Fonta ductilă: proprietăți, marcare și aplicații

Fonta este un aliaj solid, rezistent la coroziune, dar fragil de fier-carbon, cu un conținut de carbon de C cuprins între 2,14 și 6,67%. În ciuda prezenței unor deficiențe caracteristice, există o varietate de specii, proprietăți, domenii de aplicare.

poveste

Acest material a fost cunoscut încă din secolul IV î.Hr. e. Rădăcinile sale chineze sunt în secolul al VI-lea. BC. e. În Europa, prima menționare a producției industriale a aliajului datează din XIV, iar în Rusia - secolul al XVI-lea. Dar tehnologia de producere a fontei maleabile brevetată în Rusia în secolul al XIX-lea. Dupa AD Annosov dezvoltat.

Deoarece fiare gri sunt limitate în utilizare datorită proprietăților mecanice scăzute și oțel - sunt scumpe și au o duritate și durabilitate scăzută, sa ridicat problema de metal a crea o forță de încredere, durabil, solid, deși a crescut și o anumită flexibilitate.

Forjarea fontei este imposibilă, dar datorită caracteristicilor sale din plastic, este susceptibilă la anumite tipuri de tratament sub presiune (de exemplu, ștanțare).

producere

Metoda principală se topeste furnale.

Produse inițiale pentru prelucrarea cuptoarelor:

• Shihta - minereu de fier, care conține metal sub formă de oxizi de fermiu.
• Combustibil - cocs și gaze naturale.
• Oxigenul este suflat prin niște tuburi speciale.
• Fluxurile sunt formațiuni chimice bazate pe mangan și (sau) siliciu.

Etapele topirii cuptorului:

1. Recuperarea fierului pur prin reacții chimice ale minereului de fier cu oxigen alimentat prin duză.
2. Arderea cocsului și formarea de oxizi de carbon.
3. Carburizarea fierului pur în reacțiile cu CO și CO₂.
4. Saturarea Fe₃C mangan și siliciu, în funcție de proprietățile necesare la ieșire.
5. Drenarea metalelor finite în matrițe prin benzi din fontă - drenarea zgurii prin benzi de zgură.

La sfârșitul ciclului de lucru, cuptoarele de fum primesc gaze din fontă, zgură și furnal.

Produse metalice de producere a furnalelor

În funcție de viteza de răcire, microstructura, saturația de carbon și aditivii, este posibil să se obțină mai multe tipuri de fontă:

1. Redistribuire (alb): carbon într-o formă legată, cementită primară. Utilizate ca materii prime pentru topirea altor aliaje de fier-carbon, prelucrare. Până la 80% din totalul aliajelor de furnal.
2. Turnătorie (gri): carbon sub formă de grafit complet sau parțial liber, și anume plăcile sale. Folosit pentru producerea de piese de corp mici. Până la 19% din turnarea produsă prin explozie.
3. Special: saturat cu feroaliaje. 1-2% din tipul de producție considerat.

Fierul ductil este produs prin tratarea termică a fontei.

Teoria structurilor de fier-carbon

Carbonul cu ferom poate forma mai multe tipuri diferite de aliaje prin tipul de latură de cristal, care este afișat pe versiunea microstructură.

1. O soluție solidă de penetrare în alfa - fier - ferită.
2. O soluție solidă de penetrare în gama - fier - austenită.
3. Formarea chimică a Fe₃C (stare legată) - cementite. Primarul este format din răcirea rapidă din topitura lichidă. Secundar - o scădere mai lentă a temperaturii, de la austenită. Terțiar - răcire treptată, din ferită.
4. Amestecul mecanic de granule de ferită și cementită este perlit.
5. Un amestec mecanic de granule de perlit sau austenită și cementită este ledeburite.

Pentru fontă este caracteristică o microstructură specială. Grafitul poate fi într-o formă legată și formează structurile de mai sus, dar poate rămâne într-o stare liberă sub formă de incluziuni diferite. Proprietățile sunt influențate atât de boabele principale cât și de aceste formațiuni. Grafiturile din metal sunt plăci, fulgi sau sfere.

