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Fonte blanche et grise. Fonte malléable. Fontes modifiées à haute résistance. Fonte (blanche, grise, à haute résistance, malléable). Préparation, structure, étiquetage, champ d'application

Structure et propriétés des fontes.

Les alliages fer-carbone contenant plus de 2,14 % de carbone sont appelés fonte. En construction mécanique, la fonte est l'un des principaux matériaux de coulée, ce qui s'explique principalement par ses bonnes propriétés de coulée et de résistance. Il n’est pas soumis à un traitement sous pression. Le principal facteur déterminant les propriétés et, par conséquent, le champ d'application de la fonte est sa structure, qui peut être variée.

En fonction de leur structure, les fontes sont divisées en fontes blanches, grises, malléables et à haute résistance.

9.1. Fonte blanche.

La fonte blanche est appelée fonte dans laquelle tout le carbone est dans un état chimiquement lié sous forme de cémentite Fe 3 C, ce qui donne à la fonte une couleur blanche brillante.

Les transformations de phase dans ces fontes se déroulent selon le diagramme métastable Fe - Fe 3 C (voir Fig. 23). Selon leur structure, les fontes blanches sont divisées en :

a) hypoeutectique, contenant de 2,14 à 4,3 C. Ils sont constitués de perlite, de lédéburite et de cémentite secondaire, libérées par des grains d'austénite dans la plage de température de 1147° (ligne EC) à 727° (ligne SK). La cémentite secondaire fusionne avec la cémentite lédéburite et peut ne pas être visible sur une microsection en tant que composant structurel indépendant (Fig. 51a) ;

b) eutectique, contenant 4,3 % de C. Il s'agit d'eutectique - lédéburite, qui est un mélange mécanique de cémentite et de perlite (Fig. 51, b) ;

B) hypereutectique, contenant de 4,3% à 6,67 % C. Ils sont constitués de cémentite primaire, libérée sous forme de grandes plaques et de lédéburite (Fig. 51, c).

Riz. 51.Structure fonte blanche: a) hypoeutectique b) eutectique c) hypereutectique

La microstructure de la fonte blanche contient beaucoup de cémentite, elle est donc très dure et cassante, mais résiste bien à l'usure. Il est quasiment impossible de traiter par découpage (à l'exception de l'abrasif), c'est pourquoi les fontes blanches ne trouvent pas d'utilisation directe en construction mécanique ; elles sont rarement utilisées, uniquement pour la fabrication de pièces fonctionnant dans des conditions d'usure abrasive accrue (pièces de machines hydrauliques, souffleuses à sable, etc.). Produit principal de la fusion des hauts fourneaux, cette fonte est utilisée en métallurgie pour être transformée en acier (fonte brute). La fonte blanche est également utilisée en petites quantités pour produire de la fonte malléable.

9.2. Fonte grise.

La fonte grise est appelée fonte dans laquelle le carbone se trouve sous forme de graphite, sous forme de plaques ou d'éclats légèrement incurvés, ou de rosaces ramifiées à pétales lamellaires. En raison de grande quantité Structure en graphite, une telle fonte a une couleur grise lorsqu'elle est fracturée.

Le silicium favorise le processus de graphitisation, réduit le retrait, le silicium fait partie de la ferrite, formant une solution solide de substitution avec le fer α.

Le manganèse augmente la tendance de la fonte à retenir la cémentite et augmente donc la dureté de la fonte.

Le soufre est une impureté nocive dans la fonte ; il augmente leur dureté et leur fragilité 5 à 6 fois plus que le Mn et altère considérablement les propriétés de coulée.

Le phosphore en petite quantité dans la fonte est une impureté utile (contrairement aux aciers), il améliore les propriétés de coulée de la fonte grise, car le phosphore forme l'eutectique Fe+Fe2P, qui fond à une température de 983°C, ce qui est précieux pour la fonte. production de souffle à paroi mince. . Composition chimique de la fonte grise : 2,5...4 % C ; 1,0 à 4,8 % de Si ; 0,5...0,7 % de manganèse ; jusqu'à 0,12 % de S ; 0,2…0,5%P.

Sur la base de la structure de la base métallique, les fontes grises sont principalement divisées dans les groupes suivants :

1. Perlite. La structure est P + PG (graphite lamellaire), la base métallique est P et la quantité de carbone lié (Fe 3 C) est égale à la concentration eutectoïde de 0,8 % (Fig. 52, a).

2. Ferrite-perlite. La structure est F + P + PG, leur base métallique est constituée de F + P et la quantité de Fe 3 C est inférieure à la concentration eutectoïde (Fig. 52, b).

3. Ferritique. Structure F + PG. Leur base est constituée de F et Fe 3 C = 0 (Fig. 52, c).

Fig. 52. Structure de la fonte grise : a) perlitique b) ferritique-perlitique c) ferritique

Les propriétés mécaniques de la fonte dépendent des propriétés de la base métallique, du nombre et de la taille des inclusions de graphite. Lors de la conception de pièces de machines, il convient de tenir compte du fait que la fonte grise fonctionne mieux en compression qu'en traction. Ils sont peu sensibles aux coupures sous chargement cyclique, absorbent bien les vibrations lors des vibrations et possèdent des propriétés antifriction élevées grâce au pouvoir lubrifiant du graphite. Les fontes grises sont faciles à couper, bon marché et faciles à fabriquer. Outre ces propriétés positives, ils ont une résistance relativement faible et une ductilité extrêmement faible.

La qualité de la fonte grise est constituée des lettres СЧ ( fonte grise) et un chiffre montrant une valeur réduite de 10 fois (en mégapascals) de la résistance à la traction (tableau 7).

