3.2. Fontele Deşi există categorii de fonte caracterizate de o plasticitate ridicată (care permite deformarea lor plastică) fonta este utilizată, cu precădere, pentru piese turnate. Simplitatea procedeului de obţinere a pieselor turnate permite obţinerea unor economii care nu se realizează prin aplicarea celorlalte metode de construcţie mecanică, economii datorate următoarelor avantaje: - posibilitatea de a combina un anumit număr de organe individuale într-o singură piesă; - libertatea trasajului, care permite obţinerea imediată a piesei în forma sa definitivă, cu costuri minime de prelucrare; - preţul relativ scăzut al modelelor ; - contracţia la solidificare mică ( 0 – 1,9% faţă de 4 – 6% pentru oţel şi aliaje neferoase); - domeniul larg de caracteristici mecanice; - proprietăţi speciale; capacitate mare de amortizare a vibraţiilor, rezistenţă sporită la uzură şi gripare, sensibilitate redusă la crestături, reyistenţă la compresiune mult mai mare decât rezistenţa la tracţiune, rezistenţă la şoc termic etc. 3.2.1 Fonte cenuşii cu grafit lamelar (SR EN 1561: 1999) Fonta cu grafit lamelar este un aliaj turnat pe bază de fier şi carbon, ultimul element fiind prezent , in principal, sub formă de particule de grafit lamelar. Caracteristicile fontei cu grafit lamelar depind de forma şi repartizarea grafitului şi de structura masei metalice de bază. Caracteristicile mecanice sunt date în tab.3.1. Tab.3.1 Simbolizare material
Alfanumerică EN-GJL-150 EN-GJL-200 EN-GJL-250 EN-GJL-300 EN-GJL-350
Numerică EN-JL 1020 EN-JL 1030 EN-JL 1040 EN-JL 1050 EN-JL 1060
Rezistenţa la tracţiune Rm N/mm2 min
Limita de curgere convenţionala 0,1% R p 0.1 N/mm2 min
Alungirea A % min
150 ... 200 200 ... 300 250 ... 350 300 ... 400 350 ... 450
98 ... 165 130 ... 195 165 ... 228 195 ... 260 228 ... 285
0,8 ... 0,3 0,8 ... 0,3 0,8 ... 0,3 0,8 ... 0,3 0,8 ... 0,3
.2.2 Fonte cu grafit nodular (SR EN 1563: 1999) Fonta cu grafit nodular este un aliaj turnat pe bază de fier şi carbon, carbonul fiind prezent in principal sub formă de particule de grafi nodular. Proprietăţile fontei cu grafit nodular depind de structura sa. Compoziţia chimică a fontelor cu grafit nodular nealiate este, în general, cuprinsă în limitele: 3,4...3,8%C, 2...2,8%Si, 0,4..0,7%Mn, max 0.080%P, max 0,01% S, max 0,2%Cu, 0,03...0,08% Mn Marca materialului se defineşte în funcţie de carcateristicile mecanice determinate pe epuvete prelucrate, prelevate din probe turnate separat . Carcteristicile mecanice determinate pe epruvete prelucrate din probe turnate separat sunt prezentate în tab. 3.2. Tab.3.2 Simbolizare material
Rezistenţa la tracţiune
Rm N/mm2 min
Alfanumerică Numerică EN-GJS –350-22-LT EN-JS1015 350 EN-GJS –350-22-RT EN-JS1014 350 EN-GJS –350-22 EN-JS1010 350 EN-GJS –400-18-LT EN-JS1025 400 EN-GJS –400-18-RT EN-JS1024 400 EN-GJS –400-18 EN-JS1020 400 EN-GJS –400-15 EN-JS1030 400 EN-GJS –450-10 EN-JS1040 450 EN-GJS –500-7 EN-JS1050 500 EN-GJS –600-3 EN-JS1060 600 EN-GJS -700-2 EN-JS1070 700 EN-GJS –800-2 EN-JS1080 800 EN-GJS –900-2 EN-JS1090 900 NOTA: LT-temperatura scăzuta RT -temperatura ambiantă Simbolizarea materialelor este în conformitate cu EN 1560.
