121

Capitolul 7OŢELURI ALIATE

7.1. Influenţa elementelor de aliere asupra transformărilor structurale şi proprietăţilor oţelurilor

Elementele de aliere reprezintă acele elemente chimice care se introduc voit în structura oţelurilor în scopul modificării structurii şi proprietăţilor acestora din urmă. Ca urmare, oţelurile ce conţin elemente de aliere se numesc oţeluri aliate. Astfel, dacă conţinutul de siliciu depăşeşte 0,4 % sau cel de mangan 0,8 %, acestea se consideră de asemenea elemente de aliere.

Concentraţia unor elemente de aliere poate fi însă foarte mică. Niobiul şi titanul se introduc în cantităţi de aproximativ 0,1 % fiecare, borul nu depăşeşte de obicei 0,005%. În cazul în care concentraţia elementelor este în jur de 0,1 % sau mai puţin, oţelul se consideră microaliat.

Apariţia şi larga răspândire a oţelurilor aliate este evident condiţionată de continua creştere a necesităţii de a produce materiale care să ţină pasul cu progresul tehnologic. Astfel, alierea are drept scop îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice (rezistenţa, plasticitatea, tenacitatea), fizice (conductibilitatea electrică, caracteristicile magnetice, rezistenţa la radiaţii) sau a celor chimice (rezistenţa la coroziune în diferite medii).

Acest complex de proprietăţi se asigură de regulă nu numai prin aliere, dar şi prin tratament termic, care permite obţinerea unei structuri optime a aliajului. Oţelurile aliate sunt mai scumpe decât oţelurile carbon şi de aceea nu este raţională utilizarea lor fără tratament termic.

Cele mai importante elemente de aliere ale oţelurilor sunt: Cr, Ni, Mn, Si, W, Mo, V, Al, Cu, Ti, Nb, Zr, B. De obicei oţelurile nu conţin un singur element de aliere, ci mai multe, de exemplu Cr şi Ni, obţinându-se un oţel crom-nichel, sau Cr şi Mn – un oţel crom-mangan, sau Cr, Ni, Mo, V.

Elementele de aliere interacţionează cu fierul şi carbonul formând diferite faze: Ferită aliată – soluţie solidă de element de aliere în fier ; Austenită aliată - soluţie solidă de element de aliere în fier ; Cementită aliată - soluţie solidă de element de aliere în cementită sau, în cazul depăşirii

unei anumite limite a elementului de aliere – carburi speciale.

Dacă se analizează cu ajutorul diagramelor binare fier – element de aliere cum influenţează elementele de aliere asupra lărgirii domeniului (austenită aliată) sau, invers, asupra micşorării domeniului şi respectiv creşterea domeniului (ferită aliată), atunci elementele de aliere pot fi împărţite în următoarele două mari grupe:

Gama-gene – cele care măresc domeniul şi fac posibilă, dacă dispare cu totul domeniul , obţinerea de austenită aliată la temperatura camerei, caz în care se numesc oţeluri austenitice. În această categorie intră Ni, Mn, Co, Cu, C, N.

Alfa-gene – cele care măresc domeniul şi fac posibilă obţinerea de ferită aliată, oţelurile numindu-se feritice. În această categorie intră Cr, Si, Al, Mo, V, Ti, W, Nb, Zr.

Dacă alierea oţelului presupune o combinaţie de elemente gama-gene şi alfa-gene, atunci oţelurile vor conţine şi austenită şi ferită aliate, iar oţelurile se vor numi ferito-austenitice.

În majoritatea oţelurilor de construcţie principala componentă structurală la temperatura de exploatare este ferita, care apare într-un procent de cca. 90%. De aceea proprietăţile oţelurilor depind în mare măsură de proprietăţile feritei aliate. Cu cât va fi mai mare diferenţa dintre razele atomice ale fierului şi elementelor de aliere, cu atât mai mare va fi distorsionarea reţelei cristaline şi deci cu atât mai mare va fi duritatea feritei, rezistenţa sa, iar plasticitatea şi tenacitatea mai scăzute.

În figura 98 se observă faptul că principalele elementele de aliere cresc duritatea feritei. Cromul şi mai ales nichelul practic nu micşorează tenacitatea oţelului. Nichelul scade puternic pragul de tranziţie ductil-fragil. În plus, nichelul, cromul, manganul şi alte câteva elemente care se dizolvă în austenită, cresc

122

stabilitatea acesteia la răcire, crescând astfel călibilitatea oţelului. Cele mai eficiente elemente în acest sens sunt nichelul şi cromul, prin introducerea simultană a acestora în structura oţelului, adică printr-o aliere complexă. Acesta este motivul, de altfel, pentru care nichelul şi cromul reprezintă principalele elemente de aliere ale oţelurilor – creşterea călibilităţii, a rezistenţei şi tenacităţii.

