Fer de fonte

teels Le fer de fonte de se rapporte habituellement à la fonte grise , mais identifie un grand groupe d'alliages ferreux du qui solidifient avec un eutectique.

Vue d'ensemble

Le fer (Fe) de explique plus de 95% du matériel d'alliage, alors que les éléments d'alliage principaux sont le carbone (c) et le silicium (SI) de . La quantité de carbone en fontes est 2.1 - 4%, alors que des alliages ferreux avec moins de carbone sont dénotés en tant qu'acier du carbone par définition. Les fontes contiennent des quantités appréciables de silicium, normalement 1 - 3%, et par conséquent ces alliages devraient être considérés les alliages ternaires du Fe-C-SI.

En dépit de ceci, les principes de la solidification de fer de fonte sont compris du diagramme de phase binaire de fer-carbone du , où le point eutectique se trouve au °C 1154 et à 4. Puisque le fer de fonte a presque cette composition, sa température de fonte du °C 1150 à 1200 est environ 300 degrés plus bas que le point de fusion du fer pur. Le fer de fonte tend à être le fragile, à moins que le nom de l'alliage particulier suggère autrement. La couleur d'une surface de rupture peut être employée pour identifier un alliage : les impuretés de carbure permettent à des fissures de passer directement à travers, ayant pour résultat un lisse, le " de ; white" ; apprêtent, alors que les flocons de graphite guident une fente de dépassement et lancent de nouvelles fissures innombrables pendant que les coupures matérielles, ayant pour résultat une surface approximative qui apparaît le gris.

Avec son bas point de fusion, la bonne fluidité, le castability, l'excellente usinabilité et la résistance à l'usure, fontes sont devenus un matériel de technologie avec une étendue des applications large, y compris des pièces de pipes, de machine et de voiture.

Production

Du fer de fonte est fait en refondant la fonte , souvent avec des quantités substantielles de fer de chute et d'acier de chute, et de prendre de diverses mesures pour enlever les contaminants indésirables tels que le phosphore et le soufre . Selon l'application, le contenu de carbone et de silicium est réduit aux niveaux désirés, qui peuvent être n'importe où de 2% à 3.5% et 1% à 3% respectivement. D'autres éléments sont alors ajoutés à la fonte avant que la forme finale soit produite par le bâti .

Du fer le plus généralement est fondu dans un petit fourneau connu sous le nom de coupole (voir le fourneau pour plus de détails). Après fonte est complet, le fer fondu est enlevé ou ladled du forehearth du fourneau . Ce processus a été conçu par le chinois, dont les idées innovatrices ont révolutionné le champ de la métallurgie . Précédemment, du fer a été fondu dans un four d'air, qui est un type de four Reverberatory .

Variétés de fer de fonte

Fonte grise

voient également :

la fonte grise Le silicium est essentiel à la fabrication de la fonte grise de par opposition au fer de fonte blanc. Quand le silicium est allié avec du ferrite et le carbone dans les quantités d'environ 2 pour cent, le carbure du fer devient instable. Le silicium fait sortir rapidement le carbone de la solution comme graphite , partant d'une matrice de fer relativement pur et mou. La liaison faible entre les plans du graphite mènent à une énergie d'activation élevée pour la croissance de cette direction, ayant pour résultat les flocons minces et ronds. Cette structure a plusieurs propriétés utiles.

Le métal augmente légèrement sur solidifier comme les précipités de graphite, ayant pour résultat les bâtis pointus. Le contenu de graphite offre également la bonne résistance de la corrosion .

Le graphite agit en tant que lubrifiant, améliorant la résistance à l'usure. La vitesse de du bruit particulièrement élevée en graphite donne à fer de fonte un beaucoup plus élevé la conductivité thermique . Puisque le ferrite est si différent à cet égard (ayant des atomes plus lourds, métallisés beaucoup moins étroitement) les phonons tendent à disperser à l'interface entre les deux matériaux. En pratique, ceci signifie que le fer de fonte tend « à atténuer » les vibrations mécaniques (bruit y compris ), qui peuvent aider des machines pour fonctionner plus sans à-coup.

Toutes les propriétés ont énuméré dans le paragraphe au-dessus de la facilité le usinant de fonte grise. Les bords pointus des flocons de graphite tendent également à l'effort de concentré de , laissant fend pour former beaucoup plus facilement, de sorte que le matériel puisse être enlevé beaucoup plus efficacement.

Un déclenchement plus facile des fissures peut être un inconvénient une fois qu'un article est de finition, de quelque manière que : la fonte grise a moins de résistance à la traction et résistance aux chocs que l'acier. Il est également difficile de souder.

