STRUCTURI DE ECHILIBRU ÎN OŢELURI CARBON

7.1.Scopul lucrării

Lucrarea are ca scop evidenţierea particularităţilor microstructurale ale oţelurilor carbon

şi corelarea compoziţiei chimice cu structura şi proprietăţile mecanice.

7.2.Principiul lucrării

Oțelurile sunt aliaje deformabile fier-carbon care conțin între 0,0218 și 2,11%C.

Din punct de vedere ingineresc studiul sistemului fier – carbon prezintă o importanță

deosebită, deoarece acesta cuprinde aliajele cu cea mai largă utilizare practică: oțelurile și

fontele.

Componentul de bază al aliajelor sistemului fier – carbon este fierul. Fierul este un

metal de culoare alb – argintiu (fig. 7.1), cu temperatura de solidificare – topire ts = 1538 C, și

următoarele caracteristici fizico – mecanice (la temperatura ambiantă):

- densitatea = 7850 kg/m3;

- modulul de elasticitate E = 2,05105 N/mm2;

- limita de curgere Re = 100...140 N/mm2;

- rezistența la tracțiune Rm = 200...520 N/mm2;

- alungirea procentuală după rupere A = 40...50 %;

- coeficientul de gâtuire Z = 70...90%;

- duritatea 45...55 HBS;

- energia de rupere KV = 170...200 J.

Fierul are două forme alotropice sau modificări proprii: Fe, cu structură cristalină

CVC, stabil sub temperatura tc1 = 910 C și în intervalul de temperaturi (tc2 = 1392; ts = 1538

C) și Fe, cu structură cristalină CFC, stabil în intervalul de temperaturi (tc1 = 910 C; tc2 =

1392 C); Fe stabil în intervalul de temperaturi (tc2 = 1392; ts = 1538 C). Fierul prezintă

proprietăți magnetice sub temperatura tcFe = 770 C (numită punctul Curie al fierului), peste

această temperatură fiind nemagnetic (paramagnetic).

Transformările structurale produse au loc la temperaturi fixe indicate pe curba de

încălzire sau răcire a fierului (fig. 7.2) și sunt simbolizate printr-un sistem de notații A2...A5,

cu următoarele semnificații:

- A2 (770 C) – temperatura punctului Curie de transformare magnetică;

- A3 (910 C) – temperatura de transformare alotropică Fe (CVC) - Fe (CFC);

Fig. 7.1.Fier puritate 99,7%.

- A4 (1392 C) – temperatura de transformare alotropică Fe (CVC) - Fe (CFC);

- A5 (1538 C) – temperatura de topire a metalului.

Carbonul este componentul de aliere al aliajelor fier – carbon, care împreună cu fierul

formează compusul definit Fe3C (carbura de fier), denumit în tehnică cementită, fiind

caracterizat printr-o concentrație masică de 6,67 %C.

Carbonul liber sub formă de grafit nu apare decât în aliajele industriale ale fierului

relativ bogate în carbon (fontele).

Grafitul (fig. 7.3) este un nemetal, are culoare cenușiu până la negru, este opac, mat.

Grafitul poate fi în echilibru termodinamic stabil cu soluțiile solide ale carbonului în fier. În

figura 7.4 este prezentată rețeaua cristalină hexagonală simplă cu straturi de împachetare

atomică, în care atomii sunt legați prin câte trei legături covalente, ceea ce asigură grafitului

caracterul refractar.

Temperatura de topire a grafitului nu se cunoaște, însă este foarte ridicată, întrucât se

produce sublimarea la peste 4200 °C, fiind insolubil în acizi, devine magnetic bipolar numai

după o tratare pirolitică (încălzire), are un caracter anizotropic accentuat şi este un bun

conductor electric.

Fig. 7.2. Curba de răcire a fierului.