Figura 98 – Influenţa elementelor de aliere asupra proprietăţilor feritei lent răcite (normalizată) şi asupra temperaturii de tranziţie ductil-fragil.

a – duritatea; b – rezilienţă; c - temperatura de tranziţie ductil-fragil;

7.2. Carburile în oţelurile aliate

Elementele carburigene reprezintă acele elemente care au o afinitate faţă de carbon mai mare decât cea a fierului. În funcţie de creşterea afinităţii faţă de carbon şi a stabilităţii carburilor formate, elementele carburigene se pot enumera după cum urmează: Fe – Mn – Cr – Mo – W – Nb – Zr – Ti. Cu cât este mai stabilă carbura, cu atât aceasta se va dizolva mai greu în austenită şi va precipita mai greu la revenire.

Prin introducerea unei cantităţi mici de elemente carburigene în oţel, acestea se dizolvă în cementită, substituind o parte din atomii de fier, formându-se astfel o cementită aliată, cum ar fi de exemplu (FeMn)3C. Odată cu creşterea conţinutului de elemente de aliere peste limita solubilităţii se formează carburi speciale de tipul Cr7C3, sau Mn3C şi altele.

În funcţie de tipul reţelei cristaline, carburile sunt de două tipuri: din prima grupă fac parte carburile de tipul Fe3C, Mn3C, Cr7C3, Cr23C6, cu reţele cristaline complexe.

Aceste carburi nu au o stabilitate ridicată, în procesul de tratament termic al oţelului acestea dizolvându-se, cu formarea soluţiei solide de elemente de aliere în austenită.

Carburile din cea de-a doua grupă, cum ar fi Mo2C, WC, TiC, au reţele cristaline simple. Ele au o rezistenţă mult mai mare şi se dizolvă la temperaturi de încălzire mult mai mari.

Toate carburile au o duritate foarte mare, dar carburile din cea de-a doua grupă sunt ceva mai dure decât cele din grupa a doua. Odată cu creşterea dispersiei de carburi creşte duritatea şi rezistenţa oţelului.

7.3. Clasificarea oţelurilor aliate

Criteriile de clasificare ale oţelurilor aliate sunt: după structura în stare de echilibru, după structura obţinută după răcirea în aer, după cantitatea de element de aliere şi după destinaţie. După structura în stare de echilibru:

1. hipoeutectoide, cu ferită simplă în structură;2. eutectoide, cu structură perlitică,3. hipereutectoide, cu carburi în exces,4. oţeluri ledeburitice, în structura cărora apar carburi primare, care au precipitat din oţelul lichid.

Acest fenomen se explică prin faptul că elementele de aliere deplasează la stânga punctele S, E din

123

diagrama fier-carbon. De aceea, limita dintre oţelurile enumerate apare la concentraţii mai mici de carbon faşă de valorile din diagrama Fe-Fe3C.

Dacă se pune în discuţie şi faptul că elementele de aliere micşorează sau măresc domeniul , în afară de grupele enumerate mai sus se mai consideră şi următoarele două:

5. oţeluri austenitice6. oţeluri feriticeOţelurile carbon simple pot fi numai din primele trei clase, iar cele aliate din toate cele şase clase.

După structura obţinută după răcirea în aer1. oţeluri perlitice, cu un conţinut scăzut de elemente de aliere şi stabilitate scăzută a austenitei

subrăcite,2. oţeluri martensitice, cu un conţinut mediu de elemente de aliere şi stabilitate ridicată a austenitei,3. oţeluri austenitice, cu un conţinut ridicat de elemente de aliere şi structură austenitică la

temperatura camerei. După cantitatea de element de aliere:

1. slab aliate, ce conţin până la 2,5 % elemente de aliere;2. mediu aliate, ce conţin între 2,5 şi 10 % elemente de aliere,3. înalt aliate, ce conţin peste 10% elemente de aliere.