La résistance de la fonte dépend largement de l’épaisseur de la paroi de coulée. La valeur σ indiquée dans la marque correspond à des pièces moulées d'une épaisseur de paroi de 15 mm. À mesure que l'épaisseur de paroi passe de 15 à 150 mm, la résistance et la dureté de la fonte diminuent de près de moitié.

Graphite, se détériore propriétés mécaniques, confère en même temps un certain nombre de propriétés précieuses à la fonte. Il écrase les copeaux lors de la coupe, a un effet adoucissant et augmente donc la résistance à l'usure de la fonte et leur confère une capacité d'amortissement. De plus, le graphite en lamelles assure une faible sensibilité de la fonte aux défauts de surface. Grâce à cela, la résistance à la fatigue des pièces en fonte et en acier est comparable.

Selon GOST 1412-85, les pièces moulées sont fabriquées à partir de fonte grise des qualités suivantes : SCh10, SCh15, SCh18, SCh20, SCh25, SCh30, SCh35. Les chiffres dans la désignation de la marque correspondent à la résistance à la traction minimale (σ in, kgf/mm 2). La fonte SCh10 est ferritique, et à partir de SCh25 et plus - perlitique, intermédiaire - ferritique-perlitique.

Les fontes ferritiques sont utilisées pour fabriquer principalement des pièces non critiques, qui sont principalement soumises à des exigences de bonne usinabilité plutôt que de résistance, par exemple des plaques, des poids, des auges, des couvercles, des carters, etc.

Dans l'industrie automobile, la fonte ferritique-perlitique est utilisée pour fabriquer des carters, des tambours de frein, des couvercles, des pistons, des segments de piston, de grosses poulies, des engrenages, etc.

Perlite - blocs-cylindres, chemises, volants d'inertie, etc. Dans l'industrie des machines-outils, la fonte grise est le principal matériau de structure (lits de machine, tables et glissières supérieures, têtes de broche, colonnes, chariots, etc.), les résistants à l'usure comprennent les blanchis fonte grise (0H ), ayant une fine couche superficielle ayant la structure de la fonte blanche. utilisé pour la fabrication de pièces moulées de rouleaux roulants, de roues de chariot, etc.

Fontes malléables.

Le nom « fonte malléable » est conditionnel, car les produits qui en sont issus, comme toute autre fonte, ne sont pas fabriqués par forgeage, mais par coulée. Cette fonte a reçu le nom de « malléable » en raison de ses propriétés plastiques plus élevées que la fonte grise.

Le schéma de principe de la technologie de production de pièces en fonte malléable comprend deux opérations. Tout d'abord, les pièces sont produites par coulée à partir de fonte hypoeutectique blanche (composition chimique recommandée de l'alliage coulé dans les moules : 2,4...2,9 % C ; 1,0...1,6 % Si ; 0,3...1, 0 % Mn ; ≤ 0,1% S ; ≤ 0,2 % P, les pièces moulées résultantes sont ensuite soumises à un recuit graphitisant spécial (mijotage). Le recuit comprend généralement deux étapes (Fig. 53).

Tout d'abord, les pièces moulées en fonte blanche (généralement emballées dans des boîtes remplies de sable) sont chauffées lentement pendant 20 à 25 heures jusqu'à une température de 950 à 1 050 °C. Et ils sont conservés longtemps à la même température (pendant 10...15 heures). Durant cette période, se produit la première étape de graphitisation, c'est-à-dire décomposition de la cémentite, qui fait partie de la lédéburite (A + Fe 3 C), et établissement d'un équilibre stable austénite + graphite.

À la suite de la décomposition de la cémentite, du graphite en forme de flocons (carbone de recuit) se forme.

La base métallique de la fonte est formée lors de la deuxième étape du recuit lors de la transformation eutectoïde. Dans le cas d'un refroidissement continu de la pièce coulée (sous air) dans la région de température eutectoïde (727°C), l'austénite se désintègre en perlite et le processus de graphitisation n'a pas le temps de recouvrir la cémentite perlitique. La fonte adopte la structure : perlite lamellaire + graphite en paillettes (CG). Elle présente une dureté, une résistance et une faible ductilité élevées (HB 235...305, σ in = 650... 680 MPa, δ = 3,0...15 % ) . Pour augmenter la ductilité tout en maintenant une résistance suffisamment élevée, un maintien isotherme de courte durée (2 à 4 heures) de la fonte ou un refroidissement lent à des températures de 690 à 650°C est effectué. Il s’agit de la deuxième étape du recuit, qui dans ce cas est un recuit sur perlite granulaire.

Riz. 53. Programme de recuit pour fonte blanche pour malléable

En construction mécanique, la fonte malléable ferritique est largement utilisée, caractérisée par une ductilité élevée (δ = 10...12 %) et une résistance relativement faible (σ in = 370...300 MPa). La base de ferrite de la fonte est formée par passage très lent dans la plage de 760...720°C ou lors d'une exposition isotherme à 720...700°C. Ici l'austénite et la cémentite, y compris la cémentite perlitique, si la perlite a eu le temps de se réjouir, se décomposent en ferrite + graphite lamellaire. La forme en flocons du graphite est la principale raison de la résistance et de la ductilité supérieures de la fonte malléable par rapport à la fonte grise (voir tableau 7).

La durée du recuit en général est de 48 à 96 heures (la durée de l'étape II est environ 1,5 fois plus longue que celle de l'étape I). Pour réduire la durée du recuit dans la masse fondue avant de la verser dans des moules, de l'aluminium (moins souvent du bore, du bismuth, etc.) est introduit (modifié), ce qui crée des centres artificiels supplémentaires de formation de graphite. Selon GOST 1215-79, les éléments suivants sont produites des nuances de fonte malléable : KCh30-8, KCh35-10, KCh37-12, KCh45-7, KCh50-5, KCh55-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1.5. deux chiffres correspondent à la limite minimale

résistance à la traction (σ in, kgf/mm 2) ; chiffres après le tiret - allongement relatif (δ, % )

Les fontes malléables sont utilisées pour les pièces fonctionnant sous des charges de vibrations de choc (moyeux, plaquettes de frein, vilebrequins, crochets, carters d'engrenages, etc.).