La conductivité thermique élevée de la fonte grise et la capacité de chaleur spécifique sont souvent exploitées de faire le cookware de fer de fonte de et les rotors du frein à disque .

D'autres alliages de fer de fonte

Avec un contenu inférieur de silicium et se refroidir plus rapidement, le carbone en précipités blancs du fer de fonte de hors de la fonte comme métastable mettent le Cementite en phase , Fe₃C de , plutôt que le graphite. Le cementite qui précipite de la fonte forme en tant que particules relativement grandes, habituellement dans un mélange eutectique où l'autre phase est un austénite (qui sur se refroidir pourrait transformer à la martensite). Ces carbures eutectiques sont beaucoup trop grands pour fournir le durcissement de précipitation (comme en quelques aciers, où les précipités de cementite pourraient empêcher la déformation en plastique en empêchant le mouvement des dislocations par la matrice de ferrite). En revanche, ils augmentent la dureté en bloc du fer de fonte simplement en vertu de leurs propres dureté très élevée et leur fraction de volume substantielle, telle que la dureté en bloc peut être rapprochée par une règle des mélanges. En tous cas, ils offrent la dureté aux dépens de la dureté . Puisque le carbure compose une grande fraction du matériel, du fer de fonte blanc pourrait raisonnablement être classifié comme cermet . Le fer blanc est trop fragile pour l'usage dans beaucoup de composants structuraux, mais avec la bons dureté et résistance et relativement coût bas d'abrasion, il trouve l'utilisation dans des applications telles que les surfaces d'usage (roue à aubes et Volute ) des pompes de boue, des revêtements de coquille et des barres de poussoir dans des broyeurs à boulets et des moulins de meulage autogènes, des boules et des anneaux dans des pulverisers de charbon et (peut-être ?) boules pour les roulements de Roulement-élément de et les dents seau de creusement de s de pelle rétro d'un '(bien que les dernières deux applications normalement emploieraient les aciers martensitiques à haut carbone travaillés de qualité et mouleraient les aciers martensitiques de milieu-carbone respectivement).

Il est difficile de refroidir les bâtis épais assez rapides pour solidifier la fonte en tant que fer de fonte blanc complètement. Cependant, le refroidissement de rapid peut être employé pour solidifier une coquille du fer de fonte blanc, après quoi le reste se refroidit plus lentement pour former un noyau de fonte grise. Le bâti en résultant, appelé un « a refroidi le bâti », a les avantages d'une surface dure et d'un intérieur légèrement plus dur.

Du fer de fonte blanc peut également être fait en employant un pourcentage élevé du chrome dans le fer ; Le Cr est un élément carburigène fort, ainsi haut à assez de pourcentages de chrome, la précipitation du graphite hors du fer est supprimée. les alliages blancs de fer de Haut-chrome permettent aux bâtis massifs (par exemple, une roue à aubes de 10 tonnes) d'être fonte de sable, c., un taux de refroidissement élevé n'est pas exigé, aussi bien que fournir la résistance d'abrasion impressionnante.

le de la fonte que malléable commence comme bâti blanc de fer, celui est alors graphite soumis à un traitement thermique du à environ 900 °C. sépare dehors beaucoup plus lentement dans ce cas-ci, de sorte que la tension superficielle ait le temps pour le façonner en les particules sphéroïdales plutôt que des flocons. En raison de leur allongement inférieur , sphéroïdes être relativement court et loin d'un un autre, et avoir un inférieur en coupe vis-à-vis d'une fente ou d'un phonon de propagation. Ils ont également des frontières émoussées, par opposition aux flocons, qui allège les problèmes de concentration de contrainte considérés par la fonte grise. Généralement les propriétés du fer de fonte malléable sont plutôt l'acier doux. Il y a une limite à la façon dont grand une pièce peut être moulée en fonte malléable, puisqu'elle est faite à partir du fer de fonte blanc.

Un développement plus récent est le le fer de fonte malléable nodulaire de de ou de . Les quantités minuscules de magnésium ou de cérium ont ajouté au ralentissement de ces alliages la croissance des précipités de graphite par le collage sur les bords des avions de graphite. Avec la commande soigneuse des autres éléments et synchronisation, ceci permet au carbone de séparer pendant que les particules sphéroïdales comme matériel solidifie. Les propriétés sont semblables à la fonte malléable mais des pièces peuvent être moulées avec de plus grandes sections.

Réutilisation du fer de fonte

Aux fins de réutiliser la chute, du fer de fonte est classifié dans deux types. On est HMS 1, qui signifie la catégorie de fonte lourde 1 de chute, et HMS 2, qui signifie la catégorie de fonte lourde 2.

