Introduction aux moulages en fonte

La découverte de la valeur du fer a conduit à ce qu'on appelle l'âge du fer, en raison de la prédominance de ce matériau dans les applications sociales et militaires. Il y aura une autre étape importante pour les métaux - la révolution industrielle a changé la façon dont les métaux étaient produits et transformés en produits, y compris le fer.

Fonte

La fonte est produite en fondant des alliages de fer et de carbone ayant une teneur en carbone supérieure à 2 %. Après fusion, le métal est coulé dans le moule. La principale différence de production entre le fer forgé et la fonte est que la fonte n'est pas traitée avec des marteaux et des outils. Il existe également des différences de composition - la fonte contient 2 à 4% de carbone et d'autres alliages et 1 à 3% de silicium, ce qui améliore les propriétés de coulée du métal en fusion. Il peut également y avoir de petites quantités de manganèse et certaines impuretés telles que le soufre et le phosphore. Les différences entre le fer forgé et la fonte se retrouvent également dans les détails de la structure chimique et des propriétés physiques.

Bien que l'acier et la fonte contiennent des traces de carbone et semblent similaires, il existe des différences significatives entre les deux métaux. L'acier contient moins de 2 % de carbone, ce qui permet au produit final de se solidifier en une seule structure microcristalline. La teneur en carbone plus élevée de la fonte signifie qu'elle se solidifie en tant qu'alliage hétérogène, et a donc plus d'une structure microcristalline présente dans le matériau.

Cette combinaison d'une teneur élevée en carbone et de la présence de silicium confère à la fonte une excellente coulabilité. Différents types de fonte sont produits à l'aide de diverses techniques de traitement thermique et de traitement, y compris le graphite gris, blanc, malléable, ductile et compact.

Pont en fonte

Les détails de construction en fonte sont fabriqués en fondant le métal et en le versant dans un moule.

fer gris

La fonte grise se caractérise par la forme feuilletée des particules de graphite dans le métal. Lorsque le métal est fracturé, la fracture se produit le long des flocons de graphite, ce qui lui donne une couleur grise à la surface du métal fracturé. Le nom fonte grise vient de cette caractéristique.

Il est possible de contrôler la taille et la structure de la matrice de flocons de graphite pendant la production en ajustant la vitesse de refroidissement et la composition. La fonte grise n'est pas aussi ductile que les autres formes de fonte et sa résistance à la traction est également plus faible. Cependant, il est un meilleur conducteur de chaleur et a un niveau d'amortissement des vibrations plus élevé. Il a une capacité d'amortissement de 20 à 25 fois celle de l'acier et est supérieur à toutes les autres fontes. La fonte grise est également plus facile à usiner que les autres fontes et sa résistance à l'usure en fait l'un des produits en fonte les plus volumineux.

Nos produits d'aménagement paysager sont fabriqués en fonte grise. L'amortissement des vibrations et la résistance à l'usure sont des propriétés qui en font un matériau adapté à de nombreuses applications routières. La fonte grise brute produit également une patine qui la protège de la corrosion dommageable même à l'extérieur.

Fer blanc

Avec une teneur en carbone appropriée et une vitesse de refroidissement élevée, les atomes de carbone se combinent avec le fer pour former du carbure de fer. Cela signifie qu'il y a peu ou pas de particules de graphite libres dans le matériau solidifié. Lorsque le fer blanc est cisaillé, la surface fissurée apparaît blanche en raison du manque de graphite. La structure microcristalline de la cémentite est dure et cassante avec une résistance élevée à la compression et une bonne résistance à l'abrasion. Dans certaines applications spécialisées, il est souhaitable qu'il y ait du fer blanc sur la surface du produit. Ceci peut être réalisé en utilisant un bon conducteur de chaleur pour fabriquer les pièces du moule. Cela éliminera rapidement la chaleur du métal en fusion de cette zone spécifique, tandis que le reste de la coulée refroidira plus lentement.

