2.17 Fonte Si Oteluri Turnate

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE

2.17 Fonte si oteluri turnate

2.17 Fonte si oteluri turnate © 2014 ASR Cap. 2.17 1/ 17

2.17.Oteluri si fonte turnate 2.17.1.Diagrama Fe-C

Carbonul nedizolvat fie in Fe fie in Fe poate sa se prezinte sub doua forme elementare: starea de

grafit (carbon liber) si de compus chimic (FeC) numit cementita. Ca urmare vor exista doua diagrame de echilibru Fe-C:

diagrama de echilibru metastabila sau Fe- FeC (fig.2.17.1.);

diagrama de echilibru stabila sau Fe-grafit. In cazul otelurilor forma stabila nu apare decit in mod exceptional, pe cind in cazul fontelor cele doua forme se intilnesc in mod frecvent.

Aliajele cu un continut de C pina la 2.11% se numesc oteluri, iar cele cu continut mai mare (pina la 6,67% C ) se numesc fonte. In functie de continutul de carbon, otelurile se numesc:

hipoeutectoide, cu continut de C pina la 0,8%;

eutectoide, cu continut de C de 0,8% ;

hipereutectoide, cu continut de C peste 0,8%. Fontele se numesc:

hipoeutectice,cu continut sub 4,3% C;

eutectice, cu continut de 4,3% C;

hipereutectice, cu continut de peste 4,3% C;

Contituentii sructurali ai aliajelor Fe- FeC sunt :

-ferita, F=Fe(C), este o solutie solida de insertie a carbonului in Fe, cu retea crstalina cubica

centrata centrat (CC). La temperatura de 727°C, Fe dizolva 0,02% C si este feromagnetica pana la 770°C. Este un constituent moale, tenace, avind proprietati aproape identice cu ale fierului tehnic;

austenita, A=Fe(C), este o solutie solida de insertie a carbonului in Fe, cu retea CFC.Continutul de carbon variaza intre 0-2,11% si este nemagnetica;

cementita (FeC) este un compus chimic cu retea cristalina rombica, fiind un constituent dur si fragil. Este feromagnetica pina la teperatura de 210°C.

Formele distincte ale cementitei sunt:

cementita primara (Cel ) separata din faza lichida de-a lungul liniei CD, cu C=4.3 %-6,67% ;

cementita secundara (Cell ) formata la modificarea solubilitatii C in Fe de-a lungul liniei ES,cu C=0,8%-2,11%;

cementita tertiara (Celll ) formata la modificarea solubilitatii C in Fe de-a lungul liniei PQ,cu C=0,002%-0.02% ;

perlita (P= Fe+Ce ) este un amestec eutectoid de ferita si cementita, caracteristicile ei mecanice vor fi dependente de ale acestor contituienti.

Cu cit perlita este mai fina, caracteristicile mecanice sunt mai ridicate. Se formeaza la temperatura de 727°C si este feromagnetica. -ledeburita (Lel=A+Ce ) este un amestec mecanic eutctoid de austenita si cementita format prin solidificarea lichidului cu 4,3% C la temperatura de 1148°C, iar sub temperatura de 727°C, ledeburita este formata din perlita si cementita(Lell=P+Ce). Este feromagnetica.




Fig.2.20.1.

2.17.1.1.Proprietatile mecanice ale constituientilor structurali

Cractersticile mecanice medii ale unor constituenti structurali sunt redate in tabelul 2.17.1. Tabelul 2.17.1.

Constituent Duritate Brinell(HB) Rezistenta la rupere (Mpa) Alungirea la rupere (%)

Ferita 80 300 35

Cementita 750 - -

Perlita

fina 250 1100 10

normala 205 850 15

grosolana 185 550 25

Ledeburita 700 - -

2.17.2.Structura fazelor starii metalice

Faza este o parte constitutiva a unui sistem, luata separat, omogena si cu aceiasi structura si compozitie chimica in oricare parte a ei.

Exista posibilitatea ca in masa solida a unui metal sa se introduca atomii unui alt metal sau metaloid, iar cele doua tipuri de atomi se vor aranja astfel incit energia totala a sistemului sa fie minima. Elementele care concura la formarea unui aliaj se numesc componenti, iar tipurile preferate de grupare a atomilor vecini formeaza faze si constituienti structurali.




Daca atomii diferiti ai aliajului se atrag de aceiasi maniera, ei formeaza un aranjament ce se numeste solutie solida,care poate fi de substitutie si de insertie.

Solutia solida este o structura formata din doi sau mai multi componeneti care prezinta solubilitati in stare solida, fara ca tipul retelei cristaline sa se schimbe.

Daca atomii diferiti sunt atrasi mai putin decit cei de acelasi fel, cele doua tipuri tind sa se separe si atomii de acelasi fel tind sa se aglomereze zonal. Aranjamentul va fi format dintr-o alternanta de grupari de compozitie diferita denumit amestec mecanic.

Compus chimic in care doua elemente A si B se combina in proportii simple si definite care corespund formulelor de tipul AXBY.