După destinaţie:1. oţeluri de construcţie (construcţii de maşini, construcţii civile)2. oţeluri de scule (pentru deformare plastică la rece, pentru tăieri, pentru instrumente de măsurat)3. oţeluri cu proprietăţi fizice şi chimice speciale (rezistente la coroziune, refractare, electrotehnice,

cu proprietăţi magnetice speciale, criogenice etc).

Capitolul 8 – FONTE

8.1. Clasificarea fontelor

Aliajele Fe – C, ce conţin > 2,14 %C, se numesc fonte. Spre deosebire de oţeluri fontele au un conţinut mult mai mare de carbon, cristalizează prin formarea unui eutectic, au deformabilitate plastică scăzută şi proprietăţi de turnare ridicate. Proprietăţile tehnologice ale fontelor sunt dictate de existenţa eutecticului în structură. Costul fontelor în comparaţie cu cel al oţelurilor este mai mic.

Fontele se elaborează în furnale, cubilouri şi cuptoare electrice. Cele elaborate în furnale sunt împărţite în trei categorii: fonte de afinare, fonte speciale (feroaliaje) şi fonte de turnătorie. Primele două categorii se utilizează pentru elaborarea ulterioară a oţelurilor şi a altor categorii de fonte. Fontele elaborate în cubilouri şi cuptoare electrice sunt fonte de turnătorie. Aproximativ 20% din fontele elaborate sunt utilizate pentru turnătorie. Fontele pentru turnătorie nu au de regulă mai mult de 4 %C. În afară de carbon, mai sunt prezente sub formă de impurităţi şi S, P, Mn, Si într-o cantitate mai mare decât în oţelurile carbon.

În funcţie de forma de apariţie a carbonului se disting următoarele tipuri de fonte:1. Fonta albă, în care tot carbonul se află sub formă de cementită Fe3C. În spărtură această fontă are

o culoare alb-argintie şi un luciu caracteristic.2. Fontă pestriţă, în care cea mai mare cantitate de carbon (mai mult de 0,8 %) se află sub formă de

cementită. Fonta are o structură formată din perlită, ledeburită şi grafit lamelar.3. Fontă cenuşie, în care întreaga cantitate de carbon sau marea sa majoritate se află în stare liberă

sub formă de grafit lamelar, restul de carbon în stare legată sub formă de cementită ne-fiind mai mare de 0,8 %.

4. Fontă cu strat superficial „alb”, în care masa principală de aliaj are o structură de fontă cenuşie, iar stratul superficial de fontă albă. Acest strat se obţine în piese masive cu pereţi groşi la turnarea în forme metalice. Pe măsură ce viteza de răcire scade din exterior spre interior, structura fontei albe se transformă treptat într-o fontă cenuşie. Fonta din stratul superficial conţine multă cementită dură şi fragilă, având o rezistenţă la uzură foarte bună. De aceea fontele cu strat alb se folosesc pentru piese cu

124

rezistenţă la uzură ridicată, pentru cilindri de laminor, pentru mori de măcinare, pentru roţi de cale ferată cu strat alb. Stratul alb se poate obţine printr-o răcire locală mai rapidă prin instalarea în forma de turnare a unor adaosuri metalice răcite.

5. Fontă cu înaltă rezistenţă mecanică, în care grafitul are o formă nodulară.6. Fonte maleabile, care se obţin din fonte albe prin aplicarea unui tratament termic de recoacere, în

urma căruia carbonul trece în stare liberă sub formă de grafit „în cuiburi”.

8.2. Procesul de grafitizare al fontelor

Grafitizarea reprezintă procesul de formare a grafitului în timpul cristalizării sau răcirii aliajelor Fe-C. Grafitul se poate forma atât din fază lichidă, la solidificarea fontei, cât şi din fază solidă. Formarea grafitului este ilustrată de diagrama de stare Fe-C. Sub linia C’D’ se formează grafit primar, în dreptul liniei E’C’F’ – grafit eutectic, iar în dreptul liniei P’S’K’ – grafit eutectoid ( vezi figura 94).

Grafitizarea fontei depinde de următorii factori:- existenţa în fontă a unor centri de grafitizare- viteza de răcire- compoziţia chimică a fontei

Formarea grafitului într-o fontă solidificată este greu realizabilă din punct de vedere energetic, deoarece creşterea energiei libere prin formarea suprafeţei interfazice noi este mult mai mare decât scăderea acesteia prin cristalizare. Lucrul mecanic de formare a germenilor de grafit se micşorează prin existenţa unor centri de grafitizare reprezentaţi de diferite incluziuni sau impurităţi fine existente în faza lichidă sau în austenită. Asemenea particule fin disperse pot fi oxizii de aluminiu Al2O3, SiO2, nitruri de tipul AlN sau particule insolubile de grafit. Parametrii reţelei cristaline ai centrilor de grafitizare trebuie să fie apropiaţi de cei ai reţelei cristaline ai grafitului.

