Diagrama Fe-grafit se obtine din diagrama Fe-Fe3C, prin deplasarea liniilor de separare a cementitei la temperaturi mai ridicate si la concentratii mai reduse in carbon.
In figura 9.15 se reprezinta cu linie intrerupta diagrama Fe-grafit suprapusa pe diagrama Fe-Fe3C, figurata cu linie continua. Punctele sunt notate cu aceleasi litere ca la diagrama Fe-Fe3C, dar cu prim. Pe diagrama sunt trecuti constituentii din sistemul stabil: grafitul primar GI cristalizeaza dupa linia C'D'; grafitul secundar GII dupa linia E'S'; grafitul eutectic GE la izoterma E'C'F'; grafitul eutectoid Ge la izoterma P'S'K'. Nu s-a constatat practic separarea grafitului tertiar. Punctul D' corespunde temperaturii de topire a grafitului, care depaseste 3500˚C.
S-a studiat cristalizarea unei fonte cenusii hipoeutectice cu 3%C. Cristalizarea incepe cu subracire la temperatura punctului lichidus, T1, prin formarea dendritelor de austenita proeutectica (fig. 9.15a). Ca urmare, atat lichidul cat si austenita se imbogatesc in carbon: lichidul isi modifica compozitia de-a lungul curbei lichidus de
la
compozitia punctului 1, tinzand spre compozitia eutectica C',
iar austenita dupa curba solidus, de la compozitia punctului 1'
tinzand spre compozitia E'. Pe izoterma E'C'F', are loc reactia
eutectica, la care solutia lichida ramasa
interdendritic se transforma in colonii eutectice formate din austenita
si grafit eutectic, GE:
LC' ↔ E (AE' + GEF')
In interiorul coloniei, grafitul se dezvolta in spatiu sub forma de foita, pentru ca are viteza de crestere maxima in planul bazal si minima perpendicular pe acesta. Foitele sunt interconectate si curbate asemenea petalelor unei flori (fig. 9.15b), deoarece dezvoltarea grafitului in masa austenitica nu este libera. Apar tensiuni interne, care favorizeaza maclari multiple si schimbarea directiei de crestere. In planul metalografic, grafitul are aspect lamelar.
In intervalul T2-T3, austenita isi micsoreaza solubilitatea in carbon si separa carbonul in exces sub forma de grafit secundar, GII, care se depune pe grafitul eutectic separat anterior. Austenita isi modifica continuu compozitia de-a lungul curbei E'S', tinzand spre compozitia eutectoida S' (AE' → AS').
La temperatura T3, austenita ramasa sufera reactia eutectoida, transformandu-
se intr-un eutectoid alcatuit din ferita α si grafit eutectoid, Ge:
AS' ↔ e (FαP' + GeK')
Datorita
conditiilor dificile de germinare a grafitului in faza solida,
grafitul eutectoid se separa pe grafitul eutectic si secundar
preexistent. Sub T3, structura
fontei va contine o masa metalica feritica in care sunt
separari de grafit lamelar: Fα + G (fig. 9.22a), unde G = GE+
GII+Ge. Fonta cenusie feritica
cristalizeaza in totalitate dupa diagrama Fe-grafit, in
conditiile unei viteze de racire foarte lente. Daca fonta
contine Si >1,5%, atunci se manifesta efectul grafitizant al
siliciului, obtinandu-se structura feritica mai economic, la viteze
mai mari de racire. Aceasta este situatia fontelor cenusii
utilizate industrial. Cristalizarea fontei are loc in cadrul sistemului ternar
Fe-Si-C, iar cristalizarea eutecticului si a eutectoidului nu mai are loc
izoterm, ci intr-un interval de temperatura (fig. 9.16).
Atunci cand la nivelul izotermei eutectoide se aplica o viteza mare de racire, transformarile se desfasoara dupa diagrama Fe-Fe3C. Austenita se transforma in perlita, obtinandu-se fonta cenusie perlitica, care contine o cantitate mai redusa de grafit corespunzatoare grafitului eutectic si secundar (fig. 9.22c).
Cand viteza de racire la nivelul izotermei eutectoide este moderata, austenita se transforma in perlita, iar cementita eutectoida se descompune partial in ferita si grafit. Se obtine fonta cenusie ferito-perlitica. Descompunerea cementitei este confirmata de pozitionarea feritei in vecinatatea grafitului (fig. 9.22b).
Daca viteza de racire rapida se introduce de la temperaturi superioare izotermei eutectoide, tranzitia la sistemul Fe-Fe3C asigura atat stabilitatea perlitei, cat si a unei cantitati de cementita secundara. Se obtine fonta cenusie perlito-cementitica, numita si pestrita (fig. 9.22d). Cementita secundara, provenind din austenita proeutectica, se va regasi in structura finala ca separari la limita grauntilor de perlita.
Fontele cenusii hipereutectice se caracterizeaza prin separari grosiere de grafit primar. Cum acesta se separa din faza lichida, prezinta o crestere libera si adopta forma de placa in spatiu, respectiv de ac in planul metalografic. Aceste fonte nu sunt utilizate practic.