Compus intermetalic-nu respecta aceasta lege chimica a combinarii si exista intr-un domeniu larg de compozitie. 2.17.2. Oteluri turnate 2.17.2.1.Oteluri turnate de uz general In norma europeana EN 10293:2005 sunt indicate compozitia chimica (tabelul 2.17.2.) si caracteristicile mecanice ale otelurilor turnate (tabelul 2.17.3.) In functie de tratamentul termic aplicat si grosimea pieselor. Norma cuprinde o gama larga de oteluri turnate, de la oteluri nealiate, la oteluri inoxidabile utilizate in constructia de masini, industria auto, cale ferata, minerit, utilaje agricole, etc. In tabelul 2.17.4. sunt cuprinse indicatii pentru sudarea acestor oteluri, respectiv temperatura de preincalzire, temperatura maxima intre treceri si tratamentul termic postsudare. 2.20.2.2.Oteluri turnate nealiate Compozitia chimica (tabelul 2.17.5.) si caracteristicile mecanice (tabelul 2.17.6.) ale acestor oteluri sunt indicate in norma SR EN 3755:1994.

Tabelul 2.17.5.Compozitia chimica in (%)

Simbolizare C Mn Si P S Ni Cr Cu Mo V

200-400 - - - 0,035 0,035 - - - - -

200-400W 0,25 1,0 0,60 0,035 0,035 0,4 0,35 0,4 0.15 0.05

230-450 - - - 0,035 0,035 - - - - -

230-450W 0,25 1.20 0,60 0,035 0,035 0,4 0,35 0,4 0.15 0.05

270-480 - - - 0,035 0,035 - - - - -

270-480W 0,25 1.20 0,60 0,035 0,035 0,4 0,35 0,4 0.15 0.05

340-550 - - - 0,035 0,035 - - - - -

340-550W 0,25 1,50 0.60 0,035 0,035 0,4 0,35 0,4 0.15 0.05

Tabelul 2.17.6.Caracteristici mecanice

Simbolizare Limita de curgere min.

Rp0,2(N/mm)

Rezistenta la tractiune

Rm (N/mm)

Alungirea la rupere A5min(%)

Gituirea la Rupere Zmin (%)

Energia de rupere min. KU (J)

200-400 200 400-550 25 40 30

200-400W 200 400-550 25 40 45

230-450 230 450-600 22 31 25

230-450W 230 450-600 22 31 45

270-480 270 480-630 18 25 22

270-480W 270 480-630 18 25 22

340-550 340 550-700 15

340-550W 340 550-700

Litera W reprezinta varianta sudabila,care impune compozitia chimica si limitarea elementelor reziduale.




Tab

elu

l 2

.17.2

.Co

mp

ozitia

ch

imic

a in (

%)




Tab

elu

l 2

.17.3

. C

ara

cte

ristici m

ecan

ice




2.17.2.3.Oteluri turnate slab aliate si aliate a. Otel slab aliat si aliat turnat in piese-STAS 1773-89 Se simbolizeaza astfel:

Ta

be

lul 2

.17

.3 (

con

tinua

re)

Tabelul 2.17.4.Indicatii de sudare




-litera T-turnat ; -cifrele dupa litera T indica continutul mediu de C in sutimi de %; -litere cu elemente de aliere; -cifre la sfirsit care indica in zecimi de % continutul mediu al elementului pricipal de

aliere(ultima litera). Exemplu: T20Mn14 (0,20% C,1,4%Mn ). b. Oteluri turnate de inalta rezistenta-SR ISO 9477:1994 Se utilizeaza pentru constructii mecanice de uz general, simbolizarea fiind aceiasi cu a otelurilor

cuprinse in SR ISO 3755. Limita de curgere a acestor oteluri este cuprinsa in limitele: Rp0,2= 410-840

N/mm. c. Oteluri carbon slab si mediu aliate rezistente la temperaturi ridicate turnate in piese- STAS 12404-

85 Sunt oteluri carbon, salb aliate si mediu aliate, utilizate pentru piese turnate rezistente la temperaturi

ridicate (tabelul 2.20.7.).




Tabelul 2.17.7. Marca otel Domeniu de utilizare

T21 Piese solicitate le socuri,refractaritate pina la 300°C, structura ferito-perlitica

T16Mo5 T16MoCr11 T14MoVCr6 T21VMoCr10

Pise turnate cu pereti subtiri,refractaritate pina la 500°C, structura feritica cu perlita fina

T17VMoCr12 T17VMoCr14 T15MoWVCr12

Piese solicitate puternic la uzura abraziva,refractaritate pina la 550-600°C

Caracteristicile mecanice ale acestor oteluri sunt cuprinse in limitele :

Rp0,2=250-370 N/mm, Rm min =450-600 N/mm,A5 min =22-15% ,KCU3=49-39 (J/cm). d. Oteluri inoxidabile turnate in piese –STAS 10718-88 Sunt oteluri destinate turnarii pieselor rezistente la coroziune. Simbolizarea otelurilor se face prin litere si cifre cu urmatoarea semnificatie: -T-starea turnata; -cifre dupa litera T care indica continutul mediu de C in sutimi de procente; -litere cu simbolul principalelor elemente de aliere; -cifre la sfirsit care indica in zecimi de procente continutul in elementul pricipal de aliere (ultimul

simbol). -ex. : T10NiCr180 (C=0.10%,Cr=18% ).

