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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version courante de déc. 2023 par Thibault FOURCADE
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Les fontes grises à graphite sphéroïdal (GS)Obtention des fontes malléables
Elle sont obtenues par un procédé très ancien qui consiste à chercher une amélioration de la malléabilité.
Deux traitements thermiques, effectués sur les pièces coulées en fonte blanche aux formes définitives, permettent d’y parvenir :
- le procédé européen (Réaumur ou à cœur blanc) MB qui consiste à décarburer la fonte de base ;
- le procédé américain (à cœur noir) MN qui consiste à faire précipiter du graphite à partir de la cémentite Fe3C, ce qui lui confère une forme nodulaire.
Ces deux traitements s’effectuent sur des fontes dont la composition d’origine est très précise.
Fabrication de la fonte malléable à cœur blanc (MB)
Elle s’effectue à partir d’une fonte blanche hypoeutectique dont la composition est voisine de la suivante :
- C : 2,7 à 3,3 % ;
- Si : < 0,6 % ;
- Mn : 0,3 à 0,6 % ;
- S : 0,1 à 0,2 % ;
- P : 0,04 à 0,06 %.
La structure de départ est composée de ferrite et de cémentite.
Le traitement consiste donc à déstabiliser la cémentite et à éliminer le carbone par réaction d’oxydation avec du minerai de fer ou un gaz oxydant.
Le processus consiste en une déstabilisation du carbone, une migration vers la surface de la pièce puis une oxydation. Cela conduit à ne pouvoir traiter que des pièces de faible section (épaisseur maxi 15 mm) à cause des distances de diffusion du carbone.
Le cycle de traitement est illustré à la figure 1 .
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Les fontes malléables
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