Fonte ductile
Les pièces moulées en fonte ductile présentent de nombreux avantages
La fonte ductile, également appelée fonte sphéroïdale ou nodulaire, est en fait un groupe de fers qui présentent une résistance, une flexibilité, une durabilité et une élasticité élevées en raison de leur microstructure unique. La fonte ductile coulée contient normalement plus de 3 % de carbone; il peut être plié, tordu ou déformé sans se fracturer. Ses propriétés mécaniques sont similaires à celles de l'acier et dépassent de loin celles des fontes standard.
Pièces moulées en fonte ductile sont des objets métalliques solides qui résultent de la coulée de fonte ductile fondue dans les vides d'un moule. La fonte ductile se refroidit ensuite et se solidifie en prenant la forme du vide qu'elle occupe.
Qu'est-ce que la fonte ductile ?
Inventée en 1943, la fonte ductile est une itération moderne de la fonte. La fonte et la fonte ductile ont des propriétés physiques contrastées causées par des différences dans leurs microstructures.
Le graphite et le carbone contenus dans la fonte se présentent sous forme de flocons; la fonte présente des capacités de charge de compression positives, mais une charge de traction supérieure à sa résistance à la traction naturelle peut provoquer la formation et la propagation rapide de fissures à partir des points de contrainte dans la microstructure de graphite en flocons. En conséquence, la fonte n'a pratiquement aucun allongement. C'est un matériau fragile, et donc limité dans son utilisation dans les applications de traction et de charge de choc.
Le graphite dans la fonte ductile se présente sous forme de sphéroïdes, il est donc parfois appelé graphite sphéroïdal . De même, le terme fer nodulaire provient du fait que le carbone contenu dans la fonte ductile est retenu sous forme de nodules. Grâce à cette microstructure unique, la fonte ductile résiste bien mieux à la flexion et aux chocs que la fonte traditionnelle.
De quoi est faite la fonte ductile ?
Alors que la fonte ductile peut être produite à partir d'acier ou de ferraille, la fonte brute est la principale source d'alimentation pour la plupart des fonderies de fonte ductile modernes. Fonte brute fait référence à la production primaire de fer d'un haut fourneau contenant plus de quatre-vingt-dix % de fer.
Le terme « fonte brute » est né de la méthode à l'ancienne de coulée du fer de haut fourneau dans des moules disposés dans des lits de sable de telle manière qu'ils pouvaient être alimentés à partir d'un canal commun. Parce que les groupes de moules ressemblaient à une portée de cochons de lait, les morceaux de fer individuels étaient appelés «cochons» et le coureur était appelé une truie. Les porcs modernes sont produits par des machines de coulée continue de porc.
La fonte brute est utilisée dans la production de fonte ductile comme source principale de fer pur. Il offre un certain nombre d'avantages uniques :la fonte brute contient peu d'éléments résiduels ou nocifs, a une chimie constante, favorise des conditions de laitier optimales et améliore le contrôle du processus en fournissant des propriétés de charge constantes. La demande de fonte brute a augmenté ces dernières années, car les fonderies de fonte ductile utilisent ses avantages par rapport à d'autres sources de fer telles que la ferraille ou la fonte de la ferraille d'acier et l'ajout de carbone.
Avantages de la fonte ductile
La fonte ductile offre plusieurs avantages aux concepteurs :
- La fonte ductile peut être facilement moulée et usinée.
- Il a un excellent rapport résistance/poids.
- La fonte ductile peut être fabriquée à un coût bien inférieur à celui de l'acier.
- Il a une coulabilité et une usinabilité supérieures.
- La fonte ductile offre au concepteur une combinaison exceptionnelle de robustesse, de fabrication à faible coût et de fiabilité.
Propriétés de la fonte ductile
Pour créer différentes nuances de fonte ductile, il faut contrôler la structure de la matrice autour du graphite pendant le processus de coulée ou par un traitement thermique ultérieur. Les différences de composition mineures entre les différentes qualités de fonte ductile existent afin de créer la matrice souhaitée (microstructures).
La fonte ductile peut être considérée comme de l'acier avec des sphéroïdes de graphite dispersés dans sa matrice. Les qualités de la matrice métallique dans laquelle les sphéroïdes de graphite sont suspendus ont un effet significatif sur les propriétés de la fonte ductile, mais pas les sphéroïdes de graphite eux-mêmes.
