CURRICULUM VITAE

1

8. STRUCTURA FONTELOR DE TURNtorie

8.1 Aspecte teoretice

Fontele sunt aliaje ale fierului cu carbonul care conin de la 2,11 pn la 6,67%C i elemente nsoitoare permanente (Si, Mn, S, P) n limite reduse.

n aliajele sale cu fierul, carbonul se poate gsi dizolvat n soluie solid (ferit, austenit), legat chimic n cementit (Fe3C) sau n stare liber sub form de grafit.

Din acest punct de vedere fontele se clasific n:

- fonte albe la care ntreaga cantitate de carbon (Ct) este legat chimic n cementit,

: ;

- fonte cenuii la care total sau parial carbonul este liber sau sub form de grafit (CG), iar restul sub form de cementit:

.a) Fonte albe

Fontele albe cristalizeaz dup diagrama de echilibru metastabil Fe-Fe3C. Se obin n condiiile unor viteze mari de rcire, temperaturi mai sczute de turnare, la un coninut redus de elemente grafitizante (C, Si, Al, Ni, etc) i un coninut mai ridicat de elemente antigrafitizante (Mn, Cr, etc).

Prezena cementitei n structur determin aspectul argintiu al suprafeei de rupere, respectiv denumirea fontei.

Dup compoziia chimic fontele albe se mpart n:

Fonte albe hipoeutectice, care conin ntre 2,11 i 4,3%C i au n structur perlit, cementit secundar i ledeburit (curba de rcire 1 din fig.1);

Fonte albe eutectice care conin ~ 4,3%C i au structura format din ledeburit;

Fonte albe hipereutectice care conin ntre 4,3 i 6,67%C i au structura format din cementit primar i ledeburit.

Ledeburita este un amestec mecanic eutectic de 40% perlit, 60% cementit, dur (700 HB), fragil i cu bune proprieti de turnare.

b) Datorit prezenei cementitei i ledeburitei, fontele albe sunt dure, fragile, greu prelucrabile prin achiere, cu rezisten mecanic sczut. Aceste proprieti se accentueaz la creterea concentraiei n carbon. De aceea practic se utilizeaz numai fontele albe hipoeutectice ca crust dur a unor piese cu miez tenace (cilindri de laminor, bile de mori, etc)

c) Fonte cenuii

Fontele cenuii cristalizeaz dup sistemul Fe grafit obinut prin deplasarea liniilor de separare a cementitei, ale sistemului metastabil Fe-Fe3C, la temperaturi mai ridicate i la concentraii mai reduse n carbon (fig. 8.1). Cristalizarea dup acest sistem este favorizat de viteze lente de rcire, prezena n cantitate mrit a elementelor grafitizante, reducerea cantitii de elemente antigrafitizante, temperatur ridicat de turnare.

Prezena grafitului n structur determin aspectul cenuiu al suprafeei de rupere i denumirea fontei.

n fontele cenuii obinuite grafitul are aspect lamelar cu vrfuri ascuite.Dup compoziia chimic fontele cenuii se mpart n:

fonte cenuii hipoeutectice la care carbonul echivalent este sub 4,26. Carbonul echivalent (CE) ine cont de aciunea grafitizant a unor elemente nsoitoare permanente i se calculeaz cu relaia: CE=C+0,3(Si+P);

fonte cenuii eutectice la care CE~4,26;

fonte cenuii hipereutectice la care CE este peste 4,26%C.

Deoarece grafitul este un constituent cu rezisten mecanic mic, care cliveaz uor, fontele cenuii utilizate n construcia de maini sunt hipoeutectice i conin ntre 2,4 i 3,8%C.

Dup natura masei metalice, determinat de condiiile de cristalizare, fontele cenuii se clasific n:

- fonte cenuii perlito-cementitice (fonte pestrie) care se obin n condiiile unei rciri rapide de la temperaturi superioare temperaturii eutectoide, de la care cristalizarea decurge dup sistemul Fe-Fe3C. Structura final conine:

Sunt foarte dure i fragile, neutilizabile practic.

- fonte cenuii perlitice, care se obin n urma unei rciri rapide la nivelul transformrii eutectoide, astfel nct aceasta decurge dup sistemul Fe-Fe3C. Structura este alctuit din .Sunt fonte dure i rezistente.

- fonte cenuii ferito-perlitice, obinute la rcire moderat la nivelul transformrii eutectoide, astfel nct aceasta decurge dup ambele sisteme de echilibru. Structura final conine i prezint rezisten i duritate moderate.