Le principal inconvénient de l'obtention du CP est le long recuit des pièces moulées et la limitation de leur épaisseur de paroi (jusqu'à 50 mm). Dans les pièces passives, en raison d'un refroidissement lent pendant la cristallisation, du graphite lamellaire apparaît (au lieu de flocons), ce qui réduit la résistance et la ductilité de la fonte.

Tableau 7. Propriétés mécaniques des fontes.

Fonte grise (GOST 1412 - 85)

École 10	-	-	-190	F
École 15	-	-	163-210	F
Sch 25	-	-	180-245	F+P
Sc 35	-	-	220-275	P.

Fontes à haute résistance (GOST 7293 - 85)

HF35	140-170	F
HF45	140-225	F+P
HF 60	192-227	F+P
HF 80	248-351	P.
100 francs suisses	270-360	B

Fonte malléable (GOST 1215 – 79

CC 30 – 6	-		100-163	F+jusqu'à 10%P
CC 35 – 8	-		100-163
KCh37 – 12	-		110-163
KCH45 – 7	-		150-207
CC60-3	-		200-269	P+jusqu'à 20%F
CC80-1.5	-	1,5	270-320

9.4. Fontes à haute résistance.

La fonte à haute résistance est obtenue par modification (microalliage de fonte liquide avec du magnésium (0,1...0,5%) ou du cérium (0,2...0,3%). De plus, sous l'influence du magnésium, le graphite lors du processus de cristallisation prend sur une forme sphérique non en forme de plaque. La microstructure de la fonte modifiée sur une base ferritique et perlite est illustrée à la Fig. 54, a, b.

Riz. 54. Structure de la fonte à haute résistance : a) ferritique b) perlitique

La principale raison des propriétés mécaniques élevées de la fonte à haute résistance (tableau 7) est la forme sphérique du graphite. Le graphite nodulaire, qui a une surface minimale pour un volume donné, affaiblit nettement moins la base métallique de la fonte que le graphite en lamelles. Contrairement à ce dernier, il ne s’agit pas d’un concentrateur actif de stress.

Selon GOST 7293-85, les pièces moulées sont fabriquées à partir de fonte à haute résistance des nuances suivantes : VC35, VC40, VC45, VC50, VC60, VC70, VC80, VC100 (les chiffres dans la désignation correspondent à la résistance à la traction minimale σ en , kgf/mm2)

La fonte à haute résistance présente des caractéristiques mécaniques élevées et de bonnes propriétés de coulée et technologiques. Il est appliqué comme nouveau matériel et en remplacement de l'acier, de la fonte ductile et de la fonte grise à graphite lamellaire. Comparé à l'acier, il présente une plus grande résistance à l'usure, de meilleures propriétés antifriction et anticorrosion, une meilleure usinabilité. En raison de la densité plus faible de la pièce moulée, il est 8...10 % plus léger que l'acier. La fonte à haute résistance, contrairement à la fonte ductile, peut être utilisée pour couler des pièces de n'importe quelle section, poids et taille.

Domaines d'application : dans l'industrie des machines-outils - étriers, porte-outils, plaques frontales lourdes, broches, leviers, etc. ; pour les équipements de laminage et de forgeage - cylindres de laminage, bancs de laminoirs et marteaux de forge, brames, traverses de presse ; pour d'autres types d'équipements - tambours de palans de pelle, vilebrequins, etc.

9.5. Fontes alliées.

Les exigences relatives aux fontes alliées pour les pièces moulées présentant une résistance thermique, une résistance à la corrosion, une résistance à l'usure ou une résistance thermique accrues sont réglementées par GOST 7769-82. Les nuances de fontes alliées et leurs propriétés sont données dans le tableau. 8.

Les fontes alliées sont soumises à traitement thermique pour fournir les propriétés et la structure nécessaires.

Propriété importante la fonte alliée est résistante à l'usure.

Les fontes conformes à GOST 1585-85 sont utilisées comme fontes antifriction. Ils sont destinés à la fabrication de pièces fonctionnant dans des unités de friction avec lubrification. La norme définit les nuances de fontes antifriction, leur composition chimique, leurs caractéristiques, leur fonction, leur forme, leur taille et leur répartition du graphite, la dispersion de perlite, la nature de la répartition de l'eutectique phosphuré, la dureté et les conditions maximales de fonctionnement des pièces fabriquées à partir de ces fontes. . Ils sont à base de fer, composants constants, % : 2,2-4,3 C ; 0,5 à 4,0 Si ; 0,3-12,5 millions. Impuretés autorisées, % : 0,1-1 R ; 0,03-0,2 S.

Les marques de fontes antifriction, leurs caractéristiques et valeurs sont présentées dans le tableau. 9.

Tableau 8.

Nuances et propriétés de la fonte alliée (GOST 7769-82)

Nuance de fonte	Propriétés
CH1, CH2, CH3	Les fontes, qui ont une résistance accrue à la corrosion dans les environnements gazeux, aériens et alcalins dans des conditions de frottement et d'usure, sont résistantes à la chaleur dans l'air et peuvent résister à des températures de 500 à 700˚. destiné à la fabrication de pièces de production métallurgique, de moules pour moules en verre, de pièces d'équipements chimiques, etc.
ChH3T, ChH9N5, ChH22, ChH16M2, ChH28D2	Fontes à résistance accrue à l'usure abrasive et à l'abrasion
ChH22S	Cette fonte se caractérise par une résistance accrue à la corrosion à des températures de 1 000 °C.
ChS13, ChS15, ChS17, ChS15MA, ChS17M3	Résistant aux acides concentrés et dilués, aux solutions alcalines, aux sels
ChG6S3Sh, ChG7X4	Fontes à haute résistance aux environnements abrasifs
ChG8D3	Fonte amagnétique résistante à l'usure
ChNHT, ChNHMD, ChN2H, ChNMSh	Fontes aux propriétés mécaniques élevées, résistent bien à l’usure et à la corrosion
ChN15D3Sh, ChN19H3Sh, ChN11G7Sh, ChN20D2Sh, ChN15D7	Fontes aux propriétés mécaniques élevées, haute résistance à la corrosion et à l'érosion dans les alcalis, les solutions acides faibles, dans eau de mer. La fonte ChN20D2Sh peut être déformée plastiquement à froid

Tableau 9.