2.17.2.4. Echivalari oteluri turnate In tabelul 2.17.8. sunt aratate citeva exemple de echivalari ale unor oteluri turnate. Tabelul 2.17.8.Echivalari oteluri turnate

Nr. crt.

Nr. Werkstoff

Norma

EN10293: 2005

SR ISO 3755:1994

ISO 9477:1994

STAS 1773/82

STAS 600/82

1. 1.0420 GE 200 200-400 OT 400-3

2. 1.0449 GS 200 200-400W OT400-3

3. 1.0446 GE 240 230-450 OT450-3

4. 1.0455 GS 240 230-450W OT450-3

5. 1.1120 410-620 T20Mn14

6. 1.6511 410-620 T35MoCrNi08

7. 1.4317 GX4CrNi13-4

2.17.3. Fonte turnate

2.17.3.1. Clasificarea fontelor Fontele sunt aliaje Fe-C, continind elemente insotitoare de baza (Si, Mn, S, P) si impuritati (Ti, As, Pb, etc.). Pot fi aliate cu Ni, Cr, Mo, Al, etc. in cantitati variabile, in functie de proprietatile ce se doresc a fi obtinute.

a. Dupa gradul de aliere : -nealiate ; -aliate.

b. Fontele nealiate, dupa forma in care este prezent carbonul, se clasifica in: - Fonte albe, cu C sub forma de cementita. - Fonte cenusii, cu C sub forma de grafit lamelar.




-Fonte maleabile, cu grafitul in forma de cuiburi, obtinute prin tratarea termica a fontelor albe. -Fonte modificate cu grafit lamelar, vernicular si nodular, obtinute prin modificare fontelor cenusii.

Structura fontelor este determinata de compozitia chimica si de vitaza de racire la solidificare. La viteze de racire mici se obtine o grafitizare a carbonului, iar cu cresterea vitezei de racire se formeaza preferential fonta alba. Elementele de aliere pot favoriza sau frina grafitizarea carbonului, fiid impartite in: -elemente grafitizante: C, Si, Al, Ni, Co, Cu, Ti; -elemente antigrafitizante: Mn, Sn, V, B, MO, W;

Fig.2.17.2.

-perlitica-cantitate redusa de grafit de recoacere. Fontele maleabile cu inima alba si neagra sunt foarte tenace si plastice, cu rezistenta redusa.

Fonta perlitica are rezistenta mecanica, duritate si rezistenta la uzura ridicate.

2.17.3.4.Simbolizarea fontelor Simbolizarea alfanumerica a fontelor conform SREN1560:2011 cuprinde maximum sase pozitii,

fara a fi necesara ocuparea tuturor : 1.EN; 2.Simbolul fontei: GJ (G-piesa turnata,J-fonta); 3.Simbolul structurii grafitului (tabelul 2.17.9.); 4.Simbolul microstructurii sau al macrostructurii (tabelul 2.17.10.); 5.Simbol de clasificare :

-in functie de caracteristicile mecanice: rezistenta la tractiune minima (N/mm²), alungirea la rupere(%)-daca se solicita, litera care indica modul de prelevare




Tabelul 2.17.9. Tabelul 2.17.10. Simbol 3 Structura grafitului

L Lamelara

S Sferoidala

M In cuiburi

V Verniculara

N Fara grafit(dura) ledeburitica

Y Structura speciala

a epruvetelor pentru determinarea rezilientei (S-proba turnata separat, U-atasata de piesa, C-prelevata din piesa ), temperatura de incercare a rezilientei (RT-temperatura ambianta, LT-temperatura scazuta ); -in cazul clasificarii dupa compozitia chimica, prima pozitie este ocupata de X, urmata de 100%C (facultativ), simbolurile elementelor de aliere incepind cu continutul cel mai mare, procentajele elementelor de aliere ; -in functie de duritate: HB-duritate Brinell, HV-duritate Vickers, HR-duritate Rockvell. 2.17.3.5.Standarde pentru fonte.

