Fonte (métallurgie) - Définition
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Introduction
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| Cet article est lié aux composés du fer et du carbone |
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| Phases |
| Acier |
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| Autre produits ferreux |
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La fonte, en sidérurgie, est un alliage de fer riche de 2,1 à 6,67 % de carbone (6,67 % étant le seuil de saturation), en dessous de ce pourcentage ce sont les aciers et les fers industriels.
Caractéristiques principales
Les fontes sont toutes des alliages destinées à la fonderie. Les fontes se distinguent des autres alliages par leur excellente coulabilité (ce terme regroupe l'inertie thermique et la fluidité de l'alliage en fusion, il est mesuré de façon normalisée par une eprouvette de Cury " en forme de spirale" ).
La fonte a une température de fusion allant de 1 135 °C à 1 350 °C en fonction du pourcentage de carbone et de silicium qu'elle contient.
La fonte est un précurseur dans la fabrication de l'acier à partir de minerai (hématite) et de coke. C'est l'alliage qui sort du haut-fourneau et qui sera affiné en acier par chauffage (décarburation). On l'appelle alors fonte brute, pour la distinguer de la fonte élaborée, généralement issue d'une fusion distincte, de composition déterminée, et destinée à la production de pièces moulées.
Compositions des fontes
D'un point de vue chimique, les fontes sont des alliages fer-carbones contenant une phase eutectique, appelée lédéburite. Sur le diagramme de phase fer-carbone métastable, il s'agit donc des alliages fer-carbone ayant plus de 2,11 % de carbone (mais ce diagramme n'est plus valable en présence d'éléments d'alliage).
On distingue les différentes fontes par leur pourcentage de carbone :
- fonte hypoeutectique : de 2,11 à 4,3 % de carbone ;
- fonte eutectique : 4,3 % de carbone ;
cette fonte a la température de fusion la plus basse à 1 148 °C ; - fonte hypereutectique : de 4,3 à 6,67 % de carbone.
Les aciers cristallisent dans le diagramme fer-carbone métastable fer-cémentite (représenté ci-contre), cependant, c'est le graphite qui est thermodynamiquement stable : la cémentite devrait se décomposer en
- Fe3C → 3Feα + C(graphite)
mais la mobilité des atomes de carbone n'est pas suffisante pour que cela ait lieu.
Le cas est différent pour les fontes qui ont une teneur plus importante en carbone, et peuvent ainsi cristalliser dans le diagramme fer-carbone stable : fer-graphite. La différence entre ces 2 diagrammes réside en premier lieu dans la vitesse de refroidissement : quand la vitesse de refroidissement est rapide, le carbone dissout dans le fer γ n'a pas le temps de migrer sur de grandes distances et forme des carbures Fe3C, la cémentite, sur place, alors que si la vitesse de refroidissement est assez lente, le carbone peut se « rassembler » et former du graphite. Certains éléments comme le silicium permettent de favoriser la formation de graphite.
Sur le diagramme fer-carbone stable, l'eutectique est à une teneur de 4,25 %m de carbone, et fond à une température de 1 153 °C.
On a donc deux types de fonte :
- les fontes blanches, à cémentite ;
- les fontes grises, à graphite.