Influenţa vitezei de răcire se manifestă prin faptul că grafitizarea fontei reprezintă un proces difuziv şi decurge lent. Durata lungă a procesului de grafitizare este dictată de necesitatea realizării câtorva stadii: formarea centrilor de grafitizare în fază lichidă sau austenită, difuzia atomilor de carbon spre centrii de grafitizare şi creşterea formaţiunilor de grafit. În cazul procesului de grafitizare a cementitei, apare în plus şi necesitatea dizolvării prealabile a cementitei Fe3C şi solubilizării carbonului în austenită. Cu cât este mai lentă răcirea fontei, cu atât mai multă amploare va avea procesul de grafitizare.

În secţiunea lingoului, o fontă poate avea structură variabilă. În zonele subţiri ale lingoului, unde vitezele de cristalizare şi răcire sunt mai mari, fonta are un grad de grafitizare mult mai mic decât în zonele groase, masive ale lingoului. Răcirea rapidă favorizează obţinerea fontei albe, iar răcirea lentă pe cea a fontei cenuşii.

Din incluziunile care apar în fonte, influenţa pozitivă cea mai puternică asupra grafitizării o are siliciul. Conţinutul de siliciu în fontă variază între 0,5 şi 4-5 %. Prin variaţia conţinutului de siliciu se pot obţine fonte complet diferite din punct de vedere structural şi al proprietăţilor. Din diagrama figurii 99 se poate prognoza structura fontei în funcţie de conţinutul de carbon şi siliciu şi în funcţie de grosimea peretelui piesei.

Şi alte elemente care intră în compoziţia fontei, cum ar fi Mn, P, S, pot juca un rol important. Manganul împiedică grafitizarea, crescând tendinţa fontei de a se „albi”. Conţinutul de mangan din fontă nu depăşeşte de regulă 0,5 – 1 %.

Sulful reprezintă o incluziune dăunătoare în fontă. Tendinţa sa anti-grafitizantă este de 5-6 ori mai mare decât a manganului. În plus, sulful scade fluiditatea fontei, favorizează formarea porozităţilor, creşte tendinţa de contracţie şi de apariţie a fisurilor.

Influenţa fosforului în fontă se deosebeşte substanţial de influenţa sa în oţel. Deşi fosforul practic nu influenţează grafitizarea, are totuşi un rol pozitiv ca incluziune, crescând fluiditatea fontei cenuşii pe baza formării eutecticului fosforos uşor fuzibil (950 – 980 C).

Cele mai utilizate compoziţii chimice în cazul fontelor sunt: 3 – 3,7 %C; 1 – 3 %Si;

125

0,5 – 1 %Mn; sub 0,3 %P şi 0,15 %S;

Figura 99 – Diagramele structurale ale fontelor:a – influenţa conţinutului de carbon şi siliciu asupra structurii fontei pentru o grosime de perete de

turnare de 50 mm; b – influenţa vitezei de răcire (grosimea peretelui) şi a compoziţiei cumulate (C+Si)% asupra structurii fontei: I – fonte albe; II – fonte cenuşii perlitice; III – fonte cenuşii feritice;

Sunt cazuri când fontele conţin elemente de aliere (Ni, Cr ş.a.) în scopul îmbunătăţirii proprietăţilor. În concluzie, principalii factori care determină gradul de grafitizare al unei fonte sunt conţinutul de

carbon, de siliciu şi viteza de răcire. Prin reglarea compoziţiei chimice şi a vitezei de răcire în funcţie de diagrama din figura 99, b, se poate obţine în lingou structura dorită a fontei.

8.3. Microstructura şi proprietăţile fontelor

Microstructura unei fonte este formată din masa metalică de bază şi din incluziunile de grafit. Proprietăţile fontei depind de proprietăţile masei metalice de bază şi de caracterul formaţiunilor de grafit.

Structura masei metalice de bază determină duritatea fontei. Astfel, masa metalică poate fi: perlitică, când 0,8 %C se află sub formă de cementită, iar restul sub formă de grafit; ferito-perlitică, când cantitatea de carbon sub formă de cementită este mai mică de 0,8 %; feritică

Grafitul din fontă poate fi lamelar (în fontele cenuşii), „în cuiburi” (în fontele maleabile), sau nodular (în fontele nodulare de înaltă rezistenţă mecanică). În figura 100 se arată clasificarea fontelor în funcţie de masa metalică de bază şi de forma grafitului.