Fontele cenusii sunt standardizate conform EN 1561:1997.In tabelele 2.17.11. si 2.17.12. sunt aratate simbolizarile in functie de caracteristicile mecanice si duritate. In tabelul 2.17.13. se prezinta o echivalare a calitatilor dupa STAS 568-82 si EN 1561. Fontele nodulare sunt standardizate conform EN 1563:1999, iar simbolizarile dupa caracteristicile mecanice si duritate sunt aratate in tabelele 2.17.14 si 2.17.15. 5.Simbol de clasificare : - in functie de caracteristicile mecanice: rezistenta la tractiune minima (N/mm²), alungirea la rupere(%) -daca se solicita, litera care indica modul de prelevare a epruvetelor pentru determinarea rezilientei (S-proba turnata separat, U-atasata de piesa, C-prelevata din piesa ), temperatura de incercare a rezilientei (RT-temperatura ambianta, LT-temperatura scazuta); -in cazul clasificarii dupa compozitia chimica, prima pozitie este ocupata de X, urmata de 100%C (facultativ), simbolurile elementelor de aliere incepind cu continutul cel mai mare, procentajele elementelor de aliere ; -in functie de duritate: HB-duritate Brinell, HV-duritate Vickers, HR-duritate Rockvell. Tabelul 2.17.11. Simbolizarea fontelor cenusii dupa caracteristicile mecanice

Simbolizare EN 1561:1997 Domeniu de grosimi (mm)

Rm min.(N/mm²)

Alfanumerica Numerica

EN-GJL-100 EN-JL 1010 5-40 100

EN-GJL-150 EN-JL 1020 10-20 40-80

130 95

EN-GJL-200 EN-JL 1030 40-80 130

EN-GJL-250 EN-JL 1040 40-80 170

EN-GJL-300 EN-JL 1050 40-80 210

EN-GJL-350 EN-JL 1060 40-80 250

Tabelul 2.17.12.Simbolizarea fontelor cenusii dupa duritate

Simbolizare EN 1561:1997 Domeniu de grosimi(mm) Duritate Brinell HB30

Alfanumerica Numerica Min. Max.

EN-GJL-HB155 EN-JL 2010 40-80 - 155

EN-GJL-HB175 EN-JL 2020 40-80 100 175

EN-GJL-HB195 EN-JL 2030 40-80 120 195

EN-GJL-HB215 EN-JL 2040 40-80 145 215

EN-GJL-HB235 EN-JL 2050 40-80 165 235

EN-GJL-HB255 EN-JL 2060 40-80 185 255

Simbol 4 Micro/macrostructura

A Austenita

F Ferita

P Perlita

M Martensita

L Ledeburita

Q Calita

T Calita si revenita

B Inima neagra

W Inima alba




Tabelul 2.17.13.Fonte cenusii Tabelul 2.17.16.Fonte cu grafit nodular cu grafit lamelar STAS 568-82 EN 1561:1997

Fc100 EN-GJL-100

Fc150 EN-GJL-150

Fc200 EN-GJL-200

Fc250 EN-GJL-250

2.17.3.7. Fonte cenusii si nodulare standardizate

Fontele cenusii sunt standardizate conform EN 1561:1997. In tabelele 2.17.11. si 2.17.12. sunt aratate simbolizarile in functie de caracteristicile mecanice si duritate. In tabelul 2.20.13. se prezinta o echivalare a calitatilor dupa STAS 568-82 si EN 1561.

Fontele nodulare sunt standardizate conform EN 1563:1999, iar simbolizarile dupa caracteristicile mecanice si duritate sunt aratate in tabelele 2.17.14 si 2.17.15. In tabelul 2.17.16. se prezinta o echivalare a calitatilor dupa STAS 6071-82 si EN 1563:1999. Tabelul 2.17.14. Simbolizarea fontelor cu grafit nodular dupa caracteristicile mecanice si energia de rupere

SR EN 1563:1999 Rm min. (N/mm²)

Rp0,2min. (N/mm²)

A min. (%)

KV min. ( J) alfanumerica numerica

EN-GJ-350-22-LT EN-JS1015 350 220 22 12 la -40ºC

EN-GJ-350-22-RT EN-JS1014 350 220 22 17 la 23ºC

EN-GJ-350-22 EN-JS1010 350 220 22 -

EN-GJ-400-18-LT EN-JS1025 400 240 18 12 la-20ºC

EN-GJ-400-18-RT EN-JS1024 400 250 18 14 la 23ºC

EN-GJ-400-18 EN-JS1020 400 250 18 -

EN-GJ-400-15 EN-JS1040 450 250 15 -

EN-GJ-450-10 EN-JS1030 450 310 10 -

EN-GJ-500-7 EN-JS1050 500 320 7 -

EN-GJ-600-3 EN-JS1060 600 370 3 -

EN-GJ-700-2 EN-JS1070 700 420 2 -

EN-GJ-800-2 EN-JS1080 800 480 2 -

EN-GJ-900-2 EN-JS1090 900 600 2 -

Tabelul 2.17.15. Simbolizarea fontelor cu grafit nodular dupa duritate

SR EN 1563:1999 Duritate Brinell(HB)

Alte caracteristici (informativ)

alfanumerica numerica Rm (N/mm²) Rp0,2 (N/mm²)

EN-GJS-HB130 EN-JS2010 ≤160 350 220

EN-GJS-HB150 EN-JS2020 130-175 400 250

EN-GJS-HB155 EN-JS2030 135-180 400 250

EN-GJS-HB185 EN-JS2040 160-210 450 310

EN-GJS-HB200 EN-JS2050 170-230 500 320

EN-GJS-HB230 EN-JS2060 190-270 600 370

EN-GJS-HB265 EN-JS2070 225-305 700 420

EN-GJS-HB300 EN-JS2080 245-335 800 480

EN-GJS-HB330 EN-JS2090 270-360 900 600

2.17.4.Defecte ale pieselor turnate

Defectele pieselor turnate sunt cuprinse in, Atlasul international al defectelor de turnare”, editat sub egida Comitetului international al asociatiilor tehnice de turnatorie (CIATF).