Straturile atomice compacte ale rețelei hexagonale sunt legate prin forțe slabe Van der

Waals așa încât alunecarea între straturi este ușoară, ceea ce dă grafitului proprietăți

lubrifiante și caracteristici foarte scăzute de rezistență mecanică după cum se vede în figura

7.5 că grafitul este amplasat la limita inferioară a scării durităților materialelor).

Fig. 7.3. Grafit. Fig. 7.4. Structura cristalină a grafitului

Fig. 7.5. Amplasarea durității diverselor materiale și compararea scărilor de duritate.

În figura 7.6 este prezentată diagrama de echilibru fier – carbon, structurile

metalografice, precum și cele cristaline (fig. 7.7), iar notațiile din diagramă fiind făcute în

conformitate cu prescripțiile din SR EN 10052:1996. Abscisele (concentrațiile masice de

carbon) și ordonatele (temperaturile) punctelor caracteristice ale diagramei sunt precizate în

tabelul 7.1.

Fig. 7.6. Diagrama de faze a sistemului Fe – C.

Fig. 7.7. Structurile cristaline ale austenitei, feritei și cementitei.

Tabelul 7.1. Coordonatele punctelor din diagrama fier – carbon.

Punctul A B C D E F G H J K N P Q SAbscisa, %Cm

0 0,54 4,30 6,67 2,11 6,67 0 0,10 0,16 6,67 0 0,02 0,002 0,77

Ordonata, C

1538 1495 1148 1250 1148 1148 910 1495 1495 727 1392 727 ta 727

Punctul A C D E F K P SAbscisa, %Cm

0 4,26 100 2,08 100 100 0,02 0,68

Ordonata, C

1538 1154 3540 1154 1154 738 738 738

Analizând diagrama fier-carbon observăm că fazele solide stabile la diferite temperaturi

în oţeluri sunt prezentate în tabelul 7.2.

Tabelul 7.2. Fazele solide stabile la temperaturi în oţeluri.

Faza Notaţii Definiţie Reţea cristalină

% Cmax dizolvat la temp.

Proprietăţi magnetice

Ferită F, Fα, α, Feα-C

Soluţie solidă intersiţială de carbon în modificația Fe stabilă la temperaturi joase

C.V.C. - 0,006% la temp. camerei- 0,0218% la 727 0C

<727 0C feromagnetică770-912 0C paramagnetică

Austenită A, γ, Feγ-C

Soluţie solidă interstiţială de carbon în fier

C.F.C. 2,11 la 11480C Paramagnetică

Ferită δ Fδ, δ, Feδ-C

Soluţie solidă interstiţială de carbon în modificația Fe Fe stabilă la temperaturi ridicate

C.V.C. 0,09 la 1145 0C Paramagnetică

Cementită Fe3C, Ce, Cem

Compus interstițial de tip geometric

ortorombic 6,67 <210 0C feromagnetică> 2100C paramagnetică

Datele numerice (temperaturi și concentrații) ale puntelor din diagrama de echilibru

fazic fier – carbon variază la diferiți autori, fiind influențate de puritatea aliajelor și de

metodele de determinare.

După conţinutul de carbon oţelurile se clasifică în:

- Oţeluri hipoeutectoide, care conţin sub 0,77 %C şi au structură alcătuită din

ferită și perlită;

- Oţeluri eutectoide, care conţin ~0,77 %C şi au structură alcătuită din perlită –

amestec mecanic eutectoid de ferită şi cementită;

- Oţeluri hipereutectoide, care conţin între 0,77 %C şi 2,11 %C şi au în structură

perlită şi cementită secundară.

Constituenţii structurali au proprietăţi specifice (tabelul 7.3) pe care le transmit

oţelurilor funcţie de cantitatea în care se găsesc acestea.

Tabelul 7.3. Proprietăţile specifice constituienţilor structurali.

