En sidérurgie, la fonte est un alliage de fer riche en carbone, entre 2 à 6.7% au maximum de ce dernier. Il existe deux types de fonte, à savoir la fonte grise et la fonte blanche, appelée également la fonte ductile ou fonte GS.

Explications sur la fonte

Dans la fonte grise, le carbone se retrouve sous une forme de graphite.

La fonte GS, par contre, fait partie de la famille des fontes dont le graphite se retrouve sous forme de nodules, donc du carbone associé à du magnésium. Cet assemblage ressemble de près à celui de l’acier.

La fonte est un élément essentiel et premier dans l’élaboration de l’acier. Cet amalgame affiné en acier par chauffage se scinde en deux parties, la fonte dite brute et la fonte élaborée, issue d’une fusion distincte et plus précise.

À noter que la concentration de carbone dans la fonte est quand même plus élevée que celle dans l’acier. En effet, dans la fonte, il est possible de trouver 2,1 à 6,67 % de carbone. C’est-à-dire qu’il peut atteindre le seuil de saturation alors que dans l’acier, ce taux n’est que de 0,02 à 2 %. C’est pour cela que le produit de l’acier se solidifie dans une unique composition microcristalline.

C’est le taux de carbone qu’elle comprend qui définit le nom de la fonte : avec moins de 4,3 % de carbone, il s’agit de la fonte hypo-eutectique. Si le taux de concentration de carbone est égal à 4,3 %, c’est de la fonte eutectique. Enfin, quand la fonte comprend plus de 4,3 % de carbone, elle est hyper-eutectique.

Le taux de carbone définit également la dureté de la fonte. Plus c’est concentré, plus la fonte est plus dure. Mais cela signifie aussi que les fontes hyper-eutectiques sont moins souples que les fontes hypo-eutectiques.

Toutes les fontes sont destinées à la fonderie, elles connaissaient de très hautes températures de fusion (entre 1100 et 1350° environ) et sont appréciées par conséquent pour leur coulabilité (capacité de l’alliage à entrer en fusion).

La fonte se diffère du fer forgé du fait qu’elle ne nécessite pas un travail avec des matériaux et des outils. On relève aussi une dissemblance dans la composition servant à optimiser les exploits de coulée du métal en fusion. En effet, la fonte contient du carbone qui peut atteindre le seuil de saturation, mais renferme également 1 à 3 % de silicium. Pareillement, il peut comprendre du manganèse, et d’autres impuretés comme le phosphore et le soufre en petites quantités. Et bien évidemment, il existe quelques différences dans les détails des propriétés physiques et de la structure chimique du fer forgé et de la fonte.

Les différents types de fonte

Grâce aux diverses techniques de traitement thermique, il existe différentes types de fonte.

La fonte alliée ou fonte ductile

Quand d’autres éléments sont incorporés à la fonte, on obtient la fonte allié ou fonte ductile, appelé aussi fer nodulaire, avec ses propriétés spéciales. En fait, grâce au magnésium, il y a un sphéroïde qui se forme dans le graphite. Ce qui n’est pas le cas des éclats de fer gris. Le processus de fabrication de ce type de fonte est plutôt délicat puisqu’il faut porter une attention particulière à la composition. En effet, il faut à tout prix faire en sorte à ce qu’il n’y ait aucune impureté comme le souffre et l’oxygène, même en petite quantité, qui entre en contact avec le magnésium. C’est pour éviter que l’aspect des molécules de graphite soit affecté.

En maniant la structure microcristalline qui entoure le sphéroïde en graphite, il est possible d’obtenir plusieurs qualités de fonte ductile. Cela dépend notamment de l’étape en traitement en aval, c’est à dire la technique de moulage ou le traitement thermique.

À part le magnésium, d’autres éléments peuvent aussi être insérés dans cette fonte. On cite par exemple le chrome (pour améliorer ses caractéristiques mécaniques), le molybdène (pour optimiser sa résistance aux chocs), et le phosphore (pour améliorer sa coulabilité).

La fonte blanche

Comme son nom l’indique, ce type de fonte présente une couleur blanche à la cassure. Il s’agit d’un alliage de manganèse avec du carbone prenant la forme du carbure de fer Fe3C. Cette fonte est fragile face aux chocs, mais résistante à l’usure.

La fonte grise

Cette fonte est le résultat d’un alliage de silicium et de carbone. Toutefois, le carbone est présenté dans son état de graphite lamellaire. C’est ainsi que la fonte a obtenu sa couleur grise.

La fonte à graphite compacté

Il s’agit d’une fonte qui dispose d’une structure en graphite et des propriétés qui vont avec. Cela concerne notamment un mélange de fer blanc et gris. Pour obtenir la structure microcristalline de cette fonte, on relie des flocons effilés de graphite. D’autre part, la formation de graphite sphéroïdal est éliminée. Pour cela, on utilise un alliage avec le titane.

En comparaison avec le fer gris, la fonte à graphite compacté est plus résistante à la traction supérieure. Elle présente également une ductilité améliorée.

Afin d’améliorer sa structure ou ses propriétés microcristallines, il faut ajouter d’autres alliages ou recourir au traitement thermique.

La fonte d’aluminium

La fonte d’aluminium est celle qu’on utilise pour une modification par des techniques de fonderies. Il s’agit, en fait, des alliages d’aluminium dont la composition est bien différente de celle de la fonte en alliage ferreux.

Utilisation de la fonte

Les fontes sont mises en œuvre selon divers procédés :

• le moulage : l’empreinte désirée est obtenue par un moulage selon une forme convenue par avance ;
• la centrifugation : l’élaboration des tuyaux ;
• la coulée continue : fabrication au travers d’une filière en mode horizontal permettant d’avoir une structure très fine allant pour toutes sortes d’applications, de l’industrie hydraulique jusqu’à la simple pièce mécanique.