În figurile 101 – 104 sunt indicate câteva microstructuri de fonte. Grafitul are o rezistenţă mecanică scăzută faţă de masa metalică de bază. De aceea, locurile de apariţie a acestuia pot fi considerate ca o întrerupere de continuitate. Astfel, fonta poate fi considerată ca un oţel cu incluziuni de grafit ce slăbesc masa metalică de bază.

Ca urmare, fonta cenuşie are caracteristici mecanice scăzute (m, , ) la testele de tracţiune. Formaţiunile de grafit au rol de concentratori de tensiune. În schimb, duritatea şi rezistenţa la încercări de compresiune sunt destul de ridicate deoarece acestea depind de caracterul masei metalice de bază şi nu de grafit.

Dar fonta cenuşie cu grafit lamelar are şi o serie de avantaje: permite turnarea de piese cu preţ scăzut, deoarece asigură fluiditate mare şi contracţie scăzută; permite o bună prelucrabilitate prin aşchiere; îmbunătăţeşte caracterul de antifricţiune al fontei; are proprietăţi bune de amortizare a vibraţiilor şi a variaţiilor de rezonanţă.

126

Figura 100 - Clasificarea fontelor în funcţie de masa metalică de bază şi de forma grafitului (scheme structurale).

Fontele cenuşii se simbolizează cu Fc şi un grup de cifre care exprimă valoarea minimă a rezistenţei la rupere la tracţiune în N / mm2. Astfel, fontele cenuşii cu grafit lamelar în funcţie de intervalul de rezistenţă la tracţiune se împart în trei grupe:

- fonte cu rezistenţă mecanică mică – Fc 100, Fc 150;- fonte cu rezistenţă mecanică medie – Fc 200, Fc 250;- fonte cu rezistenţă mecanică ridicată – Fc 300, Fc 350, Fc 400;

În tabelul 10 sunt indicate câteva caracteristici ale fontelor cenuşii pentru maşini unelte. Prin aliere cu max. 0,75% Ni, 1% Cu sau 0,35% Cr asociate cu (0,5-0,75)% Mo, rezistenţa la rupere

la tracţiune a fontelor cenuşii se măreşte faţă de valoarea iniţială cu 80-110 N/mm2.Fontele cenuşii au o comportare bună la uzare prin frecare şi uzare prin abraziune (determinată de

prezenţa unor particule dure, străine). Astfel, rezistenţa la uzare a fontelor cenuşii perlitice cu grafit lamelar fin este superioară fontelor maleabile şi oţelurilor, fiind inferioară doar fontelor călite, cu structură martensitică. În general, pentru o rezistenţă la uzare ridicată, fonta cenuşie trebuie să aibă o structură perlitică, grafit lamelar fin şi uniform distribuit, formaţiuni disperse de eutectic fosforos şi o cantitate minimă de ferită sau, în cazul frecării uscate, se pot folosi fonte complet feritice cu grafit interdendritic.

Pe măsura rotunjirii formaţiunilor de grafit, rolul lor negativ de predispunere la fisurare scade, iar proprietăţile mecanice ale fontei cresc. Forma nodulară a grafitului se obţine cu ajutorul modificatorilor precum SiCa, FeSi, Al, Mg.

Prin utilizarea drept modificator a magneziului (până în 0,5 %), introdus înainte de turnare, se obţine o fontă nodulară. Acţiunea magneziului se explică prin creşterea tensiunii superficiale a grafitului şi formarea de microporozităţi în care difuzează carbonul. Datorită rezistenţelor mecanice ridicate, fontele

127

nodulare se utilizează pentru obţinerea de piese precum roţi dinţate, arbori cotiţi. În tabelul 11 sunt indicate câteva proprietăţi mecanice ale fontelor nodulare.