Constituentul structural

Duritatea Rezistenţa la rupere la tracţiune Rm, (N/mm2)

Alungirea specifică după rupere A,(%)

Proprietăţi transmise oţelului

Ferita (F) 80 HBS 280 50 Magnetism, plasticitate, tenacitate

Cementita (Fe3C) 800 HV - - Duritate, fragilitatePerlita P

(F + Fe3C)200 HBS 800 10 Rezistenţă,

elasticitate, duritate

La microscop ferita apare sub formă de grăunți, aproximativ echiaxiali, de culoare

deschisă alb-gălbuie (fig. 7.8 a), de nuanțe diferite. În figura 7.8 este prezentată schema

influenței carbonului asupra aspectului structurilor aliajelor Fe-Fe3C.

Proporţia constituenţilor structurali variază cu concentraţia în carbon conform diagramei

de echilibru. În consecinţă, caracteristicile mecanice şi fizice ale oţelurilor carbon variază în

funcţie de conţinutul de carbon (fig. 7.9. a și 7.9. b).

Fig. 7.8. Influența conținutului de carbon asupra aspectului la microscop al structurilor aliajelor Fe – Fe3C.

Se observă că la creșterea conținutului de carbon, indicii de rezistență (HB, Rm) se

măresc și scad cei de plasticitate (A, Z) și tenacitate (KCU), se măresc rezistivitatea electrică

, câmpul coercitiv Hc și se reduc permeabilitatea magnetică µ și inducția magnetică

remanentă Br. Astfel că oțelurile care conțin sub 0,1 %C sunt extramoi, între 0,1 – 0,25 %C

moi, 0,25 – 0,4 %C semimoi, 0,4 – 0,6 %C dure, 0,6 – 0,8 % foarte dure, iar peste 0,8% C

extradure.

Aspectul constituenţilor structurali la microscop

Punerea în evidenţă a microstructurii oţelurilor carbon se face prin atac metalografic cu

reactivul nital (2-5% acid azotic în alcool etilic) a probelor lustruite, timp de 10-15 secunde

pentru oţeluri având până la 0,3%C şi 1-2 secunde pentru oţeluri perlitice.

În urma atacului cu nital, ferita şi cementita apar la microscop de culoare deschisă: ferita

gălbuie, cementita alb strălucitor. Cu cât oţelul are un conţinut mai mic în carbon, grăunţii de

ferită apar de culoare gălbuie mai deschisă. La un atac mai intens, diferenţa de nuanţă se

datorează anizotropiei grăunţilor cristalini cu reţea cristalină orientată diferit.

La un atac cu soluţie alcalină de picrat de sodiu cementita apare de culoare închisă, iar

ferita de culoare deschisă.

Perlita are aspect lamelar fiind un amestec mecanic de cementită (12%) în masă feritică

(88%). Distanţa între lamelele perlitice, văzută la microscop, depinde de unghiul sub care

acestea sunt secţionate de planul metalografic. Distanţa reală este vizibilă numai când

întâmplător planul de secţionare este perpendicular pe planul lamelelor. Aspectul lamelar al

perlitei se poate observa la mărimi mari (> 500x). La atacul cu nital ferita este puternic

dizolvată, iar cementita mai puţin atacată, rămâne în relief (fig. 7.10).

La iluminarea perpendiculară (câmp luminos) planul înclinat al lamelei de cementită

reflectă razele în afara obiectivului creând zone alternative întunecate şi luminoase. La

iluminarea oblică (câmp întunecat) se formează umbre în spatele plăcilor de cementită, cu cât

perlita este mai atacată, cu atât efectul de umbră este mai intens. La măriri mici, datorită

puterii separatoare reduse, lamelele perlitei nu se disting şi perlita are aspect întunecat.

Structuri de echilibru

În figurile 7.11 – 7.16 sunt prezentate microstructurile constituenților din diagrama de

echilibru fier – carbon.

Fig. 7.11. Microstructura feritei (). Fig. 7.12. Microstructura feritei .

