Vous êtes-vous déjà interrogé sur le monde fascinant de la fonte ? Dans cet article de blog, nous allons nous plonger dans les différents types de fonte et explorer leurs propriétés et applications uniques. En tant qu'ingénieur mécanicien expérimenté, je partagerai mes idées et mes connaissances pour vous aider à comprendre les complexités de ce matériau polyvalent. À la fin de cet article, vous aurez une meilleure compréhension des différentes classifications et désignations de la fonte et de la façon dont elles sont utilisées dans diverses industries.
La fonte est un alliage fer-carbone dont la teneur en carbone est comprise entre 2,5% et 4%, et dépasse généralement 2,11%. Elle est composée de plusieurs éléments, dont le fer, le carbone et le silicium, et peut également contenir des impuretés telles que le manganèse, le soufre et le phosphore, qui sont plus fréquentes que dans l'acier au carbone.
Les types de fonte sont principalement classés en fonction de la forme du carbone et de la morphologie du graphite présent. Les principaux types de fonte sont les suivants :
Fonte blanche : Le carbone existe sous forme de cémentite (Fe3C), et la surface de fracture est blanc argenté. Elle est fragile et est rarement utilisée seule. La fonte blanche est un produit intermédiaire pour la fabrication de la fonte malléable, et la fonte à froid avec une couche superficielle de fonte blanche est couramment utilisée pour les rouleaux.
Fonte grise : La totalité ou la majeure partie du carbone existe sous forme de graphite, qui est floconneux. Ce type de fonte a différentes applications en fonction de la forme du graphite, comme la fonte grise ordinaire (graphite floconneux) et la fonte vermiculaire (graphite vermoulu).
Fonte malléable : Le graphite existe sous une forme floconneuse, obtenue par recuit de la fonte blanche d'une certaine composition à des températures élevées pendant une longue période. Ses propriétés mécaniques, notamment sa ténacité et sa plasticité, sont supérieures à celles de la fonte grise.
Fonte ductile : Le graphite se présente sous une forme sphérique, obtenue par un traitement de sphéroïdisation avant la coulée de la fonte en fusion. Ce type de fonte présente non seulement des propriétés mécaniques supérieures à celles de la fonte grise et de la fonte malléable, mais son processus de fabrication est plus simple que celui de la fonte malléable. En outre, ses propriétés mécaniques peuvent être encore améliorées par un traitement thermique.
Fonte vermiculaire : Le graphite se présente sous la forme d'un ver et possède de bonnes propriétés mécaniques et de traitement.
Fonte alliée : Pour améliorer les propriétés mécaniques ou physiques et chimiques de la fonte, une certaine quantité d'éléments d'alliage peut être ajoutée pour obtenir de la fonte alliée. Ce type de fonte comprend une variété de fontes en alliage spécial résistantes à la corrosion, à la chaleur et à l'usure.
Selon les différentes formes de carbone dans la fonte, la fonte peut être divisée en plusieurs catégories :
1. Fonte blanche
Dans la fonte, le carbone existe principalement sous forme de cémentite, avec seulement une petite quantité dissoute dans la ferrite.
Sa fracture a un aspect blanc argenté, d'où son nom de fonte blanche.
Actuellement, la fonte blanche est principalement utilisée comme matière première dans la fabrication de l'acier et comme base pour la production de fonte malléable.
2. Fonte grise
Dans la fonte, la majeure partie ou la totalité du carbone se présente sous la forme de graphite en flocons, et sa fracture présente une couleur gris foncé. C'est pourquoi on l'appelle fonte grise.
3. Mfonte ottlée
Dans la fonte, une partie du carbone est présente sous forme de graphite, comme dans le cas de l'acier. fonte griseL'autre partie existe sous forme de cémentite libre, semblable à la fonte blanche.
La surface de rupture présente donc des taches noires et blanches, ce qui lui vaut le nom de "fonte tachetée".
Malheureusement, ce type de fonte est également dur et cassant, ce qui fait qu'il est rarement utilisé dans les applications industrielles.
Selon les différentes formes de graphite dans la fonte, la fonte peut être divisée en plusieurs catégories :
Dans la fonte grise, le carbone se présente sous forme de graphite en flocons.
