Présentation
INTRODUCTION
Ce sont des alliages de fer et de carbone dont la teneur en carbone est supérieure à 2 %.
La particularité de ces alliages est de posséder un eutectique à 4,3 % C (1 145 °C), ce qui en fait des alliages de fonderie par excellence (la coulabilité étant maximale pour la composition eutectique).
En pratique, les éléments constitutifs principaux des fontes non alliées sont, outre le carbone (en général 3 à 4 %) :
-
manganèse : 0,5 à 1,5 % ;
-
silicium : 0,5 à 3 % ;
-
phosphore : 0,05 à 2,5 % ;
-
soufre : 0,15 % maximum.
Une fonte non alliée est dite « fonte ordinaire » ; une fonte est dite spéciale si, en dehors des éléments ci-dessus, elle contient, en quantité suffisante, au moins un élément d’addition tel que : nickel, cuivre (plus de 0,30 %) ; chrome (plus de 0,20 %) ; titane, molybdène, vanadium, aluminium (plus de 0,10 %). De même, une fonte renfermant plus de 3 % de silicium ou plus de 1,5 % de manganèse est considérée comme spéciale.
Certains alliages ferreux dont la teneur en carbone est comprise entre 1 et 1,5 % sont aussi considérés comme des fontes spéciales lorsqu’ils contiennent un métal d’addition, ou un élément normal en forte proportion (exemples : fontes spéciales au silicium à 1 % de carbone et 13 à 14 % de silicium ou fontes spéciales au chrome à 1,5 % de carbone et 30 à 35 % de chrome ; ce sont des exceptions à la définition générale).
II ne faut pas confondre les fontes destinées à l’élaboration des pièces moulées et les fontes brutes destinées à être transformées ultérieurement en acier (par affinage) ou refondues pour moulage. De même, les ferro-alliages, auxiliaires de l’élaboration des alliages ferreux, ne doivent pas être considérés comme des fontes.
II existe plusieurs classifications des fontes. La plus utilisée, basée sur l’aspect de la cassure d’un témoin, définit deux catégories :
-
les fontes blanches, à cassure blanche, constituées :
-
de fer ;
-
de cémentite ;
-
-
les fontes grises, à cassure grise, constituées :
-
de fer ;
-
de graphite.
-
L’existence dans une pièce d’une zone blanche et d’une zone grise constitue les fontes truitées.
L’étude des fontes peut se faire qualitativement sur les diagrammes Fe-Fe3C et Fe-C (graphite), mais les lignes de transformation sont modifiées par les éléments d’additions.
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- Version courante de déc. 2023 par Thibault FOURCADE
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Les fontes malléablesStructures des fontes grises
Dans les fontes grises, le carbone est sous forme de graphite. L’étude de ces fontes peut se faire à l’aide du diagramme stable fer-graphite à condition que la fonte contienne des éléments graphitisants tels que le silicium, que le refroidissement se fasse très lentement et que la température de coulée soit élevée (allure chaude permettant la réduction de la silice et la mise en solution du silicium dans la fonte liquide).
La solidification et le début du refroidissement se suivent donc sur le diagramme stable : Fe-C (graphite). Cependant, lorsque la température s’abaisse, les facteurs de graphitisation n’ont plus d’effet, et le refroidissement de l’alliage passe du diagramme stable au diagramme métastable.
Suivant la composition, la fonte aura l’une des structures suivantes :
- cémentite + perlite + graphite lamellaire ;
- perlite + graphite lamellaire ;
- ferrite + perlite + graphite lamellaire.
En résumé, la structure se compose de graphite et d’une matrice qui présente les caractères structuraux d’un acier.
Rôle du graphite dans les fontes grises
Le graphite est un constituant de la fonte grise qui ne contribue pas à la résistance de l’alliage. Cependant, moins il est abondant, plus il est fin, divisé et uniformément réparti, moins il diminue les caractéristiques mécaniques de la fonte. À la limite, la forme sphéroïdale conférée au graphite dans la fonte GS est de ce point de vue plus favorable que la forme lamellaire du graphite d’une fonte grise ordinaire. D’autre part, la forme lamellaire du graphite est largement à l’origine de la fragilité qui caractérise les fontes grises (effet d’entaille). Enfin, le graphite améliore les caractéristiques de frottement de la fonte (effet autolubrifiant) et corrélativement favorise l’usinabilité.Vitesse de solidification
Pour favoriser la formation de l’eutectique austénite-graphite, un refroidissement lent est nécessaire.
Une pièce de forme massive ou complexe peut, au cours de son refroidissement, présenter différentes structures :
- ...
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