- fonte cenuii feritice, obinute la rcire lent, pentru cristalizare n totalitate dup sistemul Fe-grafit. Structura final confer rezisten i duritate reduse, capacitate de amortizare a vibraiilor.

- fonte cenuii fosforoase. Sunt fonte cenuii perlitice cu o concentraie mrit de fosfor (0,25-1,5%), ceea ce asigur formarea eutecticului ternar fosforos (STEADITA) EF (Fe3C+Fe3P+P) dur (650 HB), fragil i cu temperatur sczut de topire (950 (C). Structura format din P+G+EF determin rezisten la uzur i fluiditate ridicate (segmeni de piston, saboi de frn).

Proprietile fontelor sunt determinate att de natura masei metalice ct i de cantitatea, forma i dimensiunile separrilor de grafit. Proprietile de rezisten i plasticitate cresc cu reducerea cantitii i dimensiunilor separrilor de grafit i compactizarea acestora.

Schimbarea formei separrii de grafit se poate realiza prin modificare sau maleabilizare.

d) Fonte modificate

Modificarea este procesul de schimbare a condiiilor de germinare a grafitului prin introducere n fonta topit, virtual cenuie, a unor elemente modificatoare n scopul finisrii i compactizrii formei grafitului.

Dup forma grafitului exist:

- font cenuie modificat cu grafit lamelar cu vrfuri rotunjite. Utilizeaz elemente modificatoare Si, Ca, Ba, Ti, Zr care formeaz compui stabili n fonta topit ce activeaz procesul de germinare a grafitului;

- font cenuie modificat cu grafit vermicular. Se folosesc ca elemente modificatoare Mg, Ce, Al i Ti;

- fonta cu grafit nodular. Elementele modificatoare sunt Mg sau Ce.

Fontele cenuii modificate au n general masa metalic perlitic i sunt fonte de nalt rezisten.

Dup condiiile de cristalizare i natura masei metalice, fonta cu grafit nodular poate fi: perlitic, perlito-feritic i feritic.

Fonta cu grafit nodular perlitic este fonta cu cea mai mare rezisten, iar cea feritic cu cea mai ridicat plasticitate.

e) Fonte maleabile

Fonta maleabil se obine prin aplicarea unei recoaceri de maleabilitate unei fonte albe hipoeutectice, pentru descompunerea cementitei i obinerea grafitului n cuiburi.

Dup natura masei metalice fontele maleabile sunt:

cu inim alb, obinute n urma recoacerii de maleabilizare ntr-un mediu oxidant cu efect decarburant. Cantitatea redus de grafit asigur aspectul luminos (alb) al suprafeei de rupere. Masa metalic este feritic n seciuni reduse sau perlito-feritic n seciuni groase.

cu inim neagr, obinute n urma maleabilizrii ntr-un mediu neutru i rcire lent, care asigur masa metalic feritic cu ntreaga cantitate de carbon sub form de grafit de recoacere. Suprafaa de rupere este ntunecat.

perlitic, dup maleabilizare n mediu neutru i rcire rapid pentru obinerea structurii perlitice i a unei cantiti reduse de grafit de recoacere.

Fontele maleabile cu inim alb i neagr sunt foarte tenace i plastice, cu rezistena redus.

Fonta perlitic are rezisten mecanic, duritate i rezisten la uzur ridicate.

n figura 8.2. se prezint comparativ caracteristicile mecanice de rezisten de rupere la traciune (Rm) i alungire specific la rupere (A) pentru diferite mrci de fonte i oel carbon turnat. Rezistenele la rupere mici corespund masei metalice feritice, cele ridicate masei metalice perlitice. Se observ c n domeniul Rm = 450 - 550 N/mm2 fontele nodulare au proprieti apropiate de a oelurilor carbon turnate, iar n domeniul rezistenelor ridicate (Rm = 550 - 850 N/mm2) se suprapun cu domeniul fontelor maleabile. n domeniul 330 400 N/mm2 cele mai bune propeieti au fontele maleabile feritice.

Fontele cenuii modificate sunt inferioare celorlalte aliaje.

Fig. 8.2. Compararea aliajelor feroase de turntorie dup rezistena i alungirea la rupereFgl-fonte cu grafit lamelar; Fgn-fonte cu grafit nodular; Fm-fonte maleabile; OT-oelurl turnateSimbolizare

Fontele cenuii cu grafit lamelar (obinuite sau modificate) turnate n piese sunt prevzute n standardul romn, adoptat dup standardul European, SR EN 1561:1999 (tabel 8.1). Fontele cenuii cu grafit lamelar sunt caracterizate fie prin rezistena la traciune pe probe turnate separate sau ataate la pies, fie prin duritatea Brinell pe suprafaa piesei turnate.Se simbolizeaz prin gruparea de litere EN-GJL urmat de rezistena la traciune minim garantat sau duritatea Brinell maxim admis. De exemplu: EN-GJL-150 sau EN-GJL-HB 175. Proprietile fontelor sunt influenate de grosimea de perete a piesei care se toarn. Rezistena la traciune i duritatea Brinell scad cu creterea grosimii de perete.

