Fontele sunt aliaje Fe-C care conțin și Si, Mn, P, S, precum si elemente de aliere. Pe diagrama Fe-C sontele sunt situate în domeniul conținuturilor de carbon mai mari de 2,11%.

Constituenții principali ai aliajelor Fe-C

Constituentul Definiție Stabil in domeniul

Densitatea g/cm3

Coeficientul de dilatare liniara, x106

Căldura specifică cal/g ْC

Duritate

Grafitul Carbon separat din faza lichidă sau solidă

_2,25 7,8 0,2 5-10 HB

Austenita Soluție solidă de carbon în Feγ; carbon pâna la 2,14%

Peste Ac3, Acm

si Ac1

8,05 _ _ 140-220 HB

Ferita Soluție solidă de carbon în Feα; carbon până la 0,02%

Sub Ac3

7,87 11,4 0,115 100-160 HB

Cementita Carbură de fier Fe3C; 6,67% carbon

_7,66 6-6,5 0,150

800-1100 HB

Perlita Amestec eutectoid de cementită si ferită

Sub 727ْC 7,80 11,1 -

160-220 HB

Ledeburita Amestec eutectic de austenită și cementită; 4,3% carbon

Sub 1147ْC _ _ _

380-550 HB

Martensita Soluție solidă suprasaturată d carbon in Feα

Sub MS_ _ _

380-600 HB

Bainita Amestec foarte dispersat de ferită și cementită

Între MS și 550ْC

_ _ _300-380 HB

Sorbita Amestec dispers de ferită și cementită

Sub Ac1

_ _ _220-300 HB

1. Clasificarea fontelor se poate face după următoarele criterii:

1.1 După forma grafitului observată la microscop în probele metalografice fontele pot fi clasificate in urmatoarele patru grupe:

a. Fonte cu grafit lamelar, la care grafitul, obținut la cristalizarea eutectică și primară, se prezintă sub formă de separări cu lungimea (l) mult mai mare decât grosimea lor (d), deci forme alungite, de filamente

b. Fonte cu grafit compact, la care grafitul se prezintă la analiza metalografică sub forma de separări mai scurte și cu grosimea mai mare, frecvent curbate, din care motiv grafitul este denumit si vermicularf

c. Fonte cu grafit în cuiburi, caracterizate prin prezența grafitului sub formă de separări ramificate, care pornesc in acelasi centru

d. Fonte cu grafit nodular, caracterizate prin prezența separărilor de grafit sferoidale

1.2 După sistemul de cristalizare ( metastabil sau stabil ) și aspectul rupturii ( macrostructurii):

a. Fonte cenușii (Fc) care pot fi: cu grafit lamelar, cu grafit vermicular, cu grafit nodular, cu grafit în cuiburi sau maleabile (Fm); corespunzător, tipurile de grafit se notează Gl, Gv, Gn, Gc,

b. Fonte albe (Fa)

c.Fonte pestrițe (Fp)

e. Fonte albite ( crustă albă și miez cenușiu)1.3 După structura masei metalice de bază: feritice, ferito-pelitice, perlitice,

austenitice, bainitic, martnsitic, aciculare (structură cuprinzînd bainită supeicară, bainită inferioară si martensită)

1.4 Dupa gradul de aliere: nealiate, slab aliate, mediu aliate, înalt aliate.1.5 Dupa uilizare: fonte pentru construcția de de mașini (nealiate și slab aliate: Fgl, Fgn, Fgv, Fm, fonte cu Al slab aliate), fonte speciale (mediu și înalt aliate cu: Mn-Cr, Cr, V, Mn, Si, Al, Ni, Ni-Mo).

Fontă cu grafit lamelar

Fontele cu grafit lamelar sunt fonte pentru construcția de mașini.

