Fonte cenusii cu grafit lamelar modificat

Aceste fonte sunt caracterizate prin proprietati mecanice ridicate:

R=250-450N/­mm²

A=0,8---1,2

HB200---280

Deci, se pot incadra in marcile Fc250---Fc400.

Aceste proprietati mecanice sunt asigurate de o structura perlitica 100% cu un grad de dispersie alperlitei ridicat (perlita fina) si de un grafit lamelar de tipA, uniform repartizat in structura fontei .

Pentru obtinerea acestei structuri , fontele sunt elaborate la un grad de saturatie in carbon scazut si apoi modificate.

Compozitia chimica a fontelor se incadreaza in limitele :

C=2.8.3.2%  Si=0.6.2.0%Mn=0.6.1.2%P_max=0.1% S_max=0.1%

Continutul scazut de carbon si siliciu asigura incadrarea fontei , inainte de modificare in domeniile fontelor albe sau pestrite.

Un adaos scazut de siliciu , odata cu elementele modificatoare , determina trecerea fontelor din fonte albe in fonte cenusii-perlitice.Pentru aceasta trecere este necesar un aport scazut de siliciu (0,1.0,5%).

Manganul se va gasi la limita superioara a intervalului de variatie intailnit la fontele cenusiiin timp ce fosforul si sulful sunt limitate la max 0,1%.

Continutul scazut de carbon al fontei asigura si o cantitate redusa de grafit in structura .

O categorie distincta de fonte cu grafit lamelar modificate o constituie fontele cu grad ridicat de saturatie in carbon deci, fonte din domeniul eutectic (Sc=0,9---1,3).

Aceste fonte poseda proprietati de turnare deosebit de bune ,cum ar fi :

-fluiditate ridicata

-retasura si contractie scazuta

Proprietatile mecanice sunt scazute la aceste fonte 150---220N/mm², in urma modificarii , rezistenta la tractiune poate fi 250---300N/mm².

Modificatori:

In compozitia modificatorilor utilizati pentru obtinerea fontelor cu grafit lamelar modificate intra mai multe grupe de elemente:

-elemente de baza (servesc pentru fabricarea modificatorului Si , Ni , Fe , etc.)

-elemente modificatoare (asigura efectul modificator propriuzis (Ca, Sr, Ba, Mg, Ce)

-elemente ajutatoare(stimularea germinarii la cristalizarea fontelor Al, Ti, B, Zr, C)

In cazul fontelor cu grad de saturatie scazut in carbon ,modificatorii trebuie sa asigure nu numai compactizarea si marirea numarului de separari de grafit ci si marirea tendintei de grafitizare a fontei, fata de fonta initiala nemodificata.

Din acest motiv majoritatea modificatorilor utilizati la aceste fonte au ca element purtator siliciul.

a.     Modificatorii pe baza de ferosiliciu

Cel mai simplu modificator din aceasta grupa il constituie ferosiliciul industrial (FeSi75) care contine in compozitia chimica Al si Ca (pana la 1,5%Al si 0,8%Ca )

ce asigura modificarea fontei.

b.     Modificatori pe baza de silicocalciu

Silicocalciul industrial intra in aceasta categorie (SiCa31) cu un continut ridicat de calciu iar pe langa acesta se mai introduce si Al,Ba,Zr,Mg,B,Ce,La etc.

Acesti modificatori sunt recomandati pentru fontele cu grad de saturatie in carbon ridicat (Sc=0,8.0,9 )

c.      Modificatori pentru fontele cu grad de saturatie in carbon ridicat

(in cazul fontelor cenusii din domeniul eutectic Sc=0,95.1,05) (CaSiCuAlMg sau CaSiAlMgTi).

-fontele contin o cantitate mare de grafit

-actiunea grafitizanta a modificatorilor nu mai este necesara impunandu-se chiar o actiune antigrafitizanta (redusa).

d.     Modificatori cu carbon

=modificatori tip amestec care se obtin de obicei din amestecarea grafitului cu aliajele sfaramate in anumite proportii (inoculin , escaloy , modifin ).

Notiunea de modificare la fonte:

In cazul fontelor,prin care modificarea se intelege schimbarea conditiilor de formare a germenilor la cristalizarea primara(numarul si viteza creste),in asa fel incat sa se obtina compactizarea si marirea numarului separarilor de grafit intr-o masura cat mai pronuntata,efectul fiind instabil in timp.

Modificarea reprezinta singurul procedeu care asigura,in acelasi timp,atat cresterea compactitati separarilor de grafit,cat si marirea numarului lor, in condiitiile unei repartizari uniforme de masa metalica de baza.

Particularitatile procesului de modificare sunt urmatoarele:

-modificarea se obtine prin introducerea in fonta lichida a unor cantitati mici de elemente sau combinatii de elemente,comparabile cu cele folosite la microaliere.adica ,maximum 0,2%pentru fiecare element;modificatori pot fi folositi in stare lichida sau solida;

-prin modificare se influenteaza,in principal,forma si numarul separarilor de grafit,dar si dendridele primare de austenita,deci modificarea influenteaza,in primul rand,structura eutectica a fontelor;

-prin modificare nu se schimba substantial compozitia de baza a fontelor.

