O Papel dos Elementos nos Fundidos e a Ordem de Adição

No processo produtivo de fundição, para ajustar os elementos químicos à faixa exigida, é necessário adicionar elementos de liga. A quantidade de cada elemento adicionado à peça fundida, o momento da adição e a ordem de adição afetam a qualidade da peça fundida. Procuramos analisar vários elementos comumente utilizados:

I. Função de cada elemento e princípio de adição

(1) Carbono (C)

Função:

Reforço da matriz: o C é o principal elemento de reforço por solução sólida no aço, formando carboneto de ferro (Fe₃C) com o ferro, melhorando a dureza e a resistência.

Controle da solidificação: um teor elevado de C reduz a fluidez do aço líquido e aumenta a tendência à contração.

Princípio da adição: O teor precisa ser ajustado de acordo com o desempenho alvo (geralmente controlado entre 0,15 % e 0,3 % em aços de baixa liga).

Risco excessivo: Quando C > 0,5 %, a tenacidade diminui significativamente e a soldabilidade se deteriora.

(2) Silício (Si)

Função:

Desoxidante: Reage preferencialmente com O para formar SiO₂, purificando o aço líquido.

Reforço por solução sólida: dissolve-se na ferrita para aumentar a resistência (a resistência à tração aumenta cerca de 4 MPa para cada aumento de 0,1 % em Si).

Princípio da adição: adicionar na fase final da fusão (período de redução) para evitar perdas por oxidação (por exemplo, liga de ferrossilício).

Risco de teor excessivo: o teor é controlado entre 0,2 % e 0,5 %; valores muito altos reduzem a tenacidade.

(3) Manganês (Mn)

Função:

Desoxidação e dessulfuração: gera MnO (desoxidação) com O e MnS (dessulfuração) com S.

Melhora a temperabilidade: retarda a transformação da perlita e melhora a temperabilidade da martensita.

Princípio da adição: adicionar em lotes durante o período de oxidação (desoxidação + dessulfuração) e adicionar durante o período de redução (se queimado).

Risco de teor excessivo: o teor é controlado entre 0,8% e 1,5%; valores muito altos podem facilmente levar à fragilidade ao revenimento.

(4) Fósforo (P)

Função:

Elementos nocivos: dissolvem-se no ferro α (ferrita), reduzindo a ductilidade e a tenacidade (tendência à fragilidade a frio).

Reforço por solução sólida: quantidades traço de P podem melhorar a resistência, mas a quantidade precisa ser rigorosamente controlada. Não é recomendado adicioná-lo na produção em fornos de média frequência.

Princípio de controle: procurar preferencialmente matérias-primas com baixo teor de fósforo (como sucata de aço) e evitar adições adicionais durante a fusão.

Risco de teor excessivo: o teor deve ser inferior a 0,035% (aços de alta qualidade exigem menos de 0,025%).

(5) Enxofre (S)

Função:

Elementos nocivos: reage com o ferro (Fe) formando FeS, causando fragilidade a quente (trincas durante processamento em altas temperaturas).

Controle de inclusões: precisa ser combinado com Mn para gerar MnS (reduzir danos).

Princípio de controle: dessulfurização pela adição de Mn (relação Mn:S recomendada de 2:1 a 3:1).

Risco de quantidade excessiva: o teor deve ser inferior a 0,035% (aços especiais < 0,02%).

(6) Cromo (Cr)

Função:

Melhora a temperabilidade: retarda a decomposição da austenita e aumenta a dureza da martensita.

Resistência à corrosão: forma uma película densa de óxido Cr₂O₃ (como nos aços inoxidáveis).

Refina os grãos: inibe o crescimento dos grãos de austenita.

Princípio de adição: adicionar durante o período de fusão (ponto de fusão elevado, exigindo dissolução em alta temperatura). O teor é normalmente de 0,5% a 2,0% (ajustado conforme requisitos de resistência à corrosão ou ao desgaste). resistência).

(7) Molibdênio (Mo)

Função:

Refinar grãos: inibir o crescimento excessivo dos grãos de austenita e melhorar a tenacidade.

Estabilidade em altas temperaturas: melhorar a dureza em vermelho e a resistência à fluência.

Reforço por solução sólida: aumentar a resistência da matriz.

Princípio de adição: adicionar durante o período de fusão (semelhante ao Cr) para evitar volatilização em altas temperaturas. O teor é normalmente de 0,1% a 0,3% (maior para aços com alto teor de molibdênio).

ⅱ. Interação entre elementos

(1) Efeito sinérgico de C e Si/Mn

Equilíbrio de desoxidação: o Si desoxida primeiro, enquanto o Mn auxilia na dessulfuração; contudo, excesso de Si inibe o efeito dessulfurante do Mn.

Efeito na transformação de fase: quando o teor de C é elevado, o Mn pode retardar a transformação perlítica, resultando em aumento da austenita residual.

(2) Efeito complementar de Cr e Mo

Sobreposição da temperabilidade: Cr e Mo melhoram conjuntamente a temperabilidade, sendo adequados para aços de alta resistência (como os aços HSLA).

Sinergia na resistência à corrosão: o Cr forma uma película de passivação, e o Mo melhora a resistência à corrosão por pites (como a combinação Cr-Mo em aços inoxidáveis).

(3) Dano sinérgico do P e do S

Fragilidade em baixas temperaturas: o P agrava a fragilidade a frio, e o S causa fragilidade a quente. O risco deve ser reduzido mediante o uso de Mn e controle do processo.

iII. Adaptabilidade do processo de fusão em forno de frequência média

(1) Otimização da sequência de adição

Período de fusão: adicionar elementos de alto ponto de fusão, como Cr e Mo, para garantir sua completa dissolução.

Período de oxidação: adicionar Mn em lotes (desoxidação + dessulfuração). Em produtos com requisitos elevados, pode-se empregar a tecnologia de sopro de oxigênio, mas a quantidade de oxigênio soprado deve ser controlada para evitar oxidação excessiva.

Período de redução: adicionar Si (desoxidação final) e suplementar Mn (se houver queima).