ALIAJE FIER CARBON

ALIAJE FIER CARBON

SISTEMUL Fe-Fe3C SI SISTEMUL Fe-GRAFIT

În prezent aliajele cele mai utilizate in industria mondiala sunt aliajele fierului cu carbonul, adica

fontele si otelurile. Aceste aliaje sunt cuprinse in diagrama Fe-C, diagrama care arata starile in care se afla

acestea la diferite temperaturi, precum si punctele critice la care in aceste aliaje se vor produce

transformari.

1. DIAGRAMA DE ECHILIBRU Fe-C. ASPECTUL SI PARTICULARITATILE DIAGRAMEI Fe-C

Aspectul diagramei Fe-C prezentat in figura 1 este dupa STAS 2500/80.

Analizand diagrama Fe-C constatam ca ea prezinta o serie de particularitati si anume:

a) diagrama este aparent complicata;

b) diagrama este incompleta, in ea fiind reprezentate numai aliajele cu continut de carbon de pana

la 6,67 %;

c) diagrama prezinta doua feluri de linii: linii continue si linii intrerupte.

Studiind amanuntit particularitatile diagramei vom observa urmatoarele:

a) Într-adevar, diagrama este doar aparent complicata. Ea prezinta transformari in stare solida

care se datoreaza:

- transformarilor alotropice ale fierului

- variatiei cu temperatura a solubilitatii carbonului in solutiile solide α si γ.

b) Diagrama este incompleta, adica este construita doar pana la 6,67 % C si nu pana la 100 % C,

deoarece aliajele continand mai mult de 6,67 % C sunt greu de obtinut si sunt putin utilizate.

c) Existenta a doua feluri de linii in diagrama este determinata de viteza de racire la solidificare si

de prezenta in topitura a unor anumite elemente. Astfel, transformarile pot avea loc dupa liniile

continue (sistemul Fe-C nestabil) sau dupa liniile intrerupte (sistemul Fe-C stabil).

Figura 1. Diagrama de echilibru

Fe-C:

-- sistemul nestabil (Fe-Fe3C),

- - - - sistemul stabil (Fe-grafit).

Sistemul reprezentat prin linii continue, adica sistemul Fe-C nestabil sau metastabil, numit si sistemul

Fe-Fe3C, este valabil in cazul cand topitura este racita cu o viteza mai mare sau cand in lichid se gasesc in

cantitati ceva mai mari de elemente carburigene (Mn, Cr, V, Mo etc.), iar carbonul se afla in cantitati mai

reduse, separarea facandu-se sub forma de carbura de fier (Fe3C) numita si cementita.

Sistemul reprezentat prin linii intrerupte, adica sistemul Fe-C stabil, numit si sistemul Fe-grafit, este

valabil in cazul cand topitura este racita cu o viteza mai mica si cand in lichid sunt prezente in cantitati

mai mari elemente grafitizante (Si, Ni, Al etc.), iar carbonul se afla in cantitati mai mari, separarea

facandu-se sub forma de grafit.

2. SISTEMUL Fe-Fe3C

2.1. Aspectul diagramei Fe-Fe3C. Mecanismul formarii structurilor in diagrama Fe-Fe3C

Aspectul diagramei Fe-Fe3C este prezentat in figura 2.

Linia ABCD este linia lichidus, deasupra careia toate aliajele se vor afla in stare lichida, iar linia

AHJECFD este linia solidus, dedesubtul careia toate aliajele vor fi complet solidificate. Între cele doua

linii se vor afla, in echilibru, solutie lichida si cristale.

Figura 2. Diagrama Fe-Fe3C.

Punctul B este un punct de inflexiune pe linia lichidus, fiind un punct peritectic, iar orizontala HJB o

orizontala peritectica. La traversarea acestei orizontale peritectice, in aliajele situate in dreptul ei, se

produce transformarea peritectica:

Punctul C este punctul eutectic al diagramei Fe-Fe3C, iar orizontala ECF este orizontala eutectica. La

traversarea acestei orizontale eutectice, se produce transformarea eutectica:

Punctul S este punctul eutectoid al diagramei Fe-Fe3C iar orizontala PSK este orizontala eutectoida.

