
Placas finas e uniformes, orientação randômica.
Agrupamento por rosetas (radial), orientação randômica
Veios grosseiros (primários), orientação randômica
Segregada inerdendricamente, orientação randômica
Segregada inerdendricamente, orientação preferencial
Figura 2.2 – Tipos (distribuição) de grafita em ferro fundido cinzento, conforme norma ASTM A 247 deve ser utilizada com o aumento de 100X. O aumento utilizado nesta reprodução é apenas ilustrativo. Fonte: SERBINO, 2005
Grafita do tipo A em floco de orientação aleatória é o tipo de grafita preferido para a maior parte das aplicações. Os flocos de tamanhos intermediários são superiores a outros tipos de desgastes em certas aplicações, tais como os cilindros de motores de combustão interna. Grafitas do tipo B, flocos padrão de roseta, é bastante utilizado quando se requer refrigeração rápida, como é comum com seções moderadamente finas (cerca de 10 mm, ou 3/8 pol.) e ao longo das superfícies das seções mais espessas. (ASM HANDBOOK, 2004) Grafita do tipo C de flocos grandes são formadas de ferros hipereutéticas. Estes grandes flocos melhoram a resistência ao choque térmico, aumentando a condutividade térmica e diminuindo o módulo de elasticidade. Por outro lado, os grandes flocos não permitem um bom acabamento da superfície das peças usinadas. Grafita do tipo D, de orientações aleatórias em flocos interdendríticas, o que promove um bom acabamento das peças usinadas, minimizando crateras na superfície, por outro lado é difícil obter uma matriz perlítica com esse tipo de grafita. Grafita tipo D em flocos pode ser formado próximo da superfície rapidamente após resfriamento ou em lâminas finas. Frequentemente, tais grafitas são rodeadas por uma matriz de ferrita, resultando em pontos macios no fundido. Grafita do tipo E em flocos é uma forma interdendrítica, que tem uma orientação definida, ao invés de uma orientação aleatória. Ao contrário do tipo D, a grafita tipo E pode ser associada a uma matriz perlítica e assim, pode produzir peças cujas propriedades ao desgaste são tão boas como as de uma peça contendo apenas do tipo A numa matriz perlítica. (ASM HANDBOOK, 2004) Há, obviamente, muitas aplicações em que os flocos ou tipos de grafita não tem qualquer significado, desde que a propriedade mecânica e alguns requisitos sejam cumpridos. (ASM HANDBOOK, 2004)
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2.5 – Solidificação do ferro fundido cinzento Em um ferro fundido cinzento hipoeutético, a solidificação começa com a precipitação de grafita primária (Kish). As grafitas primárias crescem como grandes flocos retos sem distorções e muito grossas, alguns flocos irregulares que tendem a subir à superfície do material fundido devido à sua baixa densidade relativa. Quando a temperatura é reduzida suficientemente, o restante solidifica com uma estrutura eutética de austenita e grafita. Geralmente a grafita no ponto eutético é mais fina do que a grafite primária. (COLPAERT, 1974 e ASM HANDBOOK, 2004) Em ligas ferro hipoeutéticos a solidificação começa com a formação de dendrites de austenita pró eutético. À medida que a temperatura desce, as dendrites crescem, e o teor de carbono do restante do líquido aumenta. Quando há o aumento do teor de carbono e a diminuição da temperatura atinge o ponto eutético, começa a solidificação. Crescimento eutético de muitos núcleos diferentes prossegue ao longo de frentes de cristalização que são aproximadamente esféricas. Em última análise, as células eutéticas encontram e começam a consumir o restante líquido nos espaços entre eles. Durante a solidificação eutética, a austenita do ponto eutético torna-se contínua com a austenita dendrítica pró eutética, e a estrutura pode ser descrita como uma dispersão de flocos de grafite na austenita. Após a solidificação, a estrutura celular eutética e os dendritos austeníticos pró eutéticos não podem ser distinguidos metalograficamente, exceto por ataque especial ou em ferro fortemente hipoeutéticos. (COLPAERT, 1974 e ASM HANDBOOK, 2004) Com composições eutéticas, obviamente, a solidificação tem lugar, como a liga fundida é arrefecida através da liga eutética em faixas normais de temperaturas, mas sem a formação prévia de um elemento pró eutético. Durante o processo de solidificação, o fator de controle continua sendo a velocidade de solidificação que está sendo seguida. A solidificação rápida favorecida pela grafita fina ou meios de moldagem altamente condutores que podem resultar em arrefecimento rápido. O subresfriamento pode fazer com que a solidificação comece a uma temperatura mais baixa do que a temperatura eutética esperada para uma dada composição. Isto pode resultar numa modificação da forma da grafita do tipo A para E ou ao invés disso pode suprimir completamente a sua formação e formar grafitas primárias. A figura 2.3 a seguir nos apresenta essa condição através de uma curva de sub-resfriamento de uma determinada composição química eutética. (COLPAERT, 1974 e ASM HANDBOOK, 2004)
