La fonte grise est un alliage fer-carbone dont la teneur en carbone et en silicium est relativement élevée. Son nom provient de la couleur grise unique de sa surface fracturée, qui est due à l'exposition du graphite dans sa microstructure.
L'origine de la fonte grise remonte à la Chine, vers le Ve siècle avant J.-C., où la technologie de la fonte en fusion a été mise au point pour la première fois. Cette technologie a été introduite en Europe vers le 15e siècle et a ensuite été perfectionnée et largement appliquée au cours de la révolution industrielle au 18e siècle.
Propriétés des matériaux de la fonte grise
Les performances de la fonte grise sont déterminées par sa microstructure unique, qui lui confère plusieurs propriétés très utiles dans les applications industrielles.
1. Capacité d'amortissement
La fonte grise possède une excellente capacité d'amortissement, qui est sa caractéristique physique la plus importante. La structure de graphite lamellaire à l'intérieur de la fonte absorbe et dissipe efficacement l'énergie des vibrations mécaniques, ce qui lui confère des propriétés d'amortissement élevées. Cette caractéristique en fait un choix idéal pour la fabrication de composants nécessitant une grande stabilité et de faibles vibrations, comme les bases des bancs de machines-outils.
2. Usinabilité
Le matériau possède une bonne usinabilité. Cette facilité d'usinage provient de la phase graphite qu'il contient et qui agit comme un lubrifiant lors de la coupe. Il réduit efficacement la résistance à la coupe et l'usure des outils, et permet d'obtenir une finition de surface lisse. Il s'agit d'un facteur de coût important pour les composants qui nécessitent un traitement ultérieur approfondi.
3. Résistance à l'usure
La fonte grise présente une bonne résistance à l'usure dans des conditions de frottement glissant. Sa microstructure peut retenir les lubrifiants et former un film protecteur sur la surface de frottement, empêchant efficacement le contact direct métal-métal et l'usure.
4. Résistance à la traction et ductilité
La résistance à la traction et la ductilité sont des points faibles de la fonte grise. Le graphite lamellaire présent dans sa microstructure agit comme un point de concentration des contraintes, ce qui rend le matériau sensible aux charges de traction et d'impact et sujet à des ruptures fragiles. Il s'agit donc de facteurs cruciaux à prendre en compte lors de l'évaluation des applications.
5. Solidification Rétraction
Au cours du processus de coulée, l'expansion du volume causée par la précipitation du graphite compense une partie du retrait de solidification. Il en résulte un faible taux de retrait net, ce qui rend la fonte grise bien adaptée au moulage de formes complexes avec des exigences dimensionnelles strictes.
Densité de la fonte grise
La densité de la fonte grise est l'une de ses propriétés physiques importantes, typiquement influencée par sa composition chimique et sa vitesse de refroidissement. Comme les différentes qualités de fonte grise présentent des variations dans leur microstructure (en particulier dans la teneur en graphite et le type de matrice), leur densité fluctue dans une fourchette spécifique.
Voici les valeurs de référence de la densité pour différentes qualités de fonte grise :
| Fonte grise Grade | Gamme de densité (g/cm³) | Gamme de densité (lb/in³) |
| HT100 (Classe 20) | 7.00 – 7.15 | 0.253 – 0.258 |
| HT150 (classe 25) | 7.10 – 7.25 | 0.256 – 0.262 |
| HT200 (classe 30) | 7.20 – 7.35 | 0.260 – 0.266 |
| HT250 (classe 35) | 7.25 – 7.40 | 0.262 – 0.267 |
| HT300 (Classe 40) | 7.30 – 7.45 | 0.264 – 0.269 |
Exporter vers les feuilles
Remarque :
En règle générale, la densité de la fonte grise tend à augmenter à mesure que le grade augmente (ce qui indique une résistance et une dureté plus élevées).
La densité peut varier légèrement en fonction de la composition chimique spécifique et des paramètres du processus de coulée.
Microstructure de la fonte grise
1. La structure du noyau : Flocons de graphite et matrice métallique
- Vue d'ensemble: La microstructure de la fonte grise est composée de deux parties principales : Flocons de graphite et le Matrice métallique. Ces deux composants sont les principaux déterminants de toutes les propriétés de la fonte grise.
2. Flocons de graphite
- Morphologie: Le graphite se présente sous la forme de paillettes dans la matrice métallique, qui ressemblent souvent à des pétales de rose ou à des vers. Leur taille, leur nombre et leur répartition influencent considérablement les performances finales du matériau.