La fonte malléable est obtenue par recuit La fonte malléable est une fonte blanche d'une composition spécifique qui est soumise à des températures élevées pendant une période prolongée. Par conséquent, le carbone de la fonte malléable existe sous une forme floconneuse.
Ce type de fonte présente des propriétés mécaniques améliorées, notamment en termes de ténacité et de plasticité, par rapport à la fonte grise, d'où son nom de "fonte malléable".
Dans la fonte, le carbone existe sous forme de graphite sphérique.
Ce résultat est obtenu grâce à un traitement de sphéroïdisation avant l'utilisation de l'eau. processus de coulée.
Ce type de fonte possède des propriétés mécaniques supérieures à celles de la fonte grise et de la fonte malléable. En outre, son processus de production est plus simple que celui de la fonte malléable et ses propriétés mécaniques peuvent être encore améliorées par un traitement thermique. Par conséquent, son utilisation dans la production est de plus en plus répandue.
La fonte est un alliage de fer et de carbone qui contient plus de 2,1% de carbone.
Il est produit en refondant de la fonte brute (un composant de la fonte brute sidérurgique) dans un four, et en ajustant sa composition par l'ajout de ferro-alliages, de ferraille et de fer recyclé.
La différence essentielle entre la fonte et la fonte brute réside dans le fait que la fonte subit une étape de traitement secondaire et que la plus grande partie de la fonte est coulée dans des moules. fonte de fer.
Fonte de fer possèdent d'excellentes propriétés de moulage et peuvent être moulés dans des formes complexes. Ils ont également une bonne usinabilité et sont connus pour leur résistance à l'usure et à l'absorption des chocs, ainsi que pour leur faible coût.
Les codes de la fonte sont composés de la première lettre de l'alphabet chinois, indiquant ses caractéristiques spécifiques.
Lorsque deux noms de fonte ont la même lettre de code, ils peuvent être différenciés en ajoutant des lettres minuscules après la lettre majuscule.
Pour les fontes portant le même nom et nécessitant une classification plus poussée, la première lettre du pinyin chinois représentant les caractéristiques de la sous-classe est ajoutée à la fin.
Description du nom, du code et de la marque de la fonte :
| Nom en fonte | Code /Niveau | Exemple de méthode de représentation |
| Fonte grise | HT | HT100 |
| Fonte à graphite vermiculaire | RuT | RuT400 |
| Fonte nodulaire | QT | QT400-17 |
| Fonte malléable à cœur noir | KHT | KHT300-06 |
| Fonte malléable à cœur blanc | KBT | KBT350-04 |
| Fonte malléable perlitique | KZT | KZT450-06 |
| Fonte résistante à l'usure | MT | MT Cu1PTi-150 |
| Fonte blanche résistante à l'usure | KmBT | KmBTMn5Mo2Cu |
| Fonte ductile résistante à l'usure | KmQT | KmQTMn6 |
| Fonte réfrigérée | LT | LTCrMoR |
| Fonte résistante à la corrosion | ST | STSi15R |
| Fonte ductile résistante à la corrosion | SQT | SQTAl15Si5 |
| Fonte résistante à la chaleur | RT | RTCr2 |
| Fonte ductile résistante à la chaleur | RQT | RQTA16 |
| Fonte austénitique | AT | —- |
Note : Une série de chiffres suivant le code du grade indique la valeur de la résistance à la traction.
Dans les cas où il y a deux séries de chiffres, la première série représente la valeur de la résistance à la traction et la seconde la valeur de l'allongement.
Ces deux séries de chiffres sont séparées par un "un".
Éléments d'alliage sont représentés à l'aide de symboles d'éléments internationaux. Si le contenu est égal ou supérieur à 1%, il est représenté par un nombre entier. Si le contenu est inférieur à 1%, il n'est généralement pas indiqué.
Les éléments communs tels que C, Si, Mn, S et P ne sont généralement pas marqués. Leurs symboles d'éléments et leur contenu ne sont marqués que s'ils servent un objectif spécifique.
Dans la fonte blanche, tout le carbone se trouve sous forme de carbone perméable (Fe3C), ce qui donne une surface de rupture d'un blanc éclatant.
C'est pour cette raison qu'elle est appelée fonte blanche.
Toutefois, en raison de la forte concentration de Fe3C, dur et cassant, la fonte blanche présente un niveau élevé de dureté, mais elle est également très cassante et difficile à traiter.
