Tipuri de fontă, clasificare, compoziție, proprietăți, marcare și aplicare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Astăzi nu există aproape niciun domeniu al vieții umane în care fonta să nu fie folosită. Acest material este cunoscut omenirii de destul de mult timp și s-a dovedit excelent din punct de vedere practic. Fonta stă la baza unei mari varietăți de piese, ansambluri și mecanisme, iar în unele cazuri chiar un produs autosuficient capabil să îndeplinească funcțiile care îi sunt atribuite. Prin urmare, în acest articol vom acorda o atenție deosebită acestui compus care conține fier. De asemenea, vom afla ce tipuri de fontă sunt, caracteristicile lor fizice și chimice.

Definiție

Fonta este un aliaj cu adevărat unic de fier și carbon, în care Fe este mai mult de 90%, iar C nu este mai mult de 6,67%, dar nu mai puțin de 2,14%. De asemenea, carbonul poate fi găsit în fontă sub formă de cementit sau grafit.

Carbonul conferă aliajului o duritate suficient de mare, cu toate acestea, în același timp, reduce maleabilitatea și ductilitatea. Drept urmare, fonta este un material fragil. De asemenea, la anumite clase de fontă se adaugă aditivi speciali, care pot conferi compusului anumite proprietăți. Rolul elementelor de aliere poate fi: nichel, crom, vanadiu, aluminiu. Indicele de densitate al fontei este de 7200 de kilograme pe metru cub. Din care se poate concluziona căgreutatea fontei este un indicator care nu poate fi numit mic.

Context istoric

Topirea fierului este cunoscută de multă vreme oamenilor. Prima mențiune despre aliaj datează din secolul al VI-lea î. Hr.

În antichitate, China producea fontă cu un punct de topire destul de scăzut. Fonta a început să fie produsă în Europa în jurul secolului al XIV-lea, când au fost folosite pentru prima dată furnalele. La acea vreme, o astfel de turnare a fierului era folosită pentru producerea de arme, obuze, piese de construcție.

În Rusia, producția de fontă a început activ în secolul al XVI-lea și apoi sa extins rapid. În timpul lui Petru I, Imperiul Rus a putut să ocolească toate țările lumii în ceea ce privește producția de fier, dar o sută de ani mai târziu a început să piardă din nou teren pe piața metalurgiei feroase.

Fonta a fost folosită pentru a crea o varietate de opere de artă încă din Evul Mediu. În special, în secolul al X-lea, maeștrii chinezi au turnat o figură cu adevărat unică a unui leu, a cărui greutate depășea 100 de tone. Începând cu secolul al XV-lea în Germania, iar după aceea în alte țări, turnarea fontei s-a răspândit. Din el au fost realizate garduri, zăbrele, sculpturi în parc, mobilier de grădină, pietre funerare.

În ultimii ani ai secolului al XVIII-lea, turnarea fierului a fost cea mai implicată în arhitectura Rusiei. Iar secolul al XIX-lea a fost numit în general „epoca fontei”, deoarece aliajul a fost folosit foarte activ în arhitectură.

Funcții

Există diferite tipurifontă, totuși, punctul mediu de topire al acestui compus metalic este de aproximativ 1200 de grade Celsius. Această cifră este cu 250-300 de grade mai mică decât este necesar pentru fabricarea oțelului. Această diferență este asociată cu un conținut destul de ridicat de carbon, ceea ce duce la legăturile sale mai puțin strânse cu atomii de fier la nivel molecular.

În momentul topirii și cristalizării ulterioare, carbonul conținut în fontă nu are timp să pătrundă complet în rețeaua moleculară a fierului și, prin urmare, fonta se dovedește în cele din urmă a fi destul de fragilă. În acest sens, nu este utilizat acolo unde există sarcini dinamice constante. Dar, în același timp, este excelent pentru acele părți care au cerințe crescute de rezistență.

Tehnologia de producție

Absolut toate tipurile de fontă sunt produse într-un furnal. De fapt, procesul de topire în sine este o activitate destul de laborioasă, care necesită investiții materiale serioase. O tonă de fontă necesită aproximativ 550 de kilograme de cocs și aproape o tonă de apă. Volumul de minereu încărcat în cuptor va depinde de conținutul de fier. Cel mai adesea, se folosește minereu, în care fierul este de cel puțin 70%. O concentrație mai mică a elementului nu este de dorit, deoarece ar fi neeconomic să-l folosești.