STAS 6071-82 EN 1563:1999

Fgn 400-12 EN-GJS-400-15

Fgn 450-5 EN-GJS-450-10

Fgn 500-7 EN-GJS-500-7

Fgn 600-2 EN-GJS-600-3

Fgn 700-2 EN-GJS-700-2




Sistemul folosit pentru clasificarea defectelor se bazeaza pe descrierea fizica a fiecarui defect. Acest sistem permite sa se identifice defectul fie prin observarea directa a piesei cu defecte, fie dupa o descriere precisa a defectului, folosind doar criteriile formei, aspectului, localizarii si dimensiunilor acestuia. Astfel, identificarea se poate face fara a se recurge la numele defectului sau la cauzele care pot interveni.

Acest sistem de clasificare, bazat pe mofologia defectelor, stabileste sapte criterii de baza, fiecare fiind identificata printr-o litera:

A – Excrescente metalice - bavuri, exces de metal pe suprafete interioare si exterioare, etc. B – Goluri (cavitati) - situate pe suprafata sau in interiorul piesei turnate, sufluri, pori, retasuri

disperste, retsuri interiore, etc. C – Discontinuitati – crapaturi -apar in general la intersectii de sectiuni datorita tensiunilor

interne si frinarii contractiilor, de natura metalurgica, etc. D – Defecte de suprafata - denivelari, rugozitate necorespunzatoare, goluri pe suprafata piesei

turnate, aderenta de nisip partial topit, fisuri sau oxizi aderenti produsi in timpul tartamentului termic (recoacere,maleabilizare).

E – Piesa turnata incompleta - piesa incompleta datorita solidificarii premature, turnare incompleta, pierderi de metal din forma dupa turnare, rupturi la inlaturarea retelei de turnare, etc.

F – Dimensiuni sau configuratie necorespunzatoare - contractie incorect prevazuta, model necorespunzator, dezaxarea formei, deformare datorata contractiilor, etc.

G – Incluziuni si defecte de structura – incluziuni metalice cauzate de un element strain aliajului, incluziuni nemetalice de zgura, amestec de formare, oxizi, structuri anormale la fonte (vizibile la microscop): structura partial alba la fonta cu grafit lamelar, grafit primar la fonte maleabile, etc.

Fiecare categorie este impartita in grupe si subgrupe, notate prin cifre, iar in cadrul fiecarei subgrupe se atribuie o a treia cifra pentru a specifica fiecare defect in parte.

2.17.5. Comportarea la sudare a otelurilor si fontelor turnate 2.17.5.1. Comporatea la sudare a otelurilor turnate

Otelurile turnate de uz general cuprinse in EN 10293:2005, care include oteluri nealiate, slab aliate, inoxidabile, au o comportare la sudare determinata de compozitia chimica a acestora, structura metalografica, caracteristicile mecanice si insusirile fizice, tehnologia de sudare aplicata, conceptia constructiva. In toate cazurile este necesara calificarea procedurii de sudare pe probe sudate, verificarea corectitudinii tehnologiei de sudare aplicate. Caracteristicile mecanice si comportatrea la sudare a otelurilor nealiate sunt determinate in primul rind de continutul de carbon. In general,o crestere a continutului de carbon cu 0,1% mareste rezistenta la rupere cu aprox. 90N/mm² si limita de curgere cu 40-50 N/mm². La sudarea unor oteluri cu continut ridicat de carbon poate apare durificarea ZIT si fisurari. Se apreciaza ca la sudarea otelurilor cu C≤0,22% nu apare pericolul de fisurare la rece prin durificare, iar peste 0,22%C sunt conditionat sudabile, fiind necesare masuri tehnologice suplimentare: -preincalzirea, la o valoare care depinde de continutul de C, grosime, forma excavarii si procedeul de sudare, reduce viteza de racire si pericolul de durificare;

-sudarea cu energie liniara mare, are efect asemanator preincalzirii; -materiale de adaos cu plasticitate rdicata; -tratament termic postsudare.

