Lucrri de laborator

60

L U C R A R E A N R . 7

S T U D I U L M E T A L O G R A F I C A L F O N T E L O R C E N U I I

Fontele cenuii sunt fontele n care carbonul se gsete sub form liber, de grafit (ca faz nemetalic) care imprim o culoare specific suprafeei de rupere (casura are aspect grunos i este de culoare cenuie).

Dup stadiul de fabricaie, fontele cenuii pot fi: fonte brute, sau de prim fuziune; fonte mecanice, sau de a doua fuziune.

Proprietile fontelor sunt determinate de structura acestora, indiferent de modul n care s-a format. Cel mai important proces de cristalizare a fontelor este grafitizarea. Grafitizarea determin forma i repartizarea grafitului ct i structura masei metalice de baz. Factorii determinani ai procesului de grafitizare sunt: compoziia chimic, factorii tehnologici de turnare (temperatura de supranclzire, temperatura de turnare, natura formei n care se toarn, dimensiunile pereilor pesei, viteza de rcire, etc.), tratamentul termic, etc. Dup modul de obinere i dup forma grafitului, fontele mecanice pot fi:

fonte cenuii cu grafit lamelar; fonte maleabile; fonte cu grafit nodular; fonte cenuii aliate.

7.1. Fonte cenuii cu grafit lamelar Fontele nealiate cu grafit lamelar conin, de obicei, urmtoarele elemente chimice:

25,0%S;

8,1%P;

5,1%Mn;

5,4%Si;

5,4...9,1%C

n afara elementelor prezentate, fontele nealiate cu grafit lamelar pot conine i alte elemente de aliere, fr a se depi urmtoarele valori:

Studiul metalografic al fontelor cenuii

61

;1,0%Al;

1,0%Mo;

1,0%V;

1,0%Ti;

3,0%Cu;

2,0%Cr;

3,0%Ni

n toate cazurile cnd mai multe din aceste elemente sunt prezente simultan, fontele sunt considerate nealiate dac suma rapoartelor avnd la numitor coninuturile maxime prezentate mai sus, iar la numrtor coninuturile reale ale elementelor prezente, este mai mic dect 1. Aciunea grafitizant a elementelor de aliere este foarte divers. Astfel, siliciul este solubil n fierul alfa i contribuie la graftizarea fontelor. Influena grafitizant a siliciului este dependent de coninutul n carbon al fontei (tab.7.1-Influena coninutului n siliciu asupra coninutului n grafit al fontelor). Ca element care ridic temperatura de transformare eutectoid, siliciul nu mrunete structura perlitei. Odat cu mrirea coninutului n grafit din font, cantitatea de perlit se micoreaz, iar cantitatea de ferit aezat n zona de separare a grafitului se mrete. Structurile fontelor cenuii cu coninut diferit n grafit sunt prezentate n fig. 7.1. Dup natura matricei, fontele cenuii pot fi: perlitice (fig. 7.1, a); perlito-feritice (fig. 7.1, b); sau feritice (fig. 7.1, c).

Tab. 7.1

Coninutul, n %

Si Ctotal Cgrafit 0,28 2,90 urme 0,63 2,90 urme 0,99 2,90 urme 1,10 3,00 urme 1,43 2,98 0,28 1,68 2,95 0,65 1,72 3,07 2,47 1,96 3,23 2,68 2,07 3,25 2,75

a b c

Fig. 7.1. Structura fontelor cenuii cu grafit lamelar dup atac cu nital (500:1); a. Font cenuie; structur: perlit+grafit; b. Font cenuie; structur:

perlit+ferit+grafit; c. Font cenuie; structur: ferit+grafit.

Lucrri de laborator

62

Influena manganului asupra structurii fontelor este opus influenei siliciului; manganul mpiedicnd separarea grafitului. Ca element care coboar temperatura transformrilor de faz, manganul determin stabilizarea perlitei. Sulful manifest influen de albire prin faptul c datorit sulfurii de fier, FeS, crete stabilitatea cementitei, Fe3C. n prezena unui coninut ridicat de siliciu i carbon, influena de albire a sulfului este diminuat sau anulat. n aceste condiii coninutul n sulf are o influen direct asupra lungimii medii a lamelelor de grafit, (lungimea maxim este de cca.0,250 mm la un coninut de 0,10,12%S, fig. 7.2).

Fosforul se afl n fonte, n cea mai mare parte, legat la nivelul eutecticului triplu: Fe-Fe3C-Fe3P, (steadita, fig. 7.3). Este posibil ca Fe3P s mpiedice descompunerea Fe3C ntocmai ca i FeS. Aadar, fosforul acioneaz similar cu elementele care dau carburi. Totui n cazurile n care coninutul n fosfor depete limitele admise se observ o uoar aciune grafitizant a acestui element. Practic fosforul este catalogat n grupa elementelor neutre.

Prezena grafitului n structura fontelor cenuii cu grafit lamelar determin: diminuarea seciunii utile a semifabricatelor; concentrarea tensiunilor interne rezultate la turnare-solidificare; efect de cresttur n matrice, etc. Efectele sunt inseparabile i depind de proporia de carbon liber sub form de grafit. Ca rezultat, datorit fragilitii ridicate, fontele cenuii nu pot fi prelucrate prin deformare plastic.

