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métallographiques

Nomenclature

La fonte ductile (GS) « 100-70-03 » désigne une fonte à graphite sphéroïdal possédant une résistance mécanique d’au moins 100 ksi (689 MPa), une limite d’élasticité de 70 ksi (483 MPa) et un allongement à la rupture minimal de 3 % (norme ASTM A536). La dureté mesurée en Brinell si situe typiquement entre 220 HB et 320 HB. Les autres désignations sont FGS700-2 (France), FNG70-2 (Belgique), D7003 (SAE), F34800 (UNS) et 700-2 (ISO).

Méthode d’élaboration

L’échantillon a été produit par Applied Process Inc. La pièce a été obtenue par coulée en moule au sable. La sphéroïdisation est réalisée avec un inoculant à base de Fe-Si-Mg et de cérium. Les paramètres d’élaboration ne sont pas disponibles. Cette fonte de base « 100-70-03 » est utilisée pour fabriquer les fontes traitées par trempe étagée ausferritique (ADI).

État métallurgique

Cette fonte GS de désignation « 100-70-03 » a été obtenue brute de coulée (sable) sans aucun traitement thermique réalisé après la coulée.

Remarques sur la composition chimique

La teneur en carbone est de 3,76 % et la teneur en silicium est de 2,37 % (carbone équivalent de 4,55 %). La sphéroïdisation est réalisée avec un inoculant à base de Fe-Si-Mg et de cérium (0,011 %). Du cuivre a été ajouté à 0,7 % pour favoriser la perlitisation au refroidissement.

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 408 nod/mm²*. Le diamètre moyen des nodules est de 18 µm, avec une valeur minimale de 10 µm et une valeur maximale de 85 µm. Les données quantitatives pour la proportion des phases sont : perlitique (83 %), ferritique (7 %), graphitique (12 %).

L’attaque au picral 4 % ne révèle que la perlite, sans révéler les joints de grains (typique de cette attaque chimique). Avec le nital 2 % sur le picral 4 %, la microstructure révèle quelques plages ferritiques autour des nodules de graphite, ce qui montre comment le processus de graphitisation appauvrit en carbone la zone adjacente. La perlite est relativement fine (voir à 1000X de grossissement) et pratiquement impossible à résoudre dans certains grains perlitiques. Cette matrice perlitique procure une résistance mécanique et une résistance à l’usure supérieures à celles de la fonte GS « 80-55-06 ».

Cette microstructure obtenue brute de coulée peut ensuite être transformée par traitement thermique (trempe étagée bainitique) pour produire la fonte ADI (austempered ductile iron). C’est aussi cette microstructure qui procure la meilleure réponse au durcissement superficiel.

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

Remarques sur les propriétés mécaniques

Traduite en unités d’ingénierie du système international, la fonte GS « 100-70-03 » devient 689 MPa-483 MPa-3 %. Les valeurs mesurées pour la résistance mécanique et l’allongement à la rupture surpassent les valeurs prescrites par la norme ASTM A536. Cependant, la limite élastique est inférieure à la norme (415 MPa au lieu de 483 MPa). Cette microstructure perlitique permet l’usinage à vitesse moyenne (moindre que la fonte GS « 80-55-06 »), mais peut procurer une très faible rugosité de surface. Les propriétés augmentées de cet alliage le rendent apte à la fabrication de composants de machines sujets à la sollicitation élevée à la tension, à la compression, à l’usure et à la fatigue (il n’est toutefois pas recommandé en cas de chocs). Cette fonte GS « 100-70-03 » entre en concurrence avec plusieurs aciers au carbone, selon l’application.

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-12 Fonte ADI A897 900-650-09
• Ft-13 Fonte ADI A897 1050-750-07
• Ft-14 Fonte ADI 1200-850-04
• Ft-15 Fonte ADI 1400-1100-02

Applications possibles

Cette classe « 100-70-03 » est très présente sur le marché. Elle permet d’atteindre une résistance mécanique comparable à celle des aciers moyens carbone traités thermiquement, et ce, directement après la coulée de la pièce en moule au sable. Ce grade de fonte GS offre une bonne usinabilité, une très bonne résistance à l’usure et à la compression et un très bon fini de surface après usinage.

Applications possibles : rotors à pompes hydrauliques, collecteurs, blocs-cylindres automobiles, ébauches d’engrenage (gear blank), béliers, roues d’inertie, poulies, glissières pour machines-outils, plaques-modèles pour la fonderie, pinces, corps de soupape, soupapes de compresseurs, bagues de cylindres hydrauliques, bagues de tiges (rod bushings), moules pour pneus, pièces automobiles telles étriers de freins, arbres à cames, cylindres, bielles, pignons et engrenages.

Provenance/Fabrication

La pièce (plaque) a été produite par Applied Process Inc., Michigan, États-Unis.

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