Limita de curgere convenţionala 0,2% R p 0.2 N/mm2(min) 220 220 220 240 250 250 250 310 320 370 420 480 600
Alungirea A % min
22 22 22 18 18 18 15 10 7 3 2 2 2
3.2.3 Fonte maleabile turnate în piese (SR EN 1562:1999)
Fontele maleabile, în conformitate cu standardul SR EN 1562:1999, sunt clasificate în două grupe. În prima grupă sunt cuprinse fontele decarburate cunoscute sub denumirea de fontă maleabilă cu inimă albă. A doua grupă cuprinde fontele nedecarburate cunoscute sub denumirea de fontă maleabilă cu inimă neagră.Cele două grupe, cu excepţia fontelor maleabile cu inimă albă decarburate total, conţin carbon liber sub formă de grafit, numit carbon de recoacere. Mărcile din cele două grupe prezintă structuri de la ferită la perită şi/sau alţi produşi ai transformării austenitice. Materialele se carcterizează prin rezistenţa la tracţiune şi procentul de alungire obţinute pe o epruvetă cu diametrul de 12 m pentru fonta maleabilă cu inimă albă sau de 15 mm pentru fonta maleabilă cu inimă neagră. Totodată sunt prezentate valori compartive ale rezistenţei la tracţiune şi procentul de alungire la rupere pentru epruvete cu alte diametre (tab.3.3 si 3.4). Tab.3.3 Simbolizare material Alfanumerică
Numerică
EN-GJMW-350-4
EN-JM1010
EN-GJMW-36012
EN-JM1020
EN-GJMW-400-5
EN-JM1030
EN-GJMW-450-7
EN-GJMW-550-4
EN-JM1040
EN-JM1050
Diam. Rezistenţa la tracţiune A3,4 nom. al epruv. % Rm 2 d min N/mm min mm Fonta maleabilă cu inimă albă 6 270 10 9 310 5 12 350 4 15 360 3 6 280 16 9 320 15 12 360 12 15 370 7 6 300 12 9 360 8 12 400 5 15 420 4 6 330 12 9 400 10 12 450 7 15 480 7 6 9 490 5 12 550 4 15 570 3
Limita de curgere convenţionala R p 0.2 N/mm2 min 170 190 200 200 220 230 230 260 280 310 340 350
HB max
230
200
220
220
250
Tab.3.4 Simbolizare material
Rezist. la tracţiune
Rm N/mm2 min Alfanumerică
Numerică
EN-GJMB-300-6 EN-GJMB-350-10 EN-GJMB-450-6 EN-GJMB-500-5 EN-GJMB-550-4 EN-GJMB-600-3 EN-GJMB-650-2 EN-GJMB-700-2 EN-GJMB-800-1
EN-JM1110 EN-JM1130 EN-JM1140 EN-JM1150 EN-JM1160 EN-JM1170 EN-JM1180 EN-JM1190 EN-JM1200
Alungirea A3,4 % min
Limita de curgere conv. R p 0.2 N/mm2 min
Fonta maleabilă cu inimă neagra 300 6 350 10 450 6 500 5 550 4 600 3 650 2 700 2 800 1
200 270 300 340 390 430 530 600
Duritate Brinell (inf.) HB max 150 150 150...200 165...215 180...230 195...245 210...260 240...290 270...320
* diametrul nominal al epruvetei d (mm)= 12 sau 15 3.2.4 Fonte aliate În categoria fontelor aliate sunt cuprinse fontele care au in compoziţie, ca elemente de aliere: Cr, Ni, Mo, V, Mg. 3.2.4.1 Fontele aliate rezistente la uzare abrazivă- SR EN 12513:2001 Acestea sunt fonte albe, mediu şi înalt aliate, care se clasifică în următoarele grupe: a) fonte nealiate sau slab aliate; b) fonte cu nichel-crom repartizate în două categorii generale: - fonte cu 4%Ni şi 2% Cr; - fonte cu 9%Cr şi 5%Ni; c) fonte cu conţinut ridicat de crom repartiyate în patru grupe de conţinut de crom: - 11%
Fonte nealiate sau slab aliate Piesele turnate din fontä nealiatã sau slab aliată sunt livrate obişnuit in stare brut turnată şi nu necesită tratament termic. Fonte cu 4%Ni—2%Cr Piesele turnate din fontă cu 4 % Ni — 2 % Cr sunt frecvent furnizate şi utilizate in stare brut turnată. Pentru anumite aplicatii, piesele turnate pot fi tratate termic la (275 ± 25)0C timp de 8 h până la 16 h, urmată de o răcire în aer sau in cuptor. Acest tratament relaxeazã tensiunile reziduale de turnare. Pentru creşterea rezistentei la şocuri repetate, piesele turnate pot suferi o revenire la o temperatură mai ridicată, la 450 0C ajutând la transformarea completã a austenitei obţinută in piesele brut turnate. Desfăşurarea unui ciclu de tratament se indică mai jos: - tratament termic la (450 ±25) oC timp de 4 h până la 6 h, urmat de o răcire in aer sau in cuptor, apoi, - tratament termic la (275 ±25) oC timp de 8 h până la 16 h, urmat de o răcire în aer sau în cuptor. Fonte cu 9%Cr - 5%Ni Piesele turnate din fontă cu 9 % Cr- 5 % Ni pot fi supuse unuia din cele două tratamente termice, in con formitate cu complexitatea piesei: a) pentru configuraţii simple, se recomandã un singur tratament termic convenit, la (825 ±25) 0C timp de 6 h până la 12 h, urmat de o răcire în aer sau în cuptor; b) când se solicită rezistenţă maxima la şocuri repetate, piesele turnate pot fi supuse unui tratament termic la (825 ± 25)0C timp de 8 h până la 16 h urmat de răcire în aer sau în cuptor, apoi de un tratament termic la (275 ± 25)0C timp de 8 h până la 16 h, urmat de răcire în aer sau cuptor. Fonte cu continut ridicat de crom Piesele turnate cu conţinut ridicat de crom pot fi livrate in stare brut turnatã sau tratate termic. Pentru obtinerea de rezultate satisfacatoare este necesar un echilibru corespunzător între compoziţia chimică şi tratamentul termic. Tratamentele termice tipice sunt călire, revenire si recoacere de înmuiere. 3.2.4.2 Fontele rezistente la uzare, în condiţii de frecare cu ungere, turnate în piese- STAS 6707-79 au compoziţia chimică şi caracteristicile mecanice indicate în tabelul 3.6. 3.4.2.3.