Fig. 7.13. Microstructura austenitei (). Fig. 7.14. Microstructura feritei () și perlitei.

În funcţie de raportul cantitativ al constituenţilor structurali oţelurile hipoeutectice

prezintă următoarele tipuri de microstructuri:

- oţelurile hipoeutectoide cu < 0,1% C au structura alcătuită din grăunţi poliedrici de

ferită, o cantitate mică de perlită degenerată în separări radiale de cementită la limita unor

grăunţi feritici şi precipitate de cementită terţiară. În figura 7.17 este prezentată o coroană de

perlită într-un oțel hipoeutectoid, iar în figura 7.18 este prezentată microstructura perlitei. În

figura 7.19 se prezintă microstructura unui oțel electrotehnic cu structura formată din grăunți

poliedrici de ferită. În figura 7.20 se prezintă oțelul de ambutisare A3 cu structura alcătuită din

ferită și cementită grosieră în șiruri și la limita de grăunte.

- oţelurile hipoeutectoide având între 0,1 şi 0,4% C au în structură grăunţi poliedrici

de ferită şi perlită. Cementita terţiară nu se mai observă, ea precipitând pe cementita

eutectoidă preexistentă (fig. 7. 6 – fig. 7.22).

- oţelurile hipoeutectoide cu 0,4 până la 0,7% C au structura formată, de asemenea

din ferită liberă şi perlită. Se observă că la creşterea concentraţiei în carbon se măreşte

cantitatea de perlită şi scade mărimea grăunţilor feritici. Ferita fiind în cantitate mai mică

precipită preferenţial la marginile foştilor grăunţi de austenită şi are aspect de reţea de

grosime neuniformă (fig. 7.23 – fig. 7.24).

Fig. 7.17. Coloane de perlită într-un Fig. 7.18. Microstructura perlitei. oțel hipoeutectoid.

Fig. 7.21. Oțel C10E (OLC10) Fig. 7.22. Oțel C15E (OLC15)Atac Nital 2%; 100x Atac Nital 2%; 100x

a bFig. 7.25. Oțel C80U. Nital 2% (700x). a) câmp luminos; b) câmp întunecat.

Oţelurile eutectoide cu 0,7 – 0,8%C au în structură numai perlită. Orientarea arbitrară

a pachetului de lamele ferită – cementită face ca distanţa interlamelară să difere de grăunţii

vecini (fig. 7.25).

La oţelurile hipereutectoide, structura este formată din perlită şi cementită secundară

dispusă în reţea, de grosime neuniformă. La limitele foştilor grăunţi de austenită (fig. 7.26a).

La atac metalografic cu soluţie alcalină de picrat de sodiu reţeaua de cementită secundară şi

lamelele mai grosiere de cementită eutectoidă se colorează în negru pe fond deschis (fig.

7.26b).

Fig. 7.23. Oțel 1C45 (OLC45) Fig. 7.24. Oțel 1C60 (OLC60) Atac Nital 2%; 100x Atac Nital 2%; 100x

a bFig. 7.26. Oțel C120U; (120x). a) atac nital 2%; b) atac picral.

În tabelul 7.4 sunt prezentate câteva structuri des întâlnite ce pot fi utilizate la

identificare.

Tabelul 7.4. Extras din atlasul metalografic.

Micrografie Date tehnice ObservaţiiStructurile de oţeluri la echilibru

Fier ARMCO laminat şi recoptAtac: nital 2%Faze: metal purConstituienţi: metal pur

Structură alcătuită din cristale echiaxe, nuanţate diferit.Limite de grăunte conturate.

Oţel hipoeutectoid laminat şi recopt.Atac: nital 2%;Faze: ferită şi cementită;Constituienţi: ferită şi perlită

Ferită de culoare albă;Perlită de culoare cenuşie neagră;Structură în şiruru.