Proprietile fontelor se coreleaz cu masa metalic, dimensiunile i forma grafitului. Fonta de rezistena minim 100N/mm2 are masa metalic feritic i separri grosiere de grafit. Creterea rezistenei minime peste 200N/mm2 sunt asigurate de masa perlitic i separri fine grafit. Rezistene peste 300N/mm2 se obin prin modificare.

Fontele modificate cu grafit vermicular turnate n piese sunt prevzute n STAS 12443-86 (tabelul 8.2). Se simbolizeaz prin grupul de litere Fgv urmat de rezistena la traciune minim garantat. Exemplu Fgv 300 STAS 12443-86.

Fontele cu grafit nodular (sau sferoidal) turnate n forme din amestec clasic sunt clasificate n SR EN 1563:1999 n funcie de caracteristicile mecanice ale materialului rezultate din ncercarea de traciune i ncovoiere prin oc mecanic sau prin ncercarea de duritate Brinell.

In tabelul 8.3 se prezint clasificarea fontelor dup caracteristicile mecanice rezultate din ncercarea de traciune i ncovoiere prin oc mecanic.Simbolizarea alfanumeric a fontelor este alctuit din grupul de litere EN-GJS - rezistena la traciune minim Rm n N/mm2- alungirea la rupere A n %. Dac se garanteaz energia de rupere prin oc mecanic KV, atunci se adaug grupul de litere LT-la temperatur sczut sau RT-la temperatura ambiant. Exemplu: EN-GJS-350-22-LT. Dac caracteristicile mecanice se determin pe epruvete prelucrate din probe ataate dup valoarea alungirii la rupere se adaug litera U. Exemplu: EN-GJS-500-7U.

In tabelul 8.4 se prezint mrcile de font caracterizate prin ncercarea de duritate. Simbolizarea alfanumeric conine n acest caz dup grupul de litere EN-GJS-HB valoarea duritii Brinell. Exemplu: EN-GJS-HB130.

In SR EN 1564:1999 (tabelul 8.5) se prezint clasificarea fontelor cu grafit nodular bainitice de nalt rezisten, n funcie de de caracteristicile mecanice determinate pe epruvete prelevate din probe turnate separate.Fontele maleabile sunt clasificate n standardul SR EN 1562:1999 n funcie de caracteristicile mecanice rezultate din ncercarea de traciune(tabelul 8.6). Se difereniaz fonta maleabil cu inim alb (decarburat) i fonta maleabil cu inim neagr (nedecarburat).

Simbolizarea alfanumeric a fontelor maleabile cu inim alb cuprinde grupul de litere EN-GJMW urmat de rezistena la traciune Rm minim n N/mm2 i alungirea la rupere A n %. De exemplu: EN-GJMW-350-4.

Simbolizarea alfanumeric a fontelor maleabile cu inim neagr cuprinde grupul de litere EN-GJMB. De exemplu: EN-GJMB-300-6.

8.2 Descrierea lucrrii

Lucrarea are ca scop evidenierea aspectelor microstructurale ale fontelor i corelarea lor cu proprietile mecanice.

Structura fontelor se pune n eviden prin atac cu nital 2%, 1-2 secunde pentru fonte cenuii perlitice, pn la 60-80 secunde pentru fontele albe.

Fontele albe au constituentul structural caracteristic ledeburita, amestec mecanic de perlit gruni ntunecai pe fond luminos de cementit, cu aspect punctiform sau dendritic.

Fonta alb eutectic (fig. 8.4) are structura alctuit numai din gruni de ledeburit cu orientare diferit a dendritelor de perlit.

n structura fontei albe hipoeutectice (fig. 8.3) perlita lamelar se prezint sub form de gruni ntunecai pe fond zebrat de ledeburit. Cementita secundar reprezint zonele luminoase din jurul grunilor perlitici, racordate la cementita ledeburitei.

La fonta alb hipereutectic (fig. 8.5) n structuri apare caracteristic cementita primar cu aspect acicular pe fond de ledeburit. Acele luminoase de Fe3CI formeaz unghiuri de 60 120( i sunt limitate de alte ace vecine. Acele grosiere de Fe3CI mresc fragilitatea fontei.

