Qu’est-ce que la fonte à graphite lamellaire ?
La fonte à graphite lamellaire est un type de fonte grise dans laquelle le graphite a la forme d’un agrégat de flocons de fleurs.
La fonte à graphite lamellaire a une excellente capacité à absorber les vibrations et possède une grande capacité d’amortissement. De plus, le graphite a un effet lubrifiant et une bonne conductivité thermique, ce qui facilite la dissipation de la chaleur de frottement. Il possède une grande capacité d’absorption des vibrations et résiste aux chocs thermiques.
Utilisations des fontes à graphite lamellaire
1. Pièces automobiles
Blocs moteurs, culasses, etc.
2. Pièces pour machines de construction
Blocs-cylindres, carters, etc.
3. Composants de tuyauterie
Conduites d’eau, vannes, etc.
4. Pièces pour équipements électriques
Carters de moteurs, boîtes de transformateurs, etc.
Le carter du moteur est l’une des parties extérieures d’un moteur électrique et protège la structure interne du moteur. Une armoire transformatrice est l’un des composants d’un transformateur électrique, un composant en forme de boîte avec une bobine intégrée pour transformer l’énergie électrique et un bornier pour connecter les bobines dans le transformateur.
5. Composants de turbines à gaz et de turbocompresseurs
Ils comprennent les aubes de turbine, les aubes de compresseur et les roues.
Les aubes de compresseur sont des roues utilisées dans les turbomachines, telles que les turbines à gaz et les compresseurs, pour accélérer et comprimer les fluides. Les roues sont des roues rotatives utilisées dans les turbomachines et les pompes, un type de machine à fluide.
6. Pièces des unités d’entraînement et des bogies du matériel roulant
Il s’agit notamment des vilebrequins et des roues.
Principe de la fonte à graphite lamellaire
Les fontes à graphite lamellaire sont formées par refroidissement rapide dans le moule lors de la coulée. Au cours du processus de refroidissement rapide, le carbone contenu dans la fonte précipite sous forme de graphite et se présente sous la forme d’une bande.
La fonte injectée dans le moule pendant la coulée existe à l’état liquide à des températures élevées. La température à l’intérieur du moule est très élevée et se refroidit rapidement, ce qui entraîne la solidification de la fonte. Au cours de ce processus, le carbone contenu dans la fonte forme des noyaux de cristaux de graphite qui grossissent progressivement.
Normalement, la fonte présente deux microstructures, la ferrite et la perlite, le carbone étant présent dans la perlite. Toutefois, lors de la coulée, le refroidissement rapide à l’intérieur du moule inhibe la croissance cristalline de la ferrite et de la perlite. Le carbone précipite sous forme de graphite et se présente de manière caractéristique sous forme de fragments.
La ferrite est un matériau composé essentiellement de fer et de quelques éléments non métalliques, principalement du carbone et de petites quantités de silicium, de manganèse, de soufre, etc.
La perlite est un type d’acier composé de fines lamelles de ferrite et de cémentite (fer-carbone). Cette structure en couches rend la perlite très dure, solide et résistante à l’usure. Il s’agit de la microstructure la plus courante dans l’acier et elle est généralement formée par traitement thermique.
Types de fontes à graphite lamellaire
Les six types suivants sont spécifiés dans la norme japonaise JIS G 5501.
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Symboles des types |
Résistance à la traction (N/mm2) |
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FC100 |
100 et plus |
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FC150 |
150 et plus |
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FC200 |
200 et plus |
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FC250 |
250 et plus |
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FC300 |
300 et plus |
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FC350 |
350 et plus |
Propriétés de la fonte à graphite lamellaire
1. Résistance aux températures élevées
Il y a plusieurs raisons pour lesquelles les fontes à graphite lamellaire ont une résistance et une durabilité élevées contre la déformation à haute température. Tout d’abord, la disposition en flocons du graphite augmente la résistance aux charges et aux contraintes thermiques. D’autre part, la structure cristalline augmente la résistance. Elle peut être maintenue à des températures élevées. La teneur élevée en carbone signifie que la fonte ne se ramollit pas à des températures élevées.
2. Conductivité thermique
L’excellente conductivité thermique de la fonte à graphite lamellaire est due à sa fine structure cristalline. Cette structure cristalline permet de transférer efficacement la chaleur grâce à sa disposition uniforme. La faible liaison entre le fer et le graphite la rend très résistante aux contraintes thermiques. De plus, il contient des additifs qui le rendent apte à être utilisé dans des environnements à haute température, ce qui lui permet de présenter une résistance élevée à la chaleur. La fonte à graphite lamellaire est donc un matériau adapté aux environnements à haute température et lorsque la conductivité thermique est requise.
3. Résistance à la corrosion et à l’usure
La raison de la résistance élevée à la corrosion et à l’usure des fontes à graphite lamellaire réside dans la finesse de leur microstructure. Cette microstructure est une structure cristalline spécifique formée par la vitesse de refroidissement pendant la coulée et contient du graphite dans lequel le fer et le carbone ont cristallisé.
La structure cristalline spécifique est la structure cristalline fine de fer et de graphite (ferrite + structure de graphite lamellaire) formée par le refroidissement rapide de la fonte à graphite lamellaire pendant la coulée.
Cette structure cristalline forme un film d’oxyde à la surface des pièces coulées et empêche les réactions chimiques. La nature extrêmement dure, dense et chimiquement stable de la fonte à graphite lamellaire la rend très résistante à l’usure. Elle se caractérise par une faible déformation et un faible endommagement, même après de longues périodes d’utilisation.
4. Propriétés d’amortissement des vibrations
En raison de la forme de l’arrangement du graphite, la fonte à graphite lamellaire a une grande capacité d’absorption des vibrations et est parfois utilisée pour supprimer les vibrations dans les pièces de machines et les machines-outils.
En raison des excellentes propriétés acoustiques de la fonte à graphite lamellaire, elle est parfois utilisée dans les instruments de musique et les haut-parleurs. Toutefois, en fonction des conditions de vibration des pièces de machines et des machines-outils réellement utilisées, la capacité d’absorption des vibrations de la fonte graphite lamellaire peut ne pas être suffisante. Une analyse globale doit être effectuée lors de la sélection du matériau.
Autres informations sur la fonte à graphite lamellaire
Durabilité de la fonte à graphite lamellaire
La structure cristalline des fontes à graphite lamellaire gneissique influence leur résistance et leur durabilité car le graphite est disposé en flocons pendant la coulée. Toutefois, en cas de refroidissement rapide pendant la coulée, le fer et le carbone peuvent cristalliser pour former de la cémentite blanche. La cémentite est plus dure et plus fragile que le graphite et peut réduire la solidité et la résistance à l’usure des pièces moulées.
La cémentite est un composé dur et cassant composé de fer et de carbone, dont la formule chimique est Fe3C. La cémentite peut être présente dans la microstructure de la fonte et de l’acier, où le fer et le carbone forment une structure eutectique. La proportion de cémentite a tendance à augmenter à des vitesses de refroidissement plus élevées dans la fonte et l’acier et dans les aciers à haute teneur en carbone.