Qu’est–ce que la Fonte Grise – Fonte Grise – Définition

En ingénierie des matériaux, les fontes sont une classe d’alliages ferreux dont la teneur en carbone est supérieure à 2,14% en poids. En règle générale, les fontes contiennent de 2,14% en poids à 4,0% en poids de carbone et de 0,5% en poids à 3% en poids de silicium. Les alliages de fer à faible teneur en carbone sont appelés acier. La différence est que les fontes peuvent tirer parti de la solidification eutectique dans le système binaire fer-carbone. Le terme eutectique est grec pour “fusion facile ou bien”, et le point eutectique représente la composition sur le diagramme de phase où la température de fusion la plus basse est atteinte. Pour le système fer-carbone, le point eutectique se produit à une composition de 4,26% en poids C et à une température de 1148°C.

Voir aussi: Types de fontes

Fonte grise – Fonte grise

La fonte grise est le type de fer le plus ancien et le plus courant qui existe et probablement ce à quoi la plupart des gens pensent quand ils entendent le terme “fonte”. Les teneurs en carbone et en silicium des fontes grises varient entre 2,5 et 4,0% en poids et 1,0 et 3,0% en poids, respectivement.

La fonte grise se caractérise par sa microstructure graphitique, qui donne aux fractures du matériau un aspect gris. Cela est dû à la présence de graphite dans sa composition. Dans la fonte grise, le graphite se forme sous forme de flocons, prenant une géométrie tridimensionnelle.

La fonte grise a moins de résistance à la traction et aux chocs que l’acier, mais sa résistance à la compression est comparable à l’acier à faible et moyenne teneur en carbone. La fonte grise a une bonne conductivité thermique et une capacité thermique spécifique, elle est donc souvent utilisée dans les ustensiles de cuisine et les rotors de frein.

Résumé

Nom	Fer gris
Phase à STP	N/A
Densité	7150 kg/m3
Résistance à la traction ultime	395 MPa
Limite d’élasticité	N/A
Module d’élasticité de Young	124 GPa
Dureté Brinell	235 BHN
Point de fusion	1260 °C
Conductivité thermique	53 W / mK
Capacité thermique	460 J / g K
Prix	1,2 $ / kg

La fonte grise a également une excellente capacité d’amortissement, qui est donnée par le graphite car elle absorbe l’énergie et la convertit en chaleur. Une grande capacité d’amortissement est souhaitable pour les matériaux utilisés dans les structures où des vibrations indésirables sont induites pendant le fonctionnement telles que les bases de machines-outils ou les vilebrequins. Les matériaux comme le laiton et l’acier ont de petites capacités d’amortissement permettant à l’énergie de vibration d’être transmise à travers eux sans atténuation.

Propriétés de la fonte grise – Classe ASTM A48 40

Les propriétés des matériaux sont des propriétés intensives, ce qui signifie 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 grise – ASTM A48 Classe 40

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 grise – ASTM A48 Classe 40

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 grise (ASTM A48 Classe 40) est de 295 MPa.

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 la résistance finale 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.

Le module d’élasticité de Young

Le module d’élasticité de Young de la fonte grise (ASTM A48 Classe 40) est de 124 GPa.

Le module d’élasticité de Young est le module d’élasticité 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 grise – ASTM A48 Classe 40

La dureté brinell de la fonte grise (ASTM A48 Classe 40) est d’environ 235 MPa.

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 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 grise – ASTM A48 Classe 40

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.

Le point de fusion de la fonte grise – ASTM A48 Classe 40

Le point de fusion de la fonte grise – acier ASTM A48 est d’environ 1260 ° C.

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.

Conductivité thermique de la fonte grise – ASTM A48 Classe 40

La conductivité thermique de la fonte grise – ASTM A48 est de 53 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.

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