Tabelul 10 – Proprietăţile mecanice şi compoziţia chimică a fontelor cenuşiiMarca fontei

Rez

iste

nţa

la

trac

ţiun

e R

m, N

/mm

2

Dur

itat

ea H

Bdu

pă d

eten

sion

are

Rez

iste

nţa

la

com

pres

iune

Rco

mp,

N

/mm

2

Rez

iste

nţa

la

înco

voie

re R

mi,

N/m

m2

C(%)

Si(%)

Mn(%)

Pmax.(%)

Smax.(%)

Fc 100 100 100-150 400-500 - 3,0-3,8 2,1-2,7 0,5-0,8 1,2 0,15

Fc 150 150 140-190 550-700 300 3,0-3,6 1,8-2,4 0,5-0,8 1,2 0,15

Fc 200 200 170-210 600-830 360 3,0-3,4 1,6-2,3 0,5-1 0,65 0,14

Fc 250 250 180-240 700-1000 420 3,1-3,3 1,6-2,2 0,6-0,8 0,25 0,12

Fc 300 300 200-260 820-1200 480 3,0-3,2 1,4-1,7 0,7-0,9 0,20 0,12

Fc 350 350 210-280 950-1400 540 2,8-3,0 1,3-1,5 0,8-1 0,12 0,12

Fc 400 400 230-300 1100-1400 600 2,8-3,0 1,2-1,4 0,8-1 0,10 0,12

Tabelul 11 – Caracteristicile mecanice pentru câteva fonte cenuşii cu grafit nodular pentru maşini-unelte

Marca fontei

Rez

iste

nţa

la

trac

ţiun

e R

m,

N/m

m2

Lim

ita

de

curg

ere,

N

/mm

2 , m

in.

Alu

ngir

ea,

(%)

min

.

Dur

itat

ea H

B

Rez

iste

nţa

la

com

pres

iune

R

com

p, N

/mm

2

Rez

iste

nţa

la

înco

voie

re

Rm

i, N

/mm

2

Fgn 370-17 370 230 17 140-180 - -

Fgn 420-12 420 250 12 150-200 800-1000 800-900

Fgn 450-5 450 320 5 160-220 800-1100 800-950

Fgn 500-7 500 350 7 170-240 900-1100 850-1000

Fgn 600-2 600 400 2 210-280 1000-1200 900-1100

Fgn 700-2 700 450 2 230-300 1100-1300 1000-1200

Tabelul 12 – Caracteristicile mecanice pentru câteva fonte maleabileMarca fontei

Tipul fontei

Rez

iste

nţa

la

trac

ţiun

e R

m,

N/m

m2

Lim

ita

de

curg

ere,

N

/mm

2 , m

in.

Alu

ngir

ea,

(%)

min

.

Dur

itat

ea H

B

Rez

iste

nţa

la

com

pres

iune

R

com

p, N

/mm

2

Rez

iste

nţa

la

înco

voie

re

Rm

i, N

/mm

2

Fma 350 350 - 4 240 - -

Fma 400albă

400 220 5 220 - -

Fmn 300 300 - 6 160

Fmn 320 320 - 8 160

Fmn 350 350 170 10 150

Fmn 370

neagră

370 190 14 150

1000 700

Fmp 450 450 260 6 220

Fmp 500 500 300 5 240

Fmp 550 550 330 4 260

Fmp 600 600 360 3 270

Fmp 650 650 390 3 270

Fmp 700

perlitică

700 500 3 280

1100-1300 900-1300

128

Figura 101 – Diferite forme de grafit în fonte: a) grafit lamelar (fontă cenuşie); b) grafit „în cuiburi” (fontă maleabilă); c) grafit nodular (fontă nodulară);

Fontele maleabile se obţin din fonte albe cărora li se aplică un tratament termic de recoacere de grafitizare (de maleabilizare) şi nu se supun deformării plastice (Figura 105). Grafitul din fontele maleabile are forma de fulgi aglomeraţi în nişte formaţiuni numite „cuiburi”. Compoziţia chimică a unei asemenea fonte este relativ stabilă:

2,2 – 3 %C; 0,7 – 1,5 %Si; 0,2 – 0,6 %Mn; 0,2 %P; 0,1 %S;

Din cauza conţinutului scăzut de carbon, fontele maleabile nu se obţin de obicei în cubilou, ci în cuptoare electrice. După umplerea formei de turnare, lingourile sunt răcite rapid obţinându-se structura unei fonte albe. Lingourile apoi sunt supuse unei recoaceri îndelungate (până la 2 zile) conform diagramei din figura 105, fiind ferite de oxidarea prin gazele din atmosfera cuptorului prin acoperire cu nisip. În urma recoacerii structura constă din grăunţi de ferită sau perlită şi cuiburi de grafit.

