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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 770 − 1 Élaboration des fontes malléables par Jacques CHÉRIÈRE Conseiller Technique de l’Association Française des Fonderies de Malléables e lecteur pourra se reporter utilement aux articles Propriétés des fontes à graphite nodulaire. Fontes malléables à graphite nodulaire et fontes malléables à cœur blanc [M 394] et Données numériques [Form. M 396] du présent traité. 1. Présentation générale............................................................................. M 770 - 2 1.1 Déﬁnition...................................................................................................... — 2 1.2 Principes d’élaboration ............................................................................... — 2 1.3 Classiﬁcation des nuances.......................................................................... — 2 1.4 Données économiques................................................................................ — 3 1.5 Principaux procédés de moulage utilisés.................................................. — 3 2. Élaboration des malléables à cœur blanc ......................................... — 4 2.1 Composition chimique de la fonte blanche coulée .................................. — 4 2.2 Rôle des éléments ....................................................................................... — 4 2.3 Élaboration du métal................................................................................... — 6 2.4 Traitement thermique.................................................................................. — 6 3. Élaboration des malléables à graphite nodulaire ........................... — 8 3.1 Composition chimique de la fonte blanche coulée .................................. — 8 3.2 Rôle des éléments ....................................................................................... — 8 3.3 Élaboration du métal................................................................................... — 10 3.4 Traitements thermiques .............................................................................. — 11 4. Élaboration des malléables bainitiques............................................. — 15 4.1 Présentation du matériau............................................................................ — 15 4.2 Composition chimique de la fonte coulée................................................. — 15 4.3 Rôle des différents éléments ...................................................................... — 15 4.4 Traitements thermiques .............................................................................. — 15 4.5 Mécanisme de la transformation bainitique ............................................. — 16 5. Contrôles en cours de fabrication ...................................................... — 16 5.1 Contrôle des matières premières............................................................... — 16 5.2 Contrôle du métal liquide ........................................................................... — 16 5.3 Contrôle du traitement thermique ............................................................. — 16 5.4 Dispositions particulières aux fontes malléables bainitiques.................. — 16 6. Conseils et contraintes de tracé des pièces en fontes malléables .................................................................................................. — 17 6.1 Encombrement et masse des pièces ......................................................... — 17 6.2 Épaisseurs .................................................................................................... — 17 6.3 Formes et raccordements ........................................................................... — 17 6.4 Retrait ........................................................................................................... — 17 6.5 Tolérances dimensionnelles ....................................................................... — 17 7. Principaux défauts de fonderie des pièces en fontes malléables — 18 7.1 Défauts dimensionnels et géométriques................................................... — 18 7.2 Défauts de surface dus au moulage ou à l’élaboration............................ — 18 7.3 Défauts internes dus au moulage ou à l’élaboration................................ — 18 7.4 Défauts dus aux traitements thermiques .................................................. — 18 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. M 770 L ÉLABORATION DES FONTES MALLÉABLES __________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 770 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques 1. Présentation générale 1.1 Déﬁnition Les fontes malléables sont des fontes qui acquièrent une résis- tance et une capacité de déformation par des traitements thermiques appropriés. 1.2 Principes d’élaboration L’élaboration s’articule autour des deux principes suivants. I Premier principe Coulée des pièces en fonte blanche (fonte à structure de cémentite Fe3C et de perlite) qui permet de proﬁter à la fois des bonnes propriétés de fonderie des fontes et de la grande facilité de dégrappage (séparation du système de coulée et des masselottes) due à la relative fragilité de la fonte blanche. I Deuxième principe Transformation de la structure non ductile de la fonte blanche par un traitement thermique de recuit, de manière à décomposer la cémentite et à obtenir une matrice métallique pouvant être constituée soit de ferrite (en fait, il s’agit de silico-ferrites plus ou moins riches en Si : 0,6 à 2 %) permettant d’atteindre des allonge- ments allant jusqu’à 18 % pour la nuance la plus ductile, soit d’autres produits de transformation de l’austénite, de la perlite notamment, avec toute la gamme des ferrito-perlites. Au