Marques de fontes antifriction, leurs propriétés et leur fonction

(GOST 1585-85)

Nuance de fonte	Propriétés et but
FAA-1	Fonte perlitique alliée au chrome (0,2-0,5 %) et au cuivre (0,8-1,6 %) ; conçu pour la fabrication de pièces travaillant en tandem avec un arbre trempé ou normalisé
FAA-2	Fonte perlitique alliée au chrome (0,2-0,5%), au nickel (0,2-0,5%), au titane (0,03-0,1%) et au cuivre (0,2-0,5% ); objectif - le même que la fonte ASCH-1
FAA-3	Fonte perlitique-ferritique alliée au titane (0,03-0,1 %) et au cuivre (0,2-0,5 %) ; les pièces fabriquées à partir d'une telle fonte peuvent fonctionner par paires avec un arbre « brut » et un arbre traité thermiquement
FAA-4	Fonte perlitique alliée à l'antimoine (0,04-0,4 %) ; utilisé pour la fabrication de pièces travaillant en tandem avec un arbre trempé ou normalisé
FAA-5	Fonte austénitique alliée au manganèse (7,5-12,5 %) et à l'aluminium (0,4-0,8 %) ; Cette fonte est utilisée pour fabriquer des pièces qui fonctionnent dans des unités de friction particulièrement chargées associées à un arbre trempé ou normalisé.
FAA-6	Fonte poreuse perlitique alliée au plomb (0,5-1,0 %) et au phosphore (0,5-1,0 %) ; recommandé pour la production de pièces fonctionnant dans des unités de friction avec des températures jusqu'à 300 ˚ C associées à un arbre « brut »
AChV-1	Fonte nodulaire perlitique ; les pièces fabriquées à partir de cette fonte peuvent fonctionner dans des unités de friction avec des vitesses périphériques accrues associées à un arbre trempé ou normalisé
AChV-2	Fonte perlitique-ferritique à graphite nodulaire ; les pièces fabriquées à partir de cette fonte fonctionnent bien dans des conditions de friction avec des vitesses périphériques accrues associées à un arbre « brut »
ABC-1	Fonte perlitique à graphite lamellaire, alliée au cuivre (1,0-1,5 %) ; conçu pour la fabrication de pièces travaillant en tandem avec un arbre traité thermiquement
ABC-2	Fonte ferritique-perlitique à graphite lamellaire ; les pièces fabriquées à partir de cette fonte fonctionnent en tandem avec un arbre « brut »

Les lettres dans les désignations des nuances de fonte signifient : ACh - fonte antifriction, C - fonte grise à graphite lamellaire, B - fonte à haute résistance à graphite nodulaire, K - fonte malléable à graphite lamellaire. La dureté des pièces moulées en fonte antifriction (de 100 à 290 HB) dépend de la teneur en éléments et des conditions de traitement thermique.

Modes de fonctionnement limites des pièces constituées de ces fontes dans les unités à friction : pression spécifique(50 - 300) 10 4 Pa (5-300 kgf/cm 2), vitesse périphérique 0,3-10 m/s.

Les alliages de fer et de carbone, dans lesquels la teneur en carbone est supérieure à 1,7 %, sont appelés fonte.

Les fontes diffèrent par leur structure, leurs méthodes de fabrication, leur composition chimique et leur fonction.
La structure de la fonte est grise, blanche et malléable. Selon les méthodes de fabrication - ordinaires et modifiées.
En fonction de sa composition chimique, la fonte est divisée en fontes non alliées et alliées, c'est-à-dire celles qui contiennent des impuretés spéciales.

fonte grise

La fonte grise est la plus largement utilisée dans la construction mécanique pour couler diverses pièces de machines. Il se caractérise par le fait que le carbone qu'il contient est à l'état libre sous forme de graphite. Par conséquent, la fonte grise peut être facilement traitée avec des outils de coupe. Lorsqu'il est cassé, il a une couleur grise et gris foncé. La fonte grise est produite par refroidissement lent après fusion ou chauffage. La production de fonte grise est également facilitée par une augmentation de la teneur en carbone et en silicium dans sa composition.
Les propriétés mécaniques de la fonte grise dépendent de sa structure.
La structure de la fonte grise est :

greffe de ferrite,
ferrite-derlite-graphite et
perlite-graphite.

Si la fonte grise refroidit rapidement après la fusion, elle blanchit, c'est-à-dire qu'elle devient très cassante et dure. La fonte grise fonctionne plusieurs fois mieux en compression qu'en traction.

La fonte grise peut être très bien soudée par préchauffage et comme matériau d'apport pour les tiges de fonte spéciales avec contenu accru carbone et silicium. Le soudage sans préchauffage est difficile en raison du blanchiment de la fonte dans les zones de soudure.

Fonte blanche

La fonte blanche est largement utilisée en construction mécanique petites quantités que le gris. C'est un alliage de fer et de carbone, dans lequel le carbone se présente sous la forme composé chimique avec du fer. La fonte blanche est très fragile et dure. Il ne peut pas être usiné avec des outils de coupe et est utilisé pour couler des pièces qui ne nécessitent pas de traitement ou sont soumises à un meulage avec des meules abrasives. En construction mécanique, on utilise la fonte blanche, à la fois ordinaire et alliée.