La temperatura acestei orizontale eutectoide se produce transformarea eutectoida:

2.2. Punctele critice din sistemul Fe-Fe3C

Punctele critice reprezinta temperaturi la care in structura aliajelor fier-carbon au loc

transformari. Cunoasterea acestor puncte este deosebit de importanta pentru tratamentele termice, in

vederea stabilirii parametrilor termici optimi.

În diagrama Fe-Fe3C, exista sase puncte critice care sunt prezentate in figura 3 si tabelul 1.

Figura Punctele critice ale diagramei Fe-Fe3C.

Punctele critice ale sistemului Fe-Fe3C Tab1

5.2. Constituentii

5.2. Constituentii de echilibru ai aliajelor Fe-Fe3C

Constituentii metalografici, prezentati in diagrama Fe-Fe3C, arata structura pe care o prezinta

diferitele aliaje cuprinse in acest sistem. Proprietatile diferitelor aliaje cuprinse in sistemul Fe-Fe3C

depind de natura, ponderea si proprietatile diferitilor constituenti, care vor forma structura lor.

Ferita este o solutie solida de carbon in fierul α cu reteaua cubica cu volum centrat, motiv pentru

care se mai numeste si solutie solida α. Deoarece fierul α dizolva foarte putin carbon (0,02 % la

temperatura de 727 °C si 0,002 % la temperatura ordinara) aceasta solutie solida este foarte apropiata de

fierul tehnic, motiv pentru care a primit denumirea de ferita.

Compozitia chimica a feritei este apropiata de cea a fierului pur, motiv pentru care proprietatile

feritei sunt si ele apropiate de cele ale fierului pur.

Din punct de vedere magnetic, ferita este feromagnetica pana latemperatura de 770 °C (punctul critic

A2, cunoscut si sub denumirea de punctul Curie).

Datorita faptului ca ferita este un constituent moale si plastic, prezenta ei in structura aliajelor Fe-C

contribuie la obtinerea unei plasticitati ridicate in aceste aliaje si a unei duritati si rezistente la rupere mai

scazute, motiv pentru care ferita este structura de baza a otelurilor moi cu structura feritica, folosite pe

scara larga in industrie si mai ales in constructia de autovehicule, supunandu-se operatiilor de deformare

la rece.

Austenita este o solutie solida de intrepatrundere de carbon in fierul γ, cu reteaua cubica cu fete

centrate, motiv pentru care se numeste si solutie solida γ.

Austenita dizolva carbon in cantitati mai mari decat ferita, cantitatea maxima de carbon, dizolvat in

solutia solida γ, este data de punctul E din diagrama Fe-C, care indica concentratia de 2,11 % C.

În otelurile carbon, austenita este stabila numai la temperaturi ridicate, peste 727 °C. În cazul in care

aliajul contine insa elemente de aliere, care deplaseaza liniile de transformare din diagrama si largesc

domeniul solutiei solide γ, austenita poate sa apara si la temperatura ordinara.

Cementita este un compus chimic respectiv o carbura de fier cu formula Fe3C, continand 6,67 % C,

avand o retea ortorombica. Datorita acestei retele cementita are posibilitati reduse de alunecare motiv

pentru care are o duritate foarte ridicata si o fragilitate foarte mare. S-a stabilit ca valoarea duritatii

variaza intre 700-800 HB. Din cauza fragilitatii ridicate, cat si din cauza ca nu pot fi obtinute epruvete

exclusiv din cementita pentru incercarea la tractiune, rezistenta la rupere si alungirea la rupere nu pot fi

determinate.

Din punct de vedere magnetic, cementita este feromagnetica sub temperatura de 210 °C (notata cu

A0 in diagrama Fe-C) si paramagnetica, peste aceasta temperatura.

