Tratamentul termic al pieselor din fontă cu grafit nodular

Fontele sunt aliaje ale fierului cu carbonul care contin intre 2,11 si 6,67 % C si isi termina solidificarea cu palier eutectic.

Fontele cu grafit nodular se obtin prin modificarea in stare lichida a fontelor cenusii cu grafit lamellar. Modificarea propriuzisa se face prin introducerea de magneziu in fonta lichida cu ajutorul unui clopot. Dupa aceasta modificare se introduce siliciu,care creste cantitatea de grafit.

Tratamentul termic constituie o operatie obligatorie pentru obtinerea principalelor marci de fonta cu grafit nodular. Pana nu demult se obtinea fara tratament termic numai o marca de fonta cu grafit nodular. In prezent tendinta este de a obtine cele mai multe marci de fonta direct din turnare. Practic, fontei cu grafit nodular i se pot aplica toate tratamentele termice folosite la otelul carbon obisnuit.

La stabilirea regimului de tratament termic se va tine seama in primul rand de influenta siliciului si manganului asupra temperaturii de inceput si sfarsit, de transformare a austenitei la incalzire si respective, la racire. Siliciul ridica temperature eutectoida cu atat mai mult, cu cat continutul de mangan este mai mic.

1. Recoacerea pentru detensionare

In fonte cu grafit nodular tensiunile interne sunt de 2-3 ori mai mari decat in fonta cenusie. De aceea, toate piesele importante, cu configuratie complicata si cu grosime de pereti diferita, in cazul in care solicitarile la care sunt supuse in timpul lucrului nu necesita un regim termic mai complicat, trebuie supuse tratamentului de detensionare pentru eliminarea tensiunilor interne remanente ce iau nastere la turnare Pentru ca tensiunile interne sa fie cat mai mici, atat la piesele brute, cat si la cele tratate termic, trebuie sa se asigure o viteza minima de racire si/sau incalzire in intervalul de trecere de la starea plastica la cea elastica, adica in intervalul de temperatura 620-650ºC.

Tratamentul termic pentru detensionare se face de obicei astfel:

- incalzire cu o viteza de 75-100 ºC/h pana la 620-650 ºC;

- mentinere 2-8 ore la aceste temperature (in functie de grosimea peretelui piesei turnate);

- racire impreuna cu cuptorul cu o viteza de 20-60 ºC/h.

O alta metoda recomandata pentru tratamentul de detensionare este incalzirea si mentinerea piesei la temperaturi pana la 600ºC, timp de 2-6 ore, apoi racirea in cuptor cu 25-55ºC/h pana la 315-375ºC. Mai departe racirea se poate face in aer liber.

2. Tratamentul termic de normalizare

Cu ajutorul acestui tratament se urmareste obtinerea fontelor perlitice. La tratamentul de normalizare prezinta o mare importanta durata de mentinere a fontelor in domeniul austenitic si viteza de racire a lor in intervalul eutectoid de temperatura.

La mentinere are loc saturarea austenitei in carbon prin dizolvarea separarilor de grafit. Pentru a obtine structure perlitice se impune ca austenita sa fie suprasaturata in carbon, deci exista o durata de austenitizare minima.

Viteza de racier in intervalul eutectoid trebuie sa fie sufficient de mare (50 100 ºC/min), pentru a asigura transformarea austenitei in intregime in perlita. Racirea se face in aer linistit sau in aer sub presiune. In cazul folosirii unor temperaturi de normalizare relativ joase de circa 820ºC, la marginea grauntilor apare o retea de ferita, in timp ce la folosirea temperaturilor de normalizare mai inalte, ferita este dispusa in jurul nodulelor. Pe de alta parte, la temperaturi de normalizare mai inalte de 980 ºC au loc precipitari fine de carburi preeutectoide la racire, ceea ce duce la micsorarea caracteristicilor mecanice ale fontei.

Daca fonta are si cementita libera, pentru obtinerea structurii perlitice se recomanda urmatorul tratament: austenitizare 2-5 ore la 920-940 ºC, racire in cuptor pana la 880-900 ºC apoi racire in aer. In timpul mentinerii la temperaturi inalte (920-940 ºC) si al racirii incite in cuptor (pana la 880-900 ºC) are loc descompunerea intregii cantitati de cementita libera.

Daca piesele au grosimi de pereti mai mari este indicat sa se stabilizeze perlita prin ridicarea continutului de mangan sau prin adaosuri de nichel sau cupru. De asemenea, se va inlocui racirea in aer cu racire in current de aer.

In multe intreprinderi se foloseste un treatment de normalizare diferit de cel classic, fiind in doua etape. Rezultatele experimentarilor arata ca normalizarea fontelor in doua trepte, fata de normalizarea simpla, asigura o marire a rezilientei de 1,5-2 ori, o valoare mai mare a alungirii pentru aceleasi valori ale rezistentei la tractiune, limitei de curgere si ale rezistentei la oboseala.

Valoarea rezilientei, determinate pe probe necrestate, este scazuta pentru fontele in stare turnata (1,5 2,8 daJ/cm²) cu putin mai ridicata (1,8 2,8 daJ/cm²), pentru fontele normalizate simplu, in timp ce pentru fontele normalizate in doua trepte atinge cifre pronuntat superioare (peste 4,3 daJ/cm²). Temperatura de fragilizare este deplasata spre valori mai mici si rezistenta la oboseala spre valori mai ridicate. Micsorarea temperaturii la cea de-a doua mentinere determina cresterea numarului de graunti de ferita si ca urmare a rezistentei.

Revenirea la 600 ºC contribuie la marirea proprietatilor de plasticitate. Alierea cu nichel si cupru permite variatii in limite mai largi a temperaturii mentinerii fontei in treapta a doua si, deci si a proprietatilor mecanice. Rezistenta la oboseala variaza intre 250-290 N/mm² (probe netede) si intre 190-210 N/mm² (probe crestate).

3. Tratamentul de calire si revenire

Tratamentul de calire urmata de revenire se aplica pieselor din fonta cu grafit nodular pentru marirea duritatii si a rezistentei la uzura. Structura initiala optima pentru calire a fontei cu grafit nodular este cea perlitica, cu o repartizare uniforma a grafitului. In majoritatea cazurilor, in fonta cu grafit nodular in stare turnata (afara de piesele turnate cu pereti grosi) este prezenta si cementita libera. De aceea, piesele, inainte de calire trebuie supuse unei recoaceri grafitizante. In cazul unei structure initiale ferito-grafitice, la aceeasi temperaturi austenite se va forma mult mai greu.