Forma plăcii este caracteristică aliajelor de fier-carbon gri. Cauzează fragilitatea și nesiguranța lor.

Includerile flocoase au fontă ductilă, care afectează pozitiv performanțele lor mecanice.

Structura sferică a grafitului îmbunătățește în continuare calitatea metalului, influențând creșterea durității, fiabilității, îmbătrânirea încărcăturilor semnificative. Aceste caracteristici sunt fonta de înaltă rezistență. Proprietățile de fier ductil ale cauzelor sale de ferită sau pe bază de perlit, cu prezența incluziunilor de grafit flocculate.

Producția de fontă maleabilă ferită

Este produs dintr-un porc alb lingouri din aliaj pro-eutectoidă redus de carbon prin recoacere cu un conținut de carbon 2,4-2,8%, iar prezența corespunzătoare a aditivilor (Mn, Si, S, P). Grosimea peretelui pieselor renaturate trebuie să fie nu mai mult de 5 cm. Deversor considerabil grosime de grafit este sub formă de plăci și proprietățile dorite nu sunt atinse.

Pentru a obține fontă maleabilă cu o bază ferită, metalul este așezat în cutii speciale și turnat cu nisip. Containerele bine închise sunt amplasate în cuptoare de încălzire. Următoarea secvență de acțiuni este efectuată în timpul recoacerii:

1. Structurile sunt încălzite în cuptoare la o temperatură de 1000 ° C și lăsate să stea la căldură constantă timp de 10 până la 24 de ore. Ca rezultat, cementitele și ledeburitele primare se descompun.
2. Metalul este răcit la 720 ° C împreună cu cuptorul.
3. La o temperatură de 720 ° C, acestea sunt păstrate pentru o lungă perioadă de timp: de la 15 la 30 de ore. Această temperatură asigură descompunerea cementitei secundare.
4. În stadiul final, ele se răcesc din nou împreună cu soba de lucru la 500 ° C, apoi sunt aruncate în aer.

O astfel de recoacere tehnologică se numește grafitizare.

După lucrare, microstructura materialului este o ferită cu granule de grafit. Acest tip este numit "inimă neagră", deoarece fractura este neagră.

Producția de fontă maleabilă din perlit

Acest tip de aliaj fier-carbon, care provine, de asemenea, de la alb pro-eutectoidă, dar conținutul de carbon al acestuia este crescut: 3-3.6%. Pentru obținerea pieselor turnate pe bază de perleți, acestea sunt așezate în cutii și turnate cu minereu de fier pulverizat sau scară. Procedura de recoacere este simplificată.

1. Temperatura metalului este ridicată la 1000 ° C, poate rezista 60-100 ore.
2. Structurile sunt răcite cu un cuptor.

Deoarece îngălbenirea sub acțiunea căldurii într-un mediu metalic diffuses: eliberabil din grafit cementita descompunerea frunzelor recopt parțial părți din stratul de suprafață, stabilindu-se pe minereu sau zgură de suprafață. Preparată mai moale, dur și ductil topsheet „beloserdechnogo“, fontă ductilă, cu un mijloc solid.

Astfel de recoacere se numește incompletă. Se asigură descompunerea cementitei și ledeburitei în perlit de tip placă cu grafitul corespunzător. În cazul în care este necesar un granulat maleabil din perlit granulat, cu o rezistență sporită la impact și o ductilitate, se folosește o preîncălzire suplimentară de material până la 720 ° C. În acest caz, granulele de perlit se formează cu incluziuni de grafit sub formă de fulgi.

Proprietăți, marcarea și aplicarea fontei maleabile feritic

Lungarea prelungită a metalului în cuptor are ca rezultat descompunerea completă a cementitei și ledeburitei în ferită. Datorită trucurilor tehnologice, se produce un aliaj cu conținut ridicat de carbon - o structură de ferită caracteristică oțel cu conținut scăzut de carbon. Cu toate acestea, carbonul în sine nu pleacă nicăieri - trece de la starea legată de fier la starea liberă. Acțiunea de temperatură modifică forma incluziunilor de grafit în flocculent.