La microscop cementita apare de culoare alba stralucitoare, in cazul in care developarea structurii s-a

facut prin utilizarea reactivului obisnuit Nital, sau de culoare brun roscat, in cazul atacului cu picrat de

sodiu in solutie alcalina la cald. Prin acest din urma atac, cementita poate fi deosebita de ferita, care apare

tot de culoare alba ca si cementita, la atacul cu Nital.

Din punct de vedere al formei sub care apare la microscop, se disting urmatoarele categorii de

cementita:

- cementita aciculara (sub forma de cristale primare in fontele albe hipereutectice);

- cementita sub forma de retea (in otelurile hipereutectoide);

- cementita globulara sau grauntoasa (in otelurile hipereutectoide, in care reteaua a fost sfaramata

prin forjare sau tratament termic sau in otelurile eutectoide in perlita) si

- cementita lamelara (in otelurile eutectoide cu structura perlitica lamelara).

Perlita este eutectoidul diagramei Fe-Fe3C, fiind deci un amestec mecanic, care apare in urma

reactiei eutectoide:

Perlita va avea proprietati intermediare intre cele ale feritei, care este un constituent moale si cele

ale cementitei, care este un constituent dur si fragil. Este necesar sa cunoastem care este insa ponderea in

structura perlitei, a celor doi constituenti care o formeaza, pentru a-i sti cat mai exact proprietatile.

Ledeburita este eutecticul diagramei Fe-Fe3C, fiind si ea un amestec mecanic ca si perlita, rezultand

in urma reactiei eutectice. La temperatura ordinara este formata din perlita si cementita

Ledeburita apare la microscop sub un aspect pestrit fiind formata din insule de culoare inchisa de

perlita, pe fond de cementita de culoare deschisa. Din punct de vedere magnetic, ledeburita este

feromagnetica deoarece contine perlita feromagnetica.

. Diagrama de constituenti a sistemului Fe-Fe3C

Determinandu-se pentru toate aliajele sistemului Fe-Fe3C raportul cantitativ dintre constituentii

structurali, se obtine asa numita diagrama de constituenti. Aceasta diagrama are in abscisa concentratia,

ca si diagrama de echilibru (motiv pentru care se construieste sub ea), iar in ordonata, procentele

diferitilor constituenti (figura 2).

Cu ajutorul diagramei de constituenti se poate acum determina raportul cantitativ dintre constituentii

structurali pentru orice aliaj din sistemul Fe-Fe3C.

. Domeniul otelurilor carbon si al fontelor in diagrama Fe-C

În figura 4. se observa ca dupa continutul de carbon, aliajele sempart in doua categorii:

oteluri, care contin pana la 2,11 % C;

- fonte, cu un continut de carbon de la 2,11 pana la 6,67 % C.

Dupa continutul de carbon (pozitia in

diagrama in raport cu punctul eutectoid S),

otelurile se subimpart in:

oteluri hipoeutectoide, care contin

pana la 0,77 % C si la temperatura ambianta

prezinta o structura alcatuita din ferita si

perlita;

oteluri eutectoide, contin 0,77 % C

si au la temperatura ambianta o structura

perlitica;

oteluri hipereutectoide, care

contin intre 0,77 si 2,11 % C si a caror

structura, la temperatura ambianta este

formata din perlita si cementita secundara.

La randul lor, dupa continutul de carbon

(pozitia in diagrama in raport cu punctul

eutectic C), fontele se clasifica in:

- fonte hipoeutectice care contin

intre 2,11 si 4,3 % C si a caror structura, la

temperatura ambianta, este alcatuita din

perlita, cementita secundara si ledeburita;

- fonte eutectice, care contin 4,3 % C

si a caror structura, la temperatura ambianta,

este formata numai din ledeburita;

- fonte hipereutectice, care contin

Fig.4. Domeniul otelurilor carbon si al intre 4,3 si 6,67 % C, avand la temperatura

fontelor in diagrama Fe-C ambianta o structura alcatuita din ledeburita si

cementita primara

Fontele din sistemul Fe-Fe3C se numesc fonte albe datorita aspectului argintiu al rupturii, determinat

de prezenta masiva a cementitei.

