Bibliothèque d'images
métallographiques

Nomenclature

La fonte ADI « 1400-1100-02 » désigne une fonte à graphite sphéroïdal possédant une matrice ausferritique obtenue par traitement thermique. Ses propriétés mécaniques minimales sont une résistance mécanique de 1400 MPa, une limite élastique de 1100 MPa et un allongement à la rupture de 2 % (norme ASTM A897 Grade 4). Sa dureté se situe entre 388 HB et 477 HB. Ses autres désignations sont ASTM « 200-155-01 » et 1400-01 (ISO).

Méthode d’élaboration

L’échantillon a été produit par Applied Process. La pièce a été obtenue par coulée en moule au sable. Le traitement thermique typique est :

1. Austénitisation (850 °C-930 °C), habituellement au four à atmosphère contrôlée (non oxydante);
2. Trempe et maintien isotherme dans un bain de sels (sels de sodium et de potassium) ou de plomb. La durée de maintien est en général de l’ordre de 1 heure à 2 heures et la température du bain de trempe se situe entre 275 °C et 310 °C;
3. Refroidissement à l’air jusqu’à la température ambiante. 

Il est à noter que ce type de traitement thermique permet une transformation de phase à température constante et contrôlée, ce qui minimise les distorsions (et fissures) dans la pièce par rapport à un traitement de trempe (à l’huile ou à l’eau), qui entraîne des différences de températures entre différentes sections de pièce.

État métallurgique

La fonte ADI Grade 4 « 1400-1100-02 » a été obtenue à la suite d’un traitement thermique d’austénitisation et de trempe étagée réalisé après l’obtention de la pièce coulée (moule au sable). La pièce produite à l’origine (avant traitement thermique) est généralement une fonte ductile de type « GS 100-70-03 ».

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 de la fonte d’origine (avant traitement thermique).

Des éléments d’alliage augmentant la trempabilité comme le chrome (0,06 %), le molybdène (0,01 %) et le nickel (0,05 %) sont présents en faible quantité afin que le risque de formation de carbures diminue.

La composition chimique est ajustée en fonction de la grosseur de la pièce afin que les propriétés finales soient celles prescrites par la norme A897.

Remarques sur la microstructure

Après l’obtention d’une fonte ductile (GS) « 100-70-03 », le traitement thermique (austénitisation suivie d’une trempe étagée à une température supérieure à la transformation martensitique) permet d’obtenir une matrice dite ausferritique constituée de ferrite aciculaire (en forme d’aiguilles) et de carbone stabilisé dans une phase d’austénite dite « retenue » (non transformée).

Cependant, à une température du bain de trempe étagée autour de 280 °C, la présence d’ausferrite est très faible, faisant place à une microstructure dominée par la phase martensitique et contenant aussi quelques plages d’austénite dite « retenue ».

La martensite procure une résistance mécanique et une résistance à l’usure supérieures à celles des fontes GS non traitées et des autres grades inférieurs de fontes ADI. De même, ce type de matrice permet de maintenir un allongement à la rupture qui rivalise avec la fonte GS « 100-70-03 » et plusieurs aciers trempés et revenus.

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 99 % pour une densité nodulaire de 264 nod/mm²*. Le diamètre moyen des nodules est de 22 µm avec une étendue variant entre 10 µm et 70 µm. Les données quantitatives pour la proportion des phases sont : austénite retenue (15-20 %), martensite (70-75 %), graphitique (10 % +/-  1 %).

* 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

La résistance mécanique de 1433 MPa, la limite élastique de 1225 MPa et l’allongement à la rupture de 2,9 % surpassent les valeurs prescrites par la norme ASTM A897. Cet alliage entre en concurrence et supplante plusieurs aciers faiblement alliés traités thermiquement par trempe suivi d’un revenu (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-07 Fonte GS A536 100-70-03
• Ft-12 Fonte ADI A897 900-650-09
• Ft-13 Fonte ADI A897 1050-750-07
• Ft-14 Fonte ADI 1200-850-04

Applications possibles

L’utilisation des fontes ADI est en forte croissance. La résistance mécanique et la ténacité de la fonte ADI permettent une réduction pouvant atteindre 25 % de la masse par rapport à une pièce en acier forgé ainsi qu’une simplification des étapes de fabrication.

Ce type de fonte ADI est sélectionné lorsque l’application requiert une limite élastique, une résistance mécanique et une résistance à l’usure élevées. Sa ténacité est toutefois la plus faible du groupe.

Communément appelé, en anglais, ADI Grade 4, ce grade de fonte ADI permet une utilisation dans un environnement d’usure par abrasion et surpasse (intervalle 40-50 HRC) la performance d’une fonte trempée et revenue.

Applications typiques (domaines des mines, du transport et de l’agriculture) : arbres à cames, engrenages (moteurs diesel Cummins et différentiels), crochets de remorquage (camionnettes General Motors), pignons, attelages, bras de suspension d’automobiles et de tracteurs, supports de ressorts, bielles, socs de charrue.

Provenance/Fabrication

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

Contributeur(s)