Par conséquent, il n'est pas couramment utilisé directement dans les applications industrielles, à l'exception de quelques applications qui nécessitent une résistance à l'usure sans impact, telles que les filières de tréfilage et les billes de fer pour les broyeurs à boulets.
Au contraire, il est principalement utilisé comme matière première pour la fabrication de l'acier et de la fonte malléable.
Dans la fonte, la majeure partie ou la totalité du carbone existe sous forme de feuille de graphite à l'état libre, ce qui donne une surface de rupture grise.
La fonte grise possède de bonnes propriétés de moulage, est facile à usiner, présente une bonne résistance à l'usure, des processus de fusion et de dosage simples et un faible coût, ce qui la rend largement utilisée pour la production de pièces moulées de structure complexe et de pièces résistantes à l'usure.
La fonte grise peut être divisée en fonte grise à base de ferrite, fonte grise à base de perlite-ferrite et fonte grise à base de perlite en fonction de sa structure matricielle.
En raison de la présence de graphite lamellaire, la fonte grise présente une densité, une résistance et une dureté faibles, ainsi qu'une plasticité et une ténacité nulles.
L'existence de ce graphite est similaire à la présence de nombreuses petites entailles sur le substrat d'acier, ce qui réduit la surface d'appui et augmente le nombre de fissures, entraînant une faible résistance et une faible ténacité de la fonte grise et la rendant impropre au traitement sous pression.
Pour améliorer ses propriétés, certains inoculants tels que le ferrosilicium et le silicate de calcium sont ajoutés à la fonte avant la coulée pour affiner la matrice de perlite.
La fonte malléable est fabriquée à partir d'une base de fonte blanche qui est coulée dans un alliage de fer et de carbone à faible teneur en carbone et en silicium. Après avoir été soumise à des températures élevées à long terme, la recuitLa cémentite se décompose en amas de graphite floculant, ce qui donne un type de fonte blanche graphitée.
La fonte malléable peut être divisée en deux types en fonction de sa microstructure après traitement thermique : la fonte malléable à noyau noir et la fonte malléable perlitique. La structure de la fonte malléable à noyau noir est principalement une base de ferrite (F) avec du graphite floculé, tandis que la structure de la fonte malléable perlitique est principalement une matrice perlitique (P) avec du graphite floculé.
Le troisième type est la fonte malléable à noyau blanc, dont la structure dépend de la taille de la section. Pour les petites sections, la matrice est constituée de ferrite, tandis que pour les sections plus grandes, la surface est constituée de ferrite, le centre étant constitué de perlite et de carbone recuit.
La fonte d'inoculation est produite lorsque le graphite devient fin et uniformément réparti après le traitement d'inoculation.
Avant de couler la fonte en fusion (fonte nodulaire), un agent de sphéroïdisation, généralement composé de ferrosilicium ou de magnésium, est ajouté pour sphéroïdiser le graphite dans la fonte. L'ajout de l'agent de sphéroïdisation améliore considérablement la résistance à la traction, limite d'élasticitéLa fonte nodulaire se caractérise par une plus grande résistance aux chocs, une plus grande plasticité et une plus grande résistance à l'impact. Ceci est dû au fait que le carbone (graphite) dans la matrice de la fonte existe sous une forme sphérique, ce qui améliore son effet de division sur la matrice.
La fonte nodulaire présente plusieurs avantages, notamment la résistance à l'usure, l'absorption des chocs, de bonnes performances de traitement et un faible coût. Ces avantages lui ont valu d'être largement utilisée pour remplacer la fonte malléable, ainsi que certaines pièces en acier moulé et en acier forgé, telles que les vilebrequins, les bielles, les cylindres et les essieux arrière des automobiles.
Les éléments d'alliage courants dans la fonte alliée comprennent le silicium, le manganèse, le phosphore, le nickel, le chrome, le molybdène, le cuivre, l'aluminium, le bore, le vanadium, le titane, l'antimoine et l'étain. Ces éléments améliorent les performances de la fonte par divers mécanismes :
En outre, l'inclusion d'éléments d'alliage peut modifier la structure interne de la fonte, entraînant de nouveaux changements de phase et améliorant ainsi ses performances, telles que la thermoplasticité, la déformabilité à froid, l'usinabilité, la trempabilité et la soudabilité. Par exemple, le silicium et le carbone favorisent ensemble la graphitisation, améliorant la compacité et la ténacité des pièces moulées, réduisant la tendance à la bouche blanche, stabilisant l'austénite et affinant le graphite et la perlite.
