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Medição de nodularidade em ferro fundido


Aplicação: medição de grau de nodularidade em ferro fundido, ou distinção entre ferro nodular e ferro cinzento.

Background: o carbono em forma de grafite é usado frequentemente como aditivo na produção de ferro fundido, que represente entre 2% e 4% do peso ou entre 6% e 10% do volume das fundições típicas. A microestrutura da grafite no ferro fundido produz efeitos importantes nas propriedades mecânicas da fundição. Quando a grafite possui pequenos flocos o resultado é ferro cinzento, que é rígido e quebradiço. Quando a grafite possui nódulos esféricos o resultado é ferro nodular, que é macio e maleável.
Tanto o ferro nodular como o ferro cinzento são misturados com carbono, silício, e outros aditivos do ferro fundido e, com frequência, é parte da mistura feita onde é feito molde final. Se a mistura não for uniforme ou o processo de fundição for imperfeito, é possível ter uma fundição com vários tipos de nodularidade, ou com cavidades no ferro cinzento dentro de um ferro fundido nodular. Isto alterará de forma significativa as propriedades mecânicas do metal, as fundições precisam verificar a uniformidade do ferro nodular. É importante que a distribuição da grafite nas fundições seja uniforme, e que as inclusões da grafite estejam na forma correta (nódulos em vez de flocos).
A análise microscópica e os testes de resistência à tração são eficazes para verificar a nodularidade, mas para avaliações rápidas e métodos não destrutivo de fundições o melhor método é o teste ultrassônico visto que o ferro nodular e o ferro cinzento possuem velocidades de som diferentes.

Equipamento: ensaios não destrutivos de nodularidade podem ser realizados com qualquer aparelho de ultrassom capaz de medir a velocidade do som, entre eles: medidores de espessura, detectores de defeitos e pulsadores/receptores. Para medições específicas de velocidade, todos os medidores de espessura de precisão podem fornecer leitura direta da velocidade do som em ferro fundido e em outros materiais baseados na calibração inserida da espessura. Isto inclui os modelos 38DL PLUS e 45MG com software Single Element. Para espessuras superiores a 25 mm recomendamos a utlização do software opcional High Penetration.

Ao pressionar uma vez o botão o dado da espessura é inserido, e a velocidade do som é então calculada automaticamente e o tempo do trajeto do pulso é medido. A função de alarme (alto/baixo) pode ser usado para identificar as situações que estão fora da tolerância. O medidor é usado com transdutor adequado à variação de espessura que está sendo medida; transdutor de contato M1036 de 2,25 MHz. A precisão da medição de velocidade é normalmente da ordem de um décimo de 1%.

Todos os detectores de defeitos da série EPOCH (EPOCH 600, EPOCH 650, EPOCH LT) podem ser utilizados de forma semelhante para medir uma velocidade desconhecida. Com o aparelho calibrado para o transdutor de baixa frequência apropriado, obtenha um eco de parede traseira de uma seção com espessura conhecida e execute a calibração da velocidade, e o aparelho calculará a velocidade do material baseado nos ecos detectados.

Procedimento: existe uma diferença constante na velocidade do som entre ferro puro, ferro fundido nodular e ferro fundido cinzento. Normalmente, a velocidade aproximada do ferro elementar puro é de 5,9 mm/uS, do nodular é de 5,6 mm/uS e do ferro cinzento é de 4.8 mm/uS. A velocidade exata para uma determinada aplicação varia de acordo com a composição da liga, da estrutura do grão e de outras variáveis do processo. A velocidade exata deve sempre ser verificada com calibrações padrão no mesmo material da amostra. Recomendamos que o usuário estabeleça seu próprio gráfico de velocidades por percentual de nodularidade para cada aplicação. Note que pesquisas publicadas indicam que a relação entre a velocidade e a porcentagem da nodularidade não é linear (1). No entanto, é possível existir uma diferença substancial na velocidade do som entre duas peças fundidas com forma idêntica e mesma porcentagem de grafite: uma com grafite em forma de floco (ferro cinzento) e a outra com grafite esférica (ferro nodular).

Observe que para medir a velocidade do som é necessário que a espessura da amostra seja conhecida. Geralmente, os testes de nodularidade por ultrassom são realizados em pontos da fundição onde a espessura pode ser medida mecanicamente por um micrômetro ou calibrador. Não é possível realizar medição precisa da velocidade se a espessura do ponto da amostra não for conhecida.

Outra situação que pode ser detectada pelo ultrassom é a presença de inclusões de ferro cinzento em uma fundição de ferro nodular. Como a velocidade sonora do ferro cinzento é menor que a do ferro nodular, o tempo da trajetória do pulso pela fundição que contém inclusão de ferro cinzento é maior que o da fundição feita completamente com ferro nodular, e a velocidade do som é menor. Novamente, dadas as variáveis complexas que afetam as fundições, recomendamos a configuração do teste com base nos padrões de calibração da composição conhecida. Porém, em geral, uma queda localizada na velocidade do som em uma fundição de ferro nodular é sinal potencial de problema.

Nota: a nodularidade e outros aspectos da microestrutura da grafite em ferro fundido podem ser analisados com microscópios que utilizam softwares de interpretação desenvolvidos pela Olympus. Você pode encontrar mais informações aqui.

Para mais informações:

(1) ASM International, Metals Handbook, Volume 17, Nondestructive Evaluation and Quality Control, Metals Park, Ohio 1989 (Ninth Edition), pp. 531-535.

(2) Nondestructive Characterization of Cast Irons by Ultrasonic Method                                              http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn035/idn035.htm

Olympus IMS
ProductsUsedApplications

O EPOCH 650 é um detector de defeitos por ultrassom convencional com uma excelente performance de inspeção e pode ser utilizado em uma ampla variedade de aplicações. Este aparelho robusto e intuitivo é a extensão do popular detector de defeitos EPOCH 600, mas com mais recursos.
O 45 MG é um medidor de espessura por ultrassom portátil com vários recursos para medição e várias opções de software. Este instrumento exclusivo é compatível com toda a linha de transdutores de elemento simples e duplo, fazendo dele um inovador instrumento tudo em um para quase todas as aplicações de medição de espessura.
O 38DL PLUS é um medidor de espessura por ultrassom avançado. Ele utiliza um transdutor de elemento duplo à inspeção de corrosão interna e inclui THRU-COAT e Echo-to-echo. Os transdutores de elemento simples são utilizados à medição precisa de espessuras de materiais finos, espessos ou multicamadas.
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