- Impact sur les propriétés:
- Impact positif: Ce sont ces paillettes de graphite qui confèrent à la fonte grise son caractère exceptionnel. capacité d'amortissement et usinabilité. Ils servent à la fois de lubrifiants internes et d'amortisseurs de vibrations.
- Impact négatif: Les flocons créent également des points de concentration de contraintes dans le matériau, qui sont responsables de la réduction significative de l'impact sur l'environnement. résistance à la traction et ductilité en fonte grise.
3. La matrice métallique
- Composition: La matrice métallique est la phase métallique qui retient les paillettes de graphite. Elle est généralement composée de Ferrite, Perliteou un mélange des deux.
- Impact sur les propriétés:
- Matrice perlitique: Si la matrice est principalement perlitique, la fonte grise aura une résistance et une dureté plus élevées, bien que son usinabilité puisse être légèrement inférieure.
- Matrice ferritique: Une matrice principalement ferritique se traduit par une dureté et une résistance plus faibles, mais le matériau présente une meilleure ductilité.
- Matrice mixte: En contrôlant la vitesse de refroidissement et la composition chimique pendant le processus de coulée, il est possible d'obtenir une matrice mixte perlitique-ferritique pour équilibrer les propriétés du matériau.
4. Résumé : le lien entre la microstructure et les propriétés macroscopiques
Conclusion: Les propriétés finales de la fonte grise peuvent être ajustées en contrôlant la microstructure des flocons de graphite et de la matrice métallique. Par exemple, l'augmentation du nombre de paillettes de graphite améliore la capacité d'amortissement, tandis que l'augmentation de la proportion de perlite améliore la résistance. C'est le principe de base qui permet aux ingénieurs en fonderie de personnaliser les performances des matériaux en contrôlant précisément la composition et le traitement.
Application de la fonte grise
Grâce à sa combinaison unique de propriétés - en particulier son excellente capacité d'amortissement, sa bonne usinabilité et sa rentabilité - la fonte grise est largement utilisée dans de nombreuses industries. Son utilisation est généralement concentrée dans des domaines où une résistance élevée et une résistance aux chocs ne sont pas essentielles, mais où la stabilité et la résistance à l'usure sont très importantes.
1. Industrie des machines et des machines-outils
Dans le secteur de la fabrication de machines, la fonte grise est un matériau fondamental. Les composants clés tels que les lits, les bases et les châssis des machines-outils sont principalement fabriqués en fonte grise. Cela est principalement dû à sa capacité d'amortissement exceptionnelle, qui absorbe efficacement les vibrations générées pendant le processus de coupe, garantissant ainsi la précision du traitement et la qualité de la surface. D'autres composants tels que les carters de boîtes de vitesses et les paliers sont également couramment fabriqués en fonte grise.
2. Industrie automobile
La fonte grise joue un rôle essentiel dans l'industrie automobile. Les applications typiques comprennent les blocs moteurs et les culasses, qui utilisent les bonnes propriétés d'amortissement du matériau pour réduire le bruit et les vibrations du moteur. Sa résistance à l'usure est également cruciale pour le mouvement alternatif des pistons à l'intérieur des cylindres. En outre, la fonte grise est largement utilisée pour les disques de frein, les tambours de frein et les volants d'inertie, qui bénéficient de sa bonne résistance à l'usure et de sa conductivité thermique.
3. Industrie des tuyaux et des vannes
Dans l'industrie des tuyaux et des vannes, la fonte grise est utilisée pour fabriquer divers tuyaux, raccords et corps de vanne. Cela est dû à son excellente coulabilité, qui lui permet d'être facilement moulée dans des formes complexes. Sa bonne résistance à la corrosion la rend également adaptée au transport de fluides tels que l'eau et le gaz.
4. Machines agricoles et de construction
Pour les machines agricoles et de construction, la fonte grise est souvent utilisée pour les contrepoids lourds. Cela permet de tirer parti de la densité élevée et du faible coût du matériau. Par exemple, les contrepoids des tracteurs et des excavateurs sont en grande partie fabriqués en fonte grise. D'autres composants tels que les boîtiers de transmission et les couvercles d'engrenage sont également couramment produits à partir de ce matériau.
En conclusion, les applications de la fonte grise démontrent clairement ses avantages dans des domaines de performance spécifiques. Malgré sa résistance limitée à la traction, la fonte grise reste un matériau indispensable dans les domaines où l'amortissement, l'usinabilité et le coût sont des exigences critiques.
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