OTELURILE CARBON

Asa dupa cum s-a aratat mai inainte, aliajele cu continut de carbon sub 2,11 % sunt otelurile carbon.

1. Influenta elementelor insotitoare asupra structurii si proprietatilor otelurilor carbon

În timpul procesului de elaborare a aliajelor metalice, in acestea raman pe langa componentii de baza

si cei de aliere, o serie de alte elemente. Unele dintre acestea pot influenta nefavorabil structura si

proprietatile aliajelor, numindu-se impuritati nocive, sau altele pot influenta favorabil numindu-se in acest

caz, impuritati neutre. Aceste elemente au fost numite elemente insotitoare deoarece sunt prezente in mod

obisnuit in aliaj. În categoria elementelor insotitoare intra: manganul, siliciul, sulful, oxigenul, fosforul,

azotul si hidrogenul.

Manganul provine in otel din feromanganul introdus in timpul elaborarii pentru dezoxidare si

desulfurare. Manganul, partial se dizolva, partial formeaza o serie de compusi chimici in otel. La

temperatura ordinara, fierul a dizolva pana la 10 % Mn. Dizolvandu-se in ferita, manganul o durifica

imbunatatindu-se astfel proprietatile mecanice.

Manganul se mai poate gasi in otel si sub forma de incluziuni nemetalice cum sunt: MnO, MnS,

MnOSiO2 , (MnO)2Si2 , care se prezinta in mod obisnuit sub forma de incluziuni la limita grauntilor.

Siliciul provine in otel, partial din fonta bruta care a servit la elaborarea otelului, partial din captuseala

cuptorului de elaborare, din zgura si din ferosiliciul utilizat pentru dezoxidare.

Datorita afinitatii mari fata de oxigen siliciul apare in otel sub forma de incluziuni nemetalice de oxizi ca

SiO2 (silice) sau silicati sau oxizi-silicati ca (FeO)2SiO2 ; (MnO)2SiO2 ; SiO2 , care in urma deformarii

plastice (laminarii) primesc o forma alungita rezultand in oteluri structura fibroasa.

Sulful provine in otel din fonta bruta care a servit pentru elaborarea otelului, iar in aceasta ajunge din

minereu si mai ales din cocsul utilizat la elaborarea fontei. Nu se dizolva in ferita ci formeaza in otel

sulfuri, in special sulfura de fier (FeS) care formeaza la randul ei cu fierul un eutectic (Fe-FeS) care se

plaseaza la limitele grauntilor, topindu-se la temperatura relativ scazuta (985 °C).

Acest eutectic, prin incalzirea otelului pentru forjare, la temperaturi de 800-1200 °C se topeste,

facand materialul "fragil la cald". Deci, sulful confera otelului "fragilitate la cald" sau "fragilitate la

rosu", fenomen nedorit care poate fi prevenit prin limitarea continutului de sulf la max. 0,04 %.

Fosforul provine in otel din fonta bruta de furnal, iar in aceasta din urma, din minereu. În otelurile cu

continut ridicat de carbon cum sunt de exemplu otelurile de scule in care si asa tenacitatea este mai

redusa, continutul de fosfor este limitat la 0,03 % P.

În otelurile cu continut scazut de carbon, care au in general o plasticitate si tenacitate mai buna, se

admite un continut de fosfor de maximum 0,04 % P.

Oxigenul provine in otel, partial din fonta in care ajunge din minereuri si partial din contactul cu

aerul in timpul elaborarii otelului. Oxigenul mai poate patrunde in otelul in stare solida in timpul incalzirii

la temperatura ridicata, prin difuzia care are loc de-a lungul limitelor grauntilor.

Continutul maxim de oxigen in otelurile carbon este de 0,05 %.

Azotul provine in otel din aerul cu care vine in contact la elaborare, motiv pentru care continutul de

azot din otel este influentat de procedeul prin care a fost elaborat otelul, variind functie de aceasta intre

0,01 - 0,03 % N.