Oţel eutectoid laminat şi recoptAtac: nital 2%Faze: ferită şi cementită;Constituienţi: perlită lamelară

Lamele alternante de ferită şi cementită.

Oţel hipereutectoid laminat şi recoptAtac: nital 2%Faze: ferită şi cementităConstituienţi: perlită şi cementită secundară

Grăunţii de perlită sunt mărginiţi de limitele de cementită secundară de culoare albă.

7.3 Aparatura folosită

Microscopul metalografic, mărire 200x; 500x;100x.

Metoda de analiză: studiu în câmp luminos cu analiza calitativă şi cantitativă a

constituienţilor structurali. Analiza în câmp întunecat a structurii perlitice.

7.4 Mod de lucru

Se vor examina la microscop în câmp luminos probele metalografice din oţel de mărire

200x, iar o probă din oţel C80U (OSC9) la mărire 500x în câmp luminos şi în câmp întunecat.

7.5 Lucrarea practică

Rezultatele obţinute în urma analizării probelor la microscop, vor fi prezentate în tabelul

următor:

Nr. probă

Marca

%C Structura Constituienţi Faze %P HB calculatObs. Calc.

STRUCTURA FONTEI DE TURNĂTORIE

8.1.Scopul lucrării

Lucrarea are ca scop evidenţierea aspectelor microstructurale ale fontelorşi corelarea lor

cu proprietăţile mecanice.

8.2.Principiul lucrării

Fontele sunt aliaje ale fierului cu carbonul care conţin de la 2,11 până la 6,67% C şi

elemente însoţitoare permanente (Si, Mn, S, P) în limite reduse.

În aliajele sale cu fierul, carbonul se poate găsi dizolvat în soluţie solidă (ferită,

austenită), legat chimic în cementită (Fe3C) sau în stare liberă sub formă de grafit.

Din acest punct de vedere fontele se clasifică în:

fonte albe, la care întreaga cantitate de carbon (C t) este legată chimic în

cementită, (CFe3C ):C t =CFe

3C ;

fonte cenuşii, la care total sau parţial carbonul este liber sau sub formă de grafit

(CG), iar restul sub formă de cementită:

C t=CFe3C+CG .

Fontele albe cristalizează după diagrama de echilibru metastabil Fe – Fe3C. Se obţin în

condiţiile unor viteze mari de răcire, temperaturi mai scăzute de turnare, la un conţinut redus

de elemente grafitizante (C, Si, Al, Ni etc.) şi un conţinut mai ridicat de elemente

antigrafitizante (Mn, Cr, etc.).

Prezenţa cementitei în structură determină aspectul argintiu al suprafeţei de rupere,

respectiv denumirea fontei.

După compoziţia chimică, fontele albe se împart în:

fonte albe hipoeutectice, care conţin între 2,11 şi 4,3% C şi au în structură perlită,

cementită secundară şi ledeburită;

fonte albe eutectice, care conţin ~4,3%C şi au structura formată din ledeburită;

fonte albe hipereutectice, care conţin între 4,3 şi 6,67% C şi au structura formată din

cementită primară şi ledeburită.

Ledeburita este un amestec mecanic eutectic de 40% perlită, 60% cementită, dur (700

HB), fragil şi cu bune proprietăţi de turnare.

Datorită prezenţei cementitei şi ledeburitei, fontele albe sunt dure, fragile, greu

prelucrabile prin aşchiere, cu rezistenţă mecanică scăzută. Aceste proprietăţi se accentuează la

creşterea concentraţiei în carbon. De aceea, practic se utilizează numai fontele albe

hipoeutectice drept crustă dură a unor piese cu miez tenace (cilindri de laminor, bile de mori,

etc.).

