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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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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 :
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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,
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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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Propriétés des fontes à graphite lamellaire
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2. Solidification de la fonte
La germination et la croissance du solide sont les deux phénomènes qui interviennent dans la solidification. Dans le cas d’une fonte, la solidification dépend de nombreux paramètres : la présence de germes et la vitesse de refroidissement du liquide, la composition du liquide, la formation simultanée de plusieurs phases solides, etc. Les germes et la vitesse de refroidissement sont les paramètres prépondérants. Les alliages composés principalement de fer et de carbone ont également la possibilité de s’approcher d’un équilibre métastable avec la formation de carbure Fe3C (figure 8) ou d’un équilibre stable avec la précipitation de graphite (figure 10).
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Pour bien comprendre les phénomènes physiques en présence, plaçons-nous dans le cas d’une solidification suivant le diagramme stable pour une fonte liquide de composition hypoeutectique.
En plaçant un thermocouple dans l’alliage liquide, les évolutions de la température en fonction du temps (figure 11) peuvent être enregistrées .
L’analyse de cette évolution fait ressortir les étapes suivantes :
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lorsque la température descend en dessous de la température du liquidus austénitique, l’apparition de l’austénite se manifeste et ralentit la vitesse de refroidissement ; l’austénite (fer) rejette dans le liquide du carbone. La composition du liquide évolue jusqu’à la composition de l’eutectique par diffusion du carbone dans le liquide résiduel ;
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lorsque la température descend en dessous de la température de l’eutectique stable, la formation de l’agrégat eutectique stable se manifeste par la croissance simultanée de graphite et...
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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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