Fonta

fonta_400Fonta este un aliaj casant de fier, carbon si alte elemente, cu un continut ridicat de carbon ( 2,04- 6,67%).

Compozitie
Fierul pur nu reprezinta o importanta practica. In schimb, aliajele fierului cu carbonul numite fonta si otel sunt materialele metalice cele mai utilizate in tehnica. Fonta este aliajul fierului cu carbonul, care contine intre 2,06% si 4,3% carbon, iar otelul, aliajul fierului cu carbonul care contine sub 2,06% carbon. in afara de fier si carbon, atat fontele cat si otelurile, mai contin, in cantitati mici, si alte elemente ca siliciu, mangan, sulf, fosfor (numite elemente insotitoare), care nu au putut fi complet indepartate in procesul de elaborare sau care au fost introduse in mod voit, pentru a le conferi anumite proprietati (elemente de aliere).

Caracteristici
Fonta prezinta urmatoarele caracteristici generale: se toarna bine, se prelucreaza prin aschiere, dar nu se poate prelucra plastic (nu se poate lamina sau forja) si nu se poate suda. Fontele turnate in piese mari sunt numite si fonte de a doua topire si se obtin din fonte brute, prin retopirea in cuptoare speciale (cubilouri) in scopul inlaturarii impuritatilor si a obtinerii anumitor compozitii. Ele pot fi: fonte cenusii,fonte nodulare si fonte maleabile.

Fontele cenusii (simbol Fc, urmat de cifra care ii indica rezistenta minima la rupere la tractiune, in daN/cm2) se toarna foarte bine si se prelucreaza prin aschiere, fiind ieftine.
Fontele nodulare (simbol Fn - fonta cu grafit nodular) se obtin prin adaugarea de magneziu in baia de fonta. Prezinta proprietati mecanice la fel de bune ca otelul si se toarna la fel de bine ca fonta cenusie.
Fontele maleabile (simbol Fm) se obtin printr-un tratament termic special (de maleabilizare); se pot prelucra bine prin aschiere si au proprietati mecanice apropiate de ale otelului.

Obtinere
Fonta se obtine prin topirea si reducerea minereurilor de fier in cuptoare speciale numite furnale. Fontele obtinute in furnale se numesc fonte brute. Dupa compozitia chimica se deosebesc in fonte brute obisnuite si fonte brute aliate. Ele pot fi folosite in:

  • elaborarea otelului(fonte pentru afinare)
  • turnarea pieselor (fonte pentru turnatorie)

Fierul topit obtinut in furnalul inalt, venind in contact cu cocsul din partea de jos a furnalului, contine diferite procente de carbon dizolvat (de obicei 3 sau 4%), impreuna cu siliciu, mangan, fosfor si sulf in cantitati mai mici. Aceste impuritati scad punctul sau de topire al fierului pur de la 1535 °C la circa 1200 °C. Aceasta fonta este deseori turnata in bare.

Cand fonta se prepara prin racire brusca din stare lichida, are culoarea alba si se numeste fonta alba. Ea consta in general din compusul cementita, Fe3C, o substanta rigida si casanta. Fonta cenusie, obtinuta prin racire inceata, consta din graunte cristaline de fier pur (numit ferita) si fulgi de grafit. Atat fonta alba, cat si cea cenusie, sunt casante, deoarece principalul constituent al primei, cementitul, este casant iar ultima este slabita de fulgii de grafit distribuiti prin ea si de ferita dura continuta.

Fonta maleabila, care este mai dura si mai putin casanta decat cea alba sau cenusie, se prepara prin tratarea la cald a fontei cenusii cu o compozitie convenabila. in acest tratament, fulgii de grafit se unesc in particule globulare, care, din cauza ariilor sectiunilor transversale mici, slabesc ferita mai putin decat o fac fulgii. Fonta este cea mai ieftina varietate de fier, dar folosirea ei este limitata din cauza rezistentei mici. O mare parte din ea se foloseste la prepararea otelului iar o cantitate mai mica, la fierului forjat.

Fierul forjat este un fier pur, cu numai 0,1-0,2% carbon si mai putin de 0,5% impuritati totale. El se prepara prin topirea fontei pe un pat de oxid de fier intr-un cuptor cu reverberatie, in care flacara este reflectata de acoperis in material pentru a-l incalzi. Fonta topita este agitata, oxidul de fier oxidand carbonul dizolvat in dioxid de carbon iar sulful, fosforul si siliciul trec in zgura. Pe masura ce impuritatile sunt indepartate, punctul de topire al fierului creste si masa devine mai pastoasa. Ea este indepartata din furnal si batuta cu ciocane actionate cu abur pentru a indeparta zgura.

Fierul forjat este un aliaj rezistent si dur care se poate suda si forja usor. In trecut se folosea extensiv la fabricarea lanturilor, sarmei si a altor obiecte de acest gen. Astazi este inlocuit in mare masura cu otelul aliat moale.