Le soudage de la fonte blanche est très difficile en raison de la formation de fissures lors du chauffage et du refroidissement, ainsi qu'en raison de l'hétérogénéité de la structure formée sur le site de soudage.

Fonte malléable

La fonte malléable est généralement obtenue à partir de pièces moulées en fonte blanche en les faisant mijoter longuement dans des fours à une température de 800-950°C. Il existe deux manières d'obtenir de la fonte malléable : américaine et européenne.

Dans la méthode américaine, le mijotage s'effectue dans du sable à une température de 800-850°C. Dans ce cas, le carbone d'un état chimiquement lié passe à un état libre sous forme de graphite, situé entre des grains de fer pur. La fonte acquiert de la viscosité, c'est pourquoi elle est appelée malléable.

Selon la méthode européenne, les pièces moulées sont mijotées dans du minerai de fer à une température de 850 à 950°. Dans ce cas, le carbone d'un état chimiquement lié de la surface des pièces moulées entre dans minerai de fer et de cette façon, la surface des pièces moulées est décarburée et devient molle, c'est pourquoi la fonte est appelée malléable, bien que le noyau reste cassant.

Dans les désignations des nuances de fonte malléable, après les lettres est écrit un chiffre indiquant valeur moyenne résistance à la traction en kg/mm2, suivie d'un nombre indiquant l'allongement en %.

Par exemple, KCH37-12 désigne une fonte malléable, avec une résistance à la traction de 37 kg/mm2 et un allongement de 12 %.
Le soudage de la fonte ductile se heurte à des difficultés dues au blanchiment de la fonte dans la zone de soudure.

Fonte modifiée

La fonte modifiée diffère de la fonte grise ordinaire en ce sens qu'elle contient plus de carbone sous forme de graphite que la fonte grise.

La modification réside dans le fait que lors de la fusion de la fonte, une certaine quantité d'additifs est ajoutée au métal liquide, ce qui favorise la libération de carbone sous forme de graphite lors de la solidification et du refroidissement. Ce processus de modification, avec la même composition chimique que la fonte, augmente considérablement les propriétés mécaniques de la fonte et est très important. La désignation des nuances de fonte modifiée est similaire à la désignation des nuances de fonte grise.

Les alliages de fer et de carbone (> 2,14 % C) sont appelés fonte. La présence d'eutectique dans la structure de la fonte détermine son utilisation exclusivement comme alliage de coulée. Le carbone dans la fonte peut être sous forme de cémentite ou de graphite, ou les deux sous forme de cémentite et de graphite. La cémentite donne à la fracture un éclat léger spécifique, c'est pourquoi la fonte, dans laquelle tout le carbone est sous forme de cémentite, est appelée blanche. Le graphite donne à la fonte sa couleur grise. Selon la forme du graphite et les conditions de sa formation, on distingue les groupes de fontes suivants : grise, à haute résistance à graphite nodulaire et malléable.

Fonte grise. La fonte grise (commerciale) est essentiellement un alliage de Fe - Si - C, contenant comme impuretés inévitables Mn, P et S. Dans la structure de la fonte grise, la majeure partie ou la totalité du carbone est sous forme de graphite. Fonctionnalité La structure de la fonte grise, qui détermine bon nombre de ses propriétés, est que le graphite a la forme de plaques dans le champ de vision d'une microsection. Les plus utilisées sont les fontes hypoeutectoïdes contenant 2,4 à 3,8 % de C. Plus la teneur en carbone de la fonte est élevée, plus il se forme de graphite et plus ses propriétés mécaniques sont faibles. À cet égard, la quantité de carbone dans la fonte ne dépasse généralement pas 3,8 %. Parallèlement, pour garantir des propriétés de coulée élevées (bonne fluidité), le carbone doit être d'au moins 2,4 %.

La fonte grise est marquée des lettres C - grise et Ch - fonte (GOST 1412 - 70). Les lettres sont suivies de chiffres. Les premiers chiffres indiquent la résistance moyenne à la traction et les seconds chiffres indiquent la résistance moyenne à la flexion. La résistance à la flexion est utilisée pour évaluer la ductilité de la fonte, puisque l'allongement relatif de toutes les fontes grises est pratiquement nul.

Fonte blanche et blanchie. La fonte blanche, en raison de la présence de cémentite, a une dureté élevée, est cassante et ne peut pratiquement pas être usinée, son utilisation est donc limitée. Les pièces moulées en fonte blanchie sont celles dans lesquelles les couches superficielles ont la structure de la fonte blanche (ou semi-fonte) et le noyau a la structure de la fonte grise. Entre ces zones, il peut y avoir une couche de transition. Le refroidissement jusqu'à une certaine profondeur (12 - 30 mm) est une conséquence du refroidissement rapide de la surface résultant de la coulée de la fonte dans des moules métalliques (moules) ou dans un moule en sable. Une dureté de surface élevée (HB 400-500) offre une bonne résistance à l'usure, notamment à l'usure abrasive. La fonte creuse blanchie est utilisée pour fabriquer des rouleaux de laminoirs à tôles, des roues, des boulets de broyeurs, etc. Dans ce cas, il s'agit de fontes à faible teneur en silicium. est utilisé, ce qui tend à blanchir. Sa composition approximative : 2,8-3,6% C ; 0,5 à 0,8 % de Si ; 0,4-0,6% MP. En raison des différentes vitesses de refroidissement sur la section transversale et de la production de structures différentes, la pièce moulée présente des contraintes internes importantes, qui peuvent conduire à la formation de fissures. Pour soulager les contraintes, les pièces moulées sont soumises à un traitement thermique, c'est-à-dire qu'elles sont chauffées à 500-550 C.