Structura fontelor cu grafit lamelar, ca și la alte aliaje este factorul principal care determina caracteristicile mecanice. Trebuie avut în vedere în primul rînd tendința de grafitizare, de care depinde nu numai cantitatea și forma grafitului, ci și structura masei

metalice.

Proprietăți fizice

În această categorie intră densitatea, proprietățile termice și proprietățile electromagnetice. Proprietățile fizice ale Fgl se dau în tabelul 2.

Marca

fontei

Densitatea

ρ20

g/cm3

Ceficientul

de dilatare

10−6 ¿0C

Conductibilitate

Termica λ20100

Căldura

masică

C20100

Cal/gxْC

Rezistivitatea

electrica ρ

µΩcm

Permeabilita-

tea

magnetica

µmax.

Gs/Oe

Inducția

remanentă

Bγ

Gs

Cîmpul corectivHe,

OeCal/cm×sxْC W/mxْC

Fc 100 6,8-7,0 10-11 0,11-0,13 46-54 0,11-0,13 - 4000-5000 4000-

5000 5-10

Fc 150 6,9-7,2 10-11 0,11-0,13 46-54 0,11-0,13 80 4000-5000 4000-

5000 5-10

Fc 200 7,0-7,2 10-11 0,10-0,12 42-50 0,11-0,13 77 4000-5000 4000-

5000 5-10

Fc 250 7,1-7,3 10-11 0,10-0,12 42-50 0,11-0,13 73 4000-5000 4000-

5000 5-10

Fc 300 7,2-7,4 10-11,5 0,10-0,12 38-50 0,11-0,13 70 5000-6000 5000-

6000 7-11

Fc 350 7,2-7,4 10-11,5 0,09-0,12 38-50 0,11-0,13 67 5000-6000 5000-

6000 10-13

Fc 400 7,3-7,5 10-11,5 0,09-0,11 38-46 0,11-0,13 64 5500-7000 5500-

7000 10-13

Proprietățile chimice.

În această categorie intra rezistența la coroziune și refractaritatea ( rezistența la oxidare, rezistența la creștere, rezistența la creștere, rezistența la șoc termic).

Rezistența la coroziune a Fgl crește cu finisarea grafitului și micșorarea proporției de grafit (la aceeași structură a masei metalice) și cu micșorarea conținutului de Si, S, P; se ecomandă modificarea și așierea cu Cu (pînă la 1,4%), Ni (pînă la 3%), Cr (pînă la 1%).

Rezistența la oxidare și creștere a Fgl se imunătațește prin micșorarea conținutului de C și Si, modificare și aliere slabă cu Ni, Cr și altele. În atmosfera Fgl este rezistentă numai pînă la la 450-500ْC, iar în atmosfera cuptoarelor numai pînă la 350ْC. L a temperaturi mai înalte se recomandă fontele speciale.

Din punctul de vedere al rezistenței la șoc termic Fgl sunt inferioare mult Fgn si Fm.

Proprietăți de exploatare (rezistența la uzare și etanșeitatea). Din punctul de vedere al ujzării se disting; uzarea la frecare cu ungere, la frecare uscată, abraziva și in condiții de eroziune-cavitație. În funcție e condițiile de frecare se utilizează diferite tipuri de fonte.

Astfel, pentru frecare cu ungere se folosesc fontele antifricțiune (STAS 6707-79), caracterizate prin coeficienți de frecare de 0,001-0,1 ( în absența ungerii µ= 0,12-0,8)

Proprietăți turnare. Fluiditatea Fgl, f, crește cu carbonul echivalent de fluiditate (CEf= C+ Si/4+ P/2) și cu temperatura de turnare, tt. La turnarea in amestec fluiditatea determinată cu proba spirală, exprimată în cm, este:

F=83 CEf+0,425 tt- 826,5

Fonte cu grafit în cuiburi (maleabile)

Fontele maleabile sunt fonte pentru construcția de mașini.

