PRELUCRĂRI MECANICE PRIN AŞCHIERE

Transcript

1 Fig.1.Diagrama Fe-Fe 3 C -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 1

2 Fierul este un metal gri argintiu ce aparţine grupei a VIII-a a sistemului periodic, cu densitatea de 7860 Kg/m 3 şi temperatura de topire de C. Fierul pur obţinut în condiţii de laborator conţine mai puţin de 0,0001 % impurităţi, iar fierul de puritate tehnică în jur de 0,1 0,15% impurităţi. Rezistenţa mecanică a fierului de puritate tehnică este mică.duritatea este de unităţi Brinell(HB). Fig.2.Fierul Fierul, în stare solidă, prezintă proprietatea de polimorfism: a) între C, Fe (cristalizează în cub cu volum centrat); b) între C, Fe γ(cristalizează în cub cu feţe centrate); c) între C, Fe δ(cristalizează în cub cu volum centrat); Fig.3.Cub cu volum centrat Fig.4.Cub cu feţe centrate -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 2

3 Carbonul aparţine grupei a IV-a din sistemul periodic al elementelor. Carbonul se întâlneşte în natură sub două forme: diamant şi grafit. Masa atomică a carbonului este 12, densitatea grafitului de 2250 Kg/m 3 şi temperatura de topire de C. Grafitul cristalizează în sistem hexagonal, este un material moale şi are o rezistenţă scăzută. Rezistenţa grafitului creşte odată cu creşterea temperaturii: la 20 0 C rezistenţa Rm = 20 MPa, iar la C grafitul este mai rezistent decât toate metalele refractare. Fig.5.Carbonul -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 3

4 4.6.FONTELE ELABORAREA FONTELOR. Elaborarea fontelor se realizează în instalaţii speciale, cu funcţionare continuă, numite furnale.aliajele feroase se obţin din minereuri de fier:hematit, limonit, siderit şi magnetit.conţinutul de fier în aceste minereuri este cuprins între 30-60%. Fig Minereuri de fier Încărcătura unui furnal este constituită din următoarele: minereul de fier(conţine fierul); cocsul metalurgic-combustibil destinat topirii încărcăturii, pentru reducerea oxizilor de fier, carburarea fierului topit; fondanţii-calcarul, dolomita-separă zgura şi impurităţile din fonta lichidă. La elaborare rezultă următoarele produse: fonta topită(fonta de primă fuziune); zgura topită; gazele de furnal. Fonta de primă fuziune(fonta brută),în funcţie de destinaţie, se clasifică astfel: fonte destinate elaborării oţelurilor(fonte de afinare); fonte destinate retopirii şi turnării de piese; fonte speciale. -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 4

5 Fig Furnal Fig Cubilou GENERALITĂŢI. 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) 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. Conţinutul de siliciu în fontă variază între 0,5 şi 4-5 %. 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 %. -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 5

6 Sulful reprezintă o incluziune dăunătoare în fontă. Tendinţa sa antigrafitizantă 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 ( C). Cele mai utilizate compoziţii chimice în cazul fontelor sunt: 3 3,7 %C; 1 3 %Si; 0,5 1 %Mn; sub 0,3 %P şi 0,15 %S; 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 Fe 3 C. 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 nefiind mai mare de 0,8 %. -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 6

7 Fig Piese din fontă cenuşie 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). Fonta cenuşie are caracteristici mecanice scăzute. Duritatea şi rezistenţa la încercări de compresiune sunt destul de ridicate deoarece acestea depind de caracterul masei metalice de bază şi nu de grafit. Fig Piese din fontă cenuşie 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; -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 7

8 permite o bună prelucrabilitate prin aşchiere; îmbunătăţeşte caracterul de antifricţiune al fontei; are proprietăţi bune de amortizare a vibraţiilor şi a variaţiilor de rezonanţă. Fontele cenuşii se simbolizează cu Fc şi un grup de cifre care exprimă valoarea minimă a rezistenţei la rupere la tracţiune în N / mm 2. 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; Fontele cenuşii au o comportare bună la uzare prin frecare şi uzare prin abraziune (determinată de prezenţa unor particule dure, străine). 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 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. 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, fontelenodulare se utilizează pentru obţinerea de piese precum roţi dinţate, arbori cotiţi. Fig Batiu -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 8

9 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. 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. 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), 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. Fig Piese din fontă maleabilă Suprafaţa de rupere a unei fonte formată din ferită şi grafit este cenuşiu închisă. O asemenea fontă maleabilă se numeşte fontă maleabilă 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 fonte maleabile sunt rezistente de regulă la şocuri şi vibraţii (reductoare, flanşe, cuplaje, cartere). -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 9

10 4.6.3.SIMBOLIZAREA FONTELOR 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 fontei Poziţia 3 simbolul structurii grafitului Poziţia 4 simbolul microstructurii sau macrostructurii Poziţia 5 simbol de clasificare în funcţie de caracteristici mecanice, sau în funcţie de compoziţia chimică. Poziţia 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. Tabelul 1 L S M V N Y Lamelară Sferoidală Grafit în cuiburi (fonte maleabile cu inimă albă) Vermiculară Fără grafit (dură), ledeburitică 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: Tabelul 2 A F P Austenită Ferită Perlită -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 10

11 M L Q T B W Martensită Ledeburită Călită Călită şi revenită Inimă neagră* Inimă albă* * Numai pentru fontele maleabile 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 rezistenţa la încovoiere prin şoc. Tabelul 3 S U C Probă de încercat turnată separat Probă de încercat ataşată la piesa turnată Probă de încercat prelevată din piesa turnată a. Rezistenţa la tracţiune se indică prin valori minime corespunzătoare mărcii, în N/mm 2, ca de exemplu: EN GJL 150 C EN GJL 150 S EN 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 C EN GJMW 450 7S EN GJS U c. Rezistenţă la încovoiere prin şoc dacă aceasta se solicită, temperatura la care se determină seindică prin literele prezentate în tabelul următor: Tabelul 4 RT Temperatură ambiantă LT Temperatură scăzută -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 11

12 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 155 EN GJS HB 230 EN 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 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 S W. Tabelul 5 D Piesă brută turnată H Piesă supusă tratamentului termic W Sudabilitate pentru suduri de îmbinare (standard EN :1997) Z Condiţii suplimentare specificate în comandă -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 12

13 4.6.4.FONTE UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢIA DE MAŞINI -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 13

14 4.6.6.DICŢIONAR TEHNIC. Minereu-aglomerare de minerale în compoziția cărora se găsesc metale. Cubilou-cuptor vertical, folosit în turnătorii pentru topirea fontei. Eutectic-care se topeşte sau se solidifică la o temperatură constantă, inferioară punctului de topire a fiecăruia din constituenţi. Fluiditate-proprietatea tehnologică a metalelor şi aliajelor topite de a curge. -Fontele autor: profesor Tanase Viorel 14

15 4.6.7.TESTUL DE EVALUARE FONTELE(WORD) Test de evaluare FONTELE (QUIZ) Test de evaluare FONTELE (PDF) Test de evaluare LUCRAREA DE LABORATOR FONTELE Lucrare de laborator ANEXE Fontele autor: profesor Tanase Viorel 15

16 STANDARDE de PREGĂTIRE PROFESIONALĂ Site-ul de mai jos permite utilizarea Auxiliarelor curriculare elaborate prin programul PHARE Fontele autor: profesor Tanase Viorel 16