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‘
Temperatura
Temperatura eutética
Sub arrefecimento
Tempo
Figura 2.3 – Curva de resfriamento e sub-resfriamento rápido de uma determinada composição química eutética. Fonte: ASM HANDBOOK, 2004
Após resfriamento a partir da temperatura eutética, a austenita se decompõe, primeiro precipitando parte do carbono dissolvido e depois, à temperatura eutetóide, submetendo-se a transformação completa. Os produtos reais da transformação eutetóide dependem da taxa de arrefecimento, bem como na composição da austenita, mas em condições normais a austenita irá transformar tanto para perlita ou para ferrita mais grafite. (COLPAERT, 1974 e ASM HANDBOOK, 2004) Transformação em ferrita mais de grafite é mais provável de ocorrer com uma taxa de resfriamento mais lenta, o que permite mais tempo para a migração de carbono dentro do austenita; elevados teores de silício, que favorecem a formação de grafite em vez de cementita; altos valores de carbono equivalente; e a presença de grafitas em flocos finos sub-arrefecidos do (tipo D) grafite lamelar. As grafitas formadas durante a decomposição é depositado nos flocos de grafite já existentes. (COLPAERT, 1974 e ASM HANDBOOK, 2004) Quando os valores de carbono equivalente são relativamente baixos ou quando as taxas de resfriamento são relativamente rápidas, a transformação de perlita é favorecida. Em alguns casos, a microestrutura vai conter todas as três constituintes: ferrita, perlita e grafita. Com certas composições, especialmente ligas de ferros fundido cinzentos, é possível produzir uma matriz martensítica por resfriamento em óleo através da faixa de transformação eutetóide ou uma matriz austemperada por tratamento isotérmico apropriado. Estes tratamentos são muitas vezes feito deliberadamente em um tratamento térmico secundário, onde a alta resistência ou dureza é especialmente desejada, tal como em certas aplicações de desgaste. O tratamento térmico secundário em peças de ferro fundido cinzento é de grande valor na produção de componentes que devem ter uma dureza elevada quando os requisitos de usinagem proíbem o uso de componentes que são produzidos em sua forma final em ferro fundido branco. (COLPAERT, 1974 e ASM HANDBOOK, 2004)
2.6 – Espessura da parede da peça Na prática, a espessura mínima da parede da peça não tem muita influência sobre a fluidez do metal, independente da classe do ferro fundido. Por exemplo, embora uma placa de 300 milímetros (12 pol.) quadradas de 6 mm (0,24 pol.) de espessura pode ser vazado na classe 50, bem como na classe 25 do ferro, porque a velocidade de arrefecimento seria tão rápida que carbonetos maciços seriam 8
formados. No entanto, é perfeitamente possível utilizar classe 50 para uma cabeça de cilindro do motor diesel que tenha parede da camisa da câmara de combustão de aproximadamente 6 mm (0,24 pol.). Isto é simplesmente porque a velocidade de arrefecimento do cabeçote do motor é reduzida pelo "efeito de massa" resultante de núcleos fechados e a (proximidade (muitas vezes inferior a 12 mm, ou 0,47 pol.) de um 6 mm (0,24 pol.) parede à de outras) reescreva. Assim, a forma da peça fundida tem uma influência importante na escolha de uma especificação de metal. (ASM HANDBOOK, 2004). SAE J431c determina padrões para os ferros fundidos cinzentos como podemos ver na tabela 2.2 e 2.3 a seguir que descreve os requisitos que são mais específicos do que os descritos em ASTM A 48. Ferro fundido cinzento destinado a peças que requerem grandes esforços, tais como o classe G3500 especificado para ter maior resistência e dureza na barra de teste padrão, e o classe G2500 que é destinado para peças que requerem esforços menores. (ASM HANDBOOK, 2004)
Tabela 2.2 – propriedades mecânicas dos ferros fundidos cinzentos automotivos conforme SAE J431. Classe ASTM
Dureza em HB
G1800 G2500 G3000 G3500 G4000
187 máx. 170 – 229 187 – 241 207 – 255 217 – 269
Carga Transversal Mínima kg lb 780 1720 910 2000 1000 2200 1110 2450 1180 2600
Deflexão Mínima mm 3.6 4.3 5.1 6.1 6.9
in. 0.14 0.17 0.20 0.24 0.27
Resistência à Tração Mínima MPa 124 173 207 241 276
ksi 18 25 30 35 40
OBS: Propriedades determinadas a partir de barras de ensaio fundidas tipo B (30.5 mm ou 1,2 pol. de Diâmetro)
Fonte: ASM HANDBOOK, 2004
Exceto a norma ASTM A 48 incluem A 159 (automóvel) especificações ASTM, A 126 (válvulas, flanges e acessórios para tubos), A 74 (solo tubos e conexões), A 278 (partes contendo pressão para temperaturas de até 340 ° C ou 650 ° F), A 319 (não contendo pressão nas peças para serviço de temperatura elevada) e um 436 (ferros cinzentos austeníticos para o calor, corrosão, desgaste e resistência). Os ferros cinzentos austeníticos são descritos no artigo "liga de ferro leve" do ASM Handbook Volume 1. ASTM A 438 descreve o método padrão para a realização dos testes transversais de flexão com barras de ferro fundido, os testes são apresentados separadamente. (ASM HANDBOOK, 2004) Quando o ferro fundido cinzento é usado para aplicações estruturais, tais como fundações de máquinas ou suportes, o engenheiro baseia seus cálculos sobre a resistência à compressão do material para suportar apenas o peso. (ASM HANDBOOK, 2004) 9
