Les fontes
Fer + Carbone = Acier... Faux! Au-delà de 2% de carbone, on parle de fonte. Bien que moins variées que les nuances d'acier, les fontes occupent une part importante de l'industrie mécanique. Petit résumé...
Différents types de fontes
Deux grands types de fontes existent, en fonction notamment de la composition chimique et de la vitesse de refroidissement lors de l'élaboration : la fonte "blanche" (à cémentite) et la fonte "grise" (à graphite).
Ensuite, parmi les fontes grises, plusieurs types existent :
- Fonte GL : C'est la plus courante des fontes grises. Le graphite s'y trouve sous forme de lamelles. C'est cette forme lamellaire du graphite (effet d'entaille) qui rend les fontes GL fragiles. Par contre, le graphite améliore les caractéristiques de frottement de la fonte et donc favorise l'usinage.
- Fonte GS : Fonte dans laquelle le graphite se trouve sous forme de nodules (sphéroïdes). Cette micro-structure lui donne des caractéristiques mécaniques proches de l'acier. En effet la forme sphéroïdal du graphite confère à la fonte une bonne ductilité. En fonction des éléments d'addition et de la vitesse de refroidissement, la structure de la matrice sera différente et les caractéristiques mécaniques varieront grandement.
- Fonte GV : Fonte dans laquelle le graphite se trouve sous forme comprise entre les lamelles et les sphères (pas d'effet d'entaille du graphite). La microstructure des fontes vermiculaires allie les avantages de la fonte lamellaire (coulabilité, absorption des vibrations) sans les inconvénients (fragilité) et les avantages de la fonte GS (résistance mécanique). Le principal désavantage est la difficulté d'obtenir la structure souhaitée et de contrôler que l'on a bien obtenu cette structure.
Désignations normalisées
Bonne nouvelle: la désignation des fontes est nettement moins compliquée que celle des aciers...
La norme européenne EN 1560 indique :
- Les lettre EN, pour norme européenne, suivies d'un tire
- Pour distinguer la désignation numérique de la désignation symbolique, cette dernière comporte un G
- La lettre J indiquant une fonte
- Une lettre indiquant la nature de la fonte :
- N : fonte sans graphite (fonte blanche)
- L : fonte à graphite lamellaire (fonte grise)
- S : fonte à graphite sphéroïdal (fonte grise)
- V : fonte vermiculaire (fonte grise)
- MB : fonte à cœur noir, fonte noire malléable
- MW : fonte à cœur blanc, fonte blanche malléable
- Y : fonte de structure spéciale
- Pour les désignations numériques : un numéro de référence ;
- Pour les désignations symboliques : la résistance à la traction Rm (en MPa), suivi éventuellement de l'allongement à la rupture en pourcent, A%.
L'ancienne norme française NF A 02-001 indiquait :
- La nature de la fonte :
- Ft : Fonte grise non alliée
- FB : fonte blanche, ou fonte à cémentite, de matrice martensitique,
- FGL : fonte à graphite lamellaire, ou fonte grise à graphite lamellaire,
- FGS : fonte à graphite sphéroïdal, ou fonte grise à graphite sphéroïdal,
- MB : fonte malléable à cœur blanc,
- MN : fonte malléable à cœur noir (structure ferritique)
- La résistance à la rupture Rm en MPa
- Éventuellement l’allongement à la rupture A en %
Nuances usuelles
| Type de fonte | Désignation numérique | Désignation symbolique | Emplois |
|---|
| Fonte à graphite lamellaire | EN-JL 1010 | EN-GJL-100 | Bonne moulabilité, bonne usinabilité
Bonne résistance à l'usure par frottement
Bon amortissement des vibrations |
| EN-JL 1020 | EN-GJL-150 |
| EN-JL 1030 | EN-GJL-200 |
| EN-JL 1040 | EN-GJL-250 | Bonnes caractéristiques mécaniques et frottantes