Fontele cenuşii cristalizează după sistemul Fe – grafit obţinut prin deplasarea liniilor de

separare a cementitei, ale sistemului metastabil Fe – Fe3C, la temperaturi mai ridicate şi la

concentraţii mai reduse de carbon (fig. 8.1). Cristalizarea după acest sistem este favorizată de

viteze lente de răcire, prezenţa în cantitate mărită a elementelor grafitizante, reducerea

cantităţii de elemente antigrafitizante, temperatură ridicată de turnare.

Prezenţa grafitului în structură determină aspectul cenuşiu al suprafeţei de rupere şi

denumirea fontei.

În fontele cenuşii obişnuite grafitul are aspect lamelar cu vârfuri ascuţite.

După compoziţia chimică fontele cenuşii se împart în:

fonte cenuşii hipoeutectice la care carbonul echivalent este sub 4,26%. Carbonul

echivalent (CE) ţine cont de acţiunea grafitizantă a unor elemente însoţitoare permanente şi se

calculează cu relaţia: CE = C + 0,3(Si+P);

fonte cenuşii eutectice la care CE~4,26%;

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

Deoarece grafitul este un constituent cu rezistenţă mecanică mică, care clivează uşor,

fontele cenuşii utilizate în construcţia de maşini sunt hipoeutectice şi conţin între 2,4 şi

3,8%C.

După natura masei metalice, determinată de condiţiile de cristalizare, fontele cenuşii se

clasifică în:

fonte cenuşii perlito-cementitice (fonte pestriţe) care se obţin în condiţiile unei răciri

rapide, de la temperaturi superioare temperaturii eutectoide, de la care cristalizarea decurge

după sistemul Fe-Fe3C. Structura finală conţine: P + Fe3CII + G (CFe3C>0 ,77 %

), sunt foarte

dure şi fragile, neutralizabile practic.

fonte cenuşii perlitice, care se obţin în urma unei răciri rapide la nivelul transformării

eutectoide, astfel încât aceasta decurge după sistemul Fe-Fe3C. Structura este alcătuită din

P+G (%77,0

3CFeC

). Sunt foarte dure şi rezistente.

fonte cenuşii ferito-perlitice, obţinute la răcire moderată la nivelul transformării

eutectoide, astfel încât aceasta decurge după ambele sisteme de echilibru. Structura finală

conţine F+G (0

3CFeC

) conferă rezistenţă şi duritate reduse, capacitate de amortizare a

vibraţiilor.

fonte cenuşii fosforoase. Sunt fonte cenuşii perlitice cu o concentraţie mărită de

fosfor (0,25-1,5%), ceea ce asigură formarea formarea eutecticului ternar fosforos

(STREADITA) EF (Fe3C + Fe3P + P) dur (650HB), fragil şi cu temperatură scăzută de topire

(950 0C). Structura formată din P+G+EF determină rezistenţă la uzură şi fluiditate ridicate

(segmenţi de piston, saboţi de frână).

Proprietăţile fontelor sunt determinate atât de natura masei metalice, cât şi de cantitatea,

forma şi dimensiunile separărilor de grafit. Proprietăţile de rezistenţă şi plasticitate cresc cu

reducerea cantităţii şi dimensiunilor separării de grafit şi compactizarea acestora.

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

Fig

. 8.1

. Dia

gram

a d

e ec

hil

ibru

fie

r –

carb

on.

În figurile 8.2 și 8.3 sunt prezentate microstructurile amestecului de perlită cu

cementită secundată și ledeburită, precum și al amestecului de cementită primară cu ledeburită

(fig. 8.4).

Fig. 8.2. Microstructura amestecului Fig. 8.3. Microstructura ledeburitei. de perlită + cementită sec. + Led.

Fig

. 8.1

. Dia

gram

a d

e ec

hil

ibru

fie

r –

carb

on.

Fig. 8.4. Microstructura amesteculuide ledeburită cu cemenetită primară.