Hidrogenul provine in otel in timpul elaborarii, fie din adaosurile care contin hidrogen si care sunt

introduse in otel la elaborare (ferosiliciu, var), fie din captuseala cuptorului sau a oalei de turnare.

Hidrogenul mai poate fi absorbit de otel si prin difuzie, in timpul incalzirii aliajului solid. Hidrogenul

determina scaderea rezistentei si tenacitatii, facand otelul fragil.

2. Clasificarea si simbolizarea otelurilor carbon

În momentul de fata dispunem de mai multe tipuri de clasificari ale otelurilor carbon, avand la

baza criterii diferite de simbolizare. În tabelul 2 se prezinta diferitele tipuri de clasificari, cu precizarea

criteriului care a stat Ia baza fiecarui tip de clasificare.

Cea mai raspandita clasificare a otelurilor carbon este cea dupa domeniul lor de utilizare,

subimpartindu-se in doua mari clase:

- oteluri de constructie si

- oteluri de scule.

Otelurile de constructie sunt destinate a fi utilizate in:

- constructiile metalice (poduri metalice, structuri metalice etc.)

- constructiile mecanice, adica executarea de piese pentru diferite masini, instalatii, utilaje, masini

unelte, automobile etc.

Otelurile de scule sunt destinate executarii de scule pentru prelucrarea metalelor si anume: atat scule

destinate prelucrarii metalelor prin aschiere (cutite de strung, freze, burghie etc.) cat si scule pentru

prelucrarea metalelor prin deformari plastice (matrite, poansoane, filiere etc.) si scule pentru efectuarea de

masuratori (calibre).

Din clasificarea prezentata in tabelul 2, se observa ca atat otelurile carbon de constructie, cat si

otelurile carbon de scule, se subimpart in continuare in oteluri cu destinatie generala si oteluri cu

destinatie precisa.

Cea mai mare parte a otelurilor carbon de constructie o reprezinta otelurile de constructie cu

destinatie generala, care pot fi de doua feluri:

- oteluri carbon obisnuite si

- oteluri carbon de calitate.

Otelurile carbon obisnuite sunt folosite in mod curent pentru constructii metalice sau piese de masini

mai putin solicitate, motiv pentru care, in mod obisnuit, nu se trateaza termic. Deoarece piesele

confectionate din aceste oteluri vor avea caracteristicile mecanice cu care sunt livrate de producatorul

otelului, in simbolurile otelurilor carbon, se mentioneaza valoarea principalei caracteristici mecanice,

rezistenta la rupere minima (Rm ). Simbolizarea acestor oteluri se face prin doua litere care indica: O -

otel; L - laminat (sau T - turnat), urmat de doua cifre, care indica rezistenta la rupere prin tractiune,

minima, exprimata in daN/mm2 (ex. OL 32; OT 40). Produsele laminate se livreaza de obicei fara

tratament termic sau cu tratament de normalizare, care poate fi inlocuit, in unele cazuri, cu o racire

dirijata, in vederea obtinerii caracteristicilor mecanice cerute. Produsele forjate se livreaza in stare

normalizata sau recoapta. Deosebirea intre otelurile carbon obisnuite si cele de calitate, consta in faptul ca

daca primele nu se trateaza termic in mod obisnuit, celelalte se trateaza termic in mod curent pentru

ridicarea suplimentara a proprietatilor.Otelurile carbon de calitate se supun urmatoarelor operatii de

tratament termic: cementare + tratament termic final la otelurile de cementare si imbunatatire (calire +

revenire inalta) Ia otelurile de imbunatatire.

Simbolurile acestor oteluri cuprind:

- grupul de litere OLC care indica otel (O), laminat (L), de calitate (C); - grupul de cifre (10 - 60) care

indica continutul de carbon in sutimi de procente (0,1 - 0,6).

Otelurile carbon de scule se subimpart in: oteluri carbon de scule cu destinatie precisa si oteluri

carbon de scule cu destinatie generala. Principiul de simbolizare a otelurilor carbon de scule are la baza

compozitia chimica, exprimata prin procentajul de carbon.

