Fontă
Prelucrare CNC

Fonta este o familie de aliaje de fier-carbon cu un conținut de carbon mai mare de 2% (de obicei 2,5–4,5%), ceea ce determină precipitația excesului de carbon sub formă de grafit sau carbure de fier în timpul solidificării. Această microstructură conferă fontelor caracteristicile definitorii: rezistență excelentă la compresiune, amortizare remarcabilă a vibrațiilor, lubrifiere naturală datorită grafitului și o foarte bună prelucrabilitate, în ciuda durității. Fonta este utilizată pe scară largă pentru baze de mașini-unelte, blocuri de motoare, carcase de pompe, componente de frână și piese structurale grele unde sunt necesare rigiditatea, rezistența la uzură și stabilitatea dimensională.

Fonta gri este cea mai utilizată clasă de fontă, caracterizată prin precipitația de grafit sub formă de fulgi în interiorul unei matrice de fier perlitic sau ferritic. Clasele comune includ ASTM A48 Clasa 20–40, ISO EN-GJL-150 până la EN-GJL-300 și GB HT150–HT350. Fonta gri oferă o prelucrare excelentă, o amortizare remarcabilă a vibrațiilor, o rezistență bună la compresiune și costuri reduse. Este utilizată pentru blocuri de motoare, capete de cilindri, baze de mașini-unelte, tamburi de frână, carcase de pompe și carcase de cutii de viteze. Rezistența sa la tracțiune este moderată (150–350 MPa), dar rezistența la compresiune este de 3–5 ori mai mare.

Fonta ductilă este produsă prin adăugarea de magneziu în topitură, ceea ce determină solidificarea grafitului sub formă de noduli sferici în loc de fulgi. Aceasta îmbunătățește dramatic rezistența la tracțiune (400–900 MPa), prelungirea (până la 18%) și rezistența la impact comparativ cu fonta gri — oferind proprietăți apropiate de cele ale oțelului, păstrând în același timp o excelentă prelucrabilitate. Clasele comune includ ASTM A536 Grade 65-45-12, 80-55-06 și EN-GJS-400-18 până la EN-GJS-700-2. Fonta ductilă este utilizată pentru biele, angrenaje, carcase de diferențial, corpuri de supape hidraulice și componente structurale care necesită atât prelucrare ușoară, cât și rezistență mecanică superioară.

Fonta aliată include adăugări de crom, nichel, molibden sau cupru pentru a obține proprietăți peste cele ale fontelor gri sau ductile standard. Fonta albă cu crom ridicat (15–30TP3T Cr) atinge HRC 55–65 pentru o rezistență extremă la abraziune. Ni-Hard oferă o rezistență excelentă la uzură, cu o duritate îmbunătățită. Fonta Ni-Resist austenitică oferă rezistență la coroziune și stabilitate dimensională la temperaturi ridicate până la 800°C. Fonta aliată este specificată atunci când fonta standard nu face față uzurii abrasive, temperaturilor ridicate sau serviciului coroziv — fiind semnificativ mai dificil de prelucrat și necesitând scule CBN.

Prelucrarea fontelor prezintă mai multe provocări specifice: (1) Piele dură — suprafața ca în turnare conține scară, incluziuni de nisip și un strat dur de răcire rapidă care distruge rapid sculele dacă prima trecere nu taie sub acesta. (2) Grafit abraziv — fulgii de grafit accelerează uzura flancului pe sculele de carburi. (3) Prelucrare uscată sau aproape uscată — fonta este adesea prelucrată uscat sau cu MQL, deoarece răcirea cu lichid de răcire poate cauza șoc termic. (4) Porozitate — golurile interne pot cauza surprize dimensionale la prelucrarea pereților subțiri. (5) Variabilitatea durității fontelor aliat — fonta albă cu crom ridicat poate varia semnificativ în duritate pe o singură turnare.

Toleranța standard de prelucrare CNC pentru fonta gri și ductilă este ±0,02 mm pentru caracteristici rotite și ±0,05 mm pentru cele frezate. Pentru găurile de rulmenți de precizie și suprafețele de etanșare, menținem ±0,010–0,015 mm pentru fonta gri și ductilă. Fonta aliată atinge de obicei ±0,02–0,03 mm pe caracteristici prelucrate datorită variabilității durității. Rețineți că turnările au o variație dimensională inerentă — selecția punctului de referință și strategia de fixare trebuie să țină cont de variabilitatea turnării înainte de prelucrare. Raporturile CMM sunt furnizate pentru toate componentele de fontă de precizie.

Fonta are o rezistență limitată la coroziune inerentă, iar matricea de fontă cu grafit corodează în medii umede sau umede. Tratamentul de suprafață depinde de aplicație: bazele de mașini-unelte și componentele interne sunt adesea livrate doar cu ulei preventiv de rugină. Piesele din medii moderate primesc oxid negru, acoperire cu fosfat sau zincare. Carcasele de pompe și corpurile de supape în medii umede primesc vopsea epoxidică sau acoperire pudră. Rețineți că fonta gri nu trebuie acoperită electrochimic cu procese acide fără pre-tratament adecvat, deoarece rețeaua de fulgi de grafit poate captura hidrogen și poate cauza blisterare.

Sudarea fontelor este posibilă, dar necesită proceduri specializate. Fonta gri trebuie preîncălzită la 300–600°C înainte de sudare pentru a preveni crăparea zonei afectate de căldură. Se folosesc electrozi pentru sudură pe bază de nichel sau pentru fontă. Fonta ductilă este mai ușor de sudat decât fonta gri, dar tot necesită preîncălzire. Fonta aliată cu crom ridicat este în general considerată nedepozabilă. Pentru tratament termic: fonta gri poate fi supusă eliberării de tensiune (550–600°C) pentru reducerea tensiunilor reziduale din turnare înainte de prelucrare de precizie. Fonta ductilă poate fi annealată pentru a o înmuia sau normalizată și quenchată și temperată pentru a crește duritatea.