Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Jean-Claude MARGERIE : Ingénieur de l’École Polytechnique, - Chef du Département de la Métallurgie au Centre Technique des Industries de la Fonderie (CTIF )
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Le but essentiel de cet article est de définir la nature et les propriétés des fontes à graphite lamellaire, non alliées ; ces fontes, dites en langage courant fontes ordinaires, ne constituent pas seulement les pièces moulées qui font l’objet de la norme NF A 32-101 (juin 1987) ; elles ont des applications plus larges encore. Les généralités initiales se rapporteront bien entendu en grande partie à l’ensemble des fontes, y compris les fontes spéciales (fontes malléables, fontes à graphite sphéroïdal, fontes alliées) ; de même, l’étude des propriétés inclura, en vue de faciliter les comparaisons et pour bien montrer l’unité profonde de la famille des fontes, des rappels touchant les fontes spéciales ; mais c’est dans les articles Propriétés des fontes à graphite nodulaire [M 390] et Fontes spéciales alliées [M 400] que l’on trouvera les renseignements spécifiques concernant ces dernières.
Quand il s’agit d’étudier les propriétés et plus particulièrement les caractéristiques mécaniques des fontes, on doit toujours avoir présent à l’esprit qu’elles dépendent beaucoup plus directement de la structure de l’échantillon ou de la pièce examinés que de sa composition chimique.
Il suffira pour illustrer cette affirmation de rappeler qu’à partir d’une même poche de coulée on peut obtenir, en jouant sur la vitesse de refroidissement dans le moule (c’est-à-dire par exemple sur l’épaisseur des pièces coulées), toute la variété des structures allant depuis la fonte blanche (dureté Brinell de l’ordre de 400) jusqu’à la fonte grise à graphite grossier (dureté Brinell inférieure à 150).
Ce sont donc beaucoup plus les caractéristiques structurales que les caractéristiques chimiques qu’il y a lieu de considérer dans l’étude des propriétés utiles des fontes.
De ce point de vue, nous définissons donc les fontes comme des alliages ferreux moulés, dérivés du système fer-carbone, et contenant effectivement de l’eutectique (plus ou moins dégénéré d’ailleurs) comme constituant ou agrégat identifiable après la solidification.
Cela revient en pratique à les considérer comme des aciers (relativement impurs) suffisamment riches en carbone pour que le graphite ou les carbures en excès ne puissent être remis en solution dans la matrice par aucun traitement thermique, hormis la fusion.
Si le carbone eutectique est combiné sous forme de cémentite la fonte est blanche ; s’il est présent à l’état de graphite, elle est grise ; dans les cas intermédiaires la fonte est truitée.
On apprécie donc métallographiquement la qualité d’une fonte par un examen de structure portant sur :
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la forme, la répartition et les dimensions des particules de graphite (fascicule A 32-100, juillet 1967) ou éventuellement de carbures libres ;
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la nature de la matrice et des constituants inclus (eutectique phosphoreux, sulfures, ....) ;
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le grain macroscopique correspondant à la forme cellulaire de l’eutectique fer-graphite.
Avant d’aborder la description et l’interprétation des propriétés, nous allons étudier en détail dans un premier paragraphe les phénomènes physiques, chimiques et métallurgiques généraux qui définissent et contrôlent la constitution des fontes moulées.
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Propriétés d’utilisation diverses4. Variation des propriétés mécaniques avec la température
L’extension de l’emploi des pièces moulées en fonte grise à certaines applications nouvelles suppose une connaissance suffisante de leur comportements à chaud ou, au contraire aux basses températures.
Dans le cas des fontes grises ordinaires, on peut dire que, jusqu’à environ 350 oC, on n’aperçoit aucune modification de structure (quelle que soit la durée de chauffage), et on peut considérer que les caractéristiques mécaniques sont inchangées.
Au-delà, les effets de fluage deviennent observables et les caractéristiques mécaniques diminuent notablement comme on le verra ci-après. Mais au-delà encore, à partir d’une température de l’ordre de 500 oC, la structure même du métal risque de se transformer progressivement et, de toute façon, les caractéristiques mécaniques diminuent très rapidement ; le recours aux fontes alliées devient en général nécessaire.
4.1 Influence de la chaleur sur la structure des fontes
Lorsqu’on chauffe une pièce en fonte ordinaire (au-delà d’une température que l’on détermine au besoin par un essai dilatométrique), il se produit un gonflement dans la masse, qui est la résultante de plusieurs transformations.
HAUT DE PAGE
Il y a une précipitation de graphite due à la décomposition progressive de la cémentite libre ou perlitique. Ce facteur n’est prépondérant que dans le cas d’un petit nombre de cycles de chauffage en atmosphère neutre et il s’arrête évidemment quand la structure est devenue entièrement exempte de carbures ; l’effet est de l’ordre de 1 à 2 % en volume et peut être supérieur si la fonte est truitée ou blanche sans contenir des éléments stabilisateurs des carbures.
HAUT DE PAGE4.1.2 Dislocation de la matrice
Elle est due aux changements de volume hétérogènes et non réversibles lors de passages répétés du point de transformation A3...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HECHT (M.) - Les eutectiques des alliages à base de fer et de carbone. - 143 p., 24 pl. fig., Ed. Techn. Indust. Fonderie (1969).
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(2) - HECHT (M.) - L’analyse thermique en fonderie de fonte. - Notice Fo 140 CTIF, 43 p. en vente aux ETIF.
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(3) - PATTERSON (W.), HÜLSENBECK (G.) - Beitrag zu den Erstarrungsgleichgewichten in der Eisenecke des Stabilen Systems Fe-C-Si. - Giessereiforschung, no 2, p. 1 (1968).
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(4) - MALINOCHKA (J.N.) et coll - Eutectique carburique ternaire dans les alliages Fe-C-Si - (Bull. Ac. Sci. URSS, no 2, p. 189) Traduction CTIF no 3879 (1967).
-
(5) - Le souffre dans la fonte. Notice Fo 94 ; Le manganèse dans la fonte. Notice Fo 104, - Centre Tech. Indust. Fonderie.
-
(6) - Alloy cast irons (Fontes alliées). - 280 p., Am. Foundrymen’s...
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