2.7 – Resistência ao desgaste 2.7.1 – Desgaste por abrasão Considerando as condições de projeto e operação razoáveis que minimizem corte e desgaste abrasivo, arranhar ou escoriação leve é a condição de desgaste anormal mais provável para alcançar o objetivo de obter e manter uma superfície vidrada devido ao desgaste normal. Várias combinações de liga leve com microestruturas amplamente variadas foram testadas por Shuck. As pastilhas de freio foram empurradas de encontro a um disco de freio de ferro fundido cinzento em rotação durante 1 h, após esse teste observamos que ambos tiveram perda de peso. As condições deste teste indicam que o desgaste foi causado principalmente por abrasão, embora o desgaste de corte pode ter tido um efeito de contribuição. Os testes cobriram quase todas as microestruturas concebíveis e uma ampla variedade de composições com dureza inferior a 300 HB. As conclusões, basicamente acordadas com outras investigações abrangentes, foram:
A microestrutura determina as características;
Como a estrutura de grafita torna-se mais grossa e tende para o tipo A, diminui a rugosidade da pista do disco;
Grafita interdendrítico do tipo D está associada ao baixo nível de ferrita;
Ferrita secundária está associada com grafita do tipo A aleatório e menos prejudicial do que a associada ao tipo D;
Estruturas perlíticas e martensíticas aciculares ou temperado na mesma faixa de dureza são iguais na resistência ao desgaste;
Para determinado tipo de grafita mais perlítica e consequentemente mais dura, aumenta-se a resistência ao desgaste. Esses resultados foram fundamentados em testes de bucha de cilindros em um
motor diesel. O motor utilizado para o teste das buchas, foi operado a uma velocidade constante, e a potência foi aumentada por incrementos acima do normal até que a deformação ocorresse. A potência foi expressa à deformação em uma proporção com potência normal. (ASM HANDBOOK, 2004) A resistência ao desgaste descrito anteriormente não deve ser utilizada como uma base para selecionar um material que deverá resistir a desgaste normal. Resistência ao desgaste normal, pode ser afetada tanto pela matriz da microestrutura da grafita como pela composição química do ferro fundido cinzento, porém de maneiras diferentes. (ASM HANDBOOK, 2004) Algumas das buchas envolvidas nos testes foram testadas operados sob condições que produziram o desgaste normal com muito pouca evidência de desgaste. 10
Os testes foram executados por cerca de 1h usando anéis de compressão cromadas nos pistões. Todas as buchas foram endurecidas e temperadas a 205 ° C (400 ° F). Os resultados são apresentados na tabela 2.3. Cada um dos três materiais das buchas apresentou melhor desempenho quando foram considerados diferentes tipos de desgaste: o material número 2 do teste apresentou menor desgaste do anel; no número 4, a bucha apresentou menor desgaste; e no número 5 a maior resistência à deformação. Assim, a escolha de material da bucha ideal é uma responsabilidade. (ASM HANDBOOK, 2004)
Tabela 2.3 – efeito do tipo de grafita sobre a resistência ao desgaste. Número do Teste 2
Tipo de Grafita 100% Tipo D Tipo A, tamanho 4 à 6 alguns tipo B Tipo A, tamanho 3 à 4 alguns tipo C
4 5
1.11
Buchas de desgaste mm/1000h in./1000h 0.075 (0.003)
Anel de Desgaste mm/1000h in./1000h 0.050 (0.002)
3.25 – 3.50
1.30
0.050 (0.002)
0.685 (0.027)
4.00
1.45
0.090 (0.0035)
2.15 (0.085)
Total de Carbono %
Resistência ao Desgaste kW
3.10 – 3.40
Fonte: ASM HANDBOOK, 2004
2.7.1 – Efeito da estrutura de grafita no desgaste Concluiu-se, a partir dos ensaios relatados anteriormente, que a rugosidade da superfície aumenta a resistência ao desgaste assim como o tamanho e a quantidade de grafitas são aumentadas. Em testes com buchas de grafita tipo D, o acabamento mais áspero melhorou a resistência ao desgaste, mas as custas de um maior desgaste do anel. (ASM HANDBOOK, 2004) O desgaste relativamente elevado da bucha no segundo teste foi causado provavelmente por ligeiro arrasto, que apresentou valores de desgaste alto para algumas buchas, possivelmente por causa da baixa margem de segurança de resistência ao desgaste para este tipo de ferro. Surpreendentemente, este ligeiro atrito não parece afetar os anéis cromados, que aparentemente são menos agredidos e tem menos grafita. Os anéis de ferro fundido cinzento para controle de deslizamento do óleo, no entanto foram mais exigidos no segundo teste do que no quarto teste. O principal efeito da grafita na resistência ao desgaste é a eliminação da deformação, e quando a grafita está presente em maior quantidade do que o necessário e o tamanho para
este
propósito,
ele
irá
reduzir
a
resistência
ao
desgaste
normal
desnecessariamente. (ASM HANDBOOK, 2004) A Figura 2.4 a seguir nos mostra um exemplo de redução da rugosidade após o ensaio de frenagem.
