Qual a importância da classificação da grafita?

O que é a grafita?

A grafita é um componente microestrutural dos ferros fundidos. Ela é formada pelo excesso de carbono da liga em relação ao teor máximo do carbono que pode ser dissolvido no ferro sólido. Assim, a grafita se forma na solidificação do material e apresenta diferentes morfologias decorrentes principalmente das características da solidificação do produto e da composição química da liga. Algumas morfologias da grafita são obtidas também por tratamentos térmicos de longa duração.

Ferro Fundido Nodular
Metalografia Ferro Fundido. Classificação da Grafita Nodular. Microestrutura de 50% Ferrita, 40% Perlita e 10% de Grafita Nodular. Ataque: Nital. Aumento: 100x.

O tipo, ou a morfologia da grafita formada irá dar diferentes propriedades mecânicas ao ferro fundido e a sua influência é tão determinante ao ferro fundido que estes são classificados conforme a morfologia da grafite formada.

Desta forma, a grafita, também denominada de grafite (do inglês graphite) tem grande importância na qualidade dos ferros fundidos. A correta morfologia da grafita irá determinar, por exemplo, o alongamento (A%) e a estricção (Z%) do material que são propriedades que definem a dutilidade e a tenacidade do ferro fundido.

Em alguns casos, a classificação da grafita não é exigida, classificando a qualidade do ferro fundido somente por suas propriedades mecânicas, como por exemplo, LR e LE.

Algumas normas definem os tipos de grafite, por exemplo a ASTM A247 (classificação de grafita) e ASTM A48 (classificação ferro fundido cinzento por propriedade mecânica) e a ISO 945 também tem classificações da grafita.

O método de classificação da grafite pela ASTM e ISO mais simples é através de quadros comparativos, avaliando a morfologia, distribuição e o tamanho das grafitas. O quadro abaixo é um comparativo da norma ASTM com a ISO para a classificação de classificação da grafita de ferros fundidos nodulares.

Ferro Fundido Lamelar
Metalografia Ferro Fundido. Classificação da Grafita Lamelar. Microestrutura 100% Perlítico. Ataque: Nital. Aumento: 100x.

Preparação de Amostras para Classificação da Grafita

Alguns cuidados devem ser tomados na preparação das amostras de ferros fundidos com o objetivo de caracterizar corretamente a morfologia e a classificação das grafites. A grafite é um microconstituinte muito frágil e qualquer pressão exagerada pode removê-la da face em análise. Por isso para obter a morfologia da grafita é necessário cuidado na preparação metalográfica.

Esta preparação deve garantir que as grafitas fiquem retidas na face da amostra para sua observação e o efeito de borda entre a grafita e a matriz metálica seja minimizado. Na preparação de amostras metalográficas de ferro fundido utiliza-se normalmente pasta de diamante no polimento e a última lixa deve ser feita a seco e o número de lixas na sequência de preparação deve ser a menor possível.

Diferentes normas classificam o aspecto micrográfico da grafita

O quadro à seguir apresenta diferentes tipos de classificação da grafita e estão apresentadas comparativamente entre as normas ASTM e ISO. Além destes quadros comparativos existem os métodos de análise por imagem para avaliar o formato das grafitas, a presença percentual de cada morfologia diferente (quando existente) e cálculos de nodularização, como por exemplo a ASTM E2567

Classificação da Grafita. ASTM A247 e ISO 945 Comparativo e Descrição de Grafita Nodular
Classificação da Grafita. ASTM A247 e ISO 945 Comparativo e Descrição de Grafita Nodular

Os ferros fundidos cinzentos, nodulares, maleáveis ou brancos são ligas com mais de 2% de carbono, que é o limite da solubilidade do carbono na austenita. Esta grande quantidade de carbono pode estar presente em três formas nestes materiais:

  1. Dissolvido nas diversas fases;
  2. Como cementita;
  3. Como grafita.

Efeitos da Composição Química

O carbono é o principal elemento de liga nos materiais ferrosos devido a sua capacidade de alterar as propriedades mecânicas com adições de baixo custo. No ferro fundido, o carbono que não ficou dissolvido na matriz metálica, ou precipitou na forma de carbonetos de cementita, ou que tenha sido utilizado na formação da cementita irá formar a grafita nos ferros fundidos. O balanço entre a quantidade de grafita formada, a sua morfologia e a quantidade de carbono como elemento de liga na matriz metálica irá determinar a qualidade do ferro fundido.

Esta quantidade de carbono na matriz metálica irá determinar a resposta da matriz metálica ao ciclo de resfriamento do fundido. Velocidades de resfriamento mais acentuadas poderão produzir microestruturas mais aciculares, perlitas finas e menor quantidade da fase de ferrita. Além disto, esta quantidade de carbono na matriz pode ser importante para os ferros fundidos com tratamentos térmicos posteriores, como por exemplo, o ferro fundido nodular austemperado. 

Quando se fala dos efeitos dos ciclos térmicos no resfriamento do fundido é necessário se considerar a composição química completa da liga em questão. O balanço dos elementos químicos irá determinar se o excesso de carbono na solidificação irá para a formação da grafita ou para a formação de carbonetos (cementita) na matriz metálica. Isso, porque alguns elementos químicos são grafitizantes, ou seja favorecem a formação da grafita. E outros elementos químicos favorecem a formação dos carbonetos com o excesso de carbono. Esses balanços podem influenciar também nos processos de solidificação e consequentemente na classificação da grafita.

Conclusão

  • A grafita é um microconstituinte importante nos ferros fundidos, por isso a sua classificação
  • O controle do processo de formação de grafita é importante para assegurar a qualidade do ferro fundido
  • Métodos automatizados por software de análise de imagem podem ser empregados para avaliar a classificação da grafita

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