Structura ferită determină o scădere a durității, o creștere a rezistenței, prezența unor astfel de caracteristici rezistența la impact și plasticitate.

Marcarea claselor feritive maleate din fontă: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, unde:

KC - desemnarea soiului - maleabil;

30, 33, 35, 37: Sigma_în, 300, 330, 350, 370 N / mm² - sarcina maximă pe care o poate rezista fără a se descompune;

6, 8, 10, 12 - alungirea relativă, delta -,% - indicele de plasticitate (cu cât valoarea este mai mare, cu atât metalul poate fi prelucrat prin presiune).

Duritatea este de aproximativ 100-160 HB.

Acest material, în parametrii săi, ocupă o poziție de mijloc între un aliaj de oțel și aliaj gri-carbon. Fonta ductilă cu baza feritică perlitică inferior în ceea ce privește rezistența la uzură, rezistența la coroziune și rezistența la oboseală, dar rezistenta mecanica mai mare, ductilitate, turnare caracteristici. Cu prețul său scăzut este utilizat pe scară largă în industrie pentru fabricarea de piese care funcționează la sarcini mici și mijlocii: unelte, căruțe, punți spate, instalații sanitare.

Proprietăți, marcare și aplicare a fontei maleabile din perlit

Datorită recoacerii incomplete, cementitele primare, cementitele secundare și ledeburitele au timp să se dizolve complet în austenită, care la o temperatură de 720 ° C se transformă în perlit. Acesta din urmă este un amestec mecanic de granule de ferită și cementită terțiară. De fapt, o parte a carbonului rămâne legată, determină structura, iar partea - este "eliberată" în grafit slab. la această perlită poate fi lamelar sau granular. Astfel se formează fontă maleabilă din perlit. Proprietățile sale se datorează unei structuri saturate, mai dure și mai puțin flexibile.

Acestea, în comparație cu feritice au mai mare la coroziune, rezistente la uzură proprietăți, durabilitatea lor este considerabil mai mare, dar ductilitate și caracteristicile turnabilitate inferioare. Conformitatea cu influențele mecanice este mărită superficial, menținând duritatea și duritatea miezului produsului.

Marcarea perlit din fier forjat: KCH45-7, KCH50-5, KCH56-4, KCH60-3, KCH65-3, KCH70-2, KCH80-1,5.

Prima cifră - denumire de rezistență: 450, 500, 560, 600, 650, 700 și 800 N / mm² respectiv.

Al doilea este denumirea de plasticitate: alungirea delta -,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 și 1.5.

Perlită aplicații din fontă ductilă găsite în inginerie mecanică și instrument de modele care funcționează la sarcini mari - atât statice și dinamice: arbori cu came, cotiți, piese de ambreiaj, pistoane, biele.

Tratamentul termic

Materialul obținut din tratamentul termic, și anume recoacerea, poate fi supus în mod repetat metodelor de influență a temperaturii. Scopul lor principal este o creștere și mai mare a rezistenței, rezistenței la uzură, rezistenței la coroziune și îmbătrânire.

1. Încălzirea este utilizată pentru structuri care necesită duritate și vâscozitate ridicată - este produsă prin încălzirea la 900 ° C, piesele sunt răcite cu o viteză medie de aproximativ 100 ° C / s cu uleiul de mașină. Urmată de un concediu mare cu încălzire la 650 ° C și răcire cu aer.
2. Normalizarea este folosită pentru detalii simple mici prin încălzirea într-un cuptor la 900 ° C, la această temperatură pentru o perioadă de 1 până la 1,5 ore și apoi răcirea în aer. Oferă perlit granular troistite, duritatea și fiabilitatea în frecare și uzură. Se folosește pentru producerea de fontă maleabilă antifricțională cu bază de perlit.
3. Reacția se repetă în producția de antifricțiune: încălzire - până la 900 ˚С, menținerea pe termen lung la această căldură, răcirea cu cuptorul. Este prevăzută o structură ferită sau ferită-perlită de fontă maleabilă antifricțională.