La fonte étant un métal ferreux, il est un mélange de fer et de carbone, mais à plus grande proportion de celui-ci, comme dit précédemment.

Grâce à la présence de carbone, il est possible de réduire la température de fusion de ce métal ferreux afin d’obtenir une bonne coulabilité. De cette manière, la création de pièces par moulage est plus facile et plus abordable.

Ainsi, on peut utiliser la fonte dans les constructions d’objets massifs comme les poêles, les enclumes, ou les radiateurs. Des inserts de cheminées, des tuyaux, des regards d’égouts peuvent également être créé à partir de la fonte.

D’autre part, chaque type de fonte peut aussi présenter des propriétés spécifiques et est utilisé dans des applications particulières.

Les propriétés de la fonte grise

La fonte grise présente une forte résistance à la corrosion. C’est pourquoi elle est utilisée dans le domaine de l’automobile. Cela concerne notamment la fabrication des collecteurs, des blocs-moteur, des boîtiers, des coffrets, des culasses, des brûleurs à gaz, et des ébauches d’engrenages. Même si l’alimentation en lubrifiant d’un véhicule est limitée, ces pièces en fonte grise résistent à l’usure.

Les propriétés et applications de la fonte blanche

Comme la fonte grise, ce type de fonte est aussi résistant à l’usure, mais aussi à l’abrasion. Ainsi, elle est utilisée dans de nombreuses applications. À titre d’exemple, ce métal sert à fabriquer des patins de frein de chemin de fer, des revêtements de moulins, des boîtiers de pompes à boues, des broyeurs, des buses de grenaillage, des cylindres de laminoirs, etc.

L’une des plus grandes qualités de ce fer blanc est le fer Ni-Hard. Il s’agit d’alliages de nickel avec l’ajout de chrome qui lui permet d’être utilisé dans des applications d’abrasion glissante. En fait, il est particulièrement utilisé dans la production de battoirs de mélangeur, les matrices et les tarières. Il est aussi nécessaire à la fabrication de plaques de revêtement pour les goulottes de charbon, les broyeurs à boulets, et les guide-fils.

Les propriétés et utilisations de la fonte ductile

En fonction de la manipulation de la structure microcristalline, il y a plusieurs qualités de fonte ductile. C’est-à-dire qu’elle présente aussi différentes spécifications de propriété, ainsi que de nombreux domaines d’application adaptés. Comme son nom laisse entendre, sa propriété la plus populaire est sa ductilité. Mais la fonte ductile est également résistante à la déformation et à l’usure.

Ainsi, cette fonte peut être employée dans la fabrication de pièces pour véhicules, notamment des compositions de suspension, des composants hydrauliques, des vilebrequins, et des charnières de portières. Elle est aussi utilisée pour créer des fusées d’essieux, des charrues, des engrenages, etc.

Il y a aussi la fonte malléable qui possède plusieurs qualités relatives à diverses structures microcristallines. Sa principale propriété est sa capacité à stocker les lubrifiants, les particules d’usure non abrasive, et la surface poreuse à laquelle d’autres débris abrasifs sont attachés. La fonte malléable est utilisée pour les chaînes, les pignons, le matériel roulant ferroviaire, les bielles, les composants de transmission, les essieux, et les machines agricoles ou de construction.

La fonte à graphite compacté et ses domaines d’applications

La fonte à graphite compacté est connue pour sa résistance, et sa propriété de conductivité thermique. C’est pour cette raison qu’elle est de plus en plus utilisée dans les applications commerciales. En effet, elle est adaptée aux cadres de moteurs diesel, aux échappements, aux plaques à engrenages, aux chemises de cylindres, aux disques de freins pour train, etc.

Les propriétés mécaniques communes pour la fente

Pour résumer les propriétés de la fonte, il est nécessaire de préciser qu’il existe des propriétés mécaniques communes peu importe le type de fonte, dont :

• la dureté : elle résiste à l’abrasion et à la dentelure ;
• la ductilité et la malléabilité : on peut lui attribuer plusieurs formes sans qu’elle se fracture ;
• l’élasticité : même après avoir été déformée, la fonte peut reprendre ses dimensions d’origine ;
• la solidité : elle est capable d’absorber de l’énergie ;
• la résistance à la traction : peut supporter des forces extérieures sans se déformer ;
• la résistance à la fatigue : peut supporter des forces extérieures pendant un nombre de cycles donné sans se casser.

Finition de surface des produits en fonte

Selon l’utilisation, il existe des différentes applications relatives à la finition de surface des produits en fonte. En voici des exemples des plus courants :

• le trempage à chaud
• la galvanoplastie
• le revêtement de diffusion
• la pulvérisation thermique
• le revêtement organique en poudre sèche
• le revêtement de conversion
• le revêtement organique liquide
• l’émaillage de porcelaine
• etc.

Prix de la fonte

Le prix de la fonte coûte environ 25 centimes d’euro au kilo chez le ferrailleur, soit 250 euros la tonne de fonte.

En fait, cela dépend principalement du prix du fer, bien que celui de la fonte soit toujours un peu plus élevé. C’est surtout grâce à ces nombreuses propriétés et aux différents domaines d’applications auxquels elle peut être sollicitée.

Au cours des dernières années, la demande ne cesse d’accroître. Ce qui signifie que le cours de la fonte peut aussi suivre cette tendance. Pour le moment, tout laisse espérer que le prix de la fonte va atteindre les 300 euros la tonne dans les années à venir.

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