Grupul de litere are urmatoarea semnificatie: O - otel; S - scule; C - carbon; M - un continut mai

ridicat de mangan iar cifra indica continutul mediu de carbon, in zecimi de procente.

În general otelurile de scule au un continut de carbon variind intre 0,6 si 1,3 % C.

4. FONTELE ALBE

4.1. Microstructura si proprietatile fontelor albe

Fontele albe au un continut de carbon mai mare de 2,11 % C, fiind situate in diagrama fier-cementita

in domeniul din dreapta punctului E (2,11 % C). Structura fontelor albe este indicata in campurile

diagramei Fe-Fe3C. În functie de pozitia lor fata de punctul eutectic (C) se disting:

- fontele albe hipoeutectice, cu continut de carbon variind intre 2,11 - 4,3 % si cu structura

formata din perlita, cementita secundara si ledeburita;

- fontele albe eutectice, continand 4,3 % C si avand o structura ledeburitica;

- fontele albe hipereutectice, cu un continut de carbon intre 4,3 si 6,67 % C cu structura formata

din ledeburita si cementita primara.

În structura fontelor albe intra o cantitate mare de cementita. Datorita duritatii foarte ridicate a cementitei

(750 HB) si a ledeburitei (700 HB), fontele albe sunt aliaje foarte dure dar si foarte fragile, motiv pentru

care au o utilizare limitata in constructia de masini.

5.4.2. Fonte cu crusta dura

Acestea au o utilizare ceva mai larga decat fontele albe. Caracteristica acestor fonte este ca ele au

structuri diferite in miez si Ia suprafata, datorita diferitelor viteze de racire. Datorita unor raciri mai lente

in miez, transformarile au loc partial dupa diagrama fier-grafit, obtinandu-se o structura de fonta cenusie,

in timp ce la suprafata, viteza de racire mai mare face ca transformarile sa se produca dupa diagrama fiercementita

cu formarea unei structuri de fonta alba. Din fonta cu crusta dura se toarna piese care lucreaza

in conditii de uzura foarte intensa cum sunt: cilindrii de laminor pentru siderurgie, calandrii pentru

industria chimica si a hartiei, axele cu came pentru motoarele cu ardere interna, rotile pentru vagoane etc.

5. SISTEMUL Fe-G (grafit)

Figura 5. Diagrama Fe-G.

Acest sistem reprezinta aspectul

stabil al diagramei Fe-C sau diagrama

fier-carbon sub forma de grafit (Fe-C

grafit), in care carbonul se separa sub

forma de grafit. Aspectul acestui sistem

stabil al diagramei Fe-C (diagrama fiergrafit)

este prezentata in figura 5.

6. FONTELE CENUSII

Microstructura fontelor cenusii (figura 6) este

formata din incluziuni de grafit inglobate intr-o

masa metalica de baza.

Figura 6. Schema microstructurii fontei cenusii, sc.: 100:1.

6.1. Clasificarea, simbolizarea, proprietatile si domeniile de utilizare ale fontelor cenusii

Fonta cenusie are masa metalica de baza formata din diferiti constituenti, ea putand fi :

- feritica, in cazul in care carbonul a suferit o grafitizare totala, fonta numindu-se fonta cenusie

feritica;

- ferito-perlitica, in cazul in care a avut loc o descompunere partiala a cementitei din eutectoid,

fonta numindu-se fonta cenusie ferito-perlitica;

- perlitica, in cazul in care transformarea eutectoida a avut loc dupa sistemul fier-cementita, fonta

numindu-se fonta cenusie perlitica;

- perlito-cementitica, in cazul in care transformarea eutectoida a avut loc dupa sistemul fiercementita,

iar cementita secundara nu a suferit descompunere sau a suferit doar descompunere

partiala, fonta numindu-se fonta cenusie perlito-cementitica.