Încălzirea produselor din fontă poate fi efectuată local sau într-un mod complex. Pentru curenți locali, se folosesc curenți de înaltă frecvență sau flacără de acetilenă (întărire). Pentru cuptoare de încălzire complexe. În cazul încălzirii locale, numai stratul superior este întărit, în timp ce duritatea și rezistența acestuia cresc, însă plasticitatea și vâscozitatea miezului rămân.

Aici este important să subliniem că forjarea fontei este imposibilă nu numai din cauza caracteristicilor mecanice insuficiente, ci și datorită sensibilității ridicate la scăderea bruscă a temperaturii, care este inevitabilă în timpul răcirii prin răcire cu apă.

Furcă maleabilă antifricțională

Această varietate se aplică și maleabil, și dopat, acestea sunt gri (ASF), forjare (APC) și rezistență ridicată (ACHV). Pentru producerea de AFC se utilizează fontă ductilă, care este recoace sau normalizată. Procesele sunt realizate în scopul creșterii proprietăților mecanice și formării unei noi caracteristici - rezistență la uzură la frecare cu alte detalii.

Este marcat: АЧК-1, АЧК-2. Se utilizează pentru producerea de arbori cotiți, unelte, rulmenți.

Efectul aditivilor asupra proprietăților

In afara de baza de fier-grafit și au în compoziția lor, precum și alte componente, care produc, de asemenea, proprietățile de fontă: mangan, siliciu, fosfor, sulf, unele elemente de aliere.

Manganul crește fluiditatea metal lichid, rezistența la coroziune și rezistența la uzură. Aceasta promovează duritatea și creșterea rezistenței, legarea carbonului și a fierului la formula chimică Fe₃C, formarea de perlit granular.

Siliciul are, de asemenea, un efect pozitiv asupra fluiditatea aliajului topit, contribuie la dezintegrarea cementită și incluziuni de grafit de alocare.

Sulful este o componentă negativă, dar inevitabilă. Reduce proprietățile mecanice și chimice, stimulează formarea fisurilor. Cu toate acestea, o corelație rațională a conținutului său cu alte elemente (de exemplu, cu mangan) face posibilă corectarea proceselor microstructurale. Astfel, la un raport Mn-S de 0,8-1,2 perlit este reținut pentru orice perioadă de influență a temperaturii. Cu o creștere a raportului la 3, devine posibilă obținerea oricărei structuri necesare în funcție de parametrii specificați.

Fosforul modifică fluiditatea în bine, afectează rezistența, reduce rigiditatea și plasticitatea, afectează durata grafitizării.

Cromul și molibdenul fac dificilă formarea fulgilor de grafit, în unele dintre conținuturi contribuind la formarea de perlit granular.

Tungsten îmbunătățește rezistența la uzură atunci când lucrează în zone cu temperaturi ridicate.

Aluminiu, nichel, cupru promovează grafitizarea.

Corectarea numărului de elemente chimice care alcătuiesc aliajul de fier și carbon, precum și raportul lor, este posibil să influențeze proprietățile finale ale fontei.

Avantaje și dezavantaje

Fonta ductilă este un material utilizat pe scară largă în inginerie. Principalele sale avantaje sunt:

• indicatori de duritate, rezistență la uzură, rezistență și fluiditate;
• caracteristicile normale ale rezistenței la impact și ductilității;
• procesabilitatea în tratarea presiunii, spre deosebire de foile de turnare cenușii;
• o varietate de opțiuni pentru corectarea proprietăților pentru un anumit detaliu prin metode de tratare termică și chimică-termică;
• cost redus.

Dezavantajele includ caracteristici individuale:

• fragilitate;
• prezența incluziunilor de grafit;
• performanță scăzută în prelucrare;
• greutatea semnificativă a pieselor turnate.

În ciuda deficiențelor existente, fonta maleabilă ocupă un loc crucial în metalurgie și construcția de mașini. Ea produce atât de importante detalii ca arbori cotiți, piese de frână de frână, pinioane, pistoane, tije de legătură. Având o mică varietate de mărci, o nișă individuală în industrie este fonta maleabilă. Aplicarea sa este tipică pentru acele încărcături în care este puțin probabil să se folosească alte materiale.