Fig. 7.2. Variaia lungimii lamelelor de grafit n funcie de coninutul de sulf

(100:1)

Fig. 7.3. Font cenuie cu

structur format din perlit, grafit i eutectic fosforos (500:1)

Studiul metalografic al fontelor cenuii

63

Dimensiunile i forma lamelelor de grafit pot indica proprietile mecanice ale fontei, implicit domeniile de utilizare. Formele tipice de grafit sunt prezentate n fig. 7.4.

7.2. Fonte maleabile Sunt fonte mecanice (SR EN 1562:1999-vezi anexele) ce prezint grafitul aglomerat n cuiburi, (fig. 7.4, F i fig. 7.5). Se obin din fonte albe destinate maleabilizrii, tratament termic n timpul cruia cementita liber ct i cea legat n amestec se descompun n ferit i carbon sub form de grafit aglomerat n nodule de dimensiuni mici.

Fig. 7.4. Forme tipice de grafit lamelar.

A-Grafit n lamele dezordonate; B-Grafit n rozete (fiecare rozet corespunde unei celule eutectice); C-Grafit hipereutectic (Grafit proeutectic n lamele mari); D-Grafit fin, interdendritic; E-Grafit interdendritic n lamele orientate; F-Grafit n nodule-fonte maleabile.

Lucrri de laborator

64

n funcie de aspectul miezului fontele maleabile pot fi: -fonte maleabile albe; -fonte maleabile negre; -fonte maleabile perlitice. Fontele maleabile cu miez negru prezint o baz metalic feritic i se obin prin maleabilizarea fontelor albe n medii oxidante (oxid de fier). Fontele maleabile perlitice sunt obinute din fonte albe cu puin carbon, (2,22,3%), maleabilizate n medii neutre (nisip). Baza metalic a acestor fonte este constituit din perlit sau perlit i ferit.

7.3. Fonte cu grafit nodular Sunt standardizate prin SR EN 1563:1999 (vezi anexele). Se obin din fonte potenial cenuii, care n stare lichid au urmtoarea compoziie chimic:

1,0...01,0

%Mg;06,0%P;

02,0%S;

8,0...18,0%Mn;

8,2...8,1%Si;

0,4...2,3%C

Principiul de fabricare al fontelor cu grafit nodular este, n linii mari, urmtorul: se introduce n fonta lichid un aliaj ce conine dou categorii de elemente cu rol opus: -elemente inoculante ce au rolul de a inhiba temporar cristalizarea lamelar a grafitului i care genereaz o font alb dac solidificarea are loc n nisip. Elementul inoculant poate fi un metal alcalin, un element alcalino-pmntos, etc.

Fig. 7.5. Font maleabil cu

miez negru. Structur: feritic i grafit modificat, dispus n

cuiburi (100:1,atac nital 5%)

Fig. 7.6. Font nodular cu matrice feritic dup atac cu

nital (100:1)

Fig. 7.7. Font nodular cu matrice perlito-feritic dup

atac cu nital (100:1)

Studiul metalografic al fontelor cenuii

65

-elemente grafitizante ce provoac cristalizarea grafitului sub form de sfere: Mg; Ca; Ce; Ba etc. Matricea fontelor cu grafit nodular poate fi perlito-feritic sau feritic (fig. 7.6 i fig. 7.7).

7.4. Materiale, utilaje, aparatur Se vor utiliza: -microscoape metalografice optice cu puteri de mrire 100:1300:1; -eantioane de fonte, pregtite metalografic.

7.5. Modul de lucru Se vor studia la microscoapele metalografice optice probe din fonte cenuii pregtite i neatacate chimic pentru a pune n eviden forma i distribuia grafitului. Pe probe pregtite i atacate chimic se vor studia structurile matricilor metalice. Deasemeni se vor studia fonte destinate maleabilizrii i fonte cu grafit nodular.

7.6. Rezultate i conluzii Microstructurile probelor identificate vor fi redate grafic, indicndu-se constituenii metalografici pentru fiecare prob.

Fig. 7.8. Font cenuie turnat cu

mas metalic feritic i Cgr lamelar dup atac cu nital (250:1)

Fig. 7.9. Font cenuie turnat cu mas metalic ferito-perlitic i Cgr lamelar dup atac cu nital (500:1)

Lucrri de laborator

66

Fig. 7.10. Font cenuie turnat cu mas metalic perlitic i eutectic fosforos dup atac cu nital (250:1)

Fig. 7.11. Font cenuie turnat cu

Cgr nodular dup atac cu nital (100:1)

Fig. 7.13. Font cenuie turnat cu Cgr nodular i mas metalic perlito-

feritic dup atac cu nital (250:1)

Fig. 7.12. Font cenuie turnat cu Cgr nodular i mas metalic feritic

dup atac cu nital (100:1)

Fig. 7.14. Font cenuie turnat cu

Cgr nodular i mas metalic perlitic dup atac cu nital (250:1)

Fig. 7.15. Font maleabil cu Cgr

modificat i structur feritic, neatacat (100:1)