Proprietatile diferitelor tipuri de fonta cenusie sunt determinate de constituentii din structura lor.

Simbolizarea fontei cenusii se face dupa proprietatile ei mecanice respectiv dupa rezistenta la rupere

la tractiune, conform STAS-ului 568-75. Simbolul se compune din literele Fc, care indica fonta (F)

cenusie (c), urmata de trei cifre care indica rezistenta minima la rupere la tractiune in N/mm2.

De exemplu, simbolul Fc 100 indica o fonta cenusie cu rezistenta la rupere Ia tractiune minima de

100N/mm2.Proprietatile mecanice ale fontelor cenusii pot fi ridicate actionand asupra structurii ei, adica

asupra masei metalice de baza si a incluziunilor de grafit.

Asupra incluziunilor de grafit se va actiona in sensul obtinerii acestor incluziuni: in cantitati mai

mici, de dimensiuni mai reduse si de forme cat mai convenabile. S-a constatat, ca in ceea ce priveste

forma incluziunilor, efectul cel mai nefavorabil il exercita capetele ascutite ale incluziunilor care

provoaca efectul de crestatura in masa fontei, iar mai convenabila ar fi forma cu capetele rotunjite sau

forma globulara (nodulara). Se poate obtine grafit de forme mai convenabile in fontele maleabile si in

fontele modificate.

Asupra masei metalice de baza se poate actiona in vederea imbunatatirii proprietatilor prin:

- alierea fontelor cenusii si obtinerea de fonte cenusii aliate;

- tratament termic aplicat fontelor cenusii.

7. FONTELE MALEABILE

La aceste fonte grafitul se obtine sub forma de grafit in cuiburi sau grafit de recoacere, in urma

descompunerii cementitei conform reactiei:

Aceasta reactie are loc ca rezultat a supunerii fontei albe unei operatii de tratament termic, numita

recoacere de maleabilizare.

Prin recoacere de maleabilizare care consta in incalzirea, mentinerea la anumite temperaturi si racirea

ulterioara cu anumite viteze de racire a fontei albe, cementita din fonta alba se descompune, dupa reactia

prezentata mai sus, rezultand carbonul sub forma de grafit in cuiburi.

În figura 7 este prezentata ciclograma recoacerii de maleabilizare.

Figura 7. Ciclograma recoacerii de

maleabilizare pentru obtinerea fontei maleabile

cu inima alba (a) respectiv neagra (b).

Fontele maleabile pot fi :

-fonta maleabila cu inima alba

-fonta maleabila cu inima neagra

-fonta maleabila perlitica.

Simbolizarea fontelor maleabile Tab.3

Simbolizarea fontelor maleabile se face astfel: F - fonta,

m - maleabila; a - alba; n - neagra sau p - perlitica, iar cifrele

adaugate simbolului reprezinta rezistenta la rupere prin tractiune,

exprimata in N/ mm (tab. )

8. FONTELE MODIFICATE

Prin introducerea (inocularea) in fonta cenusie topita a unor substante numite modificatori, se obtine

fonta modificata. Sunt utilizate urmatoarele categorii de fonte modificate:

- fonte modificate cu grafit lamelar;

- fonte modificate cu grafit vermicular;

- fonte modificate cu grafit nodular.

8.1. Fonte modificate cu grafit lamelar

La aceste fonte grafitul se gaseste sub forma de lamele mici si numeroase, cu varfurile rotunjite si

care sunt in masa metalica de baza, uniform repartizate

Ca elemente modificatoare pentru obtinerea fontelor modificate cu grafit lamelar se folosesc Ca, Ba si Sr.

Proprietatile mecanice, prin aceasta modificare, cresc ajungandu-se la o rezistenta la rupere Rm = 30

- 40 daN/mm2 si la o alungire Ia rupere A = 0,8-1 %.

8.2. Fonte modificate cu grafit vermicular

La aceste fonte raportul dintre lungimea si grosimea lamelelor de grafit este sub 20 si separarile sunt

repartizate uniform in masa metalica de bazaCa elemente modificatoare pentru obtinerea fontelor

modificate cu grafit vermicular, se folosesc Mg si Ce, ca elemente ajutatoare se folosesc Al si Ti.

