Fonte : Types, Composition, Impuretés et Leurs Effets – Guide PDF

Fonte

La fonte est obtenue par refonte de la fonte de première fusion avec du coke et du calcaire dans un fourneau appelé cubilot. C'est un alliage de fer et de carbone. La teneur en carbone dans la fonte varie de 1,7% à 4,5%. Elle contient aussi une très petite quantité de silicium, soufre, manganèse et phosphore.

Le carbone est présent sous les deux formes suivantes :

1. Carbone libre ou graphite
2. Carbone combiné ou cémentite

Voici les propriétés importantes de la fonte qui en font un matériau précieux pour les usages d'ingénierie :

1. Coût faible.
2. Bonnes caractéristiques de coulée.
3. Haute résistance à la compression.
4. Résistance à l'usure.
5. Excellente usinabilité.

La résistance à la compression de la fonte est supérieure à la résistance à la traction.

Voici les valeurs des résistances ultimes de la fonte :

1. Traction – 100 à 200 N/mm²
2. Compression – 400 à 1000 N/mm²
3. Cisaillement – 120 N/mm²

Types de Fonte

Voici les types de fonte utilisés pour les usages d'ingénierie :

1. Fonte grise
2. Fonte blanche
3. Fonte trempée
4. Fonte mouchetée
5. Fonte malléable
6. Fonte nodulaire
7. Fonte alliée

Fonte Grise

La fonte grise commerciale a les compositions suivantes :

Elle consiste en Carbone – 3 à 3,5%, Silicium – 1 à 2,75%, Manganèse – 0,40 à 1%, Phosphore – 0,15 à 1%, Soufre – 0,02 à 0,15% et le reste est du fer.

La couleur grise est due au fait que le carbone est présent sous forme de graphite libre. La fonte grise peut être facilement usinée car elle a une haute résistance à la compression, une faible résistance à la traction et pas de ductilité.

Une bonne propriété de la fonte grise est que le graphite libre dans sa structure agit comme un lubrifiant. Pour cette raison, elle est très appropriée pour les pièces où une action de glissement est désirée.

Les pièces moulées en fonte grise sont largement utilisées pour les corps de machines-outils, tuyaux et raccords de tuyauterie, blocs-cylindres d'automobiles et outils agricoles.

Fonte Blanche

La fonte blanche montre une fracture blanche et a les compositions relatives suivantes :

Elle consiste en Carbone – 1,75 à 2,3%, Silicium – 0,85 à 1,2%, Manganèse – 0,10 à 0,40%, Phosphore – 0,05 à 0,20%, Soufre – 0,12 à 0,35%

Parce que le carbone est sous forme de cémentite dans les métaux, la couleur blanche apparaît. La cémentite est l'élément le plus dur du fer et elle cause un refroidissement rapide du fer fondu. La fonte blanche a une haute résistance à la traction et une faible résistance à la compression, donc elle ne peut pas être usinée.

Elle est utilisée pour des moulages inférieurs et les endroits où un revêtement dur est requis, comme la surface extérieure des roues de voiture. Dans la production de fonte malléable et de fer forgé, la fonte blanche est aussi utilisée comme matière première.

Fonte Trempée

C'est de la fonte blanche produite par refroidissement rapide du fer fondu. Le refroidissement rapide est généralement appelé trempe et le fer ainsi produit est connu sous le nom de fer trempé. Tous les moules de coulée ont un contact du fer fondu avec du sable frais sur leur peau extérieure. Mais sur la plupart des moulages, cette dureté pénètre à une très faible profondeur (moins de mm).

Parfois, le moulage est trempé intentionnellement et parfois la trempe se produit accidentellement à une profondeur considérable. La trempe intentionnelle est faite en insérant des inserts en fer ou acier dans le moule. Lorsque le métal fondu entre en contact avec le refroidisseur, sa chaleur est rapidement conduite et une surface dure est formée.

Les refroidisseurs sont utilisés sur toute face du moulage qui doit être dure pour résister à l'usure et au frottement. Le processus de trempe est utilisé dans le moulage de rouleaux pour broyer les grains et plaques de concasseurs à mâchoires. La surface de roulement des roues de wagons ferroviaires est aussi trempée.

Fonte Mouchetée

C'est un produit entre la fonte grise et la fonte blanche en composition, couleur et propriétés. Elle est obtenue dans les moulages où certaines surfaces d'usure ont été trempées.

Fonte Malléable

La fonte malléable est obtenue à partir de fonte blanche par un traitement thermique approprié (recuit). Le processus de recuit sépare le carbone combiné de la fonte blanche en nodules de graphite libre.

La fonte malléable est ductile et peut être pliée sans rompre ou fracturer la section. Sa résistance à la traction est supérieure à la fonte grise et a d'excellentes qualités d'usinage.