Fontele înalt aliate (austenitice) –SR ISO 2892:1994
Fontele austenitice sunt fonte înalt aliate, în care, prin adaosul unor elemente de aliere masa metalică de bază se menţine austenitică la tempaeratura ambiantă şi în care carbonul este prezent în mare parte fie sub formă de grafit lamelar, fie sub formă de grafit nodular. De asemenea, carbonul se prezintă deseori sub formă de carburi, mai ales în mărcile cu conţinut ridicat de crom. Mărcile de fonte austenitice cu grafit nodular au caracteristici mecanice superoare faţă de cele cu grafit lamelar. În general, ele au o rezistenţă la temperatura şi la coroziune mult îmbunătăţită şi au alte caracteristici fizice care diferă de cele ale fontelor cu grafit lamelar cu aceeşi compoziţie chimică de bază. Compoziţia chimică şi caraceristicile mecanice ale fontelor austenitice – tab. 3.7. Tab.3.5 Marca
Alfanum. EN-GJN-HV350 EN-GJN-HV520 EN-GJN-HV550 EN-GJN-HV600 EN-GJN-HV600 (XCr11) EN-GJN-HV600 (XCr14) EN-GJN-HV600 (XCr18) EN-GJN-HV600 (XCr23)
Compozitia chimică % C Si Mn P S Cr Ni max max Numerica Fonta nealiata sau slab aliata EN-JN 2019 2,4... 0,4... 0,2... max 3,9 1,5 1,0 2,0 Fonta cu nichel –crom rezistentă la uzare abrazivă EN-JN 2029 2,5... max max 0,1 0,1 1,5... 3,0... 3,0 0,8 0,8 3,0 5,5 EN-JN 2039 3,0... max max 0,1 0,1 1,5... 3,0... 3,6 0,8 0,8 3,0 5,5 EN-JN 2049 2,5... 1,5... 0,3... 0,08 0,08 8,0... 4,5... 3,5 2,5 0,8 10,0 6,5 Fontă cu conţinut ridicat de crom rezistente la uzare abrazivă EN-JN 3019 1,8...3 max 0,5... 0,08 11,0... max ,6 1,0 1,5 0,08 14,0 2,0 EN-JN 3029 1,8...3 max 0,5... 0,08 0,08 14,0... max ,6 1,0 1,5 18,0 2,0 EN-JN 3039 1,8...3 max 0,5... 0,08 0,08 18,0... max ,6 1,0 1,5 23,0 2,0 EN-JN 3049 1,8...3 max 0,5... 0,08 0,08 23,0... max ,6 1,0 1,5 28,0 2,0
Duritatea Mo
V
HV
-
-
350 520 550 600
max 3,0 max 3,0 max 3,0 max 3,0
max 1,2 max 1,2 max 1,2 max 1,2
600 600 600 600
Marca
Compozitia chimică % Ti Cu Al
Cr
Ni -
-
0,2... 0,4 max 0,3
FcA4
0,2... 0,4 0,2... 0,4 max 0,3 -
-
0,003... 0,1 0,003... 0,1 -
FgnA1
-
-
-
FgnA2
-
-
-
FmA1
-
-
-
FmA2
-
-
-
FcA1 FcA2 FcA3
1,5... 2,0 0,3... 0,5 0,3... 0,5 0,4... 0,8 max 0,3 1,0... 1,5 -
Mg
Mn
Duritatea Brinell HB
-
-
180...260
-
-
180...229
-
-
160...190
-
7,5... 1,25 -
180...290* 180…290** 210...260
-
167...197
-
187...262
-
167...197
-
min 0.03 - min 0.03 -
-
-
Tab.3.6 Condiţii de utilizare(1) P N/cm2 250 900 900 10 600
v m/s 5,0 0,2 0,2 3,0 0,75
Pv max 1000 180 180 30 450
2000 3000 100 2000 50 1200 2000
1,0 0,42 8,0 1,0 5,0 1,0 2,0
2000 1250 800 2000 250 1200 2000