Proprietatile mecanice ale acestor fonte cresc, ajungandu-se la o rezistenta la rupere Rm = 35-45

daN/mm2 si la o alungire la rupere A = 2 - 5 %.

8. Fonte modificate cu grafit nodular

Simbolizarea fontelor

cu grafit nodular Tab. 4

La aceste fonte, compactizarea grafitului este maxima,

obtinandu-se forma ideala a grafitului si anume forma globulara

(sferoidala) Proprietatile mecanice sunt ridicate, ajungandu-se la o

rezistenta la rupere Rm = 30 - 80 daN/mm2 si la o alungire la rupere A

Simbolizarea lor este prezentata in tab. 4.

Din acest tip de fonta se confectioneaza: arbori motor, chiulase,

carcase, masini electrice etc.

9. FONTELE ALIATE

Fontele care contin in cantitati mai mari decat cele normale o serie de elemente ca Mn, Cr, V, Ti, Mo,

Si, Al, Cu, Ni etc., care au rolul de elemente de aliere, se numesc fonte aliate. Aceste elemente de aliere

pot proveni din minereuri care sunt aliate natural sau pot proveni din metale pure sau feroaliaje care pot fi

introduse in fonta lichida.

Elementele de aliere influenteaza in general masa metalica de baza, finisandu-i structura si

determinand astfel ridicarea proprietatilor mecanice. Elementele de aliere influenteaza si forma de

separare a carbonului astfel:

- elementele carburigene (Mn, Cr, V, Ti si Mo) formeaza carburi si favorizeaza separarea

carbonului sub forma de cementita si

- elementele grafitizante (Si, Al, Cu si Ni) favorizeaza separarea carbonului sub forma de grafit.

Pentru alierea fontelor se folosesc cel mai des Cr, Mo, Si, Ni si Cu.

Cromul, favorizeaza pe de o parte obtinerea in masa metalica a unei perlite fine, iar pe de alta parte

formeaza si carburi de crom, marind astfel duritatea, rezistenta la rupere si rezistenta la uzura a fontei.

Cantitatea de crom care se adauga este de 0,2 - 0,3 %, asociata, de obicei cu cupru sau nichel (elemente

grafitizante) care contracareaza tendinta daunatoare de inalbire a suprafetei fontei, care ingreuiaza

prelucrarea ei prin aschiere.

Molibdenul deplaseaza spre dreapta cotul perlitic al curbelor TTT, astfel incat curba de racire a piesei

turnate intersecteaza curbele diagramei TTT in domeniul bainitic, favorizand astfel obtinerea unei mase

metalice bainitice cu proprietati superioare. Molibdenul ridica rezistenta la soc termic a fontei cenusii.

Siliciul, favorizeaza obtinerea carbonului sub forma de grafit. Daca se gaseste in fonta in cantitate

mai mare de 3 % Si, atunci este considerat element de aliere. Siliciul se adauga in fonte in scopul

imbunatatirii stabilitatii lor la temperatura (refractaritatii).

Nichelul, are un efect de stabilizare asupra austenitei, facand ca transformarea acesteia in perlita sa se

produca la temperaturi mai joase, la care se obtine o perlita mai fina, cu proprietati mecanice mai ridicate.

Astfel, nichelul contribuie Ia ridicarea duritatii, rezistentei la rupere si rezistentei la uzare a fontei.

Nichelul este un element grafitizant, influentand separarea carbonului sub forma de grafit.

Cuprul, are un puternic efect antiferitizant in cursul racirii in domeniul temperaturii eutectoide, reducand

la minim proportia de ferita din masa metalica de baza, eliminand aparitia asa numitelor puncte moi

(feritice), ca si a punctelor dure (formate din carburi libere).

Deci, cuprul favorizeaza obtinerea unei mase metalice de baza perlitice omogene cu proprietati ridicate.