11
Figura 2.4 – Tribolografias dos discos de freio, antes e após ensaio de frenagem, obtidas através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), vista de topo. Fonte: SERBINO, 2005
2.7.2 – Efeito da matriz da microestrutura no desgaste Ferro fundido cinzento é utilizado com o objetivo de aumentar a resistência ao desgaste dos componentes, tanto sem tratamento térmico como com tratamento térmico. Para mostrar os efeitos de algumas das variações da matriz sobre a resistência ao desgaste, testes comparativos foram realizados em um motor com sete tipos de cilindros de ferro fundido cinzento, aparentemente usados em condições normais. Os dados destes testes estão resumidos nas Tabelas 2.4 e 2.5 a seguir.
Tabela 2.4 – efeito da microestrutura da matriz sobre a resistência do ferro fundido cinzento ao desgaste normal. Ferro Fundido
Número de teste
A B C
28 19 4
D
6
E F
30 3
Tipo e tamanho da grafita A, 3 – 4 A, 4 A, 5 – 6
Taxa de desgaste Matriz
mm/1000h
In./1000h
0.14 0.03 0.022
0.0057 0.0012 0.0009
0.025
0.00097
0.016 0.050
0.00062 0.002
Perlita lamelar Perlita lamelar mais fostato Perlita lamelar fina Perlita lamelar super fina mais A, 7 – 8 constituinte indeterminado A, 5 – 6 Igual ferro fundido tipo B A, 3 – 4 Perlita Lamelar mais ferrita Fonte: ASM HANDBOOK, 2004
Tabela 2.5 – composições dos ferros fundidos informados na Tabela 2.4. Ferro Fundido A B C D E F G
TC 3.00 – 3.30 3.40 máx. 2.85 – 3.30 2.80 – 3.10 3.10 – 3.40 3.30 – 3.40 3.00 – 3.20
Mn 0.90 – 1.10 0.90 máx. 1.00 máx. 0.80 máx. 0.80 – 1.00 0.90 – 1.10 0.90 – 1.10
Composição Química % Si Cr Mo P 1.15 – 0.20 ----1.35 max 1.50 0.35 – ----máx. 0.50 1.25 – 0.30 – 0.25 – 0.20 1.75 0.40 0.35 máx. 4.6 – 1.90 – 0.20 --5.0 2.20 máx. 3.30 – 1.20 – 0.40 --3.70 1.50 máx. 1.75 – 0.40 – 0.20 --2.00 0.50 máx. 1.15 – 0.20 ----1.35 máx. Fonte: ASM HANDBOOK, 2004
12
S 0.12 max 0.13 máx. 0.12 máx. 0.12 máx. 0.12 máx. 0.12 máx. 0.12 máx.
Outros 0.80 – 1.10 Cu --1.00 – 1.50 Ni ---------
Na figura 2.5, podemos verificar microestruturas típicas de ferros fundidos cinzentos das classes FC-250 e FC-200 HC, há uma maior quantidade de grafita neste último material. A maior quantidade de grafita gera uma menor resistência mecânica, é muito importante que isso seja considerado no projeto da peça. Por outro lado, a maior quantidade de grafia aumenta a condutividade térmica o que consequentemente aumenta a vida de componentes sujeitos à fadiga térmica, diminuindo a temperatura durante o trabalho da peça. (COLPAERT, 1974 e GUESSER et al., 2003)
(A) (B) Figura 2.5 – Microestruturas de discos de freio obtidos em Classes FC-250 (a) e FC-200 HC (b), sem ataque. 100 x. Fonte: (GUESSER et al., 2003)
2.8 – Estabilidade dimensional 2.8.1 – Efeito da temperatura A estabilidade dimensional de ferro fundido cinzento é degradada com o aumento da temperatura e tempo de exposição. Essa estabilidade dimensional a temperaturas elevadas é afetada por fatores como o crescimento, escala e taxa de fluência. (MALUF, 2007 e ASM HANDBOOK, 2004) Crescimento do ferro é o resultado da quebra da perlita em ferrita e grafita. Para impedir esse crescimento, elementos de liga tais como cobre, molibdénio, crómio, estanho, vanádio e manganês devem ser adicionados, porque eles vão estabilizar a estrutura do metal duro. Exemplos desses efeitos são vistos na figura 2.6 a seguir, em que adições de liga são geralmente recomendadas a temperaturas acima de 400°C (750°F). Adições de cromo e cromo-níquel-molibdênio são mais eficazes no retardamento do crescimento. (BREZOLIN, 2007 e ASM HANDBOOK, 2004)
13
Figura 2.6 – Crescimento de quatro ligas de ferro fundido cinzento produzidos a partir da mesma base de ferro (C3,3%, Si 2,2%), testado a 455°C (850°F) e resfriado ao ar. Fonte: ASM HANDBOOK, 2004
2.9 – Fundamentação teórica Diversas alternativas de materiais são discutidas para a produção de discos e tambores de freio. Em um primeiro momento é importante caracterizar as propriedades que os discos de freio devem apresentar em serviço, são elas: capacidade de amortecimento de vibrações e ruído, condutividade térmica, resistência ao desgaste, resistência mecânica e resistência à fadiga, módulo de elasticidade e resistência à fadiga térmica. Algumas
destas
propriedades
são
influenciadas
principalmente
pela
grafita
(capacidade de amortecimento de vibrações, condutividade térmica), o que comprova o potencial de otimização destas propriedades; no entanto, a maioria das propriedades são afetadas tanto pela grafita quanto pela matriz, de modo que sua otimização envolve sempre um compromisso de propriedades. (MALUF, 2007) Discos de freio são componentes mecânicos de geometria relativamente simples, e que atualmente são produzidos por várias empresas, principalmente as que estão voltadas para o mercado de reposição e produzem estes componentes em ferro fundido cinzento classe G 2500, para atender aos requisitos de; baixo custo, ótima usinabilidade e boa condutividade térmica. Entretanto, a indústria de fundição tem desenvolvido novas classes de ferros fundidos objetivando aumentar a vida dos discos 14