Fonta maleabila (Fm) este un aliaj Fe-C care se solidifică în stare brută de turnare cu o structură lipsită de grafit, ceea ce înseamnă ca tot carbonu prezent în momentul solidificării este sub formă dizolvată sau combinată (cementită). Structura și caracteristicile mecanice finale ale Fm se obțin prin tratamentul termic.

În funcție de aspectul în ruptură și de structura masei metalice, Fm se clasifica în trei grupe:

Proprietatea Fonta maleabilăCu inimă albă,

FmaCu inimă neagră,Fmn

PerliticăFmp

Aspect în ruptură De la gri-argintiu în exterior pînă la negru în centrul secțiunilor mai groase

Negru sau negru cu margine exterioară albă

De la negru la gri specific, cu sau fără margine exterioară albă

Structura masei metalice

F+P+Gc F+Gc(+P puțină)

P (sau alți produși de transformare a austenitei)+ Gc

Fonte cu grafit nodular

Apariția fontelor nodulare în 1947–1948 reprezintă o nouă etapa în dezvoltarea teoriei și practicii turnării metalelor.

Fonta cu grafit nodular a fost elaborată pentru prima dată în cadrul cercetărilor efectuate de International Nickel Co (Inco). Ea are avantajul unor caracteristici mecanice superioare, datorită formei grafitului.

În vederea compactizării grafitului se folosește ca element modificator antigrafitizant Mg care măreste subrăcirea. El se introduce in fontă lichidă la 1450°C, sub forma de feroalaj ce conține adeseori siliciu (Fe–Mg–Si) și elemente desulfurante și nodulizante (Ce, pămanturi rare). Există mai multe teorii care explică nodulizarea grafitului. Cea mai frecvent utilizată consideră ca nodulizarea se produce prin modificarea tensiunii superficiale a germenilor de grafit, modificare care favorizează cresterea uniformă a acestora. Cele mai uzuale rocedee de obtinere a fntei cu grafit nodular ete prin modificare in oala ( procedeul sandwich) sau prin pocedeul “ in mold”.

2. Procedeul in mold

Compoziția chimică a fontelor pentru nodulizare este 3,1–3,7 %C, 2–2,7 %Si, 0,15 – 0,3 %Mn, P < 0,12 % si S < 0,02 %.

Efectul de modificare durează 5 – 15 min, timp în care trebuie efectuată turnarea fontei, la 1400–1450 °C.

Fontele nodulare se folosesc la fabricarea organelor de masini supuse la oboseala, la uzare si la socuri puternice, cum sunt: arbori motor, roti dintate, piese pentru motoare si masini agricole, corpuri si capace de prese hidraulice, corpuri pentru ciocane

Controlul microstructurii fontelor:

a)Aparat pentru debitarea probelor metalografice b) aparat de șlefuit probe

c) Microscop metalografic

Controlul compoziției chimice:

Una din cele mai sigure metode de determinare a compoziției chimice,este analiza probelor prin intermediul spectrometrelor.

a) Spoectrometru Fundry Master

Elaborarea fontei

Elaborarea fontei în cubilou

Cubiloul este un agregat de topire cu cuvă , cu funționare continua , ce utilizează drept combustibil cocsul de turnătorie .

Clasificarea cubiloului se face din mai multe puncte de vedere ( STAS 2839-67 ) :

a. După profilul interior al cuvei există : 1)cubilouri cilindrice

2)cubilouri tronconiceb. După caracterul chimic al căptușelii : 1)cubilouri cu căptușala acidă

2) cubilouri cu căptușala neutră 3) cubilouri cu captușală bazică

c. După combustibilul utilizat : 1) cubilouri cu combustibil solid

2)cubilouri cu combistibil mixt -solid + lichid - solid + gazos

3)cubilouri cu combustibil gazos sau lichid

d. După caracteristici constructive : 1)cubilouri fără antecreuzet 2)cubilouri cu antecreuzet - fix -basculant 3) cu găurile de aer dispuse - pe un rând - pe mai multe rânduri 4) cubilouri cu parascântei - uscat - umed 5) cubilouri cu aer - rece -cald 6)cubilouri - fără racirea mantalei - cu răcirea mantalei 7)cubilouri - fără îmbogațirea aerului în oxigen - cu îmbogațirea aerului în oxigen

