Fontă ductilă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fig.1. Noduli de grafit într-o fontă ductilă

Un font ductil (numit și fontă ductilă sau fontă nodulară din grafit sau fontă nodulară , în engleză ductile iron ) este o fontă în care grafitul , în loc să se prezinte sub formă de lamele , apare în noduli sub formă de sferoizi . Nodulii sunt localizați într-o matrice metalică a cărei structură este o funcție a compoziției chimice a tipului specific de fontă , a vitezei de răcire în momentul solidificării și a oricăror tratamente termice ulterioare.

Fig. 2. Interacțiunea dintre fisură și grafit

Forma sferoidală a grafitului produce o concentrație mai mică de tensiune decât cea lamelară; în plus, forma sferică este cea care, cu același volum, are cea mai mică suprafață și, prin urmare, matricea este mai puțin deteriorată, putând astfel să-și exploateze mai bine caracteristicile.
Mai mult, în fonta sferoidală, nodulii de grafit exercită o acțiune de oprire pentru fisuri (Figura 2b), spre deosebire de grafitul lamelar care oferă o cale preferențială pentru propagarea lor (Figura 2a).

Fonta sferoidală are o îmbunătățire notabilă a tuturor caracteristicilor mecanice și, de asemenea, o proprietate care este necunoscută fontei „normale”: ductilitatea .

Compoziția chimică a fontelor ductile

Compoziția unei fonte ductile nu este foarte diferită de cea a unei fonte gri . Cu toate acestea, este necesar un control atent al compoziției pentru a satisface cerințele structurale precise:

  • absența carburilor;
  • forma și distribuția corectă a grafitului;
  • structura matricei dorite.

O compoziție chimică de bază tipică a unei fonte ductile nealiate este după cum urmează:

C. da Mn Cu P. S. Mg
3,3 ÷ 3,8% 1,8 ÷ 2,8% ≤0,6% 0,5 ÷ 1,2% ≤0,1% ≤0,03% 0,04 ÷ 0,08%

Prezența carburilor determină o creștere semnificativă a durității însoțită de o deteriorare a tuturor celorlalte proprietăți mecanice și o reducere a prelucrării.
Formarea carburilor poate fi evitată prin asigurarea unei puteri de grafitizare ridicate a băii topite exprimată prin conținutul echivalent de carbon (CE). Există mai multe formule pentru exprimarea CE, utilizate pentru a estima structurile de solidificare ale turnării.
Folosind expresia CE = C% + 1/3 (Si% + P%), o valoare de CE în jur de 4,3 este suficientă pentru a garanta absența carburilor și o bună calitate a sferoidelor din grafit. Valori prea mici ale CE reduc potențialul de grafitizare și pot da naștere unei contracții excesive în timpul solidificării, valori prea mari produc degenerarea nodulilor de grafit.

Normogram ce.JPG

Figura 3 Normogramă pentru calculul echivalentului carbon

Alte expresii pentru CE sunt uneori folosite, iar figura 3 prezintă un exemplu de normogramă pentru alegerea corectă a procentelor de carbon și siliciu .
Magneziul este cel mai eficient și testat nodulizator, chiar dacă, adăugat în stare pură, prezintă dezavantaje precum reacții bruște și explozii de gaze. Datorită puterii sale termogene ridicate, este utilizat în aliajele cu nichel , cupru , litiu , fier- siliciu.
Alte elemente adăugate pentru a avea sferoidul de grafit sunt ceriu , calciu , litiu, sodiu și bariu ; cu toate acestea, numai magneziul și ceriul și-au asumat importanță comercială. Acesta din urmă nu se folosește aproape niciodată singur dat fiind cel mai bun efect al acestuia atunci când este combinat cu magneziu.
Deoarece sulful este unul dintre elementele cu cea mai mare putere anti-graffiti, acesta trebuie eliminat sau redus pe cât posibil; o desulfurare puternică este, de asemenea, esențială, deoarece sulful , combinat cu magneziu, ar putea neutraliza efectul sferoidizant al acestuia.
Evident, trebuie evitată sau limitată prezența elementelor care promovează carbură precum crom , vanadiu și bor . Magneziul poate avea un efect stabilizator asupra carburilor acestor elemente, în special în piesele turnate cu secțiuni mari în care segregarea favorizează formarea de carburi intercelulare.