de freio, aumentar a segurança deste componente, reduzir ruído, reduzir o peso e melhorar o desempenho do sistema de freio. (GUESSER et al., 2003) No decorrer do contato das pastilhas com os discos de freio há conversão de energia cinética em energia térmica ou calor. A quantidade de calor produzida depende do peso do veículo e da velocidade no momento em que os freios são acionados. Um veículo com peso médio de 1.500 kg, converterá aproximadamente 0,5 kW-h de energia cinética em calor se os freios forem acionados a uma velocidade de 145 km/h, ocasionando a parada total do veículo. Essa grande quantidade de calor faz com que os discos de freio possam atingir por curtos períodos de tempo, temperaturas de até 800 °C. Isso causa um gradiente térmico entre a superfície do disco e seu núcleo, que às vezes excede 500 °C. (CUEVA; TSCHIPTSCHIN, 2012) Devido a esse coeficiente de temperatura elevada que pode se repetir por várias vezes durante a vida útil do disco de freio acreditamos que a microestrutura pode sofrer alterações significativas. (MALUF, 2007 e MEURER et al., 2007) A pressão hidráulica exercida pelo sistema de freios durante as frenagens típicas é de 2 – 4 MPa dependendo da utilização. O material dos discos de freio deve ser capaz de resistir à fadiga térmica, e a grande quantidade de calor gerado durante a frenagem deve ser absorvida e depois dissipada tão rápido quanto possível. O desempenho dos sistemas de frenagem de veículos automotores, submetidos a solicitações mecânicas e térmicas, é função de uma combinação de propriedades que devem ser otimizadas. Em geral, o tipo de solicitação é complexo, não sendo possível dimensionar o componente e selecionar o material, com base em apenas uma dessas propriedades. Sabe-se que ferros fundidos possuem boa resistência a variações térmicas e, frequentemente, são utilizados em peças sujeitas a grandes mudanças de temperatura, tais como tambores e discos de freio. (MALUF, 2007 e BREZOLIN, 2007) A otimização de um material para discos de freio é conseguida quando se obtém uma boa relação entre condutividade térmica e resistência mecânica. Veículos com alta quantidade de movimento (velocidade x massa, tais como trens, caminhões de mineração e carros de corrida) requerem principalmente resistência mecânica enquanto que veículos leves (carros de passageiros) requerem, principalmente, condutividade térmica. (MEURER et al., 2007)
15
Capítulo 3
Materiais e Metodologia
As peças utilizadas para o estudo foram discos de freio fabricados na Empresa TRW – Divisão de Freios – Unidade de Limeira – SP. Esses discos de freios são componentes utilizados nos sistemas de frenagem dos veículos GMB, que são denominados Veículos Leves. A Figura 3.1 a seguir, mostra fotos dos componentes antes e após a utilização.
(a)
(b)
Figura 3.1 – discos de freio Antes da utilização (a) e após a utilização (b).
A amostra “a” trata-se de um disco de freio sólido sem utilização retirado da produção após a conclusão de todas as etapas de fabricação de um disco de freio. A amostra “b” trata-se de um disco de freio que foi substituído em um veículo após utilizado por 100.000 Km em rodovias e centros urbanos no Brasil. Essa quilometragem pode ser considerada excelente, haja vista que o fabricante recomenda que os discos de freio sejam substituídos após atingirem 80.000 Km. Os discos de freios são fundidos em processo de areia sintética (areia verde), eles não passam por nenhum processo de tratamento térmico. Como não foi possível utilizar um disco de freio ventilado novo para realização das análises, utilizamos um disco de freio sólido que embora tenha geometrias diferentes da geometrias do ventilado, os dois tipos de disco são provenientes da mesma liga de ferro fundido, G2500a conforme norma GME05002-Ago2004, e como o disco solido não foi submetido a solicitações de atrito contra a pastilha entendemos que ele tem a mesma composição química, microestrutura e dureza do disco ventilado novo. A tabela 3.1 a seguir demonstra as especificações para esse tipo de ferro fundido cinzento para a aplicação em discos de freios. (GME, 2004) 16
Tabela 3.1 – especificações do ferro fundido cinzento para discos de freios. HB
Diferença de HB na pista do disco
Rm N/mm²
Tipo de Grafita
Tamanho de Grafita
Perlita
Ferrita
195 – 230
15 máx.