Fonte modificate

Modificarea este procesul de schimbare a condiţiilor de germinare a grafitului prin

introducerea în fonta topită, virtual cenuşie, a unor elemente modificatoare în scopul finisării

şi compactizării formei grafitului. După forma grafitului există: fontă cenuşie cu grafit

lamelar cu vârfuri rotunjite; fontă cenuşie modificată cu grafit vermicular; fonta cu grafit

nodular. După condiţiile de cristalizare şi natura masei metalice, fonta cu grafit nodular poate

fi: perlitică, perlito-feritică şi feritică.

Fonte maleabile

Fonta maleabilă se obţine prin aplicarea unei recoaceri de maleabilitate unei fonte albe

hipoeutectice, pentru descompunerea cementitei şi obţinerea grafitului în cuiburi.

După natura masei metalice fontele maleabile sunt: cu inimă albă, cu inimă neagră şi

perlitică.

Structura fontelor se pune în evidenţă prin atac cu nital 2%, 1-2 secunde pentru fonte

cenuşii perlitice.

Fontele albe au constituentul structural caracteristic ledeburita, amestec mecanic de

perlită – grănți întunecați – pe fond luminos de cementită, cu aspect punctiform sau dendritic.

Fonta albă eutectică (fig. 8.5) are structura alcătuită numai din grăunți de ledeburită cu

orientare diferită a dendritelor de perlită.

În structura fontei albe hipoeutectice (fig. 8.6) perlita lamelară se prezintă sub formă

de grăunţi întunecaţi pe fond zebrat de ledeburită. Cementita secundară reprezintă zonele

luminoase din jurul grăunţilor perlitici, racordate la cementita ledeburitei.

La fonta albă hipereutectică (fig. 8.7) în structuri apare caracteristic cementita primară

cu aspect acicular pe fond de ledeburită. Acele luminoase de Fe3CI formează unghiuri de 60 –

120° şi sunt limitate de alte ace vecine. Acele grosiere de Fe3CI măresc fragilitatea fontei.

Fontele cenuşii prezintă constituentul structural caracteristic grafitului lamelar de

culoare cenuşie, vizibil pe probe lustruite. După atacul cu nital se evidenţiază şi natura masei

metalice.

Structura unei fonte cenuşii perlito-cementitice (pestriţe) conţine grafit lamelar şi

grăunţi izolaţi de cementită secundară, luminoşi pe fond întunecat perlitic (fig. 8.8).

Fonta cenuşie fosforoasă are în structură pe lângă perlită, ferită şi grafit lamelar,

eutecticul fosforos dispus la limita grăunţilor perlitici, cu aspect scheletiform.

În figura 8.9 se prezintă structura unei fonte cenușii perlitice, iar în figura 8.10

structura fontei cenușii feritice.

La fonta cenuşie ferito-perlitică (fig. 8.11) ferita se găseşte întotdeauna în vecinătatea

separării de grafit, ceea ce confirmă ipoteza descompunerii cementitei în ferită şi grafit.

În figura 8.12 se prezintă o secțiune prin mantaua unui cilindru de laminor, având

crustă dură din fontă albă (perlită și cementită) și miez cu structură de fontă cenușie perlitică

rezistentă și tenace. Tranziția între aceste structuri se realizează printr-un strat cu structură de

fontă pestriță.

Fig. 8.9. Fontă cenușie perlitică. Fig. 8.10. Fonta cenușie feritică.Atac natal 2%; 100x Atac natal 2%; 100x

Fontele cu grafit nodular sunt exemplificate în figura 8.14 – fontă ferito-perlitică și

figura 8.15 – perlitică, precum și în figura 8.16.

a) suprafața b) zona de tranziție c) miezFig. 8.13. Secțiune în mantaua unui cilindru de laminor. Atac nital 2%; 500x

Fig. 8.14 Fontă cu grafit nodular ferito- Fig. 8.15. Fontă cu grafit nodularPerlitică. Atac nital 2%; 100x. perlitică. Atac nital 2%; 100x

Fontele maleabile se caracterizează prin prezenţa grafitului cu tendinţe de

compactizare – grafitul de recoacere, în cuiburi. În figura 8.17 se prezintă fonta maleabilă cu

miez negru, iar în figura 8.18 cea perlitică.