Fontes blanches : composition, propriétés, portée.

Le carbone est sous forme de cémentite Fe 3 C. La fracture sera blanche si elle est brisée. Dans la structure de la fonte hypoeutectique HB 550, avec la perlite et la cémentite secondaire, il existe un eutectique fragile (lédéburite), dont la quantité atteint 100 % dans la fonte eutectique. La structure de la fonte hypereutectique est constituée d'eutectique (Ep) et de cémentite primaire, qui sont libérées lors de la cristallisation du liquide sous forme de grandes plaques. Haute dureté, difficile à couper. Ch. propriété : haute résistance à l’usure. La fonte est fragile. Rarement utilisé en génie mécanique. Il est utilisé dans la fabrication de meules dans les moulins, de rouleaux dans les laminoirs et les clôtures sont fabriquées à partir de cette fonte. Si la pièce moulée est petite (jusqu'à 10 kg), de la fonte blanche se forme lors d'un refroidissement rapide.

Préparation : Trois types de fonte blanche sont fondus dans les hauts fourneaux : la fonte à coke de fonderie, la fonte à coke pigmentée et les ferroalliages.

Fonte grise.

La structure n'altère pas la ductilité, elle reste extrêmement faible. Mais cela affecte la dureté. La résistance mécanique est principalement déterminée par le nombre, la forme et la taille des inclusions de graphite. Les petits flocons de graphite en forme de tourbillon réduisent moins la résistance. Cette forme est obtenue par modification. L'aluminium, le silicocalcium et le ferrosilicium sont utilisés comme modificateurs.

La fonte grise est largement utilisée dans la construction mécanique, car elle est facile à traiter et possède de bonnes propriétés.

Selon sa résistance, la fonte grise est divisée en 10 marques (GOST 1412).

Les fontes grises, à faible résistance à la traction, ont une résistance à la compression assez élevée.

Les fontes grises contiennent du carbone - 3,2…3,5 % ; silicium – 1,9…2,5 % ; manganèse – 0,5…0,8 % ; phosphore – 0,1…0,3 % ; soufre – < 0,12 % .

La structure de la base métallique dépend de la quantité de carbone et de silicium. Avec l'augmentation de la teneur en carbone et en silicium, le degré de graphitisation et la tendance à former une structure ferrite de la base métallique augmentent. Cela conduit à un ramollissement de la fonte sans augmenter sa ductilité.

La fonte grise perlitique possède les meilleures propriétés de résistance et de résistance à l'usure.

Compte tenu de la faible résistance des pièces moulées en fonte grise aux charges de traction et d'impact, ce matériau doit être utilisé pour les pièces soumises à des charges de compression ou de flexion. Dans l'industrie des machines-outils, il s'agit de pièces de base, de pièces de carrosserie, de supports, d'engrenages, de guides ; dans l'industrie automobile - blocs-cylindres, segments de piston, arbres à cames, disques d'embrayage. Les pièces moulées en fonte grise sont également utilisées dans l'électrotechnique et dans la fabrication de biens de consommation.

Ils sont désignés par l'indice SCh (fonte grise) et un chiffre qui indique la valeur de la résistance à la traction multipliée par 10 -1 SCh 15.

Préparation : Le graphite se forme dans la fonte grise à la suite de la décomposition de la cémentite fragile. Ce processus est appelé graphitisation. La décomposition de la cémentite est provoquée artificiellement par l'introduction de silicium ou par un traitement thermique spécial de la fonte blanche.

Fonte nodulaire à haute résistance.

Les fontes à haute résistance (GOST 7293) peuvent avoir une base métallique ferritique (VCh 35), ferrite-perlite (VCh 45) et perlitique (VCh 80).

Ces fontes sont obtenues à partir de fontes grises suite à une modification au magnésium ou au cérium (ajouté 0,03…0,07% de la masse de la coulée). Par rapport aux fontes grises, les propriétés mécaniques sont augmentées, ceci est dû à l'absence d'irrégularité dans la répartition des contraintes due à la forme sphérique du graphite.

Les fontes à base de métal perlitique ont des valeurs de résistance élevées avec une valeur de ductilité plus faible. Le rapport entre la ductilité et la résistance de la fonte ferritique est inverse.

Les fontes à haute résistance ont une limite d'élasticité élevée,

ce qui est supérieur à la limite d'élasticité des pièces moulées en acier. Également caractérisé par une résistance aux chocs et à la fatigue assez élevées,

à base de perlite.

Les fontes à haute résistance contiennent : du carbone – 3,2…3,8 %, silicium – 1,9…2,6 % , manganèse – 0,6…0,8 % , phosphore – jusqu'à 0,12 % , soufre – jusqu'à 0,3 % .

Ces fontes ont une grande fluidité, le retrait linéaire est d'environ 1%. Les contraintes de coulée dans les pièces moulées sont légèrement plus élevées que pour la fonte grise. En raison du module d'élasticité élevé, l'usinabilité est assez élevée. Ils présentent une soudabilité satisfaisante.

La fonte à haute résistance est utilisée pour fabriquer des pièces moulées à paroi mince (segments de piston), des marteaux de forge, des bancs et des bâtis de presses et de laminoirs, des moules, des porte-outils et des plaques frontales.

Pièces moulées de vilebrequin pesant jusqu'à 2..3 t, au lieu des arbres en acier forgé, ils ont une ténacité cyclique plus élevée, sont insensibles aux concentrateurs de contraintes externes, ont de meilleures propriétés antifriction et sont beaucoup moins chers.

Ils sont désignés par l'indice HF (fonte à haute résistance) et un chiffre qui indique la valeur de la résistance à la traction multipliée par HF 100.