250
A, 70% por unid. de área min. rest. B
4 – 8, 20% máx. tipo 3 permitido
2–3
1–2
Composição Química % Tipo
G2500a
C
Si
Mn
P
S
3.2 – 3.6
1.9 – 2.4
0.60 – 0.90
0.10 máx.
0.12 máx.
Fonte: GME, 2004
Após o processo de fundição, os discos passam por mais duas etapas em seu processo de fabricação, são elas: usinagem e dimensionamento, porém não iremos abordar estas duas etapas posteriores a fundição neste trabalho.
3.1 – Ensaio metalúrgicos e metalográficos realizados Foram realizadas análises de composição química em amostras de ferro fundido cinzento retiradas dos discos de freio sem utilização e já utilizado, as análises foram realizadas com espectrômetro ICP, dureza com o durômetro de bancada WPM analógico e microscopia com o microscópio Olympus e o versamet Union.
3.1.1 – Ensaio de composição química O ensaio de composição química foi realizado no laboratório metalúrgico da empresa Tecumseh, em São Carlos – SP, com o auxílio do técnico em laboratório Celio Corte e foi utilizado espectrômetro ICP, modelo SPECTROMAXx, da AMETEK, conforme figura 3.2 a seguir. O equipamento de emissão ótica simultâneo utiliza uma tecnologia de detectores CCD, com uma câmara de excitação purgada com Argônio, de baixo consumo, para análise química quantitativa de metais em amostras sólidas. O espectrômetro é capaz de realizar análises quantitativas em ligas com base de Fe, Al, Cu, Mg, Ni e Ti. É possível realizar, também, medições em amostras grandes (máx. 10 kg), até pequenas peças ou fios metálicos.
Figura 3.2 – espectrômetro ICP, modelo SPECTROMAXx, da AMETEK.
Para a realização deste ensaio foi necessário a retiradas de amostras dos discos em um cut-off Arotec COR80, conforme figura 3.3 a seguir, elas ficaram com 17
uma área de aproximadamente 100 mm², conforme figura 3.4 a e b a seguir, tamanho esse ideal para realização do ensaio de composição química. Para a obtenção de resultados mais precisos, o ideal é que se tenha uma superfície plana e isenta de resíduos; para isto foi necessário a realização de um polimento na superfície a ser ensaiada com uma lixa de granulação 400. Esse polimento foi realizado em uma politriz Arotec AROPOL-2V, conforme imagem 3.5 a seguir.
Figura 3.3 – cut-off Arotec COR80.
(a) (b) Figura 3.4 – amostra a: retirada do disco novo e amostra b: retirada do disco usado para realização de ensaio de composição química.
Figura 3.5 – politriz Arotec AROPOL-2V.
18
3.1.2 – Ensaio de dureza O ensaio de dureza foi realizado no laboratório metalúrgico da empresa NN Autocam, em Boituva – SP, com o auxílio do técnico em laboratório Alan Moura e foi utilizado durômetro de bancada WPM analógico que mede dureza Brinell com esfera de 2,5 mm de diâmetro e carga de 187,5 Kgf, conforme imagem 3.6 a seguir. Para a realização da leitura da impressão foi utilizado um microscópio Olympus BX51M, com câmera fotográfica com resolução de 100x, conforme figura 3.7 a seguir.
Figura 3.6 – durômetro de bancada WPM analógico .
Figura 3.7 - microscópio Olympus BX51M.
Para a realização deste ensaio foi necessário a retirada de amostra do disco de freio em um cut-off Arotec COR80, conforme figura 3.3 anterior, embutidas com baquelite na embutidora Arotec PRE 30Mi, conforme imagem 3.8 a seguir. Para a 19
obtenção de resultados mais precisos, o ideal é que se tenha uma superfície plana e isenta de resíduos; para isto foi necessário a realização de um polimento na superfície a ser ensaiada com uma lixa de granulação 400 na politriz Arotec AROPOL-2V, conforme figura 3.4 anterior. Após o polimento, as amostras ficaram com uma área de aproximadamente 700 mm², conforme figura 3.9 a seguir, tamanho esse ideal para realização do ensaio de dureza.
Figura 3.8 - embutidora Arotec PRE 30Mi.
(a)
(b)
Figura 3.9 - amostra a: retirada do disco novo e amostra b: retirada do disco usado para realização de ensaio de dureza e microestrutura.
20
3.1.3 – Ensaio de microestrutura O ensaio de microestrutura foi realizado no laboratório metalúrgico da empresa Tecumseh, em São Carlos – SP, com o auxílio do técnico em laboratório Celio Corte e foi utilizado um microscópio versamet Union 601-1 com câmera fotográfica com resolução de 100x, conforme figura 3.10 a seguir.