Bonne étanchéité (blocs moteurs, engrenages, …) |
| Fonte à graphite sphéroïdal | EN-JS 1010 | EN-GJS-350-22 | Bonne résilience
Très bonne usinabilité (vannes, vérins, …) |
| EN-JS 1020 | EN-GJS-400-18 |
| EN-JS 1030 | EN-GJS-400-15 |
| EN-JS 1060 | EN-GJS-600-3 |
| EN-JS 1070 | EN-GJS-700-2 | Très bonnes caractéristiques mécaniques
Bonne résistance à l'usure
Bonnes qualités frottantes |
| Fonte malléable | EN-JM 1010 | EN-GJMW-350-4 | Malléabilité améliorée (pièces complexes)
Bonne résilience, bonne usinabilité
Bon amortissement des vibrations |
| EN-JM 1030 | EN-GJMW-400-5 |
| EN-JM 1140 | EN-GJMB-450-6 |
| EN-JM 1150 | EN-GJMB-500-5 | Très bonnes caractéristiques mécaniques
Bonne résistance à l'usure |
| EN-JM 1180 | EN-GJMB-650-2 |
| EN-JM 1190 | EN-GJMB-700-2 |
Caractéristiques physiques et mécaniques
| Propriété | Fer pur | EN-GJL-… | EN-GJS-… | EN-GJMB/GJMW-… |
|---|
| Masse volumique ρ (kg/m3) | 7870 | 7200 | 7200 | 7300 |
| Densité d | 7,87 | 7,2 | 7,2 | 7,3 |
| Module de Young E (Gpa) | 207 | 115 | 168 | 170 |
| Module de Poisson ν | 0,27 | 0,26 | 0,28 | 0,26 |
| Conductibilité thermique λ (W/m/K) | 51,8 | 50 | 35 | 35 |
| Coefficient de dilatation linéaire α (1/K) | 11,7.10-6 | 11.10-6 | 12.10-6 | 12.10-6 |
Suivant le type de fontes utilisées, certaines caractéristiques varient considérablement... Ci-dessous un petit aperçu des caractéristiques mécaniques pour quelques nuances communes:
| Désignation | Résistance à la traction Rm (MPa) | Limite d'élasticité Rp0,2 (MPa) | Allongement à la rupture A% | Structure de la matrice | Dureté Brinnel HB |
|---|
| EN-GJS-700-2 | 700 | 470 | 2 | Perlite | 240-300 |
| EN-GJS-600-2 | 600 | 400 | 2 | Perlite | 230-280 |
| EN-GJS-500-7 | 500 | 350 | 7 | Perlite-ferritique | 210-260 |
| EN-GJS-400-15 | 400 | 250 | 15 | Ferrite | < 220 |
| EN-GJS-350-22 | 350 | 220 | 22 | Ferrite | < 200 |
| EN-GJV-350-7 | 350 | 220 | 7 | Ferrite-perlite | < 200 |
Utilisations
La fonte est utilisée pour tout type de pièces mécaniques. Pour leur majorité les pièces sont obtenues par coulée du métal liquide dans des moules en sable siliceux.
- La fonte, et particulièrement la fonte FGS, est très utilisée par l'industrie automobile pour la fabrication, par moulage puis usinage partiel, des blocs moteur, des étriers et chapes de frein à disque, des tambours de freins ou encore des volants moteurs, organes de suspension, arbre à cames, vilebrequin, etc.
- La fonte FGL est utilisée pour la fabrication de disques de freins, contrepoids (chariot élévateur), pour la réalisation d'éléments de chauffage, particulièrement ceux de haut de gamme.
- La fonte FGL est incontournable pour la réalisation des plaques de cheminée et d'inserts de cheminée.
- La fonte FGS est particulièrement utilisée en éléments de voirie comme les grilles et regards d'assainissement (grilles d'égout).
- Les fontes FGS et FGL sont utilisées pour la réalisation de mobiliers urbains comme les bancs et les rambardes ouvragées (bouches de métro Guimard), et en ornementation de bâtiments comme les appuis de fenêtre, les rosaces de portail, les pics de grille. Là, la FGS est appréciée pour sa soudabilité.
- La fonte FGL est utilisée pour la fabrication de conduites et de tuyaux. À l’exclusion, depuis quelques années, des conduites de gaz de ville car elle est trop cassante vis-à-vis des sollicitations du trafic des véhicules lourds et particulièrement lors de l’utilisation de rouleaux compresseurs à vibration par les travaux de voirie.
- La fonte FGL est préférée pour la réalisation des bâtis de machines-outils car elle a une très bonne capacité d'absorption des vibrations.