Utilisations historiques

Puisque le fer de fonte est comparativement fragile, il n'est pas approprié aux buts où un bord pointu ou une flexibilité est exigé. Il est fort sous la compression, mais pas sous la tension. Du fer de fonte a été inventé la première fois dans le Chine (voir également : Du Shi ), et versé dans des moules pour faire des armes et des figurines. Historiquement, son canon et projectile inclus par utilisations les plus à court terme. Dans le Angleterre , les métallurgistes du Weald continué la production de ces derniers jusqu'aux 1760s , et ceci était la fonction principale de l'industrie du fer là après la restauration , cependant probablement seulement une partie mineure de de l'industrie là plus tôt.

Des pots de fer de fonte ont été faits à beaucoup de fourneaux anglais du à cette période. En 1707, le Abraham Darby a breveté une méthode de des pots de fabrication (et des bouilloires) plus minces et par conséquent meilleur marché que ses rivaux pourraient. Ceci a signifié que ses fours de Coalbrookdale sont devenus dominants comme fournisseurs des pots, une activité dans laquelle ils ont été associés au 1720s et au 1730s par un nombre restreint d'autre coke - fourneaux mis le feu de .

Le développement de la machine à vapeur par le Thomas Newcomen a fourni un autre marché pour le fer de fonte, puisque c'était considérablement meilleur marché que le laiton dont les cylindres de moteur ont été à l'origine faits. Un grand exposant de fer de fonte était un John Wilkinson , qui a notamment moulé les cylindres pour plusieurs de machines à vapeur améliorées par s de du watt de James de ' jusqu'à l'établissement de la fonderie de Soho de dans le 1795 .

Ponts en fer de fonte

L'utilisation principale du fer de fonte pour des buts structuraux a commencé vers la fin des 1770s quand le Abraham Darby III a construit le pont en fer de , bien que des faisceaux courts aient été employés avant le pont, comme dans les fourneaux chez Coalbrookdale. Ceci a été suivi de d'autres, et les ponts en fer de fonte sont devenus communs comme vitesse prise par de Révolution Industrielle de . Le Thomas Telford a adopté le matériel pour son pont en amont au Buildwas , et puis pour un aqueduc de cuvette de canal à la Longdon-sur-Sterne sur le canal de Shrewsbury de . Il a été suivi du spectaculaire Chirk l'aqueduc et l'aqueduc ahurissant de Pontcysyllte de , qui restent en service des restaurations récentes suivantes. Des ponts de faisceau de fer de fonte ont été appliqués largement par les chemins de fer tôt, tels que le pont en rue de l'eau au terminus de Manchester du Liverpool et du chemin de fer de Manchester. Cependant, les problèmes ont surgi quand un tel pont s'est effondré peu de temps après s'ouvrir en 1846. Le désastre de pont de Dee de a été provoqué par le chargement excessif au centre du faisceau en un train de dépassement, et beaucoup de ponts semblables ont dû être démolis et reconstruits, souvent en fer travaillé . Le pont avait été calculé trop juste, étant bottelé avec les courroies de fer travaillé, qui ont été incorrectement pensées pour renforcer la structure. Néanmoins, du fer de fonte a continué à être employé pour l'appui structural, jusqu'à ce que le désastre du pont en rail de Tay de de 1879 ait créé une crise de confiance dans le matériel. D'autres effondrements de pont se sont produits, cependant, aboutissant à l'accident de rail de jonction de Norwood de de 1891. Des milliers d'under-bridges de rail de fer de fonte ont été par la suite remplacés par les équivalents en acier.

Moulins de textile

Une autre utilisation importante était en moulins de textile que l'air dans ces derniers a contenu les fibres inflammables du coton , chanvre , ou laines étant tournées. En conséquence, les moulins de textile ont eu une propension alarmante de brûler vers le bas. La solution était de les construire complètement des matériaux non-combustibles, et on l'a trouvé commode pour fournir au bâtiment une armature de fer, en grande partie de fer de fonte. Ceci a remplacé le bois inflammable. Le premier un tel bâtiment était au Ditherington dans le Shrewsbury . Beaucoup d'autres entrepôts ont été construits using des colonnes et des faisceaux de fer de fonte, bien qu'il y ait eu beaucoup d'effondrements dû aux conceptions défectueuses, aux faisceaux défectueux ou à la surcharge.

Pendant la Révolution Industrielle , le fer de fonte était également employé couramment de l'armature et d'autres pièces fixes de machines, y compris la rotation et les machines de tissage postérieures dans les moulins de textile. Le fer de fonte est devenu un matériel répandu, et beaucoup de villes ont eu les fonderies produisant des machines, non seulement pour l'industrie mais également l'agriculture .

Qualités comparatives des fontes

Voir également

Moulage au sable
Cookware de fer de fonte de
Banque mécanique
Architecture de fonte de

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