Figura 3.10 – Versamet Union 601-1.
Para a realização deste ensaio, foi necessário a retirada de amostra do disco de freio em um cut-off Arotec COR80, conforme figura 3.3 anterior, embutidas com baquelite na embutidora Arotec PRE 30Mi, conforme imagem 3.8 anterior. Para a obtenção de resultados mais precisos, o ideal é que se tenha uma superfície plana e isenta de resíduos, para isto foi necessário a realização de um polimento na superfície a ser ensaiada na politriz Arotec AROPOL-2V com lixas de granulação 400, 600 e alumina no feltro de polimento, conforme figura 3.4 anterior. Após o polimento, as amostras ficaram com uma área de aproximadamente 700 mm², conforme figura 3.9 anterior, tamanho esse ideal para realização do ensaio de dureza.
21
Capítulo 4 Resultados obtidos e discussão
Os resultados obtidos nas análises comparativas serão apresentados nas figuras a seguir.
4.1 – Ensaio de composição química Na tabela 4.1 a seguir, podemos verificar que os resultados do ensaio de composição química estão conforme especificado pela norma GME 05002 para o ferro fundido cinzento G2500a.
Tabela 4.1 - resultado dos ensaios de composição química. Amostra a (disco novo) B (disco usado)
Composição Química % Si Mn P
C
S
3.43
1.91
0.70
0.03
0.11
3.60
1.93
0.68
0.04
0.10
BREZOLIN (2007) e ASM Handbook (2004) alertam que o disco de freio pode sofrer leves alterações de composição química devido ao contato com a pastilha em alta temperatura. Porém, o que pudemos constatar após esta análise, é que o disco de freio não sofreu alterações de composição química após ter sido utilizado por 100.000 Km. Acreditamos que isso não ocorreu, pois como o sistema de freios do veículo foi submetido a frenagens bruscas, onde atrito entre a pastilha e o disco podem gerar aquecimentos superiores a 750°C, sendo assim, não houve transformação de fase para que os elementos de liga migrasse da pastilha paro o disco.
4.2 – Ensaio de dureza Na tabela 4.2 a seguir, podemos verificar que os resultados do ensaio de dureza HB estão conforme especificado pela norma GME 05002 para o ferro fundido cinzento G2500a.
Tabela 4.2 - resultado dos ensaios de dureza HB. Amostra A
Dureza HB 202 – 207
(disco novo)
B (disco usado)
22
203 - 215
Na figura 4.1 a seguir, podemos verificar a impressão da calota deixado pelo penetrador durante o ensaio de dureza.
L1
L1
(a)
(b)
Figura 4.1 - impressão a: deixada no corpo de prova do disco novo e impressão b: deixada no corpo de prova do disco usado durante o ensaio de dureza.
Meurer et al., 2007 diz que o atrito entre o disco e a pastilha pode chegar a 800 °C e com um resfriamento muito rápido, acreditávamos que a dureza poderia sofrer alterações significativas devido ao grande número de vezes que o disco foi aquecido e resfriado rapidamente, porém não foi isso que os resultados do ensaio de dureza apontaram. Acredito que essa alteração de dureza não tenha acontecido devido a forma sutil que provavelmente o sistema de freios foi acionado durante a utilização do disco.
4.3 – Ensaio de microestrutura Na figura 4.2 a seguir, podemos verificar os resultados do ensaio de microestrutura, conforme especificado pela norma GME 05002, para o ferro fundido cinzento G2500a.
100x
100x (a)
(b)
Figura 4.2 - amostra a: microestrutura retirada do disco novo e amostra b: microestrutura retirada do disco usado para realização de ensaio de microestrutura.
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O ASM Handbook relata que os corpos de prova utilizados no ensaio de desgaste sofreram alteração na microestrutura, o que não se percebe na figura 4.2, amostras a e b anterior, pois as duas encontram-se com a mesma classificação de microestrutura tipo A e C tamanho de 4 – 7, com 70% de grafita tipo A. Colpaert, (1974) relatou em seu livro Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns que o resfriamento lento favorece a formação de grafita. As peças de ferro fundido cinzento de seção maior, resfriando mais lentamente, terão mais grafita, ou grafitas maiores, do que peças de seções menores feitas com a mesma liga. Assim também, na parte interior, que leva mais tempo para resfriar, os veios de grafita serão maiores do que na parte periférica. Como estamos falando de disco de freio, onde a parede mede aproximadamente 9 mm de espessura, fica difícil definir onde termina a superfície e começa o núcleo. Sendo assim, entendemos que o motivo pelo qual não houve alterações na microestrutura possa estar neste relato de Colpaert. Este tipo de microestrutura é ideal para a aplicação em discos de freio, pois possibilita e facilita a dissipação de calor durante o aquecimento causado pelo atrito entre a pastilha e o disco através dos veios de grafita tipo A e possibilita uma boa usinabilidade na superfície através da grafita tipo C. Na figura 4.3, temos uma imagem capturada com o microscópio Versamet Union 601-1 da amostra retirada do disco de freio ”novo” para medição dos percentuais (%) de: matriz perlita, ferrita e grafita; tipo de grafita I, II, III, IV, V e VI; % do tamanho de grafita 4, 5, 6 e 7 com o software Digimet Plis 5G.