Forma și distribuția corectă a grafitului sunt esențiale pentru a oferi fontelor cele mai bune proprietăți mecanice.
Distribuția și morfologia pot fi evaluate metalografic, cu metode calitative, prin utilizarea unui tabel simplu de comparație sau cantitativ cu tehnici magnetice sau cu ultrasunete .
Forma nodulilor poate fi evaluată în conformitate cu standardul ASTM A247 care definește șapte morfologii de bază ale grafitului.
Nodularitatea (procentul de grafit prezent sub formă de noduli de tip I sau II) este evaluată prin numărarea particulelor de grafit de fiecare tip. În general se recomandă o nodularitate mai mare de 90%, deși uneori este considerată acceptabilă o nodularitate mai mare de 80%.
Asigurând morfologia corectă a grafitului, proprietățile fontelor ductile sunt controlate prin structura matricei metalice.

Structura fontelor ductile

  • Feritice fonte ductile turnate: ele constau din noduli de grafit într - un complet feritică matrice, care dă bun din fontă ductilitate și impact rezistența la întindere, rezistența și rezistența randament echivalente cu cele ale nealiat din oțel . Fontele ductile feritice pot fi produse direct în turnătorie, dar recoacerea se realizează în general pentru a da ductilitate și rezistență la turnare.
  • Fontă ductilă feritică-perlitică : au o matrice mixtă formată din ferită și perlit . Aceasta este cea mai frecventă formă în care apar fontele ductile și se obține direct atunci când turnarea se solidifică. Au proprietăți intermediare între cele feritice și perlitice, cu o prelucrabilitate bună și costuri de producție reduse.
  • Fontele perlitice ductile : matricea este aproape complet perlitică, cu cantități mici de ferită prezente în jurul nodulilor de grafit. Au o rezistență ridicată la tracțiune, o bună rezistență la uzură și o ductilitate moderată. Cu aceeași rezistență au o prelucrabilitate mai mare decât oțelul. Uneori se efectuează un tratament de normalizare pe turnare, ieșind din turnătorie pentru a îmbunătăți matricea perlitică.

Cele trei tipuri de fontă ductilă acum văzute constituie fontele ductile „convenționale”, în general nu sunt aliate, iar structura matricei se obține direct în turnătorie (tratamentul de recoacere pe fontele ductile feritice se realizează pentru a le îmbunătăți ductilitate și să nu le modifice structura). Fontele ductile pot fi, de asemenea, lipite și / sau tratate termic pentru a extinde gama de proprietăți și aplicații.

  • Fontele ductile martensitice : folosind cantități suficiente de elemente de aliere care împiedică formarea perlitului și aplicând un tratament de întărire la turnare, se obține o matrice formată din martensită care conferă rezistență și duritate ridicate, dar ductilitate și duritate foarte scăzute.
  • Fontele ductile austenitice : în aceste fonte, austenita este stabilizată la temperatura camerei datorită prezenței nichelului ca element de aliere în procente cuprinse între 18 și 36%. Matricea austenitică oferă rezistență excelentă la coroziune și oxidare , rezistență bună și stabilitate dimensională la temperaturi ridicate.
  • Fonta ductilă Austempered (ADI) : fontele ADI (Austempered Ductile Iron) sunt cele mai noi din familia fontelor ductile, sunt produse prin intermediul tratamentului termic austem al fierelor ductile convenționale. Matricea lor este alcătuită dintr-o combinație de ferită aciculară și austenită saturată de carbon. Proprietățile fontelor ADI pot varia în mod semnificativ în funcție de compoziția fontei și de parametrii de tratament.

Influența puternică asupra proprietăților mecanice exercitate de forma grafitului și structura matricei produce corelații semnificative între proprietățile mecanice.
Pentru fiecare fontă ductilă, rezistența la tracțiune și alungirea pot fi corelate prin intermediul unei ecuații precum:

(rezistență la tracțiune ksi) 2 x (alungire%) ÷ 1000 = Q

unde Q este o constantă.
Valorile ridicate ale constantei Q indică rezistență și / sau alungire ridicate, prin urmare ele denotă o fontă cu proprietăți ridicate. Din acest motiv Q este definit ca indicele de calitate al unei fonte ductile și denumit QI (Indexul calității).
Valorile IQ ridicate pot fi obținute la fontele ductile cu nodularitate ridicată, număr mare de noduli, conținut scăzut de carbură, conținut scăzut de fosfor (<0,03%) și absența porozității.