Fontele cenuii prezint constituentul structural caracteristic grafitului lamelar de culoare cenuie, vizibil pe probe lustruite.

Dup atacul cu nital se evideniaz i natura masei metalice.

Structura unei fonte cenuii perlito-cementitice (pestrie) conine grafit lamelar i gruni izolati de cementit secundar, luminoi, pe fond ntunecat perlitic (fig. 8.6).

n (fig. 8.7) se prezint structura unei fonte cenuii perlitice, iar n (fig.8.8) structura fontei cenuii feritice.

La fonta cenuie ferito-perlitic (fig.8.9) se observ c ferita se gsete ntotdeauna n vecintatea separrii de grafit, ceea ce comfirm ipoteza descompunerii cementitei n ferit i grafit.

Fonta cenuie fosforoas (fig.8.10) are n structur pe lng perlit, ferit i grafit lamelar, eutecticul fosforos dispus la limita grunilor perlitici, cu aspect scheletiform.

n (fig. 8.11) se prezint o seciune prin mantaua unui cilindru de laminor cu crust dur din font alb (perlit i cementit) i miez cu structura de font cenuie perlitic rezistent i tenace. Tranziia ntre aceste structuri se realizeaz printr-un strat cu structur de font pestri.

Fontele cu grafit nodular sunt exemplificate n (fig. 8.12) font ferito-perlitic i (fig. 8.13) perlitic.

Fontele maleabile se caracterizeaz prin przena grafitului cu tendine de compactizare grafitul de recoacere, n cuiburi. n (fig. 8.14) se prezint fonta maleabil cu miez negru, iar n (fig. 8.15) cea perlitic.

8.3. ntrebri recapitulative1. Ce sunt fontele?

2. Ce diferene sunt ntre fontele albe i cenuii?

3. n ce condiii se pot obine fontele albe? Dar cele cenuii?

4. De ce sunt preferate fontele ca aliaje de turntorie?

5. Cum influeneaz forma grafitului proprietile mecanice ale fontelor?

6. Ce consecine are modificarea fontelor asupra proprietilor lor?.7. De ce piesele turnate cu structur tip pestri sunt considerate rebuturi?

8. De ce fontele albe sunt mult mai dure dect cele cenuii?9. Ce semnific simbolurile:EN-GJL-HB 175; Fgv 300 STAS 12443-86; EN-GJS-350-22-LT; EN-GJS-HB130;

EN-GJMW-350-4.8.4. Condiii de lucru

-Aparatura: microscop metalografic, mrire 300x;

-Metoda de analiz: n cmp luminos;

-Probe metalografice: din diferite tipuri de fonte, cu atac nital 2%.

8.5. Mod de lucru

Se vor analiza structurile probelor metalografice din font alb, cenuie, modificat i maleabil.

Se vor schia structurile i funcie de natura constituenilor structurali se vor indica proprietile mecanice ale fontelor. Rezultatele se prezint tabelar.

Nr. probDenumirea fonteiCt(%)CFe3C (%)CG(%)StructuraConstitueni structuraliProprieti mecanice

Tabelul 8.1. Fonte cu grafit vermicular

Marca fontei STAS 12443-86Rezistena la traciune Rm min.[N/mm2]Alungirea la rupere

A5 min.

[%]Limita de curgere convenional Rp0,2 min. [N/mm2]Duritatea Brinell[daN/mm2]Microstructura

masei metalice

Fgv 3003002200130-180Preponderent feritic

Fgv 3503501240160-240Ferito-perlitic

Fgv 4004001280200-280Preponderent perlitic

Tabelul 8.2. Fonte cu grafit nodular caracterizate pe probe turnate separatSimbolizare SR EN 1563:1999Rmmin.

[N/mm2]Rp0,2 min.

[N/mm2]A5min.

[%]KV min [J]

alfanumericnumericValoare

medieValoare individual

EN-GJS-350-22-LTEN-JS10153502202212

la -40C9

la -40C

EN-GJS-350-22-RTEN-JS10143502202217

la 23C14

la 23C

EN-GJS-350-22EN-JS101035022022

EN-GJS-400-18-LTEN-JS10254002401812

la -20C9

la -20C

EN-GJS-400-18-RTEN-JS10244002501814

la 23C11

la 23C

EN-GJS-400-18EN-JS102040025018--

EN-GJS-400-15EN-JS104045025015--

EN-GJS-450-10EN-JS103045031010--

EN-GJS-500-7EN-JS10505003207--

EN-GJS-600-3EN-JS10606003703--

EN-GJS-700-2EN-JS10707004202--

EN-GJS-800-2EN-JS10808004802--

EN-GJS-900-2EN-JS10909006002--

Tabelul 8.3. Fonte cu grafit nodular caracterizate prin ncercarea de duritate Brinell