Il existe plusieurs matrices trouvées dans la fonte ductile, la plus courante étant ;
- Ferrite – une fonte pure, ductile, souple et peu résistante. Cette matrice a une faible résistance à l'usure, mais une résistance élevée aux chocs et une bonne usinabilité.
- Perlite – un mélange mécanique de ferrite et de carbure de fer (Fe3 C). Il est relativement dur, avec une ductilité modérée. Il a une résistance élevée, une bonne résistance à l'usure, une résistance modérée aux chocs et une bonne usinabilité.
- Perlite/Ferrite – une structure constituée d'un mélange de perlite et de ferrite, et la matrice la plus courante pour les nuances commerciales de fonte ductile.
Nuances courantes de fonte ductile
Bien qu'il existe de nombreuses spécifications différentes pour la fonte ductile, les fonderies proposent généralement 3 nuances communes ;
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET MÉCANIQUES
ASTM A536, GRADE 60-40-18
ASTM A536, GRADE 65-45-12
ASTM A536, GRADE 80-55-06
Résistance à la traction, min, psi
60 000
65 000
80 000
Résistance à la traction, min, MPa
414
448
552
Limite d'élasticité, min, psi
40 000
45 000
55 000
Limite d'élasticité, min, MPa
276
310
379
Allongement en 2 pouces ou 50 mm, min %
18
12
6
Densité lb/in3
0,256
0,256
0,256
Densité g/cm3
7.1
7.1
7.1
Température de fusion (degrés F)
2 100 – 2 190
2 100 – 2 190
2 100 – 2 190
Température de fusion (degrés C)
1 150 – 1 200
1 150 – 1 200
1 150 – 1 200
Résistance à la compression Ksi
429
429
429
Résistance à la compression MPa
2960
2960
2960
UNS
F32800
F33100
F33800
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET MÉCANIQUES
ASTM A536, GRADE 60-40-18
Résistance à la traction, min, psi
60 000
Résistance à la traction, min, MPa
414
Limite d'élasticité, min, psi
40 000
Limite d'élasticité, min, MPa
276
Allongement en 2 pouces ou 50 mm, min %
18
Densité lb/in3
0,256
Densité g/cm3
7.1
Température de fusion (degrés F)
2 100 – 2 190
Température de fusion (degrés C)
1 150 – 1 200
Résistance à la compression Ksi
429
Résistance à la compression MPa
2960
UNS
F32800
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET MÉCANIQUES
ASTM A536, GRADE 65-45-12
Résistance à la traction, min, psi
65 000
Résistance à la traction, min, MPa
448
Limite d'élasticité, min, psi
45 000
Limite d'élasticité, min, MPa
310
Allongement en 2 pouces ou 50 mm, min %
12
Densité lb/in3
0,256
Densité g/cm3
7.1
Température de fusion (degrés F)
2 100 – 2 190
Température de fusion (degrés C)
1 150 – 1 200
Résistance à la compression Ksi
429
Résistance à la compression MPa
2960
UNS
F33100
PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET MÉCANIQUES
ASTM A536, GRADE 80-55-06
Résistance à la traction, min, psi
80 000
Résistance à la traction, min, MPa
552
Limite d'élasticité, min, psi
55 000
Limite d'élasticité, min, MPa
379
Allongement en 2 pouces ou 50 mm, min %
6
Densité lb/in3
0,256
Densité g/cm3
7.1
Température de fusion (degrés F)
2 100 – 2 190
Température de fusion (degrés C)
1 150 – 1 200
Résistance à la compression Ksi
429
Résistance à la compression MPa
2960
UNS
F33800
Applications en fonte ductile
La fonte ductile a une résistance et une ductilité supérieures à la fonte grise. Ces propriétés lui permettent d'être utilisé efficacement dans une grande variété d'applications industrielles, y compris les tuyaux, les composants automobiles, les roues, les boîtes de vitesses, les carters de pompe, les châssis de machine pour l'industrie éolienne, et bien d'autres. Parce qu'elle ne se fracture pas comme la fonte grise, la fonte ductile peut également être utilisée en toute sécurité dans les applications de protection contre les chocs, telles que les bollards.
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Sources
- ASTM International. "Spécification standard pour les pièces moulées en fonte ductile".
- Société de la fonte ductile. "Données sur la fonte ductile pour les ingénieurs de conception."
- Sorelmétal. "La famille de la fonte ductile."
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