Le but essentiel de cet article est de définir la nature et les propriétés des fontes à graphite lamellaire, non alliées ; ces fontes, dites en langage courant fontes ordinaires, ne constituent pas seulement les pièces moulées qui font l’objet de la norme NF A 32-101 (juin 1987) ; elles ont des applications plus larges encore. Les généralités initiales se rapporteront bien entendu en grande partie à l’ensemble des fontes, y compris les fontes spéciales (fontes malléables, fontes à graphite sphéroïdal, fontes alliées) ; de même, l’étude des propriétés inclura, en vue de faciliter les comparaisons et pour bien montrer l’unité profonde de la famille des fontes, des rappels touchant les fontes spéciales ; mais c’est dans les articles Propriétés des fontes à graphite nodulaire [M 390] et Fontes spéciales alliées [M 400] que l’on trouvera les renseignements spécifiques concernant ces dernières.
Quand il s’agit d’étudier les propriétés et plus particulièrement les caractéristiques mécaniques des fontes, on doit toujours avoir présent à l’esprit qu’elles dépendent beaucoup plus directement de la structure de l’échantillon ou de la pièce examinés que de sa composition chimique.
Il suffira pour illustrer cette affirmation de rappeler qu’à partir d’une même poche de coulée on peut obtenir, en jouant sur la vitesse de refroidissement dans le moule (c’est-à-dire par exemple sur l’épaisseur des pièces coulées), toute la variété des structures allant depuis la fonte blanche (dureté Brinell de l’ordre de 400) jusqu’à la fonte grise à graphite grossier (dureté Brinell inférieure à 150).
Ce sont donc beaucoup plus les caractéristiques structurales que les caractéristiques chimiques qu’il y a lieu de considérer dans l’étude des propriétés utiles des fontes.
De ce point de vue, nous définissons donc les fontes comme des alliages ferreux moulés, dérivés du système fer-carbone, et contenant effectivement de l’eutectique (plus ou moins dégénéré d’ailleurs) comme constituant ou agrégat identifiable après la solidification.
Cela revient en pratique à les considérer comme des aciers (relativement impurs) suffisamment riches en carbone pour que le graphite ou les carbures en excès ne puissent être remis en solution dans la matrice par aucun traitement thermique, hormis la fusion.
Si le carbone eutectique est combiné sous forme de cémentite la fonte est blanche ; s’il est présent à l’état de graphite, elle est grise ; dans les cas intermédiaires la fonte est truitée.
On apprécie donc métallographiquement la qualité d’une fonte par un examen de structure portant sur :
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la forme, la répartition et les dimensions des particules de graphite (fascicule A 32-100, juillet 1967) ou éventuellement de carbures libres ;
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la nature de la matrice et des constituants inclus (eutectique phosphoreux, sulfures, ....) ;
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le grain macroscopique correspondant à la forme cellulaire de l’eutectique fer-graphite.
Avant d’aborder la description et l’interprétation des propriétés, nous allons étudier en détail dans un premier paragraphe les phénomènes physiques, chimiques et métallurgiques généraux qui définissent et contrôlent la constitution des fontes moulées.