Spre deosebire de elementele modificatoare, elementele de aliere influenteaza mai mult cristalizarea secundara a fontelor, adica structura masei metalice de baza;

-efectul de modificare dispare la mentinerea fontelor in stare lichida dupa modificare,in timp ce efectul de aliere se mentine.

Elementele modificatoare care si-au gasit utilizarea in practica industriala pana in prezent sunt urmatoarele :

-Ca,Sr,Ba,Mg,Ce,Bi,Te precum si pamanturile rare(PR).

Toate aceste elemnte, atunci cand sunt folosite corespunzator,determina atat compactizarea cat si marirea numarului separarilor de grafit.Deoarece ele sunt insolubile in fierul lichid efectul lor de modificator este instabil.

De mentionat ca,in literatura de specialitate sunt folosite unele definitii mai largi sau mai inguste privind modificarea fontelor;toate acestea au insa in vedere schimbarile referitoare la conditiile de cristalizare primara.

Foarte folosita in literatura de specialiate este notiunea de ,,inoculare'' cu o semnificatie uneori indentica cu aceea a notiuni de modificare.

Inocularea reprezinta operatia de introducere a unui element in aliajul lichid,indiferent daca acest element este sau nu modificator.Asadar,inocularea nu trebuie indentificata cu modificarea,avand sfera mult mai mare decat ultima.

Este necesar sa se faca deosebirea intre elemente modificatoare si modificatori.In cele din cele mai multe cazuri modificatorii cuprinde pe langa elemente cu influentea modificatoare si unele elemente ajutatoare care completeaza efectele modificari.Se folosesc urmatoarele categorii de elemente ajutatoare:

-elementele care stimuleaza germinarea in anumite conditii,ducand la marirea pronuntata a numarului separarilor de grafit;din aceasata grupa fac parte:Al,Ti,Zr,B,C,(grafit);

-elementele care maresc proportia de perlita in structura masei metalice de baza,datorita efectului lor antigrafitizant la transformarea eutectoida;din aceasta grupa fac parte:Cu,Sn,Mn,Cr,care joaca un rol de elemente de aliere.

Majoritatea modificatorilor folositi in practica contin in afara de elemente modificatoare si ajutatoare si proportii relative inseminate de siliciu,care joaca un rol important in procesul de modificare.

Intr-adevar siliciul introdus in fonta lichida,determina aparitia a numeroase microvolume suprasaturate in carbon,datorita microsegregatiilor.Prin aceasta este favorizata germinarea separarilor de grafit.

Modificarea in cazul obtineri fontelor superioare cu grafit lamelar 

Aceste fonte se caracterizeaza prin prezenta lamelelor de grafit cu varfuri rotunjite,in numar mare si uniform repartizate in masa metalica de baza, fata de fonta cu grafit lamelar perlitica nemodificata(σ_r=25-30daN/mm²),la care separarile de grafit au lungimi mai mari,varfuri mai ascutite si o repartizare mai putin uniforma.

In cele mai multe cazuri,fontele initiale supuse modificarii au gradul de saturatie scazut(Sc=0,7-0,85),astfel ca cele nemodificate ar cristaliza cu cementita libera(fonte albe sau pestrite).

Prin introducere modificatorului,fontele cristalizeaza in sistemul stabil,ca fonte cenusi,insa cu separari de grafit mai compacte.

Prin modificare are loc o miscare brusca a cantitatii de Cleg (cementita),modificatorii avand un puternic efect grafitizant.

Mentinerea fontelor modificate in stare lichida,determina diminuarea sau chiar eliminarea efectului modificator,demonstrate prin cresterea continutului de carbon legat (a tendintei de albire) si prin micsorarea capacitatii si a uniformitatii in repartizarea separarilor de grafit.

Ca urmare,rezistenta fontelor ,se micsoreaza.

Variatia in timp a efectului de modificare exprimata prin variatia carbonului legat Cleg

a-fonta cu grafit lamelar ;b-fonta cu grafit nodular.

Influenta modificarii asupra temperaturii cristalizarea la diferite fonte.

Elementele modificatoare,folosite in mod usual,sunt Ca,Ba,Sr iar ca elementele ajutatoare se intrebuinteaza aluminiul,grafitul,zirconiul si titanul,pentru marirea numarului separarilor de grafit si accentuarea grafitizarii,precum su Cu,Sn,Mn,Cr,pentru marirea proportiei de perlita in structura.

In practica se folosesc doua procedee de obtinere a fontelor modificate,cu grafit lamelar. In primul caz,se potriveste de la o fonta alba(la care inceputul A si sfarsitul B al cristalizarii eutectice se gasesc sub temperatura de echilibru metastabil T_met ),sau de la o fonta pestrita (la care inceputul cristalizarii eutectice, B, se gaseste sub T_met),(curbele 1 si 2 din fig a).

Efectul modificator fiind grafitizant, transformarea eutectica este deplasata in intregime deasupra T_met, obtinandu-se astefel fonte cenusii (curba 3 din fig.a).

In al doilea caz se porneste de la o fonta cenusie (curba 4 din fig b) al carei grad de subracire la cristalizarea este marit prin subracire (curba 5 din fig b).

Prin modificare grafitizanta gradul de subracire este micsorat (curba3 din fig b) dar ramane mai mic decat al fontei initiale, nesupraincalzita.