Le fer entre dans la composition de nombreux alliages métalliques différents. Sans lui, l’acier au carbone, l’acier inoxydable, les superalliages et plusieurs autres groupes d’alliages métalliques ne pourraient être fabriqués.
Cependant, la fonte est souvent mal comprise quant à sa nature, sa fabrication et son utilisation. Cet article examine en profondeur la fonte.
Qu’est-ce que la fonte ?
La fonte est un terme utilisé pour décrire une famille d’alliages métalliques dont le principal élément d’alliage est le fer. En raison de son nom, certaines personnes ont tendance à penser que la fonte est composée à 100% de fer. Ce n’est tout simplement pas le cas. En fait, les aciers au carbone contiennent une plus grande quantité d’éléments ferreux que les fontes.
Pour être considéré comme une fonte, un alliage à prédominance de fer doit contenir plus de 2 % de carbone pour que l’alliage final soit considéré comme de la fonte. Les fontes contiennent également des quantités moindres d’autres alliages, le manganèse et le silicium étant deux des plus populaires.
Ces éléments d’alliage supplémentaires sont utilisés pour modifier davantage les propriétés de la fonte et donnent lieu à des désignations d’alliage de fonte spécifiques.
Il n’existe pas non plus un seul groupe de fontes. En fait, il existe quatre grands sous-types d’alliages de fonte. Il s’agit de:
- Fonte ductile : Contient des nodules de graphite, ce qui la rend plus ductile que les autres fontes tout en conservant d’excellentes propriétés de résistance
- Fonte grise : Contient des paillettes de graphite qui améliorent son usinabilité par rapport aux autres fontes
- Fonte blanche : Contient de grandes quantités de carbures de fer, ce qui la rend très fragile mais très résistante à l’usure
- Fonte malléable : Essentiellement de la fonte blanche qui a été spécialement traitée thermiquement pour transformer les carbures de fer en nodules de graphite ; elle a des propriétés similaires à la fonte ductile
De quoi est composée la fonte?
- Silicium : Dans la fonte, les particules de silicium sont présentes jusqu’à 4 %. Il favorise la formation de graphite, ce qui la rend souple et facilement usinable, et augmente la trempabilité et la résistivité électrique.
- Soufre : Il est présent jusqu’à 0,1 pour cent. Il rend la fonte dure et cassante.
- Manganèse : Il favorise la formation de carbure dans la fonte, ce qui la rend élastique, dure et augmente la résistance à l’usure et à l’abrasion. Il est présent jusqu’à 0,75 pour cent.
- Chrome : Il favorise également la formation de carbures, ce qui augmente la trempabilité, la résistance à l’usure, à la corrosion et à l’oxydation.
- Nickel : Augmente la résistance à la traction.
- Tungstène : Il augmente la dureté à chaud et la résistance à chaud.
- Molybdène : Augmente la trempabilité.
- Vanadium : Augmente la trempabilité et la dureté à chaud.
- Aluminium : Agit comme désoxydant dans l’acier.
- Titane : Agit comme un désoxydant dans l’acier.
- Niobium : Il réduit la trempabilité et augmente la ductilité, ce qui entraîne une augmentation de la résistance aux chocs.
- Cobalt : Il réduit la trempabilité et résiste au ramollissement à des températures élevées.
Comment la fonte est-elle fabriquée ?
Le processus de fabrication de la fonte est à l’origine du nom de ce métal. Pour fabriquer de la fonte, le minerai de fer est chauffé dans un four jusqu’à ce qu’il devienne fondu. Ensuite, le métal en fusion est coulé (versé et laissé durcir, sous la forme d’un lingot).
Les lingots de fonte sont à nouveau fondus dans un moule final. Au cours de cette refonte ultérieure, la fonte peut subir plusieurs modifications métallurgiques par l’introduction d’éléments d’alliage ou de procédés de traitement thermique. C’est souvent à ce stade qu’une fonte entre dans les spécifications de l’un des quatre groupes mentionnés ci-dessus.
La fonte, lorsqu’elle est fondue, a une meilleure fluidité que l’acier. La fonte a également une faible température de fusion. Ces deux caractéristiques font de la fonte un candidat idéal pour le processus de moulage. C’est en partie la raison pour laquelle elle est si populaire.
Cependant, avec l’amélioration des technologies de fabrication et de formage de l’acier, l’utilisation de la fonte a diminué au cours des derniers siècles.
Où la fonte est-elle utilisée ?
La fonte est abondamment utilisée dans les applications qui exigent une dureté et une résistance à l’abrasion élevées et qui sont moins préoccupées par les propriétés structurelles. En effet, l’acier peut généralement être modifié pour présenter des caractéristiques structurelles plus souhaitables que la fonte pour de nombreux projets.
Bien que, avant que l’acier ne devienne plus courant, la fonte était assez populaire à des fins structurelles. La fonte est également assez abordable en raison de ses besoins en éléments d’alliage de base et de sa méthode de production peu coûteuse. Par conséquent, il est encore assez courant de voir de la fonte utilisée dans le monde entier aujourd’hui.
Voici quelques exemples, même s’il est important de savoir qu’ils varient en fonction de l’un des quatre types de fonte mentionnés ci-dessus :
- Disques de frein
- Engrenages et plaques d’engrenage
- Pignons
- Chaînes
- Machines
- Articles de cuisine
- Pièces architecturales décoratives
- Blocs moteurs
- Arbres et tiges de différents types
- Matériel d’exploitation minière
Qui a inventé la fonte ?
C’est à l’Anglais Abraham Darby que l’on doit la révolution des ustensiles de cuisine en fonte. En 1707, il a breveté une méthode permettant de couler du fer dans des pots et des bouilloires relativement minces, un procédé qui rendait leur production moins coûteuse.
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