1 - fundația2 - stâlpi de susținere3 – dispozitiv blocare suport vatră 4 – suport vatră5 – placă de bază6 – vatră7 – creuzet

8 – guri de aer 9 – cutie de aer 10 – conductă de aer 11 – cuvă12 – captușeala refractată 13 – spații de dilatare ( izolație )14 – manta metalică 15 – platformă de încărcare 16 – gură de încărcare 17 – coș18 – căptușeala refractată cos 19 – parascântei 20 – captușeala parascantei21 – acoperis hală22 – instalație răcire cu apă 23 – vagonet îndepartare reziduri24 – orificiu evacuare fonta și zgură 25 – antecreuzet fix 26 – vizor27 – orificiu și jgheab evacuare zgură28 – orificiu și jgheab evacuare fontă 29 – cărămizi metalice

Elaborarea fontei în cuptoare electrice cu încălzire prin inducție Încălzirea prin inducție se bazează pe pătrunderea energiei electromagnetice într-un conductor masiv ( încărcătura metalică solidă sau topită ) , situat în câmpul magnetic variabil în timp produs de o bobonă ( inductor ) , încalzire conductorului se produce prin efectul Joule-Lenz al curenților turbionari induși . Cuptoare cu inducție cu creuzet Capacitatea cuptoarelor , la frecvența rețelei variază în limitele 0,8...60 t , la un consum specific de energie de 520 ... 700 kWh / t . În cazul cuptoarelor cu frecvență medie , capacitatea este cuprinsă în limitele 0,1 ... 10 t . Părțile componente ale cuptorului cu inducție cu creuzet sunt urmatoarele :e. Creuzetulf. Inductorulg. Ecranul magnetich. Rețeaua scurtă compusă din cabluri flexibile și sursei de alimentareMecanismul de basculare

Cuptoarele cu inducție sunt prevăzute cu semnalizatoare de avarii , care au rolul de a evidenția pătrunderea fontei lichide prin captușeala spre inductor , acest lucru conducand la explozie , datorită contactului cu apa de răcire .

Elaborarea fontelor în cuptoare cu inducție cu canal

Cuptoarele cu inducție cu canal cunosc o largă utilizare în turnătoriile de fontă , asigurand obținerea unor materiale de înaltă calitate . Printre avantajele folosirii cuptoarelor cu canal se pot amintii :

Necesitatea unei puteri specifice instalate la valori scazute față de cuptoarele cu inducție cu creuzet sau cu arc

Pierderi foarte mici prin ardere Grad scazut de impurificare a fontei Stabilitate a compoziției chimice și a temperaturii

La aceste tipuri de cuptoare este necesară însa pătrunderea în permanență a fontei lichide în spira ( canal ) ceea ce provoacă o serie de dificultați atunci cand este necesară schimbarea frecventă a marcii fontei .

Din punct de vedere constructiv se utilizează urmatoarele variante :

1) Canal orizontal descoperit sau acoperit

2) Canal vertical sau înclinat cu canale dispuse pe coloanele unui transformator trifazat Cuptoarele cu inducție asigură premisele obținerii unor fonte de calitate înaltă : arderi minime și controlabile , omogenizare chimică și termică sub acțiunea agitării electromagnetice , funcționare periodică , reglare rapidă și controlabilă a compoziției chimice și a temperaturii , realizarea unui grad avansat de puritate .

Proprietați de turnare ale fontelor

Fluiditatea crește cu temperatura de turnare și temperatura de supraîncălzire , scade cu umiditatea formei crude de turnare și cu conductibilitatea materialului din care este executată forma de turnare și în sfîrșit variază cu compoziția chimică în funcție de natură și cantitatea elementului de adaos.

