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métallographiques

Nomenclature

 La fonte ductile (GS) « 65-45-12 » désigne une fonte à graphite sphéroïdal (GS) possédant une résistance mécanique d’au moins 60 ksi, une limite d’élasticité de 40 ksi et un allongement à la rupture minimal de 18 % (norme ASTM A536). La dureté mesurée en Brinell se situe typiquement entre 149 HB et 187 HB (non normée). Les autres désignations sont FGS-400-18 (France), EN-JS-400-18, FNG38-17 (Belgique), D4018 (SAE) et 400-18 (ISO).

Méthode d’élaboration

La pièce a été obtenue par coulée en moule au sable à vert et traitement thermique. Le recuit de ferritisation comporte les étapes suivantes :

1. Montée jusqu’à 875 °C à un taux de 90 °C/h;
2. Maintien à 875 °C pendant 2 heures (section d’une épaisseur de 2 po);
3. Refroidissement jusqu’à 700 °C à un taux de 55 °C/h
4. Maintien à 700 °C pendant 2 heures (pièce d’une épaisseur de 2 po);
5. Refroidissement jusqu’à 345 °C à un taux de 55 °C/h, puis refroidissement à l’air.

État métallurgique

Cette fonte GS de désignation « 60-40-18 » a été obtenue brute de coulée (sable), et un traitement thermique de recuit de ferritisation a été appliqué pour obtenir une microstructure à matrice ferritique.

Remarques sur la composition chimique

La teneur en carbone est de 3,39 % et la teneur en silicium est de 2,45 % (carbone équivalent de 4,2 %). La teneur en manganèse est de 0,29 % et celle du cuivre, 0,2 %. La sphéroïdisation est réalisée avec un inoculant à base de Fe-Si-Mg.

 

Remarques sur la microstructure

À l’état non attaqué (100X), la taille des nodules de graphite ainsi que leur dispersion dans la matrice sont plus faciles à évaluer par analyse d’images. La nodularité est de 98 % pour une densité nodulaire de 215 nod/mm²*. Le diamètre moyen des nodules est de 68 µm, avec une valeur minimale de 10,1 µm et une valeur maximale de 245 µm. Les données quantitatives pour la proportion des phases sont : perlitique (15 %**), ferritique (76 %), graphitique (9 %).

Le traitement thermique a dégradé partiellement les nodules de graphite, laissant un pourtour dentelé. De même, le maintien à 875 °C a sphéroïdisé la perlite, qui n’est plus lamellaire.

À l’état attaqué au nital 2 %, la matrice est ferritique (blanche) avec quelques plages de perlite sphéroïdisée. La microstructure constituée de grains de ferrite autour des nodules de graphite révèle le processus de graphitisation lors de la solidification, qui appauvrit en carbone la zone adjacente.

* Selon la norme ASTM 2567E et le facteur de forme de 0,6. La précision pour la nodularité est de +/- 15 nod/mm².

** Pour répondre à la norme BS EN 1563 en matière de ténacité (Charpy avec entaille), la matrice doit contenir moins de 15 % de perlite.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Traduite en unités d’ingénierie du système international, la fonte GS « 60-40-18 » devient 414 MPa-276 MPa-18 %. Les valeurs mesurées pour la résistance mécanique, la limite élastique et l’allongement à la rupture surpassent les valeurs prescrites par la norme ASTM A536. Cette microstructure permet à la fois un usinage à grande vitesse et une très faible rugosité de surface. Les propriétés de cet alliage le rendent apte à la fabrication de composants de machines sujets aux chocs. La norme européenne BS EN 1563 spécifie les ténacités minimales (Charpy avec entaille) pour la fonte GS EN-JS-400-18 avec 14 joules à 20 °C et 12 joules à -20 °C.

Préparation métallographique

1. Meulage : 2x (180 grains, 2 min.), 2x (220 grains, 2 min.), 2x (320 grains, 2 min.);
2. Polissage avec particules diamantées MD-Largo 6 µm (5 min.), MD-DAC 3 µm (4 min.), MD-NAP 1 µm (2 min.), MD-CHEM avec OP-U Non-Dry (1 min.).

Fiches d’alliages associés

• Ft-05 Fonte GS A536 65-45-12

Applications possibles

Cette classe de fonte GS « 60-40-18 » permet des applications de service général et possède une résistance mécanique comparable à celle d’un acier SAE 1020 laminé à chaud. La principale caractéristique de cette classe de fonte GS est la résistance supérieure aux chocs même à basse température.

Applications possibles : rotors à pompes hydrauliques, ébauches d’engrenages (gear blank), béliers, glissières pour machines-outils, plaques-modèles pour la fonderie, pinces, corps de soupapes, collecteurs, soupapes de compresseurs, bagues de cylindres hydrauliques, bagues de tiges (rod bushings), stators d’éoliennes.

Provenance/Fabrication

La pièce est un don d’un industriel, Québec, Canada.

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