Suprafaţa de rupere a unei fonte formată din ferită şi grafit este cenuşiu închisă. O asemenea fontă maleabilă se numeşte „cu inimă neagră”, deoarece conţine relativ mult grafit.

Dacă în zona transformării eutectoide fonta este răcită mult mai rapid, atunci masa metalică de bază va fi formată din perlită. Acest tip de fontă se numeşte fontă maleabilă perlitică, sau fontă cu „inimă albă”. În acest tip de structură apare mai puţin grafit decât în fonta maleabilă feritică. Piesele turnate din

129

fonte maleabile sunt rezistente de regulă la şocuri şi vibraţii (reductoare, flanşe, cuplaje, cartere). În tabelul 12 sunt indicate câteva proprietăţi mecanice ale fontelor maleabile.

Figura 102 – Microstructura fontelor cenuşii cu mase metalice de bază: feritică (a), ferito-perlitică (b) şi perlitică (c); x 200

Figura 103 – Microstructura fontelor maleabile cu masă metalică de bază: feritică (a), ferito-perlitică (b) şi perlitică (c); x 200

130

Figura 104 - Microstructura fontelor nodulare cu masă metalică de bază: feritică (a), ferito-perlitică (b); x 200

Figura 105 – Schema de recoacere a fontei albe pentru obţinerea de fontă maleabilă

8.4. SIMBOLIZAREA FONTELOR CONFORM NOILOR STANDARDE EUROPENE

1.Simbolizarea alfanumerică

Sistemul de simbolizare alfanumerică se aplică atât fontelor standardizate cât şi fontelor nestandardizate.Simbolizarea alfanumerică a fontelor ocupă maxim 6 poziţii, fără a fi necesară ocuparea tuturor poziţiilor. Între poziţiile ocupate nu trebuie să existe spaţii libere.Poziţia 1 – EN-Poziţia 2 – simbolul fonteiPoziţia 3 – simbolul structurii grafituluiPoziţia 4 – simbolul microstructurii sau macrostructuriiPoziţia 5 – simbol de clasificare în funcţie de caracteristici mecanice, sau în funcţie de compoziţia chimicăPoziţia 6 – simbol utilizat pentru condiţii suplimentare

Detaliat, semnificaţia simbolurilor din fiecare poziţie este următoarea:Poziţia 1 – Se indică prefixul EN numai pentru fontele standardizate, adică cele specificate într-un

standard european.Poziţia 2 – Se indică simbolul GJ în care G reprezintă piesa turnată şi J reprezintă fonta.Poziţia 3 – În cazul când se precizează structura grafitului, se alege din tabelul de mai jos litera

corespunzătoare.

131

Simbolurile corespunzătoare structurii grafituluiL LamelarăS SferoidalăM Grafit în cuiburi (fonte maleabile cu inimă albă)V VermicularăN Fără grafit (dură), ledeburiticăY Structură specială, indicată în standardul de produs corespunzător

Poziţia 4 – Dacă este necesară identificarea fontelor după microstructura sau macrostructura lor, atunci, după literele prezentate în tabelul de mai sus se adaugă litere alese convenabil din tabelul următor:

Simbolurile corespunzătoare microstructurii fontelorA AustenităF FerităP PerlităM MartensităL LedeburităQ CălităT Călită şi revenităB Inimă neagră*

W Inimă albă*

* Numai pentru fontele maleabile

Poziţia 5 – Poziţia 5 se utilizează pentru clasificarea fontelor în funcţie de caracteristicile mecanice sau compoziţia chimică a acestora. Această poziţie se separă de poziţia precedentă prin cratimă.

Clasificare în funcţie de caracteristicile mecanice: Fontele clasificate în funcţie de caracteristicile mecanice se simbolizează prin cifre care indică caracteristicile mecanice şi litere care indică modul de prelevare a probelor pentru încercări (tabelul de mai jos) şi/sau temperatura la care se determină rezistenţala încovoiere prin şoc.