Figura 4.4 – imagem capturada para medição dos percentuais (%) de: matriz; tipo e tamanho de grafita .
Na tabela 4.4 a seguir, podemos verificar que os resultados da medição dos percentuais (%) de: matriz; tipo e tamanho de grafita na amostra retirada da peça nova estão conforme o especificado pela norma GME 05002 para o ferro fundido cinzento G2500a.
24
Tabela 4.4 – resultado das medições dos percentuais (%) de: matriz; tipo e tamanho de grafita. Matriz Tipo Perlita Ferrita Grafita
% 69 20 11
Grafita Tipo I II III IV V VI
% 4 5 4 34 45 8
Grafita Tamanho 4 5 6 7
% 13,20 22,30 53,26 11,24
Na figura 4.4, a seguir, temos uma imagem capturada com o microscópio Versamet Union 601-1 da amostra retirado do disco de freio “usado” para medição dos percentuais (%) de: matriz perlita, ferrita e grafita; tipo de grafita I, II, III, IV, V e VI; % do tamanho de grafita 4, 5, 6 e 7 com o software Digimet Plis 5G.
Figura 4.3 – imagem capturada para medição dos percentuais (%) de: matriz; tipo e tamanho de grafita.
Na tabela 4.3 a seguir, podemos verificar que os resultados da medição dos percentuais (%) de: matriz; tipo e tamanho de grafita na amostra retirada da peça usada estão conforme o especificado pela norma GME 05002 para o ferro fundido cinzento G2500a.
Tabela 4.3 – resultado das medições dos percentuais (%) de: matriz; tipo e tamanho de grafita. Matriz Tipo Perlita Ferrita Grafita
% 69 17 14
Grafita Tipo I II III IV V VI
25
% 4 4 4 36 46 7
Grafita Tamanho 4 5 6 7
% 14,25 21,40 53,68 10,67
Capítulo 5 Conclusões
Conforme os resultados dos ensaios encontrados no capitulo 4, podemos concluir que não houve alterações significativas na composição química, dureza e microestrutura no disco de freio utilizado por 100.000 km e que o disco apresentou ótima durabilidade e desempenho. O ASM Handbook recomenda que testes práticos como os que foram executados neste trabalho sejam realizados e sirvam como base para definição da liga de ferro fundido ideal para a fabricação das peças. Outro benefício que conseguimos com esse trabalho foi mostrar que a durabilidade do disco de freio pode ser maior que a durabilidade recomendada pelo fabricante. Em termos percentuais tivemos um aumento de 25%. É possível aumentar a vida útil dos discos de freio e para isso deve-se dar continuidade ao trabalho de pesquisas, testes e ensaios com novas classes de ferro fundido cinzento. Os testes para determinação de alterações nas peças, mostraram que quando se utiliza a tecnologia correta para definir a liga ideal para fabricação das peças podemos ter peças com ótima qualidade e desempenho, pois nesse caso tivemos um aumento significativo na durabilidade dos discos de freio. Sendo assim, podemos concluir que o ferro fundido cinzento G2500a utilizado hoje na fabricação de discos de freio é ideal.
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Capítulo 6 Referências ASM HANDBOOK, Vol. 01 Properties and Selection: Irons, steels and High performance Alloys. ASM International The Materials Information Company, 2004. BREZOLIN, André. Estudo de Geração de Trincas Térmicas em Discos de Freios de Veículos Comerciais. 2007. 126 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia de Materiais, Universidade de Caxias do Sul, Caxias do Sul, 2007. Cap. 8. Disponível em: . Acesso em: 12 set. 2016. COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 3. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1974. 412 p. CUEVA, Gustavo; TSCHIPTSCHIN, André Paulo. Desgaste de ferros fundidos usados em discos de freio de veículos automotores. 2012. Disponível em: . Acesso em: 12 set. 2016. GM EUROPE ENGINEERING STANDARDS. 05002: General Specification Chassis. 7 ed. Rüsselsheim: Gm, 2004. 9 p. GUESSER, Wilson Luiz et al. Ferro Fundidos Empregados para Discos e Tambores de Freios. 2003. Disponível em: . Acesso em: 12 set. 2016. MALUF, Omar. Fadiga termomecânica em ligas de ferro fundido cinzento para discos de freio automotivos. 2007. 230 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia de Materiais, Smm, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007. Cap. 8. Disponível em: . Acesso em: 12 set. 2016. MEURER, Paulo Roberto et al. Usinabilidade de ferro fundido cinzento ligado utilizado na fabricação de discos de freios automotivos. 2007. Disponível em: . Acesso em: 20 ago. 2016. SERBINO, Edison Marcelo. Um estudo dos mecanismos de desgaste em disco de freio automotivo ventilado de ferro fundido cinzento perlítico com grafita lamelar. 2005. 111 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2005.
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