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métallographiques

Nomenclature

La fonte Ni-Hard désigne une fonte résistante à l’abrasion. Les compositions chimiques et les propriétés mécaniques sont définies par la norme ASTM A532. Pour la « classe 1, type A », la teneur en carbone doit se situer entre 2,8 % et 3,6 %, la teneur en nickel entre 3,3 % et 5 % et la teneur en chrome entre 1,4 % et 4 %. La désignation selon la norme A532 est « Ni-Cr-Hc » (« Hc » pour high carbon). La dureté (classe 1, type A) pour une pièce brute de coulée doit être au moins de 550 Brinell (53 HRC).

« Ni-Cr-Hc », « classe 1, type A » et « type 1A » sont trois dénominations qui décrivent la même fonte Ni-Hard.

Méthode d’élaboration

L’échantillon a été obtenu par élaboration et coulée en moule au sable, effectuée au Département de métallurgie du Cégep de Chicoutimi. La charge de départ est composée de 65 % de ferraille recyclée et de 32 % de fonte recyclée et/ou en gueuse. L’utilisation de fonte en gueuse très pauvre en silicium a permis de réduire son effet graphitisant. La proportion restante de 3 % correspond aux additifs (Fe-Ni, Fe-Cr, SiC, FeSi50 et graphite). La température de coulée se situe à environ 1400 °C. La coulée a été effectuée en moule au sable ouvert pour produire une plaque d’une épaisseur de 0,5 pouce (12 mm).

État métallurgique

La fonte Ni-Hard à 3,5 % de carbone est totalement martensitique. Elle a été obtenue brute de coulée en moule au sable sans aucun traitement thermique subséquent.

Remarques sur la composition chimique

Cette fonte Ni-Hard hypoteutectique possède une teneur en carbone et un carbone équivalent de 3,5 %, puisque les teneurs en silicium et en phosphore sont très faibles. La teneur en carbone de 3,5 % se situe à la limite supérieure de l’intervalle de 2,8 % à 3,6 %. Les teneurs en nickel (3,24 %) et en chrome (1,7 %) respectent les intervalles de la norme A532.

Remarques sur la microstructure

Cette fonte Ni-Hard « Ni-Cr-Hc » ou « type 1A » possède une microstructure constituée de carbures primaires de type M₃C (en grandes plages blanches entourant les dendrites). Le réseau interdendritique est plus étendu avec une teneur en carbone de 3,5 % qu’avec des teneurs de 3,1 % et de 2,3 % (100X nital 2 %). Pour une pièce brute de coulée, les dendrites sont constituées de martensite (aiguilles brunâtres ou plaquettes après attaque au nital 2 %) et de bainite supérieure et inférieure incorporée dans des plages austénitiques non transformées (blanchâtres). La bainite apparaît sous forme de « plumes bleutées » (voir attaque chimique Beraha CdS) alors que les plages de lédéburite sont des agrégats composés de globules « austénite-martensite-bainite » sur fond de cémentite (en blanc). Quelques précipités de MnS sont présents (grisâtres).

Remarques sur les propriétés mécaniques

La résistance mécanique et la limite élastique ne sont pas des propriétés généralement mesurées pour les pièces fabriquées en fonte Ni-Hard. Comme ces pièces sont sollicitées en usure (par abrasion et choc), c’est principalement la dureté, et parfois le test d’impact, qui est demandée par le client. La résistance à l’abrasion est élevée sous l’action de contraintes faibles à modérées. La dureté de cet échantillon est de 635 HB (59 HRC). La majorité des fontes Ni-Hard ASTM A532, classe 1, type A atteignent une dureté supérieure à 550 HB.

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-17 Fonte Ni-Hard Classe 1, type B (2,3 % C)
• Ft-18 Fonte Ni-Hard Classe 1, type A (3,1 % C)
• Ft-20 Fonte blanche Ni-Hard (4,3 % C)
• Ft-21 Fonte blanche Ni-Hard (5,0 % C)

Applications possibles

La fonte Ni-Hard « Ni-Cr-Hc » (classe 1, type A) est reconnue pour sa résistance à l’usure par abrasion.

Applications typiques : type de fonte économique utilisée pour des applications de comminution telles que le concassage et le broyage (boulets), les plaques d’usure en fin de convoyeur à minerai, les revêtements de concasseur.

Provenance/Fabrication

La plaque d’une épaisseur de 0,5 pouce a été élaborée et coulée au Département de métallurgie du Cégep de Chicoutimi, Saguenay, Québec, Canada.

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