Préparation : La fonte à haute résistance (GOST 7293-79) est un type de fonte grise obtenue en la modifiant avec du magnésium ou du cérium. Les inclusions de graphite dans ces fontes sont de forme sphérique.

Fonte malléable

Produit par recuit de fonte hypoeutectique blanche.

Bonnes propriétés pour les pièces moulées sont assurées si pendant le processus de cristallisation et de refroidissement des pièces moulées dans le moule, le processus de graphitisation ne se produit pas. Pour éviter la graphitisation, les fontes doivent avoir une teneur réduite en carbone et en silicium.

Les fontes malléables contiennent : du carbone – 2,4…3,0 % , silicium – 0,8…1,4 % , manganèse – 0,3…1,0 % , phosphore – jusqu'à 0,2 % , soufre – jusqu'à 0,1 % .

La formation de la structure finale et des propriétés des pièces moulées se produit au cours du processus de recuit, dont le diagramme est présenté sur la Fig. 11.4. Les moulages sont conservés dans une étuve à une température 950…1000С pendant 15…20 heures. La cémentite se décompose : Fe 3 C → Fe y (C) + C .

La structure après exposition est constituée d'austénite et de graphite (carbone de recuit). Avec un refroidissement lent dans la gamme 760…720 °C, la décomposition de la cémentite, qui fait partie de la perlite, se produit et la structure après recuit est constituée de ferrite et de carbone de recuit (on obtient de la fonte malléable ferritique).

Avec un refroidissement relativement rapide (mode b, Fig. 11.3), le deuxième étage est complètement éliminé et on obtient une fonte malléable perlitique.

Structure en fonte, recuite selon le régime V, se compose de perlite, de ferrite et de graphite recuit (on obtient de la fonte malléable ferrite-perlite)

En termes de propriétés mécaniques et technologiques, la fonte malléable occupe une position intermédiaire entre la fonte grise et l'acier. L'inconvénient de la fonte malléable par rapport à la fonte à haute résistance est l'épaisseur limitée de la paroi pour la coulée et la nécessité d'un recuit.

Les pièces moulées en fonte ductile sont utilisées pour les pièces fonctionnant sous des charges de chocs et de vibrations. Les carters de boîtes de vitesses, les moyeux, les crochets, les supports, les pinces, les accouplements et les brides sont fabriqués en fonte ferritique.

La fonte perlitique, caractérisée par une résistance élevée et une ductilité suffisante, est utilisée pour fabriquer des fourches d'arbre de transmission, des maillons et des rouleaux de chaînes de convoyeurs et des plaquettes de frein.

Ils sont désignés par l'indice KCh (fonte à haute résistance) et deux chiffres, dont le premier indique la valeur de la résistance à la traction multipliée par, et le second - l'allongement relatif - KCh 30 - 6.

Préparation : La fonte malléable est un type de fonte grise obtenue en maintenant à long terme (jusqu'à 80 heures) la fonte blanche à haute température. Ce traitement thermique est appelé mijotage. Dans ce cas, la cémentite se désintègre et le graphite libéré lors de sa décomposition forme des inclusions floculantes. En fonction de la température et de la durée de vieillissement, des fontes malléables sont élaborées sur des bases ferritiques et ferrite-perlite.

En construction mécanique, on utilise des pièces moulées en fonte grise, malléable et à haute résistance. Ces fontes diffèrent de la fonte blanche en ce que la totalité ou la majeure partie de leur carbone est à l'état libre sous forme de graphite (et dans la fonte blanche, tout le carbone est sous forme de cémentite).

La structure de ces fontes est constituée d'une base métallique semblable à l'acier (perlite, ferrite) et d'inclusions non métalliques - graphite.

Fontes grises, malléables et à haute résistance diffèrent les uns des autres principalement par la forme des inclusions de graphite. Cela détermine la différence dans les propriétés mécaniques de ces fontes.

U fonte grise le graphite (vu au microscope) a la forme de plaques.

Le graphite a de faibles propriétés mécaniques. Il rompt la continuité du socle métallique et fait office de coupure ou de petite fissure. Plus la forme des inclusions de graphite est grande et linéaire, plus les propriétés mécaniques de la fonte grise sont mauvaises.

Différence principale fonte à haute résistance réside dans le fait que le graphite qu'il contient a une forme sphérique (arrondie). Cette forme de graphite est meilleure que la forme lamellaire, puisque dans ce cas la continuité de la base métallique est nettement moins perturbée.

Malléable fonte sont obtenus par recuit à long terme de pièces moulées en fonte blanche, ce qui entraîne la formation de graphite en forme de flocons - carbone de recuit.

Les propriétés mécaniques des fontes considérées peuvent être améliorées par traitement thermique. Il ne faut pas oublier que des contraintes internes importantes sont créées dans la fonte, c'est pourquoi les pièces moulées en fonte doivent être chauffées lentement pendant le traitement thermique pour éviter la formation de fissures.

Les pièces moulées en fonte sont soumises aux types de traitement thermique suivants.

Recuit à basse température. Pour soulager les contraintes internes et stabiliser les dimensions des pièces moulées en fonte grise, un vieillissement naturel ou un recuit à basse température est utilisé.

Une méthode plus ancienne est vieillissement naturel , dans lequel la pièce moulée, après refroidissement complet, subit un vieillissement à long terme - de 3 à 5 mois à plusieurs années. Le vieillissement naturel est utilisé lorsque l'équipement requis pour le recuit n'est pas disponible. Cette méthode n'est presque jamais utilisée à l'heure actuelle ; Ils effectuent principalement des recuits à basse température. Pour ce faire, les pièces moulées, après durcissement complet, sont placées dans un four froid (ou un four avec une température de 100-200°C) et avec lui elles sont lentement, à raison de 75-100°C par heure. , chauffés à 500-550°C, ils sont maintenus à cette température pendant 2-5 heures et refroidis à 200°C à raison de 30-50° par heure, puis à l'air.

