La fonte est un alliage important à base de fer, largement utilisé dans les structures d'ingénierie et la fabrication mécanique. C'est un alliage eutectique de fer et de carbone, dont la teneur en carbone est généralement supérieure à 2 %, et qui contient également du silicium (1 à 3 %) ainsi que d'autres traces ou éléments d'alliage. En raison de ses différentes caractéristiques de composition et de ses méthodes de solidification, la fonte présente une grande variété de microstructures et de propriétés mécaniques, ce qui lui confère de multiples classifications.
I. Caractéristiques fondamentales de la fonte
Par rapport à l'acier,fonteSa teneur en carbone et en silicium est plus élevée, ce qui explique l'abondance de carbone dans sa microstructure, principalement sous forme de graphite ou de carbures. Le processus de solidification dépend principalement de la composition de l'alliage, de la vitesse de refroidissement et du procédé de fusion. Il peut former deux structures eutectiques : la structure métastable austénite-carbure de fer (Fe₃C) et la structure stable austénite-graphite.
La fonte se caractérise par une dureté élevée, une résistance élevée à l'usure et de bonnes propriétés de moulage, mais sa ténacité est relativement faible, sa faible résistance aux chocs, sa fragilité et son manque de capacité d'alerte précoce. Le graphite, défaut naturel, peut affaiblir la résistance du matériau, mais il offre également une bonne absorption des chocs, une bonne lubrification et une bonne usinabilité.
Ii. Équivalent carbone (EC) et propriétés de la fonte
Pour faciliter la détermination de l'influence de la composition de l'alliage sur la microstructure, l'équivalent carbone "" CE est couramment utilisé pour représenter :
Formule de base
CE = %C + 1/3 × %Si
En considérant la teneur en phosphore :
CE = %C + (%Si + %P)/3
Lorsque CE ≈ 4,3, l'alliage présente une composition eutectique. En dessous de cette valeur, il est sous-eutectique, et au-dessus, il est hypereutectique. CE affecte non seulement la morphologie structurelle pendant la solidification, mais aussi les performances de coulée et de service.
III. Principaux facteurs affectant la microstructure de la fonte
La microstructure finale de la fonte est influencée par les quatre facteurs principaux suivants :
Composition chimique.
Taux de refroidissement.
Traitement d'inoculation par fusion.
Traitement thermique ultérieur.
De plus, la teneur en silicium a un impact significatif sur la température critique du fer et favorise la stabilité de la ferrite.
IV. Classification traditionnelle et moderne de la fonte
1. Classification par couleur de fracture (traditionnelle)
BlancfonteLa phase eutectique est du Fe₃C. La surface de fracture est blanche, dure et cassante, et présente une bonne résistance à l'usure. Elle est souvent utilisée dans les concasseurs, les turbines de pompes, etc.
Fonte grise : La phase eutectique est constituée de lamelles de graphite, la surface de rupture est grise, elle présente une résistance élevée à la compression, une bonne absorption des chocs et une excellente usinabilité. Elle est souvent utilisée dans les blocs moteurs, les disques de frein, etc.
2. Les quatre types fondamentaux des temps modernes
Type : Morphologie du graphite, microstructure, caractéristiques de performance, principales applications
La fonte blanche sans graphite, avec carbure de fer et perlite, est extrêmement dure et cassante, résistante à l'usure et difficile à traiter pour les concasseurs, les moulins et les pièces de pompe.
Les feuilles de fonte grise en graphite avec ferrite/perlite + graphite ont une bonne absorption des chocs, sont résistantes à l'usure et sont faciles à transformer en blocs-cylindres, volants et bancs de machines-outils.
Fonte ductile, avec sa matrice en ferrite ou perlite à graphite sphérique, présente une résistance élevée, une excellente ductilité et une bonne résistance à la fatigue. Il est utilisé dans les vilebrequins, les engrenages et les composants militaires et ferroviaires.
La fonte malléable, ferrite à graphite revenu ou perlite, présente une ténacité et une ductilité intermédiaires entre la fonte grise et la fonte ductile. Pièces de direction, composants de transmission, pièces de structure pour machines agricoles.
3. Autres méthodes de classification
Classé selon la forme du graphite :
FG : Graphite lamellaire (fonte grise).
SG : Graphite sphérique (Fonte ductile).
CG : Graphite vermiculaire (fonte à graphite vermiculaire.
TG : Graphite trempé (Fonte malléable).
Classé par matrice organisationnelle :
Type ferritique, type nacré, type austénitique, type martensitique, type bainitique.
V. Types spéciaux de fonte
En plus des types de base, la fonte peut également être classée en différentes catégories spéciales pour répondre aux exigences de conditions de travail particulières :
Fonte refroidie : le refroidissement rapide local forme une structure en fonte blanche et la surface présente une excellente résistance à l'usure.
Porphyre : Microstructure particulière formée dans la zone mixte de fonte grise et de fonte blanche.
Fonte à graphite vermiculaire : Le graphite se présente sous une forme vermiculaire, alliant résistance et usinabilité, et est largement utilisé dans les systèmes de freinage à haute résistance.
Fonte à graphite hautement alliée : des éléments d'alliage (tels que le chrome et le nickel) sont ajoutés pour améliorer la résistance à la corrosion et la résistance aux températures élevées.
Fonte spéciale : Avec une teneur en alliage supérieure à 3%, elle présente d'excellentes propriétés telles que la résistance à la corrosion, la résistance à la chaleur et la résistance à l'usure.
Vi. Conclusion
La fonte, matériau largement utilisé, offre un large éventail d'applications grâce à sa microstructure complexe et à la diversité de ses méthodes de classification. Des fontes grises et blanches traditionnelles aux fontes ductiles et vermiculaires modernes, en passant par les fontes spéciales fortement alliées, l'évolution constante des procédés métallurgiques permet aux matériaux en fonte de gagner en performance et en adaptabilité. Une compréhension approfondie des lois de classification et d'évolution de la microstructure de la fonte est essentielle à la conception et à l'application de ces matériaux.
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