En améliorant les propriétés mécaniques, la résistance à l'usure, la résistance à l'oxydation et la résistance à la corrosion de la fonte, les éléments d'alliage améliorent les performances globales de la fonte alliée.
La fonte blanche, qui doit son nom à sa surface de rupture blanc argenté, est un type de fonte qui ne précipite pas de graphite au cours du processus de cristallisation. Ce type de fonte présente une grande quantité de cémentite libre dans sa structure, ce qui lui confère une dureté élevée (généralement supérieure à HB500), mais elle est également très fragile. En raison de sa dureté élevée et de sa résistance à l'usure, ainsi que de son faible coût, la fonte blanche est un choix viable pour les applications résistantes à l'usure, bien qu'elle soit considérée comme trop fragile pour de nombreux composants structurels.
Les principaux domaines d'application de la fonte blanche comprennent les pièces résistantes à l'usure telles que les outils agricoles, les boulets de broyage, les pièces de broyeurs à charbon, les lames de grenailleuses, les pièces de pompes à boues, les tuyaux de sable de coulée et la couche externe des rouleaux de laminage dur à froid. En outre, il est utilisé comme matière première pour la fabrication de l'acier et comme ébauche pour la production de fonte malléable. Plus précisément, la fonte blanche au manganèse et au tungstène et la fonte blanche au tungstène et au chrome sont utilisées pour les pièces nécessitant un usinage mécanique et dans des conditions de fortes charges d'impact, d'usure par abrasion à faible contrainte et d'usure par abrasion par meulage à forte contrainte, respectivement.
En termes de caractéristiques de performance, la fonte blanche est dure et cassante, elle n'est pas facile à usiner et elle est rarement utilisée directement pour le moulage de pièces. Son carbone existe entièrement sous forme de cémentite (Fe3C), ce qui lui confère des propriétés mécaniques supérieures à celles de la fonte grise et de la fonte malléable, et son processus de production est relativement simple. Toutefois, en raison de sa fragilité, la fonte blanche ne supporte pas le travail à froid ou à chaud et ne peut être utilisée directement qu'à l'état de fonte.
La fonte blanche, avec sa dureté élevée et sa résistance à l'usure, joue un rôle important dans des scénarios d'application spécifiques, bien que sa fragilité limite son application dans une gamme plus large.
Les différences spécifiques de propriétés mécaniques entre la fonte grise et la fonte malléable se reflètent principalement dans les aspects suivants :
Morphologie du graphite : Le graphite de la fonte grise a la forme d'un flocon, tandis que le graphite de la fonte malléable a la forme d'un ver. Cette différence de morphologie du graphite entraîne des différences de propriétés mécaniques. Le graphite lamellaire confère à la fonte grise un certain degré de fragilité, tandis que le graphite vermiforme contribue à améliorer la ténacité du matériau.
Propriétés mécaniques : En raison de la différence de morphologie du graphite, les propriétés mécaniques de la fonte malléable sont généralement supérieures à celles de la fonte grise. Les propriétés mécaniques de la fonte malléable se situent entre la fonte ductile et la fonte grise, ce qui signifie qu'elle est plus résistante que la fonte grise, mais pas aussi résistante que la fonte ductile.
Performance de coulée : Les performances de coulée de la fonte malléable se situent entre la fonte grise et la fonte ductile. Cela indique que la fonte malléable possède une bonne adaptabilité et une bonne flexibilité dans le processus de coulée, ce qui lui permet de répondre aux exigences de différents scénarios d'application.
Sensibilité à la composition chimique : Par rapport à la fonte grise, la fonte malléable a un impact plus faible sur les propriétés mécaniques lorsque la teneur en carbone et en silicium passe d'hypoeutectique à eutectique. Cela signifie que la fonte malléable dispose d'une plus grande flexibilité pour ajuster sa composition chimique afin d'optimiser ses performances.