Comportarea la sudare a otelurilor turnate salb aliate (continutul elementelor de aliere ≤ 5%) este apreciata in mod uzual pa baza carbonului echivalent. Dependenta dintre structura, duritate si carbonul echivalent este data si de viteza de racire dupa sudare apreciata cu timpul t8/5 (timpul de racire intre 800 si 500ºC). In cazul otelurilor slab aliate cu limita de curgare ridicata (peste 500N/mm²) corelarea caracteristicilor mecanice ale metalului depus cu cele ale piesei de remaniat prin sudare trebuie sa fie mult mai buna decit in cazul otelurilor carbon (nealiate). Diferente relativ mici ale limitei de curgere ale m.a. determinate de unele modificari ale compozitiei chimice, pot conduce la modificari ale constituientilor structurali in procesul de sudare. La sudarea acestora se impun urmatoarele masuri:




-sudare cu energie liniara controlata; -variatii relativ mari ale energiei liniare conduc la modificarea caracteristilor mecanice ale

metalului depus, in special a energiei de rupere. Un efect similar este produs de variatia numarului de treceri (rinduri) la sudare;

-sudarea se executa in general cu preincalzire; - limitarea continutului de hidrogen difuzibil al metalului depus; -temperatura intre treceri sa nu fie mai mare decit temperatura de preincalzire; -remanierea pieselor se efectueaza in stare tratata termic urmata de tratament termic

postsudare. Comportarea la sudare a otelurilor inoxidabile turnate depinde in primul rind de compozitia chimica care determina structura otelului. Utilizind diagrama Schaeffler se poate determina atit structura otelului cit si a imbinarii sudate pentru un anumit material de adaos. Cele mai importante clase structurale de oteluri inoxidabile sunt:

-oteluri martensitice, cu 12-17%Cr,0-4%Ni si uneori cu adausuri de Mo, V, Nb, Al, Cu. Urmare a calibilitatii ridicate, in urma racirii in aer se obtine o structura martensitica. Dupa calirea martensitica aceste oteluri se supun revenirii in scopul obtinerii unui ansamblu optim al caracteriticilor de rezistenta mecanica si plasticitate. Se utilizeaza pentru echipamente hidroenergetice, instalatii chimice si petrochimice, componente ale turbinelor cu gaz, etc. Pentru a putea fi imbinate prin sudare, continutul de carbon este situat sub 0,1%.

-Oteluri cu transformare controlata, care contin 14-17%Cr, pina la 7%Ni si uneori elemente de aliere ca Mo, Al, Ti, Cu. Acestea au o structura austenitica la temperatura de punere in solutie, dar valoarea punctului Ms poate fi reglata de prelucrarile termice si mecanice anterioare asfel incit la temperatura ambianta stuctura lor poate fi austenita metastabila, pentru usurarea prelucrarii prin deformare plastica la rece, sau martensitica, daca sunt necesare caracteristici mecanice ridicate. Transformarea martensitica impune aplicarea unei reveniri ulterioare in cursul careia se poate declansa o reactie de durficare prin imbatrinire. Se utilizeaza, in principal, pentru echipamente hidroenegetice.

-Oteluri feritice,contin 13-30%Cr, o concentratie scazuta in C, fara Ni si uneori aliate cu MO, Ni sau Ti. Au dezavantaje in privinta comportarii la sudare si se utilizeaza pentru medii corozive mai putin severe.

-Oteluri austenitice, contin 18-25%Cr,8-20%Ni, o concentratie scazuta in C, mai contin Mo, Nb, Ti. Sunt predominat austenitice la toate temperaturile, iar in structura poate fi prezenta o anumita cantitate de ferita δ. Sructura poate fi transformata in martensita numai prin deformare plastica la rece la temperatura ambianta. Au o comportare la sudare foarte buna si se utilizeaza in medii puternic corozive.

2.17.5.2.Comportarea la sudare a fontelor turnate

Sudarea fontelor este dificila si se aplica aproape exclusiv in operatii de remaniere. Se sudeaza numai fontele censii, fragilitatea fontelor albe facind imposibila sudarea acestora. Fontele maleabile si nodulare se sudeaza ca si fontele gri. Deteriorarea proprietatilor fontelor nodulare si maleabile in zona influentata termic se pot reface prin tratament termic postsudare. Trei proprietati caracteristice ale fontelor determina comportarea la sudare:

-continutul inalt de C favorizeaza formarea constituientilor fragili in zona influentata termic si in consecinta fisurarea;

-conductibilitatea termica scazuta favorizeaza diferente importante de temperatura intre doua zone apropiate, zonele foarte reci fiind solicitate la tractiune:

-ductilitatea slaba a fontelor absoarbe dificil alungirea provocata de caldura introdusa de arcul electric, iar riscul de fisurare este agravat.

Pentru contracararea efectelor defavorabile a diferitilor factori, doua metode de sudare pot si aplicate: Sudarea la rece-metoda consta in limitarea la 50ºC a diferentei de temperatura intre sudura si zonele alaturate. De exemplu, daca piesa se afla la o temperatura ambianta de 15ºC se se limiteaza temperatura zonelor invecinate sudurii la 65ºC. In acest fel se elimina efectul defavorabil al ductilitatii reduse a fontei si conduce la micsorarea zonei influentate termic.