50 1200
5,0 1,0
250 1200
(1) P - presiunea de contact; v- viteza periferică *-în stare recoaptă **- după călire
Marca
Compoziţia chimică
%
Tab 3.7 Caracteristici mecanice
C max
L-NiMn 13 7 L-NiCuCr 15 6 2
3,0 3,0
L-NiCuCr 15 6 3
3,0
L-NiCr 20 2
3,0
L-NiCr 20 3
3,0
L-NiSiCr 20 5 3
2,5
L-NiCr 30 3
2,5
L-NiSiCr 30 5 5
2,5
L-Ni 35
2,4
Si
1,5...3, 0 1,0...2, 8 1,0...2, 8 1,0...2, 8 1,0...2, 8 4,5...5, 5 1,0...2, 0 5,0...6, 0 1,0...2, 0
Fonte austenitice cu grafit nodular 3,0 2,0... S-NiMn 13 7 3,0 3,0 1,5... S-NiCr 20 2 3,0 S-NiCr 20 3 3,0 1,5... 3,0 3,0 4,5... S-NiSiCr 20 5 2 5,5
Mn
Ni
Cr
6,0... 7,0 0,5... 1,5 0,5... 1,5 0,5... 1,5 0,5... 1,5 0,5... 1,5 0,5... 1,5 0,5... 1,5 0,5... 1,5
Rezistenţa la tracţiune Rm N/mm2 min Fonte austenitice cu grafit lamelar 12,0... 0,2 0,05 140 14,0 max max 13,5... 1,0... 5,5... 170 17,5 2,5 7,5 13,5... 2,5... 5,5... 190 17,5 3,5 7,5 18,0... 1,0... 0,05 170 22,0 2,5 max 18,0... 2,5... 0,05 190 22,0 3,5 max 18,0... 1,5... 0,05 190 22,0 4,5 max 28,0... 2,5... 0,05 190 32,0 3,5 max 29,0... 4,5... 0,05 170 32,0 5,5 max 34,0... 0,2 0,05 120 36,0 max max
6,0... 7,0 0,5... 1,5 0,5... 1,5 0,5... 1,5
12,0... 14,0 18,0... 22,0 18,0... 22,0 18,0... 22,0
0,2 max 1,0... 2,5 2,5... 3,5 1,0... 2,5
P max
0,08 0,08 0,08 0,08
Cu
0,05 max 0,05 max 0,05 max 0,05 max
Limita de curgere convenţionala R p 0.2
N/mm min
2
A % min
630
-
700
2
860
1
700
2
860
1
860
2
700
1
560
-
560
1
390
210
15
370
210
7
390
210
7
370
210
10
1,0... 1,5... 21,0... 0,5 0,08 0,05 370 170 3,0 2,5 24,0 max max 2,6 1,5... 4,0... 22,0... 0,2 0,08 0,05 440 210 2,5 4,5 24,0 max max 2,6 1,5... 0,5... 28,0... 1,0... 0,08 0,05 370 210 S-NiCr 30 1 3,0 1,5 32,0 1,5 max 2,6 1,5... 0,5... 28,0... 2,5... 0,08 0,05 370 210 S-NiCr 30,3 3,0 1,5 32,0 3,5 max S-NiSiCr 30 5 5 2,6 5,0... 0,5... 28,0... 4,5... 0,08 0,05 390 240 6,0 1,5 32,0 5,5 max 2,4 1,5... 0,5... 34,0... 0,2 0,08 0,05 370 210 S-Ni 35 3,0 1,5 36,0 max 0 max S-NiCr 35 3 2,4 1,5... 0,5... 34,0... 2,0... 0,08 0,05 370 210 3,0 1,5 36,0 3,0 0 max OBS: 1. Mărcile cu o microstructura de grafit lamelar se simbolizează cu litera ,,L” iar cele cu microstructura de grafit sferoidal sau nodular cu litera ,,S”. În fiecare caz, litera iniţială este urmată de simboluri chimice şi cifre despărţite prin spaţii egale, care indică elementele de aliere şi conţinuturile medii aproximative ale acestora. S-Ni 22 S-NiMn 23 4
3,0
2. Toate mărcile de fonte austenitice au rezistenţă bună la temperatura şi la coroziune şi sunt, în general, nemagnet
20 25 13 7 20 7