Prima etapă de producție

Topirea fierului este după cum urmează. În primul rând, minereul este turnat în cuptor, precum și cărbune de cocsificare, care servește la presurizarea și menținerea temperaturii necesare în interiorul puțului cuptorului. În plus, acești produse în timpul procesului de ardere sunt implicați activ în reacțiile chimice în curs de desfășurare înrolul agenților de reducere a fierului.

În același timp, un flux este încărcat în cuptor, care servește ca catalizator. Ajută rocile să se topească mai repede, ceea ce favorizează eliberarea de fier.

Este important de reținut că minereul este supus unui pretratament special înainte de a fi încărcat în cuptor. Se zdrobește într-o instalație de zdrobire (particulele mici se topesc mai repede). Apoi este spălat pentru a îndepărta particulele fără metal. După aceea, materia primă este arsă, din această cauză, sulful și alte elemente străine sunt îndepărtate din ea.

A doua etapă de producție

Gazul natural este furnizat cuptorului încărcat și gata de funcționare prin arzătoare speciale. Cocsul încălzește materia primă. În acest caz, se eliberează carbon, care se combină cu oxigenul și formează un oxid. Acest oxid participă ulterior la recuperarea fierului din minereu. Rețineți că, odată cu creșterea cantității de gaz din cuptor, viteza reacției chimice scade, iar când este atins un anumit raport, aceasta se oprește cu totul.

Excesul de carbon pătrunde în topitură și se unește cu fierul, formând în cele din urmă fonta. Toate acele elemente care nu s-au topit sunt la suprafață și în cele din urmă sunt îndepărtate. Acest deșeu se numește zgură. Poate fi folosit și pentru a produce alte materiale. Tipurile de fontă obținute în acest mod se numesc turnătorie și fontă brută.

diferențiere

Clasificarea modernă a fontelor prevede împărțirea acestor aliaje în următoarele tipuri:

• Alb.
• Jumătate.
• Gri cu fulgi de grafit.
• Grafit nodular de în altă rezistență.
• Ductil.

Să ne uităm la fiecare separat.

Fontă albă

Această fontă este cea în care aproape tot carbonul este legat chimic. În inginerie mecanică, acest aliaj nu este folosit foarte des, deoarece este dur, dar foarte fragil. De asemenea, nu poate fi prelucrat cu diverse scule de tăiere și, prin urmare, este utilizat pentru turnarea pieselor care nu necesită nicio prelucrare. Deși acest tip de fontă permite șlefuirea cu roți abrazive. Fonta albă poate fi atât obișnuită, cât și aliată. În același timp, sudarea provoacă dificultăți, deoarece este însoțită de formarea diferitelor fisuri în timpul răcirii sau încălzirii, precum și din cauza eterogenității structurii care se formează la punctul de sudare.

Fontele albe rezistente la uzură sunt obținute prin cristalizarea primară a unui aliaj lichid în timpul răcirii rapide. Sunt utilizate cel mai frecvent pentru aplicații de frecare uscată (de exemplu, plăcuțe de frână) sau pentru producția de piese cu rezistență crescută la uzură și la căldură (role de laminor).

Apropo, fonta albă și-a primit numele datorită faptului că aspectul fracturii sale este o suprafață de lumină cristalină, radiantă. Structura acestei fonte este o combinație de ledeburit, perlit și cementit secundar. Dacă această fontă este aliată, atunci perlita se transformă întroostită, austenită sau martensită.

Jumătate din fontă

Clasificarea fontelor ar fi incompletă fără a menționa această varietate de aliaje metalice.

Această fontă se caracterizează printr-o combinație de eutectici de carbură și grafit în structura sa. În general, structura cu drepturi depline are următoarea formă: grafit, perlit, ledeburit. Dacă fonta este supusă unui tratament termic sau aliere, aceasta va duce la formarea de austenită, martensite sau troostită aciculară.

Acest tip de fontă este destul de fragilă, așa că utilizarea sa este foarte limitată. Aliajul însuși și-a primit numele deoarece fractura sa este o combinație de zone întunecate și luminoase ale structurii cristaline.

Cel mai comun material de inginerie

Fonta gri GOST 1412-85 conține aproximativ 3,5% carbon, de la 1,9 la 2,5% siliciu, până la 0,8% mangan, până la 0,3% fosfor și mai puțin de 0,12% sulf.

Grafitul dintr-o astfel de fontă are o formă lamelară. Nu necesită modificări speciale.