Sudarea la cald-piesele sunt incalzite uniform la temperatura inalta, intre 400 si 600(800)ºC si mentinute la aceasta temperatura pe toata durata operatiei de sudare. Dupa sudare se asigura o racire lenta, ferita de curenti de aer. Pentru asigurarea acestor conditii, in jurul piesei de remaniat se poate construi un cuptor din caramida refractara.

Aceasta metoda este superioara sudarii la rece si permite eliminarea aproape totala a celor trei factori enumerati anterior.

2.17.5.2.1.Pregatirea pentru sudare a pieselor turnate din fonta

Pentru sudarea fontelor se utilizeaza sudarea manuala cu electrozi inveliti sau sudarea cu gaz. Procedeele care asigura o incalzire masiva a matrialului si o racire rapida nu sunt aplicabile.

Inainte de sudare, defectele existente in material trebuie indepartate integral, iar zona afectata se curata la luciu metalic. Excavarea defectelor se executa mecanic, utilizarea flacarii sau a arcului electric conduce la formarea fontei albe. Zonele excavate vor fi rotunjite la o raza mai mare de 6-8mm pentru a reduce concentratorii de tensiune si se vor extinde cu min. 10mm fata de extremitatile defectelor(fig.2.20.3.). Inainte de excavarea zonelor cu defecte, in cazul fisurilor se practica gauri cu diametrul de 6-8mm la extremitati si o adincime pina la material sanatos pentru a reduce riscul de propagare a acestora (fig.2.20.4.).

Fig.2.20.3. Fig.2.20.4.

2.17.5.2.2.Materiale de adaos si domeniul de utilizare

Sudarea la rece se efectueaza fara preincalzire, cu electrozi cu diametru mic, iar dupa sudare piesa se raceste lent. In unele cazuri, o preincalzire usoara si uniforma, micsoraeza riscul de fisurare si mareste sansele de reausita. Materialul de sudare trebuie sa aiba o plasticitate mare pentru a putea prelua tensiunile interne si a opri difuzia carbonului din fonta in sudura. Aceasta difuzie ar avea ca rezultat producerea fontei albe si durificarea cusaturii. Sudarea nu poate fi realizata cu electrozi de fonta deoarece se topesc repede si curg inainte ca materialul de baza sa fie topit. Se utilizeaza electrozi de tip Ni-Fe, Ni, Ni-Cu.

Pentru a reduce tensiunile de contractie ca urmare a diferentelor mari intre coeficientii de dilatare intre materialul de baza si de adaos, se depun rinduri subtiri si scurte urmate de o ciocanire dupa fiecare trecere, inainte de racirea acesteia.

La reamanierea unor defecte mari, inainte de umplerea rostului se efectueaza o placare a peretilor (fig.2.17.5.a), fara a face legatura dintre acestia. In cazul unor defecte cu suprafata mare este posibila utilizarea unui petic din otel cu continut redus de carbon Sudarea se efectueaza incepind de la partea . rigida a piesei (Fig.2.17.6.). Cind grosimea piesei Fig.2.20.5 impune depunerea mai multor treceri suprapuse, ordinea de depunere pe sectiunea rostului este aratata in fig.2.17.6. Se impune un control permanent al primei treceri pentru a verifica lipsa defectelor, de care depinde reusita operatiilor ulterioare.




Fig.2.17.6.

Fig.2.17.7. Diametrul electrozilor utilizati curent este de 3,25mm pentru a evita incalzirea exagerata a piesei.

Este recomandata si utilizarea electrozilor cu diametrul de 2,5mm. Curentul de sudare va fi cit mai mic posibil. De aceasta depinde asigurarea unei aderente si

racordari bune a depunerii. Electrozii uzuali utilizati pentru sudarea la rece a fontelor sunt din aliaje de nichel si nichel pur.

Nichelul este un element garfitizant, iar in combinatie cu celelalte elemente favorizeaza formarea fontei gri, pastrind proprietatile de plasticitate.

Electrozii de Ni pur cu invelis bazic-garfit, au rezistenta de rupere de aprox.300 N/mm², duritate: 160HB, metalul depus este foarte usor prelucrabil. Utilizarea lor este limitata la solicitari mecanice reduse. Compozitia chimica tipica a metalului depus este:

C=1,65%; Mn=0,18%; Si=0,80% ; Ni› 95%. Se utilizeaza pentru reaparatii si asamblari de piese din fonta gri si maleabila, inclusiv imbinari

eterogene intre fonta si otel, unde se cere prelucrabilitate si etanseitate a imbinarilor sudate: cartere de masini, pompe, cutii de viteze, diferentiale, caneluri de pistoane, etc. In cazul imbinarilor eterogene, se placheaza suprafata rostului din fonta, iar umplerea rostului se realizeaza cu electrod pentru otel. Unghiul de tesire al rostului va fi de 60º. Se depun cordoane cu lungimea maxima de 30-40mm. Un exemplu de reparare si imbinare eterogena este aratat in fig.2.17.8.

Parametrii de sudare sunt indicati in tabelul 2.17.16. Tabelul 2.17.16

Fig.2.17.8.

