Qu’est–ce que la Fonte Brute – Définition du fer Brut

En général, la fonte brute est un produit intermédiaire de l’industrie du fer. La fonte brute, également appelée fer brut, est produite par le procédé du haut fourneau et contient jusqu’à 4-5% de carbone, avec de petites quantités d’autres impuretés comme le soufre, le magnésium, le phosphore et le manganèse. La fonte brute est fournie dans une variété de tailles et de poids de lingots, allant de 3 kg à plus de 50 kg. La fonte n’est pas un produit vendable, mais plutôt une étape intermédiaire dans la production de fonte et d’acier. La réduction des contaminants dans la fonte brute qui affectent négativement les propriétés des matériaux, tels que le soufre et le phosphore, donne de la fonte contenant 2 à 4% de carbone, 1 à 6% de silicium et de petites quantités de manganèse.

Propriétés de la fonte

Les propriétés des matériaux sont des propriétés intensives, c’est-à-dire qu’elles sont indépendantes de la quantité de masse et peuvent varier d’un endroit à l’intérieur du système à tout moment. La base de la science des matériaux consiste à étudier la structure des matériaux et à les relier à leurs propriétés (mécaniques, électriques, etc.). Une fois qu’un scientifique des matériaux connaît cette corrélation structure-propriété, il peut ensuite étudier la performance relative d’un matériau dans une application donnée. Les principaux déterminants de la structure d’un matériau et donc de ses propriétés sont ses éléments chimiques constitutifs et la manière dont il a été transformé dans sa forme finale.

Propriétés mécaniques de la fonte

Les matériaux sont fréquemment choisis pour diverses applications car ils présentent des combinaisons souhaitables de caractéristiques mécaniques. Pour les applications structurelles, les propriétés des matériaux sont cruciales et les ingénieurs doivent en tenir compte.

Résistance de la fonte brute

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à résister à une charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. La résistance des matériaux tient essentiellement compte de la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou le changement de dimensions du matériau qui en résulte. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Résistance à la traction ultime

La résistance à la traction ultime de la fonte brute varie considérablement et dépend de la forme que prend le carbone dans l’alliage. Le niveau élevé de carbone le rend relativement faible et cassant. La réduction de la quantité de carbone à 0,002–2,1% en masse produit de l’acier, qui peut être jusqu’à 1000 fois plus dur que le fer pur.

La résistance à la traction ultime est le maximum sur la courbe de contrainte-déformation technique. Cela correspond à la contrainte maximale que peut supporter une structure en tension. La résistance à la traction ultime est souvent raccourcie à “résistance à la traction” ou même à “l’ultime”.”Si cette contrainte est appliquée et maintenue, il en résultera une fracture. Souvent, cette valeur est nettement supérieure à la limite d’élasticité (jusqu’à 50 à 60% de plus que le rendement de certains types de métaux). Lorsqu’un matériau ductile atteint sa résistance ultime, il subit un rétrécissement où la section transversale diminue localement. La courbe contrainte-déformation ne contient pas de contrainte supérieure à la résistance ultime. Même si les déformations peuvent continuer à augmenter, la contrainte diminue généralement une fois que la résistance finale a été atteinte. C’est une propriété intensive; sa valeur ne dépend donc pas de la taille de l’éprouvette. Cependant, elle dépend d’autres facteurs, tels que la préparation de l’échantillon, la présence ou non de défauts de surface et la température de l’environnement et du matériau d’essai. Les résistances à la traction ultimes varient de 50 MPa pour un aluminium à 3000 MPa pour les aciers à très haute résistance.

Limite d’élasticité

La limite d’élasticité de la fonte brute varie considérablement et dépend de la forme que prend le carbone dans l’alliage.

La limite d’élasticité est le point sur une courbe contrainte-déformation qui indique la limite du comportement élastique et le comportement plastique initial. La limite d’élasticité ou limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. Avant la limite d’élasticité, le matériau se déformera élastiquement et retrouvera sa forme d’origine lorsque la contrainte appliquée sera éliminée. Une fois la limite d’élasticité passée, une partie de la déformation sera permanente et non réversible. Certains aciers et autres matériaux présentent un comportement appelé phénomène de limite d’élasticité. Les limites d’élasticité varient de 35 MPa pour un aluminium à faible résistance à plus de 1400 MPa pour les aciers à très haute résistance.

Module d’élasticité de Young

Le module d’élasticité de Young de la fonte brute varie considérablement et dépend de la forme que prend le carbone dans l’alliage.

