Produção de ferro fundido nodular e determinação de suas propriedades com e sem a presença de nióbio - Resende, Roberto Cesar (My University, 2025)
Cast irons are widely used in various industries due to their mechanical properties and cost-effectiveness. Among them, ductile iron stands out for its ductility and mechanical strength, properties attributed to its microstructure with nodular graphite. This study addresses the production of ductile iron and the determination of its properties with and without the addition of niobium. Additions of 0.18%, 0.25%, and 0.34% by mass of niobium in ductile iron were analyzed. The research focused on analyzing the resulting microstructures and their mechanical properties, such as tensile strength, yield strength, elongation, hardness, and impact energy absorption. Mechanical tests confirmed the significant effect of niobium addition on the properties of ductile iron. ANOVA, through the F-test with 95% confidence, revealed that in all tests, the addition of niobium significantly influences tensile strength, yield strength, Brinell hardness, elongation, and impact resistance. The Fisher test confirmed statistically significant differences between the evaluated concentrations, especially between 0% and 0.34%. For post-fracture elongation, the differences were significant in most comparisons, except between 0.25% and 0.34%. These results reinforce that niobium significantly improves the material's mechanical properties, particularly increasing mechanical strength and hardness. It was observed that increasing niobium concentrations within the studied range led to an increase in the pearlite fraction and a corresponding reduction in the ferrite fraction, positively impacting impact resistance up to the optimal concentration, beyond which a decline was observed. This behavior is due to niobium's ability to act as a carbide-forming element and influence pearlite stability, enhancing matrix strength. The results confirm that niobium, at specific concentrations, exerts a significant influence on the microstructure and mechanical properties of ductile iron. [resumo fornecido pelo autor]
Os ferros fundidos são amplamente utilizados em diversas indústrias devido às suas propriedades mecânicas e custo- benefício. Entre esses, o ferro fundido nodular se destaca pela sua ductilidade e resistência mecânica, propriedades atribuídas à sua microestrutura com grafita nodular. O presente estudo aborda a produção de ferro fundido nodular e a determinação de suas propriedades com e sem a adição de nióbio. Foram analisadas as adições de concentrações de 0,18 %, 0,25 % e 0,34 % em massa de nióbio em ferro fundido nodular. A pesquisa focou na análise das microestruturas resultantes e nas suas propriedades mecânicas, como resistência à tração, resistência ao escoamento, alongamento, dureza e energia absorvida no impacto. Os ensaios mecânicos confirmaram o efeito significativo da adição de nióbio nas propriedades do ferro fundido nodular. A análise de variância revelou através do teste F com confiança de 95% , que em todos os testes, a adição de nióbio influencia significamente a resistência a tração, resistência ao escoamento, dureza Brinell, alongamento e resistência ao impacto. O teste de Fisher confirmou diferenças estatísticas significativas entre as concentrações avaliadas, especialmente entre 0 % e 0,34 %. No alongamento pós-ruptura, as diferenças foram significativas na maioria das comparações, exceto entre 0,25 % e 0,34 %. Esses resultados reforçam que o nióbio melhora significativamente as propriedades mecânicas do material, com destaque para o aumento de resistência mecânica e dureza. Observou-se que o aumento das concentrações de nióbio, na faixa estudada, levou a um incremento na fração de perlita e a uma redução correspondente da fração de ferrita, com consequências positivas na resistência ao impacto até a concentração ótima, além da qual foi observada uma queda. Esse comportamento se deve à capacidade do nióbio de atuar como formador de carbonetos e de influenciar a estabilidade da perlita, o que favorece a resistência da matriz. Os resultados confirmam que o nióbio em concentrações específicas, exercem uma influência significativa sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas do ferro fundido nodular. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Ferro fundido - Propriedades mecânicas; Nióbio; Moldagem (Fundição); Cast-iron - Mechanical properties; Niobium; Molding (Founding)