Litere care indică modul de obţinere a probelor pentru încercăriS Probă de încercat turnată separatU Probă de încercat ataşată la piesa turnatăC Probă de încercat prelevată din piesa turnată

a. Rezistenţa la tracţiune – se indică prin valori minime corespunzătoare mărcii, în N/mm2, ca de exemplu:EN – GJL – 150 CEN – GJL – 150 SEN – GJV – 400 U

b. Alungirea – se indică imediat după valoarea minimă a rezistenţei la tracţiune prin valori minime corespunzătoare mărcii, exprimate în procente, fiind separată de celelalte simboluri prin cratimă.EN – GJS – 350 – 22CEN – GJMW – 450 – 7SEN – GJS – 350 – 22U

c. Rezistenţă la încovoiere prin şoc – dacă aceasta se solicită, temperatura la care se determină se indică prin literele prezentate în tabelul următor:

132

Domeniul temperaturii de încercare în care se determină valoarea rezistenţei la încovoiere prin şoc

RT Temperatură ambiantăLT Temperatură scăzută

Exemple:EN – GJS – 400 – 18S – RTEN – GJS – 350 – 22U – LT

d. Duritatea – se indică prin unul din cele trei simboluri – HB pentru duritatea Brinell; HV pentru duritatea Vickers; HR pentru duritatea Rockwell – urmate de două sau trei cifre care reprezintă valoarea durităţii, ca de exemplu:EN – GJL – HB 155EN – GJS – HB 230EN – GJN – HV 350

Clasificare în funcţie de compoziţia chimică: Dacă fontele se clasifică în funcţie de compoziţia chimică, litera X reprezintă primul simbol din poziţia 5. Celelalte simboluri sunt după cum urmează:

a) clasificare fără indicarea conţinutului de carbon – litera X este urmată de simbolurile chimice ale elementelor de aliere importante din aliaj, începând cu cel al cărui conţinut este mai mare. Conţinutul se indică în procente, rotunjit la numărul întreg cel mai apropiat. Cifrele se separă între ele prin cratimă, ca de exemplu: EN – GJL – XNiMn 13-7

b) clasificare cu indicarea conţinutului de carbon – când se solicită indicarea conţinutului de carbon, acesta se indică după litera X sub forma conţinutului în procente multiplicat cu 100 (de exemplu 300 pentru 3%), ca de exemplu: EN – GJN – X300CrNiSi 9-5-2

Poziţia 6 – În cazul clasificării fontelor în funcţie de condiţiile suplimentare, în poziţia 6 se amplasează literele corespunzătoare prezentare în tabelul următor, care se separă prin cratimă.

Exemplu: EN – GJMW – 360 – 12S – W.

Condiţii suplimentareD Piesă brută turnatăH Piesă supusă tratamentului termicW Sudabilitate pentru suduri de îmbinare (standard EN 1559-1:1997)Z Condiţii suplimentare specificate în comandă

133

FONTE UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

Simbolizare Standard Rezistenţa medie la tracţiune N/mm2

Denumirea fontei Utilizări

EN–GJL–100 100EN–GJL–150 150

Piese turnate cu rezistenţe mecanice

miciEN–GJL–200 200 Piese turnate cu

grosimea pereţilor sub 20 mm

EN–GJL–250 250 Piese turnate cu grosimea pereţilor

de 20-60 mmEN–GJL–300 300EN–GJL–350

SR EN 1561: 1999

350

Fontă cenuşie cu grafit lamelar

Piese turnate cu grosimea pereţilor

de 20-100 mmEN-GJS-350-22-LT 350EN-GJS-350-22-RT 350

EN-GJS-350-22 350EN-GJS-400-18-LT 400EN-GJS-400-18-RT 400

EN-GJS-400-18 400EN-GJS-400-15 400EN-GJS-450-10 450EN-GJS-500-7 500EN-GJS-600-3 600EN-GJS-700-2 700EN-GJS-800-2 800EN-GJS-900-2

SR EN 1563: 1999

900

Fontă cenuşie cu grafit nodular

Cele mai utilizate fonte în industriaconstr. de maşiniPiese turnate cu pereţi subţiri şi solicitări mari

EN-GJMW-350-4 350EN-GJMW-360-12 360EN-GJMW-400-5 400EN-GJMW-450-7 450EN-GJMW-550-4

SR EN 1562: 1999

550

Fontă maleabilă cu inimă albă

Piese turnate cu configuraţie geometrică complexă

EN-GJMB-300-6 300EN-GJMB-350-10 350EN-GJMB-450-6 450EN-GJMB-500-5 500EN-GJMB-550-4 550EN-GJMB-600-3 600EN-GJMB-650-2 650EN-GJMB-700-2 700EN-GJMB-800-1

SR EN 1562: 1999

800

Fontă maleabilă cu inimă neagră

Piese turnate cu configuraţie geometrică complexă

EN-GJN-HV520 520EN-GJN-HV550

SR EN 12513: 2000550

Fonte speciale Ni-Cr

Fonte rezistente la uzare abrazivă