Le module d’élasticité de Young est le module élastique pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction. Jusqu’à une contrainte limitante, un corps pourra retrouver ses dimensions lors de l’enlèvement de la charge. Les contraintes appliquées font que les atomes d’un cristal se déplacent de leur position d’équilibre. Tous les atomes sont déplacés de la même quantité et conservent leur géométrie relative. Lorsque les contraintes sont éliminées, tous les atomes reviennent à leurs positions d’origine et aucune déformation permanente ne se produit. Selon la loi de Hooke, la contrainte est proportionnelle à la contrainte (dans la région élastique) et la pente est le module de Young. Le module d’Young est égal à la contrainte longitudinale divisée par la contrainte.

Dureté de la fonte brute

La dureté brinell de la fonte brute varie considérablement et dépend de la forme que prend le carbone dans l’alliage.

En science des matériaux, la dureté est la capacité de résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et aux rayures. La dureté est probablement la propriété du matériau la moins définie car elle peut indiquer une résistance aux rayures, une résistance à l’abrasion, une résistance à l’indentation ou même une résistance à la mise en forme ou à la déformation plastique localisée. La dureté est importante d’un point de vue technique car la résistance à l’usure par frottement ou érosion par la vapeur, l’huile et l’eau augmente généralement avec la dureté.

L’essai de dureté Brinell est l’un des essais de dureté par indentation, qui a été développé pour les essais de dureté. Dans les essais Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester. L’essai typique utilise une bille d’acier trempé de 10 mm (0,39 po) de diamètre comme pénétrateur avec une force de 3 000 kgf (29,42 kN; 6 614 lbf). La charge est maintenue constante pendant un temps déterminé (entre 10 et 30 s). Pour les matériaux plus mous, une force plus faible est utilisée; pour les matériaux plus durs, une bille de carbure de tungstène est remplacée par la bille d’acier.

Le test fournit des résultats numériques pour quantifier la dureté d’un matériau, qui est exprimée par le nombre de dureté Brinell – HB. Le numéro de dureté Brinell est désigné par les normes d’essai les plus couramment utilisées (ASTM E10-14 et ISO 6506-1: 2005) comme HBW (H de la dureté, B de brinell et W du matériau du pénétrateur, le carbure de tungstène (wolfram)). Dans les anciennes normes, HB ou HBS étaient utilisés pour désigner les mesures effectuées avec des pénétrateurs en acier.

Le numéro de dureté Brinell (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation:

Il existe une variété de méthodes d’essai couramment utilisées (par exemple Brinell, Knoop, Vickers et Rockwell). Il existe des tableaux qui mettent en corrélation les nombres de dureté des différentes méthodes d’essai pour lesquelles une corrélation est applicable. Dans toutes les échelles, un nombre de dureté élevé représente un métal dur.

Propriétés thermiques de la Fonte Brute

Les propriétés thermiques des matériaux se réfèrent à la réponse des matériaux aux variations de leur température et à l’application de chaleur. Comme un solide absorbe de l’énergie sous forme de chaleur, sa température augmente et ses dimensions augmentent. Mais différents matériaux réagissent différemment à l’application de chaleur.

La capacité thermique, la dilatation thermique et la conductivité thermique sont des propriétés souvent critiques dans l’utilisation pratique des solides.

Point de fusion de la fonte brute

La fonte brute a un point de fusion compris entre 1420 et 1470 K, ce qui est inférieur à l’un de ses deux composants principaux et en fait le premier produit à fondre lorsque le carbone et le fer sont chauffés ensemble.

En général, la fusion est un changement de phase d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le point de fusion d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le point de fusion définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre.

Point d’ébullition de la fonte brute

La fonte brute est une substance à éléments multiples, principalement du fer, additionnée de carbone et d’impuretés. Le carbone se présente principalement sous la forme de carbures des métaux alliés. Les carbures auront des températures d’ébullition plus élevées que la matrice métallique. Le point d’ébullition du fer (pas de fonte) est de 2860 ° C, de sorte que le point d’ébullition de la fonte est proche de cette valeur.

En général, l’ébullition est un changement de phase d’une substance de la phase liquide à la phase gazeuse. Le point d’ébullition d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase (ébullition ou vaporisation) se produit.

Conductivité thermique de la fonte brute

La fonte brute est une substance à éléments multiples, principalement du fer, additionnée de carbone et d’impuretés. Le carbone se présente principalement sous la forme de carbures des métaux alliés. La conductivité thermique du fer (pas de fonte) est de 80 W / (m.K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/ m.K. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gaz), elle est donc également définie pour les liquides et les gaz.

La conductivité thermique de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend également de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont très presque homogènes, on peut donc généralement écrire k = k(T). Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.