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RÉSUMÉ
L'article présente l'ensemble des opérations métallurgiques qui permettent d'obtenir une fonte liquide utilisable pour la coulée des pièces en fonte, et les différentes opérations nécessaires à la préparation de l'alliage liquide, en quantité et en qualité, pour remplir les moules préparés sur les chantiers de moulage. Ces différents chantiers de moulage imposent des flux de production différents qui justifient l'utilisation de moyens de fusion différents. Le choix de ces moyens de fusion, l'optimisation des charges métalliques et des traitements de la fonte liquide conduisent à un coût minimal de l'élaboration du métal liquide. Les élaborations des fontes à graphite lamellaire, des fontes à graphite sphéroïdal sont décrites avec les contrôles d'atelier qui assure la qualité de ces matériaux.
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Alex RÉMY : Ingénieur Arts et Métiers - Professeur - École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, Paris, France
INTRODUCTION
L’élaboration d’une fonte commence par le choix de la composition chimique de base. Cette composition impose les matières premières qui constituent les charges des moyens de fusion, les traitements de la fonte à l’état liquide, la détermination des pertes ou gain au feu. En règle générale, le cahier des charges de la pièce moulée à fournir est caractérisé par les propriétés mécaniques et physiques du matériau utilisé pour la fabriquer. Ces caractéristiques dépendent conjointement de la composition chimique finale et de la microstructure de la fonte. Cette microstructure est largement influencée par les vitesses de refroidissement pendant la solidification et à l’état solide, et par les traitements à l’état liquide du matériau. Il revient au fondeur de choisir la composition chimique de base initiale et les moyens de fusion à utiliser pour répondre au cahier des charges. Le choix des moyens de fusion utilisés est également fonction du flux d’alliage liquide à fournir au chantier de moulage et de sa flexibilité.
Certaines des caractéristiques imposées ne peuvent être obtenues qu’en utilisant des éléments d’alliage en teneur importante. Pour les fontes spéciales, les teneurs en éléments d’alliage sont encadrées par les normes ; dans les sabots de frein SNCF, par exemple, la teneur en phosphore est étroitement spécifiée pour la fonte à graphite lamellaire.
Les contrôles d’atelier sont mis en place pour prédire la microstructure et la composition de la fonte afin d’optimiser le coût de l’élaboration et d’intervenir par des traitements à l’état liquide de la fonte. Ces contrôles avant coulée permettent d’éviter les rebuts pour non-conformité de composition chimique ou de microstructure.
L’article présente l’ensemble des opérations métallurgiques qui permettent d’obtenir une fonte liquide utilisable pour la coulée des pièces en fonte, et les différentes opérations nécessaires à la préparation de l’alliage liquide, en quantité et en qualité, pour remplir les moules préparés sur les chantiers de moulage.
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3. Contrôles en atelier de l'élaboration des fontes
La qualité de l’élaboration des fontes nécessite de vérifier que chacune des opérations qui conduit à la fourniture de la fonte liquide au chantier de moulage a été exécutée. Le contrôle de la qualité des charges métalliques, des pesées et des consignes de sécurité n'est pas développé dans ce paragraphe. Nous présentons les contrôles d’atelier qui permettent d’ajuster au besoin la température et la qualité métallurgique de la fonte juste avant la coulée des pièces et, en tout cas, d’éviter que ces pièces non conformes ne s’engagent dans les circuits de finition. Une fonte liquide non conforme est le plus souvent recyclable telle quelle ou après lingotage, ce qui est préférable à la refusion des pièces rebutées.
3.1 Essai de trempe des fontes
La mise en contact d’une fonte liquide et d’un bloc métallique froid (refroidisseur) provoque immédiatement une solidification dirigée sous gradient thermique intense. Après solidification complète, la microstructure obtenue est fonction de la distance au refroidisseur. L’examen à l’œil nu d’une cassure dans un plan normal à la face du refroidisseur fait apparaître nettement trois zones :
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une zone de fonte blanche (eutectique entièrement carburique) au voisinage du refroidisseur, dite zone trempée ;
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une zone de transition truitée où apparaît le graphite mêlé à des carbures eutectiques ;
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une zone indéfinie grise (eutectique entièrement graphitique) de texture à grains.
Le contrôle d’atelier consiste à prélever du métal à la louche, à couler l’éprouvette dans le moule défini à la figure 12, à la casser et à mesurer la profondeur de trempe pour une estimation suivant l’expérience de la structure probable dans les différentes parties de la pièce. Il est ainsi établi une valeur consigne de la profondeur de trempe. Si la zone trempée est trop profonde, il est possible d’ajouter du silicium sous forme...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LACOSTE (I.) - Bulletin trimestriel sur les matières premières en fonderie - Fonderie magazine n° 41, pp. 13-16 (janvier 2014).
-
(2) - HECHT (M.) - La ferraille d’acier et la fonderie de fonte - ETIF Paris (1991).
-
(3) - PARENT (S.), MARGERIE (J.C.) - Études des fontes hématites par un essai de seconde fusion - Fonderie n° 264, pp. 61-77 (février 1968).
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(4) - SCIAMA (G.), ARLIGUIE (J.P.) - Exemple d’optimisation d’un lit de fusion - Fonderie, Fondeur d’aujourd’hui, n° 45, pp. 7-10 (1985).
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(5) - SCIAMA (G.) - Les calculs de fusion par micro-ordinateur - Fonderie, Fondeur d’aujourd’hui, n° 102, pp. 14-23 (février 1990).
-
(6) - GODINOT (P.), LACOSTE (I.) - Évolution...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Les matériels d'analyse thermique pour la fonderie sont commercialisés par :
-
Novacast avec le logiciel ATAS pour Adaptative Thermal Analysis System (dans lequel un système expert est utilisé pour interpréter les courbes). Novacast est un des précurseurs de l'analyse thermique ;
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Foseco-Vesuvius et ProserviceSrl pour l'ITACA 8 (Thermal analysis Software) ;
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Heraeus Electro-Nite avec le QuiK-Lab-E thermal analysis instrument et le godet QuiK-Cup ;
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Azterlan qui a développé le logiciel Thermolan (pour la fonte et l'aluminium) ;
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Northerm Instruments Ltd avec le DIGICARB 2D et 3.
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