Elle est utilisée pour fabriquer des pièces de machines pour lesquelles les forgages en acier seraient chers et doivent avoir une bonne précision métallurgique.

Exemple : moyeux de roues de chariots, petits raccords pour matériel ferroviaire, supports de frein, pièces de machines agricoles, raccords de tuyaux, charnières de porte, serrures, etc.

Fonte Nodulaire

Elle est aussi connue sous le nom de fonte ductile, fonte à graphite sphéroïdal (GS) ou fonte à haute résistance. La fonte nodulaire est produite en ajoutant du magnésium à la fonte fondue. Le magnésium convertit le graphite de la fonte d'une forme lamellaire à une forme sphérique ou nodulaire.

De cette façon, les propriétés mécaniques sont considérablement améliorées. La fonte nodulaire se comporte comme de l'acier. Elle est généralement utilisée pour les moulages résistant à la pression, cylindres hydrauliques, culasses, cylindres de laminoir et produits moulés par centrifugation.

Fonte Alliée

La fonte discutée ci-dessus est appelée fontes ordinaires. La fonte alliée est produite en ajoutant des éléments comme le nickel, le chrome, le molybdène, le cuivre, le silicium et le manganèse.

Ces alliages donnent une plus grande résistance et résultent en des propriétés élémentaires améliorées.

La fonte alliée a :

1. Carbone – 0,02%
2. Silicium – 0,15%
3. Manganèse – 0,03%
4. Phosphore – 0,12%
5. Soufre – 0,02%
6. Scories – 3% (en poids) et le reste est du fer.

Effet des Impuretés sur la Fonte

Nous avons discuté que la fonte contient de petits pourcentages de silicium, soufre, manganèse et phosphore. L'effet de ces impuretés sur la fonte est le suivant :

1. Silicium
2. Soufre
3. Manganèse
4. Phosphore

Silicium

Il est présent dans la fonte jusqu'à 4%. Le silicium favorise la formation de graphite libre qui rend le fer mou et facilement usinable. Le silicium produit des moulages sains exempts de trous de soufflure dans le matériau en raison de son affinité élevée pour l'oxygène.

Soufre

Il rend la fonte dure et cassante. Puisque trop de soufre donne des moulages non sains, il doit être maintenu bien en dessous de 0,1% pour la plupart des usages en fonderie.

Manganèse

Le manganèse rend la fonte blanche et dure. Il est souvent maintenu en dessous de 0,75%. Cela aide à contrôler l'influence de l'effet nocif du soufre.

Phosphore

Il aide la fusibilité et la fluidité dans la fonte mais cause de la fragilité. Il est rarement autorisé à dépasser 1%. Les fers phosphoreux sont utiles pour les moulages de design complexe et pour de nombreux moulages d'ingénierie légère quand le bas coût est essentiel.

Propriétés

Voici les propriétés de la fonte :

1. La fonte a une bonne résistance à la corrosion, donc elle peut être utilisée pour les tuyaux d'eau, etc.
2. Elle n'est pas attirée par un aimant.
3. Le point de fusion est d'environ 1250 °C.
4. Elle a une gravité spécifique de 7,5.
5. La fonte contient une résistance à la traction d'environ 150 N/mm² et la résistance à la compression est d'environ 600 N/mm². Donc, elle est bonne en compression.
6. Elle devient molle quand elle est gardée dans l'eau salée et se rétracte quand elle refroidit.
7. La fonte peut ne pas être utile pour le travail de forgeage en raison du manque de plasticité.

Avantages de la Fonte

1. Elle a une bonne usinabilité et de bonnes propriétés de coulée.
2. La fonte a une bonne résistance à l'usure ainsi qu'un bon amortissement des vibrations.
3. Elle peut supporter de plus grandes charges et a un bon degré de résistance contre la corrosion.
4. La fonte a une faible résistance à la traction et des propriétés d'allongement.
5. Elle peut prendre n'importe quelle forme et taille complexe sans utiliser d'opérations d'usinage coûteuses.
6. La fonte est disponible à bas coût et a une faible durabilité.

Inconvénients de la Fonte

1. La fonte a une faible résistance à la traction.
2. Les pièces en fonte sont sensibles à la section, en raison du refroidissement lent des sections épaisses.
3. La rupture de ses pièces est soudaine et totale, elle ne reflète pas le point d'élasticité.
4. Comparée à l'acier, elle a une mauvaise usinabilité.
5. La fonte a une fragilité élevée.

Applications de la Fonte

1. Elle est utilisée pour fabriquer des tuyaux et pour transporter des fluides appropriés.
2. La fonte est utilisée pour fabriquer diverses machines.
3. Utilisée pour fabriquer des pièces automobiles.
4. Pour construire les ancres de navires, la fonte est utilisée.
5. La fonte est aussi utilisée pour fabriquer des appareils de cuisson tels que casseroles, poêles et ustensiles.

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