L'un des types de fer blanc les plus populaires est le fer Ni-Hard. L'ajout d'alliages de chrome et de nickel confère à ce produit d'excellentes performances dans les applications d'abrasion par glissement à faible impact.

Le fer blanc et le fer ni dur entrent dans la classification des alliages de la norme ASTM A532 ; "Spécification standard pour la fonte résistante à l'abrasion".

Fonte

La fonte blanche peut être transformée en fonte malléable par un procédé de traitement thermique. Un vaste programme de chauffage et de refroidissement décompose les particules de carbure de fer, libérant des particules de graphite libres dans le fer. En raison des différentes vitesses de refroidissement et de l'ajout d'alliages, on obtient de la fonte ductile à structure microcristalline.

Fere ductile (Fere ductile)

La fonte ductile, ou fonte ductile, obtient ses propriétés particulières en ajoutant du magnésium à l'alliage. La présence de magnésium amène le graphite à former une forme sphérique par opposition aux flocons de fonte grise. Le contrôle de la composition est très important dans le processus de production. De petites quantités d'impuretés telles que le soufre et l'oxygène réagissent avec le magnésium, affectant la forme des particules de graphite. Différentes qualités de fonte ductile sont fabriquées en manipulant la structure microcristalline autour d'une sphère de graphite. Ceci est réalisé soit par le processus de coulée, soit par le traitement thermique comme étape de traitement suivante.

Parce que la fonte ductile se déforme à l'impact plutôt qu'elle ne se brise en morceaux, nous utilisons ce matériau pour fabriquer nos poteaux en fonte. Le profil d'impact de la fonte nodulaire en fait une bonne fonte pour les bornes proches de la circulation.

Fonte avec graphite compact

Le fer à graphite compact a une structure en graphite et des propriétés connexes qui sont un mélange de fer gris et blanc. La structure microcristalline est formée autour de flocons de graphite émoussés qui sont attachés les uns aux autres. Un alliage, tel que le titane, sert à inhiber la formation de graphite sphéroïdal. La fonte à graphite compact a une résistance à la traction plus élevée et une meilleure ductilité par rapport à la fonte grise. La structure et les propriétés microcristallines peuvent être ajustées par un traitement thermique ou l'ajout d'autres alliages.

PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DE LA FONTE

Les propriétés mécaniques d'un matériau indiquent comment il réagit dans certaines conditions, ce qui aide à déterminer son aptitude à différentes applications. Les spécifications sont définies par des organisations telles que l'American Society for Testing and Materials (ASTM) afin que les utilisateurs puissent acheter des matériaux en toute confiance qu'ils répondent aux exigences de leur application. Il s'agit de la spécification de fonte grise la plus couramment utilisée, ASTM A48.

Pour qualifier les pièces moulées selon leurs spécifications, la méthode standard consiste à couler une barre d'essai avec des pièces moulées techniques. Les tests ASTM sont ensuite appliqués à cette tige d'essai et les résultats sont utilisés pour qualifier l'ensemble du lot de pièces moulées.

Les spécifications sont également importantes lors du soudage de pièces en fonte ensemble. La soudure doit respecter ou dépasser les propriétés mécaniques du matériau à souder, sinon des fissures et des dommages peuvent se produire.

Soudure fonte

Lors du soudage, il est extrêmement important que la soudure respecte ou dépasse les propriétés mécaniques du matériau pour éviter les fissures et les défaillances.

Voici quelques propriétés mécaniques courantes de la fonte :

● Dureté - résistance du matériau à l'abrasion et à l'indentation

● Robustesse :capacité du matériau à absorber l'énergie

● Ductilité - capacité du matériau à se déformer sans rupture

● Élasticité - la capacité du matériau à revenir à ses dimensions d'origine après avoir été déformé

● Malléabilité :capacité du matériau à se déformer sous compression sans se rompre

● Résistance à la traction - la plus grande contrainte longitudinale qu'un matériau peut supporter sans se déchirer

● Résistance à la fatigue - la contrainte la plus élevée qu'un matériau peut supporter pendant un nombre donné de cycles sans se rompre