Plăcile de grafit au un efect puternic de slăbire și, prin urmare, fonta cenușie se caracterizează prin rezistență la impact foarte scăzută și absența aproape completă a alungirii (mai puțin de 0,5%).

Fonta gri este bine prelucrată. Structura aliajului poate fi după cum urmează:

• ferit-grafit.
• ferit-perlit-grafit.
• Perlit-grafit.

Fonta cenușie funcționează mult mai bine la compresie decât la tensiune. El, de asemeneasudează destul de bine, dar aceasta necesită preîncălzire, iar ca material de umplutură ar trebui folosite tije speciale din fontă cu un conținut ridicat de siliciu și carbon. Fără preîncălzire, sudarea va fi dificilă deoarece fonta se va înălbi în zona de sudare.

Fonta cenușie este folosită pentru a produce piese care funcționează fără încărcare de șoc (scripeți, huse, paturi).

Desemnarea acestei fonte are loc după următorul principiu: SCH 25-52. Două litere indică faptul că aceasta este fontă cenușie, numărul 25 este un indicator al rezistenței la tracțiune (în MPa sau kgf / mm 2), cifra 52 este rezistența la tracțiune în acest moment de îndoire.

Fontă ductilă

Fonta nodulară este fundamental diferită de ceilalți „frați” ai săi prin faptul că conține grafit nodular. Se obține prin introducerea de modificatori speciali (Mg, Ce) în aliajul lichid. Numărul de incluziuni de grafit și dimensiunile lor liniare pot fi diferite.

Ce este bun la grafitul sferoidal? Faptul că o astfel de formă slăbește minim baza metalică, care, la rândul ei, poate fi perlitică, feritică sau perlitic-feritică.

Datorită utilizării tratamentului termic sau alierei, baza din fontă poate fi acicular-troostită, martensitică, austenitică.

Calitățile de fontă ductilă sunt diferite, dar în termeni generali, denumirea acesteia este următoarea: VCh 40-5. Este ușor de ghicit că HF este fontă de în altă rezistență, numărul 40 este un indicatorrezistență la tracțiune (kgf/mm2), numărul 5 este relativ la alungire, exprimat ca procent.

Fontă ductilă

Structura fierului ductil este prezența grafitului în ea sub formă fulgioasă sau sferică. În același timp, grafitul în fulgi poate avea finețe și compactitate diferite, ceea ce, la rândul său, are un impact direct asupra proprietăților mecanice ale fontei.

Fontul ductil industrial este adesea produs cu o bază feritică, care oferă o ductilitate mai mare.

Aspectul de fractură al fontei ductile feritice are un aspect negru catifelat. Cu cât cantitatea de perlit din structură este mai mare, cu atât fractura va deveni mai ușoară.

În general, fonta ductilă este obținută din piese turnate de fier alb din cauza languirii îndelungate în cuptoare încălzite la o temperatură de 800-950 de grade Celsius.

Astăzi, există două moduri de a face fontă ductilă: europeană și americană.

Metoda americană este de a lâncezi aliajul în nisip la o temperatură de 800-850 de grade. În acest proces, grafitul este situat între boabele de fier cel mai pur. Drept urmare, fonta devine vâscoasă.

În metoda europeană, piesele turnate lâncezesc în minereu de fier. Temperatura în același timp este de aproximativ 850-950 de grade Celsius. Carbonul trece în minereu de fier, datorită căruia stratul de suprafață al pieselor turnate este decarburat și devine moale. Fonta devine maleabilă, în timp ce miezul rămâne fragil.

Marcarea fierului maleabil: KCh 40-6, unde KCh este, desigur, fontă maleabilă; 40 - indicele de rezistență la tracțiune;6 – alungire, %.

Alți indicatori

În ceea ce privește împărțirea fontelor în funcție de rezistență, aici se aplică următoarea clasificare:

• Rezistență tipică: σv până la 20 kg/mm2.
• Rezistență crescută: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Rezistență mare: σv=40 kg/mm2 și mai mult.

În funcție de ductilitate, fontele se împart în:

• Inflexibil - mai puțin de 1% alungire.
• Plastic redus - de la 1% la 5%.
• Plastic - de la 5% la 10%.
• Plasticitate crescută - mai mult de 10%.

În concluzie, aș dori de asemenea să remarc faptul că proprietățile oricărei fonte sunt afectate destul de semnificativ chiar și de forma și natura turnării.