Fig. 8.17. Fontă maleabilă cu inimă neagră. Fig. 8.18. Fontă maleabilă perliticăAtac nital 2%; 100x Atac nital 2%; 100x

În tabelul 8.1 sunt prezentate câteva structuri des întâlnite ce pot fi utilizate la

identificare.

Tabelul 8.1. Extras din atlasul metalografic.

Micrografie Date tehnice ObservaţiiStructuri de fonte

Fontă ferito-Perlitică cu grafit lamelarAtac: nital 2%Faze: Ferită + Cementită + Grafit(G)Constituienţi: Ferită + Perlită + Grafit + eutectic fosforos (ES)

Fontă cenuşie cu 40%Ferită; C=3,7%; Si=1,72%; Mn=0,46%; S=0,06%; P=0,50%.Utilizări: piese cu rezistenţă mecanică bună, fără plasticitate, cutii, carcase, vane etc.

Fontă Ferito-Perlitică cu grafit sferoidal FGN 500-7, (STAS 6071-75)Atac: nital 2%Faze: Ferită + Cementită + GrafitConstituienţi: Ferită + Perlită + Grafit (nodurizat)

Modificată înainte de turnare cu prealiaj SiCaMgAlTi şi Cesiu;Utilizări: piese cu rezistenţă mecanică şi caracteristici medii.

Fontă Ferito-Perlitică cu grafit sferoidal FGN 500-7, (STAS 569-79)Atac: nital 2%Faze: Ferită(F) + Grafit (G) + CementităConstituienţi: Ferită + Perlită (P) + Grafit

C=2,65%; Si=1,10%; Mn=0,60%; S=0,02%; P=0,07%.Tratamentul de maleabilizare.Grafic.

Fontă albă hipereutectoidă (~ 5%C)Atac: nital 2%Faze: Ferită + Cementită primarăConstituienţi: Ledeburită + Cementită secundară

Ace grosolane de cementită primară pe un fond de ledeburită.

Fontă albă eutectică (~ 4,3% C)Atac: nital 2%Faze: Ferită + CementităConstituienţi: Ledeburită

Structură tipică aspect „zebrat” (~4,3%C)

Fontă albă eutectică (~ 4,3% C)Atac: nital 2%Faze: Ferită + CementităConstituienţi: Ledeburită

Structură tipică aspect „zebrat” (~4,3%C)

8.3 Aparatura folosită

Microscopul metalografic, mărire 300x.

Metoda de analiză: studiu în câmp luminos.

8.4 Mod de lucru

Se vor analiza structurile probelor metalografice din diferite tipuri de fontă.

Se vor schiţa structurile şi funcţie de natura constituenţilor structurali se vor indica

proprietăţile mecanice ale fontelor.

Fig.8.19. Microstructurile fontelor modificate

Fig. 8.20. Microstructurile fontelor cu grafit lamelar: a) fontă cenușie feritică (80x); b) fontă cenușie ferito-perlitică (60x); c) fontă cenușie perlitică (600x).

8.5 Lucrarea practică

Rezultatele obţinute în urma analizării probelor la microscop, vor fi prezentate în tabelul

următor.

Nr.

probă

Denumire

a fontei

Ct ,

(%)

CFe3C

(%)

CG

(%)

Structura Constituenţi

structurali

Proprietăţi

mecanice

Fig. 8.21. Microstructurile fontelor maleabile; a) fontă maleabilă cu inimă neagră (fontă maleabilă cu masă metalică feritică); 120x; b) fontă maleabilă cu inimă albă (fontă maleabilă cu masă

metalică ferito-perlitică); 150x; c) fontă maleabilă perlitică; 150x.