cours du traitement thermique de recuit, le carbone contenu dans la fonte blanche est soit totalement ou presque totalement éliminé, la fonte obtenue est une malléable à cœur blanc, soit précipité dans la structure métallique sous forme de ﬂocons ou de nodules de graphite ; il s’agit alors d’une malléable à graphite nodulaire. Il existe donc deux procédés différents d’obtention des fontes mal- léables, avec, pour chacun d’eux, un certain nombre de techniques particulières, et deux grandes familles de fontes malléables : — un procédé de malléabilisation par décarburation de la fonte blanche grâce à un recuit en milieu oxydant, qui conduit à l’obtention de la malléable à cœur blanc en raison de la couleur de la cassure du métal obtenu ; — un procédé de malléabilisation par graphitisation, c’est-à-dire par précipitation du carbone d’une fonte blanche sous forme de graphite au cours d’un recuit non oxydant. Ce procédé conduit à l’obtention des malléables à graphite nodulaire, matériau longtemps dénommé malléable américaine, pour des raisons historiques, ou malléable à cœur noir, en référence à l’aspect de la cassure du métal. La composition chimique de la fonte blanche coulée varie selon le type de fonte malléable recherché et, dans une moindre mesure, selon les moyens d’élaboration. 1.3 Classiﬁcation des nuances Actuellement plusieurs systèmes normatifs peuvent être utilisés : les normes françaises AFNOR et la norme ISO 5922 (1981). La norme européenne est en cours de préparation. Toutes ces normes dénomment le matériau en caractérisant successivement la structure [blanche ou nodulaire (white ou black ), perlitique], la résistance à la rupture et l’allongement à la rupture (%) : — NF A 32-701. Pièces moulées en fonte malléable à cœur blanc : FMB 380.12, FMB 400.05, FMB 450.07 ; — NF A 32-702. Pièces moulées en fontes malléables à graphite nodulaire, ferritiques et perlitiques : FMN 350.10, FMN 380.18, FMN 450.06, FMN 550.04, FMN 650.03, FMN 700.02 ; — ISO 5922. Fontes malléables : • W 35.04, W 38.12, W 40.05, W 45.07, • B 30.06, B 35.10, P 45.06, P 55.04, P 65.02, P 70.02 (nuances principales), • B 32.12, P 50.05, P 60.03, P 80.01 (nuances maintenues provisoirement) ; — Norme européenne (référence provisoire PR.EN 190/220) : • W 350.04, W 360.12, W 400.05, W 450.07, • B 300.06, B 320.12, B 350.10, • B 450.06, B 500.05, B 550.04, B 600.03, B 650.02, B 700.02, B 800.01. Historique La malléabilisation de la fonte est connue depuis Ramsey, en 1628, mais c’est Réaumur, physicien français, qui, en 1722, décrit le procédé dans un traité intitulé L’art d’adoucir le fer fondu ou l’art de faire des objets en fer fondu aussi ﬁnis que de fer forgé. Ainsi naît la malléable Réaumur, qui, au 19e siècle, deviendra la malléable européenne, aﬁn de la distinguer de celle produite outre-Atlantique. En effet, aux États-Unis, en 1826, Seth Boyden veut reproduire la malléable Réaumur, mais la composition des matières premières dont il dispose est différente, il ne parvient pas à décarburer, et le carbone précipite en nodules. Ainsi les Américains développeront-ils la malléable américaine, à cœur noir. Après la Première Guerre mondiale, vers 1920, les fondeurs européens, conscients de l’intérêt de la méthode américaine pour la production des pièces de camions, de matériels agricoles et de chemins de fer, difﬁciles à réaliser en malléable à cœur blanc, introduisent chez eux la malléable américaine à cœur noir, et les deux méthodes de malléabilisation se développent conjointement. Le marché américain de l’armement pendant la Seconde Guerre mondiale conduit à la recherche de nuances de fontes malléables plus résistantes, capables de remplacer économique- ment l’acier forgé. Ainsi sont mises au point les nuances perli- tiques, dont l’application, en dehors du domaine militaire, s’étend à toute la construction mécanique : automobile, machinisme agricole, travaux publics, chemins de fer, etc. Les spéciﬁcations d’entreprises d’origine américaine, puis celles d’entreprises européennes, conduisent au développement de ces nuances sur le continent européen à partir de 1955. Au cours de la période 1960-1980, les besoins importants de pièces de fonderie engendrent une augmentation considérable des moyens de production conjointement à une amélioration de la qualité et de la ﬁabilité des pièces en fontes malléables. Cependant, à partir de 1975, la hausse du coût de l’énergie et son corollaire, la nécessité de réduire la masse des organes en mouvement, incitent à alléger les pièces et aussi à trouver de nouveaux marchés en remplacement de certains perdus à l’avantage des alliages légers. Ainsi apparaissent, d’une part de nouveaux procédés de mou- lage permettant des pièces plus précises et plus minces, et d’autre part les nuances bainitiques destinées à entrer en compétition avec les aciers faiblement alliés. Pour ces dernières, la commercialisation a débuté vers 1990. Elles ne sont pas encore normalisées. Cette époque est aussi celle de la construction européenne. Certes, depuis de nombreuses années, la norme internationale ISO 5922 (§ 1.3) existe et peut être utilisée par les entreprises qui ne peuvent accepter les normes nationales toutes un peu différentes les unes des autres. Par contre, la norme européenne, en cours de préparation au moment où ces lignes sont écrites, est contraignante ; c’est-à-dire qu’elle devra être appliquée par tous les pays de la Communauté. __________________________________________________________________________________________________ ÉLABORATION DES FONTES MALLÉABLES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 770 − 3 1.4 Données économiques Chronologiquement les premières dans la famille des fontes présentant un caractère de ductilité uploads/Ingenierie_Lourd/ elaboration-des-fontes-malleables-jacques-cheriere.pdf