Capacité de traitement thermique : La fonte malléable peut subir divers traitements thermiques, y compris la trempe isotherme, ce qui permet d'améliorer encore ses propriétés mécaniques grâce au traitement thermique.
L'influence du processus de recuit sur les propriétés mécaniques de la fonte malléable peut être quantifiée de la manière suivante :
Amélioration de la résistance et de la plasticité : Grâce au traitement de recuit de graphitisation, la fonte malléable peut atteindre une résistance, une plasticité et une résilience plus élevées, ce qui lui permet de remplacer l'acier au carbone dans une certaine mesure. Comparée à la fonte grise, la fonte malléable présente une meilleure résistance et une meilleure plasticité, en particulier en ce qui concerne la résistance aux chocs à basse température.
Amélioration de la résistance à l'usure et de l'amortissement des vibrations : La résistance à l'usure et l'amortissement des vibrations de la fonte malléable sont supérieurs à ceux de l'acier au carbone ordinaire, en raison de sa microstructure et de sa composition chimique spécifiques. L'optimisation du processus de recuit permet d'améliorer encore ces propriétés.
Raccourcissement des cycles de production et réduction de la consommation d'énergie : Les améliorations apportées au processus de recuit, telles que l'ajustement de la teneur en carbone et en silicium et l'ajout d'éléments comme le bismuth, le bore et l'aluminium pour le traitement de modification, peuvent non seulement raccourcir le cycle de recuit, mais aussi augmenter les taux de qualification des produits sans sacrifier les performances mécaniques. En outre, la recherche sur les processus de recuit rapide a indiqué que l'optimisation des conditions de recuit peut réduire efficacement la consommation d'énergie et la pollution de l'environnement.
Augmentation du degré de graphitisation : Au cours du processus de recuit, la cémentite eutectique de la fonte blanche subit une graphitisation, un processus crucial pour améliorer la ténacité et la plasticité de la fonte malléable. L'optimisation du processus de recuit de graphitisation permet d'améliorer les propriétés mécaniques de la fonte.
Augmentation de la résistance à la rupture : Le processus de traitement de préchauffage et sa microstructure ont un effet significatif sur la résistance à la rupture de la fonte malléable. En optimisant le temps de recuit et d'autres paramètres pertinents du processus, la ténacité de la fonte malléable peut être améliorée de manière efficace, ce qui est crucial pour augmenter sa durée de vie et sa fiabilité.
Le processus de traitement par sphéroïdisation de la fonte ductile comprend principalement la sphéroïdisation et l'inoculation, qui permettent d'obtenir un graphite sphérique. Cette méthode de traitement réduit efficacement l'effet de fracturation du graphite sur la matrice, ce qui améliore considérablement les propriétés mécaniques de la fonte, notamment la plasticité, la ténacité et la résistance. Plus précisément, le traitement de sphéroïdisation permet au graphite d'exister sous une forme sphérique dans la fonte. Cette structure, comparée au graphite traditionnel floconneux ou floculant, est plus propice à la réduction de la concentration des contraintes dans le matériau, ce qui améliore les performances globales.
Le rôle spécifique du traitement de sphéroïdisation consiste à améliorer la microstructure de la fonte, ce qui entraîne une distribution plus uniforme du graphite et réduit le risque de fissures et de fractures causées par la concentration de contraintes pendant l'utilisation. En outre, la présence de graphite sphérique améliore la résistance à l'usure et l'amortissement des vibrations de la fonte, ce qui est particulièrement important pour les applications qui doivent supporter des charges élevées et des conditions de stress complexes. Par exemple, dans des pièces telles que les vilebrequins de machines électriques, la fonte ductile est largement utilisée en raison de ses excellentes propriétés globales.
Le processus de traitement par sphéroïdisation de la fonte ductile, en modifiant la forme du graphite, améliore non seulement la plasticité, la ténacité et la résistance de la fonte, mais contribue également à améliorer sa résistance à l'usure et l'amortissement des vibrations, améliorant ainsi les performances mécaniques dans une certaine mesure. Ces améliorations font de la fonte ductile un matériau présentant une résistance élevée, une bonne ténacité et une bonne plasticité. Ses performances globales sont proches de celles de l'acier, ce qui la rend adaptée à diverses applications techniques nécessitant des contraintes complexes, une résistance élevée et une bonne ténacité.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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