Diametru (mm) Lungime (mm)

2,5 350

3,25 350

4 350

Curent minim. (A) Curent maxim (A) (CC¯)

55 90

80 110

90 140




Electrozi Ni-Fe –cu invelis bazic-grafit realizeaza o rezistenta la rupere a metalului depus de 450-500N/mm²,duritate:190 HB, rezistenta la fisurare superioara, prelucrabilitate a imbinarii sudate. Sunt destinati de asemenea pentru sudarea fontelor nodulare si imbinari disimilare. Compozitia chimica a metalului depus este:

C=!%; Mn=0,8%; Si=),80%; Ni=51%; Fe=rest . Metalul depus prezinta un coeficient de dilatare liniara de 75% din cel al nichelului pur, fiind utilizat pentru imbinari solicitate si grosimi mai mari. Parametrii de sudare recomandati sunt cuprinsi in tabelul 2.17.17.

Tabelul 2.17.17.

Electrozi Ni-Cu (Monel)-proprietatile metalului depus cu acest electrod cu invelis bazic grafit combina rezistenta la fisurare a electrodului de Ni pur cu calitatile electrodului Ni-Fe. Este destinat repararii batiurilor si a altor organe de masini. Depunerea prezinta culoarea fontei gri si este prelucrabila. Se poate utiliza in toate pozitiile de sudare, exceptind vertical descendent. Caracteristicile macanice ale metalului depus: rezistenta la rupere: 300N/mm²; duritate: 160HB. Compozitia chimica a metalului depus: Ni=70%; Cu=30%. Parametrii de sudare recomandati sunt indicati in tabelul 2.17.18.

Tabelul 2.17.18 Sudarea la cald a fontelor se realizeaza cu preincalzire la o temperatura de 400-800ºC in functie de dimensiunile si configuratia piesei, care se mentine pe tot parcursul sudarii. Dupa sudare se asigura o racire lenta pentru grafitizarea metalului cusaturii. Pentru a impiedica scurgerea metalului topit, zona de sudat se inchide cu placi de grafit. Sudarea la cald realizeaza o imbinare sudata omogena, cu caracteristici la nivelul metalului de baza, dar are o productivitate scazuta si conditii de lucru grele pentru sudor. Se aplica pentru imbinari omogene si corectarea imprfectiunilor de turnare, putind fi urmata de un tratament termic de recoacere la 850-950ºC, mentinere 1-4 ore in functie de configuratia piesei si grosimea peretilor, pentru eliminarea tensiunilor, asigurarea omogenitatii structurale si a caracteristicilor mecanice optime. La sudarea cu flacara oxigaz se utilizeaza materiale de adaos din fonta turnate sub forma de vergele cu diametrul de 8-12mm cu compozitia chimica apropiata de a piesei de reamaniat. Se recomanda un continut mai ridicat de carbon si siliciu pentru a favoriza formarea grafitului si a completa pirderile de siliciu prin arderea acestuia in timpul sudarii. Un continut ceva mai ridicat de fosfor imbunatateste fluiditatea baii de metal topit, avind ca efect degajarea mai usoara a incluziunilor nemetalice din cusatura. Folosirea fluxurilor decapante este necesara in acest caz, bintrucit sub actiunea aerului si oxigenului se produc oxizi cu temperatura de topire mai inalta decit a fontei, impiedicind desfasurarea normala a procesului de sudare. Ca si flux se utilizeaza de obicei boraxul calcinat. Sudarea cu arcul electric cu electrozi inveliti din fonta cu invelis bazic-grafitic se efectueaza cu preincalzire la 350-450ºC, cu mentinerea acestei temperaturi pe toata perioada sudarii, evitarea racirii rapide a primei treceri si utilizarea unui diametru de 3,25mm pentru prima trecere.

De exemplu, un electrod pentru sudarea la cald a fontelor nodulare feritice, utilizabil si pentru fonte maleabile si cu grafit lamelar, are urmatoarea compozitie chimica :

C=3.55%; Mn=0,30%; Si=3,80%; P≤ 0,010%; S≤0.010%; Fe=rest.

Diametru (mm) Lungime (mm)

2,5 350

2,5 350

2,5 350

Curent minim. (A) Curent maxim (A)

(CC¯)

55 75

70 100

85 125

Diametru (mm) 2,5 3,25 4

Curent minim (A) Curent maxim (A)

( CC¯)

50 80

80 110

110 150




Structura bruta a metalului depus, in regim de preincalzire la 350-450ºC, contine putin grafit nodular intr-o fonta alba perlitica. Dupa un tratament termic de 1 ora la 850-950ºC se obtine o fonta nodulara feritica omogena, cu rezistenta la rupere de 520 N/mm² si duritatea de 200HB.

Parametrii de sudare recomandati sunt indicati in tabelul 2.20.19. Tabelul 2.17.19.

Diametrul (mm) 2,5 3,25 4

Curent minim (A) Curent maxim (A)

60 90

75 140

110 160

Documents

2.17 Fonte Si Oteluri Turnate