Simbolizare SR EN 1563:1999Interval

de duritate BrinellAlte caracteristici (informativ)

alfanumericnumericRm

[N/mm2]Rp0,2 [N/mm2]

EN-GJS-HB130EN-JS2010 160350220

EN-GJS-HB150EN-JS2020130-175400250

EN-GJS-HB155EN-JS2030135-180400250

EN-GJS-HB185EN-JS2040160-210450310

EN-GJS-HB200EN-JS2050170-230500320

EN-GJS-HB230EN-JS2060190-270600370

EN-GJS-HB265EN-JS2070225-305700420

EN-GJS-HB300EN-JS2080245-335800480

EN-GJS-HB330 EN-JS2090270-360900600

Tabelul 8.4. Fonte cu grafit nodular bainiticSimbolizare SR EN 1564:1999Rm min.

[N/mm2]Rp 0,2 min.

[N/mm2]A5min.

[%]

alfanumericnumeric

EN-GJS-800-8EN-JS11008005008

EN-GJS-1000-5EN-JS111010007005

EN-GJS-1200-2EN-JS112012008502

EN-GJS-1400-1EN-JS1130140011001

Tabelul 8.5. Fonta maleabil cu inima alb (W), i inim neagr (B)Simbolizare SR EN 1562:1999Diametru

epruvet

d

[mm]Rezistenta la traciune

Rm min.

[N/mm2]Alungire la rupere

(Lo=3d)

A[%]Duritate Brinell

[daN/mm2](informativ)

alfanumeric

numeric

EN-GJMW-350-4EN-JM10106

9

12

15270

310

350

36010

5

4

3max.230

EN-GJMW- 360-12EN-JM10206

9

12

15280

320

360

37016

15

12

7max.200

EN-GJMW- 400-5EN-JM10306

9

12

15300

360

400

42012

8

5

4max.220

EN-GJMW-450-7EN-JM10406

9

12

15330

400

450

48012

10

7

4max.220

EN-GJMW- 550-4EN-JM10506

9

12

15-

490

550

570-

5

4

3max.250

EN-GJMB-300-6EN-JM111012 sau 153006max.150

EN-GJMB-350-10EN-JM113012 sau 1535010max.150

EN-GJMB-450-6EN-JM114012 sau 154506150...200

EN-GJMB-500-5EN-JM115012 sau 155005165...215

EN-GJMB-550-4EN-JM116012 sau 155504180...230

EN-GJMB-600-3EN-JM117012 sau 156003195...245

EN-GJMB-650-2EN-JM118012 sau 156502210...260

EN-GJMB-700-2EN-JM119012 sau 157002240...290

EN-GJMB-800-1EN-JM120012 sau 158001270320

Fe3CII

Led

Led

P

G

Fe3CII

P

Led

Fe3CI

F

P

G

G

Fig.8.8 Fonta cenuie feritic

Atac nital 2%; 100x

Fig.8.7 Fonta cenuie perlitic

Atac nital 2%; 100x

Fig.8.6 Fonta cenuie perlito-cementitic

Atac nital 2%; 100x

Fig.8.5 Fonta alb hipereutectic

Atac nital 2%; 400x

Fig.8.4 Fonta alb eutectic

Atac nital 2%; 400x

Fig.8.3 Fonta alb hipoeutectic

Atac nital 2%; 400x

Ef

P

F

G

G

P

F

Fig.8.10 Font cenuie ferito-perlitic.

Atac nital 2%. 400x

Fig.8.9 Font cenuie ferito-perlitic.

Atac nital 2%. 400x

a). suprafaa b). zona de tranziie c). miez

Fig. 8.11 Seciune n mantaua unui cilindru de laminor Atac nital 2%; 500x

P

Fe3C

Fe3C

G

P

P

G

Fig.8.12 Font cu grafit nodular ferito-perlitic. Atac nital 2%. 100x

Fig.8.13 Font cu grafit nodular perlitic.

Atac nital 2%. 100x

F

Gn

P

F

Gn

P

Fig. 8.15 Font maleabil perlitic

Atac nital 2 % 100x

P

F

Grec

Fig. 8.14 Font maleabil cu inim neagr

Atac nital 2 % 100x

F

Grec

Fig. 8.1.

_1045672919.unknown

_1229520585.unknown

_1229520591.unknown

_1045679279.unknown

_1045679292.unknown

_1045673117.unknown

_1045672764.unknown