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Introduction : La fonte et un alliage de fer riche de 2.1 à 6.67% de carbone. E

Introduction : La fonte et un alliage de fer riche de 2.1 à 6.67% de carbone. Elle se distingue de l’acier au carbone par une sursaturation en carbone qui peut se précipiter sous forme de graphite lors de la solidification. Les fontes se distinguent des autres alliages par leur excellente coulabilité, son cout relativement faible, son faible retrait à l’état solide (moins de défauts) et son aptitude à l’usinage. Au moment de la solidification, la quantité de carbone se précipitant sous forme de graphite dans la matrice métallique est fonction des autres éléments d’alliage (Si) et de la vitesse de refroidissement. La fonte peut être affinée en acier par décarburation : soufflage d’O2. On peut obtenir la fonte par les hauts fourneaux ou les cubilots. Composition chimique : Les fontes sont des alliages fer-carbone contenant une phase eutectique (lédéburite). Il existe plusieurs types de fontes selon leur pourcentage en carbone (équivalent car il existe tjrs les éléments d’alliage : Silicium et Manganèse) : - Fonte hypoeutectique : 2.11 < %C < 4.3% - Fonte eutectique : %C = 4.3% (température de fusion la plus basse) - Fonte hypereutectique : 4.3 < %C < 6.67% Diagramme stable : Formation du graphite qui est thermodynamiquement stable. (Pointillés dans le diag) Diagramme métastable : Formation de la cémentite qui devrait se décomposer en fer α + graphite. Mais la mobilité des atomes est insuffisante pour que cela ait lieu. La différence entre ces 2 diagrammes réside dans la vitesse de refroidissement : quand la vitesse de refroidissement est rapide, le carbone dissout dans le fer γ ne peut pas migrer sur des grandes distances et forme alors des carbures : Fe3C, la cémentite. Par contre, si le refroidissement est long, les atomes de carbone auront le temps nécessaire de se regrouper pour former la phase de graphite. On peut forcer la formation du graphite par ajout des éléments graphitisants : Si, Ni, Cr ... On a donc 2 types de fontes : - Fontes grises : à graphite - Fontes blanches : à cémentite On peut classifier les fontes selon 2 classifications : - Classification par structure : o Avec des carbures (ferrite, perlite, martensite, austénite) o Avec carbures + graphite : fonte truitée. o Avec du graphite (lamellaire, sphéroïdale, vermiculaire, malléable) - Classification par application ou par nom commerciale : o Fonte blanche (fonctionnement à haute T, résistance à l’usure) o Fonte truitée o Fonte grise (lamellaire, Nodulaire, vermiculaire, malléable à cœur blanc ou noir) Fontes grises lamellaire : Le graphite est sous forme de lamelles dispersées dans une matrice ferritique, ferrito-perlitique, ou perlitique. La composition chimique : Carbone entre 3 et 3.5%. Silicium entre 1.8 et 2.4%, d’autres éléments mineurs : Phosphore, Soufre et des éléments en trace : Al, Cr, Cu, Sb. Notion du carbone équivalent : CE = %C + (%Si+ %P)/3 Point eutectique à 4.3% Effet d’échelle : si l’épaisseur est petite, la limite élastique et la résistance mécanique augmentent. La vitesse de refroidissement influe sur la microstructure. Paramètre influençant la vitesse de refroidissement : - Volume de la pièce et les surfaces d’échange - Propriétés thermophysiques du moule - T empérature de coulée - Présence de noyaux, systèmes d’alimentation Graphite lamellaire : 5 formes : - Distribution uniforme - Rosette - Ségrégation interdendridique, orientation aléatoire - Ségrégation interdendridique, orientation préférée Phases existantes dans les fontes grises : - Ferrite : phase α : faible résistance à la traction mais grande ductilité - Cémentite : Fe3C Fonte à graphite sphéroïdal : Nodules de graphite sous forme sphérique (discrète au