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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN ISO 945-1 de mai 2009 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 945-1 (A32-100-1) Mars 2018 "Microstructures des fontes - Partie 1 : Classification du graphite par analyse visuelle"
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1803 (avril 2018).
RÉSUMÉ
Cet article présente les particularités microstructurales des fontes à graphite lamellaire. Il met en évidence l’influence du graphite sur le comportement de ce matériau. Il décrit l’ensemble des propriétés physiques et mécaniques associées à une facilité de mise en œuvre qui justifie une production mondiale annuelle de plus de 45 millions de tonnes. La quantification des propriétés mécaniques associée aux propriétés physiques d’utilisation comme l’amortissement des vibrations, la conductivité thermique et la résistance à la corrosion explique la production de ces fontes. Les traitements thermiques présentés améliorent le comportement des pièces en fonte à graphite lamellaire et permettent d’envisager d’autres possibilités d’obtention de fontes particulières.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alex RÉMY : Ingénieur Arts et Métiers, Professeur - École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, Paris, France
INTRODUCTION
Les fontes sont des alliages fer carbone qui contiennent le plus souvent entre 2,8 et 4 % de carbone. Elles se distinguent des autres alliages par leur excellente coulabilité (ce terme regroupe l’inertie thermique et la fluidité de l’alliage en fusion).
Ces alliages sont obtenus par solidification, et ont des caractéristiques qui dépendent des différentes phases qui les constituent (phases semblables à celles des aciers dans lesquelles vient s’insérer le graphite). L’apparition de ces phases s’explique à partir des phénomènes physiques liés à la solidification : la germination et la croissance.
Les pièces en fonte à graphite lamellaire sont obtenues à partir des technologies de moulage les plus répandues pour les alliages à haut point de fusion. Le moulage en sable à vert, associé aux différents procédés de noyautage, est le plus souvent utilisé pour l’obtention des pièces en fonte grise. Ce procédé, avec sa précision dimensionnelle, permet un passage rapide au produit fini en limitant les opérations d’usinage. Cette technologie de faible coût de transformation permet d’associer dans une même pièce plusieurs fonctions d’un système complexe en adaptant les formes et les dimensions. Ces considérations fonctionnelles sont également associées à l’optimisation de l’esthétique.
Toutes ces aspects apportent aux produits moulés en fonte à graphite lamellaire un avantage économique dû :
-
au faible coût des matières utilisées pour l’obtention des fontes liquides,
-
aux nombreux moyens de fusions disponibles pour l’obtention de ces fontes liquides (hauts-fourneaux, cubilots, fours à induction, etc.),
-
à la complexité des formes fonctionnelles que l’on peut obtenir avec cet alliage,
-
aux propriétés particulières induites par la présence du graphite au sein du matériau.
Cet article présente les propriétés métallurgiques et mécaniques de ce matériau afin que les concepteurs de nouveaux mécanismes, toujours plus complexes, utilisent la fonte en graphite lamellaire avec la rentabilité optimale. La connaissance des grandeurs qui sont liées à ces propriétés permet de modéliser le comportement des pièces qui constitueront les systèmes des années à venir. Une meilleure connaissance des propriétés de ces fontes permet l’accroissement de cette production dans pratiquement tous les domaines industriels : automobile, aéronautique, ferroviaire, énergétique, travaux publics, construction, etc.
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Solidification de la fonte
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1. Constituants des fontes
1.1 Obtention de la fonte liquide
Plusieurs technologies sont utilisées dans l’industrie pour l'obtention de la fonte liquide. Ces technologies dépendent des matières disponibles sur le lieu de la fusion, de la quantité de fonte à fournir et de la qualité du matériau liquide requise. On distinguera quatre grandes catégories d’élaboration de fontes liquides.
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Fontes de première fusion :
C’est la fonte de base obtenue directement par le traitement du minerai. Le déroulement des opérations est le suivant :
-
extraction du minerai,
-
concassage, broyage,
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enrichissement pour éliminer le plus possible de gangue,
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agglomération pour en faire des blocs,
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réduction de ce minerai dans un haut-fourneau pour obtenir de la fonte de première fusion, dont une partie sera affinée pour mouler des pièces en fonte.
-
-
Fontes de composition chimique définie :
Ces fontes peuvent être élaborées dans plusieurs sortes d'appareils : les cubilots (les plus utilisés) ou les fours électriques, à arc ou à induction.
-
Fontes de seconde fusion :
Elles sont obtenues par refusion des gueuses de première fusion, affinage et dosage en fonction de la nuance voulue. Précisons que la plupart du temps des retours de fonderie sont ajoutés à ces gueuses.
-
Fontes synthétiques :
Elles sont obtenues par fusion d'une charge permettant de réaliser une synthèse chimique de tous les éléments simples qui constituent la fonte. Le fer est alors apporté par des riblons d'aciers non alliés, la mise à composition est obtenue par l'addition de ferro-alliages. Pour le carbone, on ajoute du ferromanganèse carburé, ou du graphite.
Du fait de son mode de fusion, la fonte sera un alliage métallique dont l'élément essentiel est le fer, et dont la teneur en carbone est supérieure à 2 %. Mais, elle contient également du silicium, du manganèse, du soufre et du phosphore (tableau 1).
Il apparaît comme évident que les différents types de fonte ne peuvent pas être définis que par leur composition, en raison des analogies d’ordre chimique qui existent entre eux. La solidification, qui est une transformation conditionnée...
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Constituants des fontes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HECHT (M.) - Les eutectiques des alliages à base de fer et de carbone - 143 p. Éditions Techniques des Industries de la fonderie (1969).
-
(2) - * - Cast metal handbook (alliages de fonderie), 710 p., Am. Foundrymen’s Assoc. (1944).
-
(3) - 46th Census of World - Casting Production ; p. 25-29, Modern Casting (Déc 2011).
-
(4) - Le soufre dans la fonte - Notice Fo 94 ; le manganèse dans la fonte Notice Fo 104, Centre Tech. Indust. Fonderie.
-
(5) - BALLAY (M.), CHAVY (R.), GRILLAT (J.) - Étude de quelques propriétés des fontes à graphite sphéroïdal - Fonderie, n° 69, p. 52 (oct. 1951).
-
(6) - BAIN - Alloying element in steel - Am. Soc. Metals.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1 Logiciels d'analyse thermique
Les matériels d'analyse thermique pour la fonderie sont commercialisés par :
-
Novacast un des précurseurs de l'analyse thermique avec le logiciel ATAS (pour Adaptative Thermal Analysis System) dans lequel un système expert est utilisé pour interpréter les courbes ;
-
Foseco-Vesuvius et Proservice Srl pour l'ITACA 8 (Thermal analysis Software) ;
-
Heraeus Electro-Nite avec le QuiK-Lab-E thermal analysis instrument et le godet QuiK-Cup ;
-
Azterlan avec le logiciel Thermolan (pour la fonte et l'aluminium) ;
-
Northerm Instruments Ltd avec le DIGICARB 2D et 3.
Centre d’Information des Fontes Moulées :
Syndicat des Fondeurs de France :
Association Technique de Fonderie :
Centre...
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