Alegerea Materialelor și Tratamentelor Termice

MODULUL 1

Material

Cheltuieli de energie în petrol

[T/h]

Cheltuieli energetice

[Kcal/cm3]

Oţel

1,0

82

Aluminiu

1,2

112

Cupru

5,6

158

OBIECTIVE

Obiectivele capitolului constau în prezentarea generală a materialelor feroase.

Sunt prezentate apoi fontele, cu precizarea proprietăţilor principale, a clasificării lor şi a domeniilor de utilizare.

1. MATERIALE FEROASE

Aliajele fierului sunt cele mai întrebuinţate materiale metalice, atât în industrie, în general, cât şi în construcţia de maşini, în special. Aceasta se datorează, între altele, şi preţului de cost relativ scăzut (în tabelul 1.1 sunt date cheltuielile energetice pentru câteva materiale).

Tabelul 1.1 Cheltuieli energetice

pentru unele materiale metalice Proprietăţile mecanice ale materialelor feroase pot fi modificate în limite largi, în mai mare măsură decât în cazul altor materiale.

De asemenea, materialele feroase pot fi prelucrate aproape prin toate metodele tehnologice cunoscute şi, în mare măsură, pot fi refolosite.

In funcţie de conţinutul de carbon se deosebesc două categorii mari de materiale feroase: aliaje de Fe cu până la 1,5…2,11 % carbon - oţelurile şi până la 4,5…6,67 % carbon - fontele.

1.1. Fonte

Fontele sunt aliaje fier - carbon al căror conţinut de carbon, depăşind 1,7 %, este frecvent cuprins între 2,2…3,8 % şi care mai conţin elemente însoţitoare (Si, Mn, P, S) şi elemente de aliere.

Aceste aliaje au, în general, foarte slabe proprietăţi plastice (forjabilitatea) şi sudabilitate redusă, rezistenţa mecanică mai mică decât a oţelurilor, dar turnabilitate bună (temperatură de topire mai scăzută, fluiditate mare, interval de solidificare şi implicit tendinţă de segregare reduse, contracţie mică la solidificare - până la max.2 %), precum şi capacitate de amortizare a vibraţiilor.

Clasificarea fontelor se poate face după sistemul de cristalizare, în modul următor:

• fonte albe;

• fonte cenuşii (de turnătorie).

Clasificarea fontelor de turnătorie se poate face după cum urmează:

- după conţinutul în carbon echivalent CE, care se determină cu relaţia:

CE = Ctot +1/3 ⋅ (Si + P) + 0,4 ⋅ S (1.1)

• fonte hipoeutectice: CE < 4,26 %;

• fonte eutectice: CE = 4,26 %;

• fonte hipereutectice: CE > 4,26 %.

- după forma grafitului:

• fonte cu grafit lamelar;

• fonte cu grafit nodular (fonte modificate);

• fonte cu grafit în cuiburi (fonte maleabile).

- după modul de aliere:

• fonte nealiate (conţin Fe şi C, dar şi Si, Mn, P, S, în cantităţi mici);

• fonte aliate (conţin şi Cr, Ni, Cu, Al, Mo etc.):

- slab aliate (suma elementelor de aliere sub 4 %);

- mediu aliate (suma elementelor de aliere 4…10 %);

- bogat aliate (suma elementelor de aliere peste 10 %).

a) Fonte albe

Datorită durităţii foarte ridicate a cementitei (750 HB) şi ledeburitei (700 HB), fontele albe sunt aliaje foarte dure, dar şi foarte fragile. Ca urmare a acestor proprietăţi, precum şi a dificultăţilor de prelucrare care rezultă, fontele albe au o utilizare limitată în industrie.

Un domeniu de utilizare a fontei albe în industrie îl prezintă piesele turnate, supuse ulterior operaţiei de maleabilizare, prin care se obţin în final piese din fontă maleabilă.

Un alt exemplu de utilizare îl constituie folosirea fontelor albe perlitice pentru executarea corpurilor de măcinare din morile de ciment.

O utilizare ceva mai largă o au aşa numitele fonte cu crustă dură. În aceste fonte, datorită vitezelor de răcire diferite în miez şi la suprafaţă, se obţin structuri diferite. În miez se obţine structură de fontă cenuşie, iar la suprafaţă se obţine un strat de 12…30 mm cu structură de fontă albă.

Din fontă cu crustă dură se toarnă piese care lucrează în condiţii de frecare foarte intensă cum sunt: cilindrii de laminor pentru siderurgie, calandrii pentru industria chimică şi a hârtiei, tăvălugii pentru mori, rolele pentru industria siderurgică, roţile de vagoane, axele cu came pentru motoare cu ardere internă etc.

b) Fonte cenuşii cu grafit lamelar

Aceste fonte conţin între 2,8 % şi 3,6 % C, precum şi Si, Mn, P, S. Prezenţa unor conţinuturi mai mici de Ctotal conferă fontelor cenuşii proprietăţi mecanice mai bune (figura 1.1). Dintre elementele însoţitoare, prezenţa unor cantităţi mai mari de Si micşorează proprietăţile mecanice ale acestor aliaje (figura 1.2):

Fig. 1.1. Influenţa conţinutului de Fig. 1.2. Influenţa conţinutului de

carbon asupra proprietăţilor mecanice siliciu asupra proprietăţilor mecanice

Fontele cenuşii au cea mai bună capacitate de amortizare a vibraţiilor.

Simbolizarea fontelor cenuşii se face cu grupul de litere Fc (fontă cenuşie) urmat de un grup de cifre care indică rezistenţa minimă la rupere prin tracţiune Rm (N/mm2)