lieu de lamelles). Obtenue par traitement de la fonte à l’état liquide avant la coulée avec du Mg (Ce, Li, Ca). L’ajout du Mg provoque une forte agitation du bain au cours du traitement. Le taux résiduel du Mg après traitement est à l’ordre de 0.04% La fonte GS a un CE élevé. Le soufre réagit avec le Mg pour former le MgS. 0.1%S consomme 0.076% de Mg Rendement = Mg résiduel / Mg introduit (entre 20 et 90%) On perd 1/1000 de Mg par oxydation toutes les minutes. Traitement de la fonte par le Mg : - En poche (sandwich) - T undish cover - Plongeur - Poche poreuse - Convertisseur GF - Procédé in-mold Traitement en poche : Les éléments de traitement d’alliage se trouvent sous forme de poche ou en couche (sandwich) qui va fondre donnant lieu au mélange. Rendement de 35 à 40% FeSiMg : agent de sphéroïdisation. FeSi : inoculent Fe : barrage qui permet une réaction lente et continue et qui empêche l’oxydation rapide. Procédé Tundish cover : Des trous de diamètre précis établis dans un couvercle qui permettent un versement lent de la font liquide qui va se mélanger avec le produit : FeSiMg. Rendement 40% à 60% Procédé du plongeur : Plongeur sous forme de cloche montante et descendante. On utilise le FeSiMg. Rendement de : 40% à 50%. Procédé GF : On utilise le Mg pur. L’idée consiste à utiliser une plaque qui va laisser dégager les vapeurs de Mg autorégulation. Rendement de 45% à 50%. Procédé In-Mold : On utilise le FeSiMg. L’avantage c’est qu’on traite que la pièce et pas toute la poche. L’inconvénient c’est la mise au mile importante, et il faut contrôler chaque pièce à part. La matrice d’une fonte GS est ferritique ou ferrito-perlitique dans laquelle se trouvent des particules de graphite. On peut modifier la quantité de la perlite par traitement thermique. Traitements thermiques des fontes GS : - Traitement de relaxation des contraintes - Dissolution des carbures - Recuit de ferritisation (élimination de la perlite) - Normalisation de perlitisation - Trempe et durcissement - Traitement de type bainitique (ADI) : maintient isotherme à des températures comprises entre 500°C et MS. Succédant à une trempe depuis un état austénitique. Les fontes ainsi obtenues sont appelées : fontes ADI (Austempered Ductile Iron) et le traitement de trempe étagée : Austempering : Chauffage -> austénitisation (AC3) -> trempe -> maintient isotherme -> refroidissement. - Traitement thermique de type martensitique adouci par un traitement de revenu : Chauffage -> austénitisation (AC3) -> trempe -> revenu. ADI : associer la dureté et la ductilité. Traitement thermique intercritique : Domaine critique : coexistence de 3 phases : ferrite + austénite + graphite On joue sur l’austénite : on le transforme soit en bainite soit en martensite. Fonte GS dual phase Fonte GCV : graphite compact vermiculaire Propriétés se situant entre le GL et le GS. Obtention : addition de Ce, Mg, N ou Mg + Ti Traitement raté. Propriétés thermiques intéressantes Fontes malléables : fontes blanches moulées Carbures métastables dans une matrice perlitique. Recuit pour dissoudre les carbures et former des nodules de graphite. Cœur blanc, cœur noir. Celles à cœur noir sont plus résistantes que celles à cœur blanc. Fontes blanches résistants à l’usure : Ni-Cr. Fontes blanches spéciales : Cr à 1000°C Fontes blanches réfractaires Ni-resist, Ni-hard. Fusion des fontes : Charge métallique à fondre : - Fonte de première fusion : gueuses du haut fourneau - Retour de fonderie - Ferraille (en morceaux) - Addition d’élément d’alliage - Flux pour aider le décrassage Effectuée essentiellement en cubilot ou en four à induction. Fusion au cubilot : Cadence lente, échappement de gaz, composition ? Fusion électrique : par induction Four à induction à canal : Conduction + convection uploads/Sante/ les-fontes-moulees.pdf