Contracția. După turnarea în piese, fonta este supusă unor procese de contracție și dilatare, pe măsură ce temperatura scade pînă la temperatura ambianta.

Contracția anterperlitică, dilatarea în timpul transformarii eutectoide și concentrația postperlitică exercită o influență hotărîtoarebasupra apariției tensiunilor interne și deci asupra formării crăpăturilor la rece și a deformării pieselor turnate.

Retasura. Ca urmare a contracției metalului în stare lichidă și în timpul solidificării apar retasuri, ale căror volum total depinde de compoziția metalului și de condițiile de răcire.

Retasurile exterioare apar la temperaturi joase de turnare, în timp ce la temperaturi înalte de turnare se frmează microretasuri. Aliajele aproape eutectice sărace în fosfor au o tendință foarte mică de formare a retasurilor. La creșterea conținutului de fosfor, crește tendința de formare a microstructurilor.

Tensiunile interne. Se formează din cauza frînării contracției în timpul procesului de răcire în stare solidă. Ele pot provoca deformarea sau crăparea pieselor turnate.

Segregația. În cazul pieselor mari și cu pereți groși apare fenomenul de segregație, adica imbogațirea locală ăn anumite elemente (mai ales carbon, fosfor si sulf), cea ce constituie o abatere de la compoziția chimică medie a piesei. Aceste separări se locaizează în părțile superioare sau mai groase ale piesdei, reducînd propietațile mecanice și provocînd uneori chiarpete pe suprafața pieselor.

Concluzie

Apariția fontelor nodulare în 1947–1948 reprezintă o nouă etapă în dezvoltarea teoriei și practicii turnării metalelor.

Prelucrabilitatea prin așchiere a fontelor cenușii este foarte bună datorită efectului lubrifiant al grafitului. Crețterea raportului ferită / perlită determină creșterea prelucrabilității prin așchiere.Totodată prezența grafitului are și o proprietate de absorbție a vibrațiilor. Din aceste motive se folosește pentru construcția batiurilor pentru mașini unelte,dar și pentru alte piese supuse la șocuri și vibrații.

Fontele nodulare se folosesc la fabricarea organelor de mașini supuse la oboseala, la uzare și la șocuri puternice, cum sunt: arbori motor, roți dințate, piese pentru motoare și mașini agricole, corpuri și capace de prese hidraulice, corpuri pentru ciocane de forjă etc.

Se utilizează din ce în ce mai des la construcția de arbori de motoare, chiulase, piese pentru laminoare, prese, pompe și piese pentru tractoare, mașini electrice. În STAS 6071- 82 sunt prezentate mărcile de fonte cu grafit nodular: Fgn 370-17, 400-12, 450-5, 500-7, 600-2, 700-2, 800-2 și principalele lor caracteristici mecanice.

Așadar fontele cu grafit nodular sunt utilizate în industrie pe scară foarte largă,având prorietați mecanice deosebite.

Bibliografie

1. Îndreptar pentru turnători; Ing. Claudiu Ștefănescu, Doru Mihai Ștefanescu, Editura tehnică , București- 1972

2. Tehnologii de executare a pieselor prin turnare; Ing. Claudiu Ștefănescu, Iulian Cazacu; Editura tehnică- București

3. Turnarea fontei; Prof dr. Ing Laurentine Sofroni; sef lucr. Dr. Ing. Iulian Ripoșsan; șef lucr. dr. ing. Voicu Brabie; Asist. Ing Mihai Chișamera; Editura didactică și pedagogică, București-1985

4. Fonta cu grafit nodular; Prof. Dr. Ing. Laurențiu Sofroni; Dr. Ing. Doru Mihai Ștefănescu; Inh. Conrad Vincenz; Editura tehnica București1978