Recuit graphitisant.

Lors de la coulée de produits, un blanchiment partiel de la fonte grise à partir de la surface ou même sur toute la section transversale est possible. Pour éliminer le refroidissement et améliorer l'ouvrabilité de la fonte, un recuit graphitisant à haute température est effectué avec exposition à une température de 900-950°C pendant 1 à 4 heures et refroidissement des produits à 250-300°C avec le four. , puis dans l'air. Avec un tel recuit dans les zones blanchies, la cémentite Fe 3 C se décompose en ferrite et en graphite, ce qui fait que la fonte blanche ou mi-fonte se transforme en grise.

Normalisation.

Les pièces moulées de forme simple et de petites sections sont soumises à une normalisation. La normalisation est effectuée à 850-900°C avec exposition pendant 1 à 3 heures et refroidissement ultérieur des pièces moulées à l'air. Avec un tel chauffage, une partie du carbone-graphite se dissout dans l'austénite ; après refroidissement à l'air, la base métallique acquiert une structure perlite de type troostite avec une dureté plus élevée et une meilleure résistance à l'usure. Pour la fonte grise, la normalisation est relativement rarement utilisée, la trempe et le revenu sont plus largement utilisés.

Durcissement.

La résistance de la fonte grise peut être augmentée en la durcissant. Il est produit par chauffage à 850-900°C et refroidissement dans l'eau. Les fontes perlitiques et ferritiques peuvent être trempées. La dureté de la fonte après trempe atteint HB 450-500. La structure de la fonte trempée contient de la martensite avec un montant significatif rétention d'austénite et de graphite. Une méthode efficace pour augmenter la résistance et la résistance à l'usure de la fonte grise est le durcissement isotherme, qui est effectué de la même manière que le durcissement de l'acier.

Fontes ductiles avec du graphite sphérique peut être soumis à un durcissement superficiel à la flamme ou à haute fréquence. Les pièces en fonte après ce traitement ont une dureté de surface élevée, un noyau visqueux et résistent bien aux chocs et à l'abrasion.

Fontes grises alliées Et fontes de magnésium à haute résistance parfois soumis à une nitruration. La dureté superficielle des produits en fonte nitrurée atteint HV600–800° C ; Ces pièces ont une résistance élevée à l'usure. Bons résultats donne la sulfuration de la fonte; par exemple, les segments de piston sulfurés se rodent rapidement, résistent bien à l'abrasion et leur durée de vie augmente plusieurs fois.

Vacances.

Pour soulager les contraintes de trempe, un revenu est effectué après la trempe. Les pièces destinées à fonctionner pour l'abrasion subissent un faible revenu à une température de 200-250° C. Les pièces moulées en fonte qui ne fonctionnent pas pour l'abrasion sont soumises à un revenu élevé à 500-600° C. Lors du revenu de la fonte durcie, la dureté diminue considérablement moins que lors du revenu de l’acier. Ceci s'explique par le fait que la structure de la fonte trempée contient une grande quantité d'austénite retenue, ainsi que par le fait qu'elle contient une grande quantité de silicium, ce qui augmente la résistance au revenu de la martensite.

Pour le recuit sur fonte ductile, la fonte blanche est utilisée approximativement comme suit : composition chimique: 2,5 à 3,2 % C ; 0,6 à 0,9 % de Si ; 0,3-0,4 % Μη ; 0,1-0,2% P et 0,06-0,1% S.

Il existe deux méthodes de recuit pour la fonte ductile :

graphité recuit en milieu neutre, basé sur la décomposition de la cémentite en ferrite et le recuit de carbone ;

décarboniser recuit dans un environnement oxydant, basé sur la combustion du carbone.

Le recuit de la fonte malléable utilisant la deuxième méthode prend 5 à 6 jours, c'est pourquoi la fonte malléable est actuellement produite principalement par graphitisation. Les pièces moulées, débarrassées du sable et des carottes, sont emballées dans des boîtes métalliques ou placées sur une palette, puis recuites dans des fours de recuit méthodiques, à chambre et autres.

Le processus de recuit comprend deux étapes de graphitisation. La première étape consiste à chauffer uniformément les pièces moulées à 950-1 000°C pendant 10 à 25 heures ; puis la température est réduite à 750-720°C à une vitesse de refroidissement de 70-100°C par heure. Dans la deuxième étape, à une température de 750-720°C, une période de maintien de 15-30 heures est donnée, puis les pièces moulées sont refroidies avec le four à 500-400°C et à cette température elles sont évacuées dans le air, où ils sont refroidis à une vitesse arbitraire. Avec un tel recuit par étapes dans la plage de température de 950 à 1 000 °C, la décomposition (graphitisation) de la cémentite se produit. À la suite du recuit dans ce mode, la structure de la fonte malléable est constituée de grains de ferrite avec des inclusions de nids de carbone - graphite recuit.

La fonte malléable perlitique est obtenue à la suite d'un recuit incomplet : après graphitisation à 950-1000°C, la fonte est refroidie en même temps que le four. La structure de la fonte ductile perlitique est composée de perlite et de carbone de recuit.

Pour augmenter la viscosité, la fonte ductile perlitique est soumise à une sphéroïdisation à une température de 700-750°C, ce qui crée une structure granulaire de perlite.

Pour accélérer le processus de recuit des fontes malléables, les produits en fonte blanche sont soumis à une trempe, puis la graphitisation est réalisée à 1000-1100°C. L'accélération de la graphitisation des fontes trempées lors du recuit s'explique par la présence d'un grand nombre de centres de graphitisation formés lors de la trempe. Cela permet de réduire le temps de recuit des pièces moulées durcies à 15 à 7 heures.

Thermiquetransformation de la fonte malléable.