Fonte grise - Gray iron
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La fonte grise , ou fonte grise , est un type de fonte qui a une microstructure graphitique . Il tire son nom de la couleur grise de la fracture qu'il forme, due à la présence de graphite. C'est la fonte la plus courante et le matériau de fonte le plus utilisé en termes de poids.
Il est utilisé pour les boîtiers où la rigidité du composant est plus importante que sa résistance à la traction , tels que les blocs-cylindres de moteurs à combustion interne , les boîtiers de pompe , les corps de soupape, les boîtiers électriques et les pièces moulées décoratives . La conductivité thermique élevée et la capacité thermique spécifique de la fonte grise sont souvent exploitées pour fabriquer des ustensiles de cuisine en fonte et des rotors de frein à disque .
Structure
Une composition chimique typique pour obtenir une microstructure graphitique est de 2,5 à 4,0 % de carbone et de 1 à 3 % de silicium en poids. Le graphite peut occuper 6 à 10 % du volume de la fonte grise. Le silicium est important pour la fabrication de la fonte grise par opposition à la fonte blanche , car le silicium est un élément stabilisant le graphite dans la fonte, ce qui signifie qu'il aide l'alliage à produire du graphite au lieu des carbures de fer ; à 3% de silicium, presque aucun carbone n'est maintenu sous forme chimique comme le carbure de fer. Un autre facteur affectant la graphitisation est le taux de solidification ; plus la vitesse est lente, plus le temps pour que le carbone se diffuse et s'accumule dans le graphite est long. Une vitesse de refroidissement modérée forme une matrice plus perlitique , tandis qu'une vitesse de refroidissement rapide forme une matrice plus ferritique . Pour obtenir une matrice entièrement ferritique, l'alliage doit être recuit . Le refroidissement rapide supprime partiellement ou totalement la graphitisation et conduit à la formation de cémentite , appelée fer blanc .
Le graphite prend la forme d'un flocon tridimensionnel. En deux dimensions, comme une surface polie, les paillettes de graphite apparaissent comme des lignes fines. Le graphite n'a pas de résistance appréciable, ils peuvent donc être traités comme des vides. Les pointes des flocons agissent comme des encoches préexistantes au niveau desquelles les contraintes se concentrent et il se comporte donc de manière fragile . La présence de paillettes de graphite rend la fonte grise facilement usinable car elles ont tendance à se fissurer facilement à travers les paillettes de graphite. La fonte grise a également une très bonne capacité d'amortissement et est donc souvent utilisée comme base pour les montages de machines-outils.
Classements
Aux États-Unis, la classification le plus couramment utilisé pour le fer gris est ASTM International norme A48 . Cela classe la fonte grise en classes qui correspondent à sa résistance à la traction minimale en milliers de livres par pouce carré (ksi); par exemple, la fonte grise de classe 20 a une résistance à la traction minimale de 20 000 psi (140 MPa). La classe 20 a un équivalent carbone élevé et une matrice de ferrite. Les fontes grises à plus haute résistance, jusqu'à la classe 40, ont des équivalents carbone inférieurs et une matrice de perlite . La fonte grise au-dessus de la classe 40 nécessite un alliage pour renforcer la solution solide , et un traitement thermique est utilisé pour modifier la matrice. La classe 80 est la classe la plus élevée disponible, mais elle est extrêmement fragile. ASTM A247 est également couramment utilisé pour décrire la structure du graphite. D'autres normes ASTM qui traitent de la fonte grise comprennent ASTM A126 , ASTM A278 et ASTM A319 .
Dans l'industrie automobile, la norme SAE International (SAE) SAE J431 est utilisée pour désigner les grades plutôt que les classes. Ces nuances sont une mesure du rapport résistance à la traction / dureté Brinell . La variation du module d'élasticité en traction des différentes nuances est le reflet du pourcentage de graphite dans le matériau car ce matériau n'a ni résistance ni rigidité et l'espace occupé par le graphite agit comme un vide, créant ainsi un matériau spongieux.
| Classer | Résistance à la traction (ksi) |
Résistance à la compression (ksi) |
Module de traction, E ( Mpsi ) |
|---|---|---|---|
| 20 | 22 | 83 | dix |
| 30 | 31 | 109 | 14 |
| 40 | 57 | 140 | 18 |
| 60 | 62,5 | 187,5 | 21 |
| Noter | dureté Brinell | t / h † | La description |
|---|---|---|---|
| G1800 | 120-187 | 135 | ferritique-perlitique |
| G2500 | 170-229 | 135 | Perlitique-ferritique |
| G3000 | 187-241 | 150 | Perlitique |
| G3500 | 207–255 | 165 | Perlitique |
| G4000 | 217-269 | 175 | Perlitique |
| † t / h = résistance à la traction / dureté | |||
Avantages et inconvénients
La fonte grise est un alliage d'ingénierie courant en raison de son coût relativement faible et de sa bonne usinabilité , qui résulte du fait que le graphite lubrifie la coupe et brise les copeaux. Il a également une bonne résistance au grippage et à l' usure car les flocons de graphite s'autolubrifient. Le graphite confère également à la fonte grise une excellente capacité d'amortissement car il absorbe l'énergie et la convertit en chaleur. La fonte grise ne peut pas être travaillée (forgée, extrudée, laminée etc.) même à température.
| Matériaux | Capacité d'amortissement † |
|---|---|
| Fonte grise ( équivalent carbone élevé ) | 100–500 |
| Fonte grise (équivalent bas carbone) | 20–100 |
| Fonte ductile | 5-20 |
| Fonte malléable | 8-15 |
| Fer blanc | 2-4 |
| Acier | 4 |
| Aluminium | 0,47 |
| † Log naturel du rapport des amplitudes successives | |
La fonte grise subit également moins de retrait de solidification que les autres fontes qui ne forment pas de microstructure en graphite. Le silicium favorise une bonne résistance à la corrosion et une fluidité accrue lors de la coulée. La fonte grise est généralement considérée comme facile à souder. Par rapport aux alliages de fer plus modernes, la fonte grise a une résistance à la traction et une ductilité faibles ; par conséquent, sa résistance aux impacts et aux chocs est presque inexistante.
Voir également
Remarques
Les références
- Degarmo, E. Paul; Noir, J T. ; Kohser, Ronald A. (2003), Matériaux et procédés de fabrication (9e éd.), Wiley, ISBN 9780471033066.
- Schweitzer, Philip A. (2003), Matériaux métalliques , CRC Press, ISBN 9780203912423.
- Smith, William F. ; Hashemi, Javad (2006), Foundations of Materials Science and Engineering (4e éd.), McGraw-Hill, ISBN 9780072921946.
Lectures complémentaires
- Stefanescu, Doru Michael (2002), Science et ingénierie de la solidification par coulée , Springer, ISBN 978-0-306-46750-9.