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Les Fontes Retour  1 - Définition : Une fonte est un alliage métallique dont l

Les Fontes Retour  1 - Définition : Une fonte est un alliage métallique dont l'élément essentiel est le fer, et dont la teneur en carbone est supérieure à 2%. Il est à noter que la présence de fortes teneurs en éléments carburigènes peut modifier cette limite de la teneur en carbone. Dans la pratique les pourcentages de carbone se situent le plus souvent entre 3 et 4%. Composition moyenne : Carbone : 3 à 4% Silicium : 0.5 à 2.5% Manganèse : 0.4 à 1% Phosphore : 0 à 2% Soufre : <= 0.12%  2 - Modes d'obtention : a) Fontes de première fusion : c'est la fonte de base qui est obtenue directement par le traitement du minerai. Le déroulement des opérations est le suivant : * Extraction du minerai * Concassage, broyage * Enrichissement pour éliminer le plus possible de gangue. * Agglomération pour en faire des blocs. * Réduction de ce minerai dans un haut fourneau pour obtenir de la fonte de première fusion, dont une partie sera affinée pour mouler des pièces en fonte. b) Fontes de composition chimique définie : ces fontes peuvent être élaborées dans plusieurs sortes d'appareils, les cubilots qui sont les plus utilisés, les fours électriques, fixes ou non, à arcs ou à induction. c) Fontes de seconde fusion : elles sont obtenues par refusion des gueuses de premières fusion, affinage et dosage en fonction de la nuance voulue. Il faut remarquer que la plupart du temps on rajoute à ces gueuses des retours de fonderie. d) Fontes synthétiques : elles sont obtenues par fusion d'une charge permettant de réaliser une synthèse chimique de tous les éléments simples qui constituent la fonte. Le fer est alors apporté par des riblons d'aciers non alliés, les éléments à introduire, par des ferro-alliages correspondants. Pour le carbone, on ajoute du ferromanganèse carburé, ou du graphite.  3 - Différents types de fontes : Définitions : Carbone total (Ct): quantité totale de carbone contenue dans la fonte, sous quelque forme qu'il soit. Ces quantités s'expriment presque toujours sous forme de pourcentage en poids. Carbone graphitique (Cgr): pourcentage de carbone pur cristallisé dans le système hexagonal, on en parle seulement lorsque la totalité du carbure ne se présente pas sous cette forme dans la fonte. C'est un constituant très tendre et très friable n'ayant aucune cohésion. Carbone équivalent (Céq): (à définir) Eutectique : se situe à 4.3% de C pour les fontes grises et à 4.25% de C pour les fontes blanches. Dans le cas d'une fonte alliée on se sert de l'indice de saturation du carbone Sc. Sc = % Ct / D D = 4.25 ou 4.3 -(0.31 Si) - (0.25 P) + 0.07 (Mn -2S) - (0.14 Cr) - (0.11 Ni) - (0.16 Al) - (0.4 Mo) Si Sc > 1 : Fonte hypoeutectique Si Sc < 1 : Fonte hypereutectique  4 - Structure des fontes : On peut dire en première approximation que la structure d'une fonte est comparable à la structure d'un acier qui possèderait ou non du graphite et ayant une teneur en carbone variable. Dans le cas d'une fonte blanche (sans graphite), la solidification et le refroidissement s'opèrent suivant le diagramme métastable : Fer-cémentite. Dans le cas d'une fonte à graphite, mis à part celui-ci qui peut se présenter sous différentes formes, le pourcentage en carbone de la matrice dépendra de la vitesse de refroidissement. Plusieurs cas se présentent, si la vitesse de refroidissement est très lente, tout le refroidissement depuis l'état liquide s'opérera suivant le diagramme fer-graphite, et on aura une structure finale ferrite graphite. Si on augmente la vitesse de refroidissement, la solidification commencera suivant le diagramme fer-graphite et à un moment ou un autre se poursuivra selon le diagramme fer-cémentite. C'est le cas le plus complexe où l'on pourra trouver dans la matrice ferrite-perlite ou perlite seule. Il arrive également que dans ces deux matrices on note la présence d'une lédéburite soit pure soit enrichie de phosphore. Si la vitesse de refroidissement devient rapide, la solidification et le refroidissement suivront les lois du diagramme fer cémentite. Dans ce cas on aura de la ferrite et de la lédéburite. Plusieurs facteurs ont une influence sur la vitesse de refroidissement, facteurs liés au moule, à la grosseur de la pièce, à la température de la fonte au moment de la coulée, à la température de décochage.  