Desemnare

Conform standardului UNI EN 1563, fonta sferoidală din Uniunea Europeană este indicată cu inițialele GJS urmate de un număr care indică rezistența minimă la tracțiune (R m ) în MPa și un al doilea număr care indică procentul minim de alungire (A% ). Cele două numere sunt separate printr-o liniuță - de ex. GJS-400-15.

Denumirea poate avea și alte două simboluri alfanumerice:

  • LT - temperatură scăzută: de ex. GJS-350-22-LT
  • RT - temperatura ambiantă: de ex. EN-GJS-350-22-RT

Anterior, ISO R1083 indica fierul sferoidal cu două numere separate printr-o liniuță: primul indica rezistența minimă la tracțiune în MPa și al doilea alungirea procentuală minimă - de ex. 400-18.

Pe de altă parte, în Italia, înainte de intrarea în vigoare a standardelor UE, s-a indicat fonta sferoidală (UNI 4544) cu inițialele GS urmate de valoarea rezistenței minime la tracțiune în MPa - de ex. GS 400

Denumirile fontei sferice conform altor standarde sunt descrise mai jos:

  • Standardul german DIN 1693-1 desemnează fonta sferoidală cu simbolul alfanumeric GGG urmată de rezistența minimă la tracțiune în 10 −1 MPa - de ex. ZIUA 40.
  • Standardul japonez JIS G5502 desemnează fonta sferoidală cu simbolul alfanumeric FCD urmat de două numere separate printr-o liniuță: primul indică rezistența minimă la tracțiune în MPa și al doilea alungirea procentuală minimă - de ex. FCD 400-18.
  • Standardul francez NF A32-201 desemnează fonta sferoidală cu simbolul alfanumeric FGS urmat de două numere separate printr-o liniuță: primul indică rezistența minimă la tracțiune în MPa și al doilea alungirea procentuală minimă - de ex. FGS 400-18.
  • Standardul chinez GB 1348 desemnează fonta sferoidală cu simbolul alfanumeric QT urmat de două numere separate printr-o liniuță: primul indică rezistența minimă la tracțiune în MPa și al doilea alungirea procentuală minimă - de ex. QT 400-18.
  • standardul britanic BS 2789 desemnează fonta sferoidală prin intermediul unui simbol alfanumeric SNG urmat de două numere: primul indică rezistența minimă la tracțiune exprimată în ksi (britanic) al doilea alungirea procentuală minimă: ex. SNG 27/12.

În Statele Unite, un exemplu al aceleiași denumiri din fontă este:

  • 60-40-18 conform standardului ASTM A536 unde primul număr indică rezistența minimă la tracțiune exprimată în ksi , al doilea efortul de curgere R p0.2 în ksi și al treilea alungirea procentuală minimă;
  • D4018 conform SAE J 434B unde primul număr după D este stresul de randament în ksi și al doilea alungirea procentuală minimă.

Bibliografie

  • ( EN ) Roy Elliot: „Fontă”, Butterwort & Co., Anglia (1988).
  • Walter Nicodemi: „Metalurgie”, Masson SpA, Italia (1985).
  • ( RO ) LR Jenkins, RD Forrest: „Ductile Iron”, în Metals Handbook - Ediția a IX-a, 4, pp. 33-55, (1990).
  • ( EN ) Distribuția în „Manualul ASM”, ASM International, (1995).
  • ( EN ) KDMillis: „Grafit sferoidal din fontă - dezvoltarea și viitorul său”, Brit. Foundryman, nr 65 (1972), p. 34.
  • ( RO ) S. Wojciechowsk: „Nouă tendință în dezvoltarea materialelor de inginerie mecanică”. Jurnalul tehnologiei prelucrării materialelor, n.106 (2000), pp. 230-235.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Ghisa_duttile&oldid=116262292 ”