5 - Action des principaux éléments présents dans la fonte : Carbone : on le trouve sous forme de graphite et combiné au fer. On a remarqué que l'augmentation du carbone graphitique se fait plus rapidement que celle du carbone total. C'est pour cette raison que l'on peut dire que le carbone est un élément graphitisant. Chrome : c'est un élément très durcissant et carburigène. Il affine la perlite, améliorant ainsi les caractéristiques mécaniques. avec 1% de chrome, apparition de carbures. avec 2% de chrome, la fonte devient blanche avec 12% de chrome les carbures s'affinent avec 30% de chrome la structure est une ferritique au chrome donnant une bonne résistance à la corrosion. Cuivre : éléments soluble dans le fer jusqu'à 1.5%. C'est un graphitisant, 1% de cuivre équivaut à 0.3% de silicium. Il stabilise le graphite et affine la perlite. Étain : cet élément est intéressant dans les pièces courantes de fonderie, lorsque l'on veut obtenir une matrice perlitique. Ainsi avec 0.1% de Sn seulement, on transforme une matrice ferrito-perlitique en une matrice perlitique. Manganèse : il est maintenu à une teneur suffisante pour neutraliser le soufre en formant du sulfure de manganèse (MnS). Cette teneur minimale est fixée à : Mn = 1.7 %S + 0.3 Au dessus de cette proportion, il agit comme un faible stabilisant des carbures. En outre il affine la perlite et de ce fait élève la résistance à la traction. Sa teneur dans les fontes grises est généralement de 0.5 à 0.8%. Molybdène : élément carburigène, il favorise la formation de structure aciculaire et affine celle -ci Bonne action sur la résistance aux chocs. On l'associe souvent au nickel et au chrome en addition de 0.3 à 1%. On peut en trouver jusqu'à 10% dans les fontes blanches. Nickel : soluble dans le fer, il n'est pas carburigène. C'est un élément graphitisant, trois fois moins énergétique que le silicium. Il affine la structure et plus on en ajoute, plus il modifie celle-ci qui passe de perlite en martensite, puis en austénite. Phosphore : sa teneur varie en pratique de 0.05 à 1.5%. A partir d'une teneur de 0.1% environ, il forme un eutectique Fe-Fe3C-Fe3P fondant à 983°C. Cet eutectique phosphoreux ou steadite, crée des difficultés d'usinage et peut engendrer des porosités. Cependant le phosphore améliore beaucoup la fluidité et la coulabilité des fontes, tant que la composition n'est pas hypereutectique. Pour cette raison on emploie des fontes phosphoreuses de 0.7 à 1.2% de phosphore pour la fabrication des pièces à parois minces. Silicium : c'est un graphitisant puissant, il déplace les points de transformation vers la gauche, ainsi pour 2% de silicium, l'eutectique se trouve à 3.7% au lieu de 4.3% de carbone, et l'eutectoïde à 0.6% de carbone au lieu de 0.8% de carbone. Il augmente également la température eutectique. Ces deux actions combinées font diminuer l'intervalle de solidification pour une teneur en carbone donné, d'où une meilleure fluidité. On en trouve généralement de 1% à 3%. Soufre : c'est un élément nuisible qui diminue la coulabilité. Il stabilise les carbures et rend la fonte dure, fragile et poreuse. On combat son effet par une addition de manganèse.  6 - Fontes blanches : Leur solidification se fait suivant le diagramme fer-cémentite. De ce fait, leur structure est formée d'un réseau important de carbures et d'une matrice perlitique. Leur cassure présente un aspect métallique blanc brillant. Ces fontes ont une bonne coulabilité, légèrement inférieures aux fontes grises. Il ne faut pas confondre fonte blanche avec les fontes trempées, il ne s'agit pas là d'une fonte martensitique. Une fonte de composition comparable à celle d'une fonte grise, coulée contre un refroidisseur peut se transformer en fonte blanche sur une certaine épaisseur. Cela permet d'allier de bonnes caractéristiques de résistance à l'usure avec une meilleure capacité de résistance aux chocs. Dans la zone de transition entre la fonte blanche et la fonte grise, existe une structure intermédiaire (fonte blanche dans laquelle sont insérées des lamelles de graphite) dite fonte truitée. Par rapport aux aciers, les fontes blanches présentent une dureté élevée, d'où une grande résistance à l'usure par frottement et par abrasion, par contre cette dureté les rend fragiles et pratiquement inusinables par les moyens courants. Fonte blanche Fonte trempée Ct % 2.8 à 3.6 3 à 3.6 Si % 0.5 à 1.3 0.5 à 1.6 Mn % 0.4 à 0.9 0.25 à 0.7 HB 300 à 575 350 à 575 Rm (N/mm) 140 à 350 140 à 350 Applications courantes : Fontes blanches : boulets de broyage, galets d'écrasement, pièces de pompes pour matériaux abrasifs, pièces mécaniques devant résister à l'abrasion, uploads/s3/ les-fontes.pdf