Dans l’ingénierie des matériaux, les fontes sont une classe d’alliages ferreux avec une teneur en carbone 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 connus sous le nom d’ acier. La différence est que les fontes peuvent profiter 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 eutectiquese produit à une composition de 4,26 % en poids C et à une température de 1148 °C.
Voir aussi: Types de fontes
Fer blanc – Fonte blanche
Comme cela a été écrit, les fontes sont l’un des alliages les plus complexes utilisés dans l’industrie. En raison de la teneur plus élevée en carbone, la structure de la fonte, contrairement à celle de l’ acier, présente une phase riche en carbone. En fonction principalement de la composition, de la vitesse de refroidissement et du traitement à l’état fondu, la phase riche en carbone peut se solidifier avec formation d’un eutectique stable (austénite-graphite) ou métastable (austénite-Fe3C).
Avec une teneur en silicium plus faible (contenant moins de 1,0 % en poids d’agent de graphitisation Si) et une vitesse de refroidissement plus rapide, le carbone de la fonte précipite hors de la masse fondue sous forme de cémentite en phase métastable, Fe3C, plutôt que de graphite. Le produit de cette solidification est connu sous le nom de fonte blanche (également appelée fonte refroidie). Les fontes blanches sont dures, cassantes et inusinables, tandis que les fontes grises à graphite plus tendre sont raisonnablement solides et usinables. Une surface de rupture de cet alliage a un aspect blanc, et c’est pourquoi on l’appelle fonte blanche. Il est difficile de refroidir des pièces moulées épaisses assez rapidement pour solidifier la fonte sous forme de fonte blanche tout au long. Cependant, un refroidissement rapide peut être utilisé pour solidifier une coquille de fonte blanche, après quoi le reste se refroidit plus lentement pour former un noyau de fonte grise. Ce type de coulée, parfois appelé «coulée refroidie», a une surface extérieure plus dure et un noyau intérieur plus résistant.
Résumé
| Nom | Fer blanc |
| Phase à STP | N/A |
| Densité | 7770 kg/m3 |
| Résistance à la traction ultime | 350 MPa |
| Limite d’élasticité | S/O MPa |
| Module de Young | 175 GPa |
| Dureté Brinell | 470 BHN |
| Point de fusion | 1260 °C |
| Conductivité thermique | 15-30 W/mK |
| Capacité thermique | 540 J/g·K |
| Prix | 1,5 $/kg |
Le fer blanc est trop fragile pour être utilisé dans de nombreux composants structurels, mais avec une bonne dureté et une bonne résistance à l’abrasion et un coût relativement faible, il trouve une utilisation dans les applications où la résistance à l’usure est souhaitable, comme sur les dents des excavatrices, les roues et les volutes des pompes à boue. , coquilles et barres de levage dans les broyeurs à boulets.
Par exemple, la fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC (alliage nickel-chrome à haute teneur en carbone), ASTM A532 classe 1 type A, est de la fonte blanche martensitique, dans laquelle le nickel est le principal élément d’alliage car, à des niveaux de 3 à 5%, il est efficace pour supprimer la transformation de la matrice austénitique en perlite, garantissant ainsi qu’une structure martensitique dure se développera lors du refroidissement dans le moule. Ce matériau peut également être appelé Ni-Hard 1. Ni-Hard 1 est un matériau résistant à l’abrasion utilisé dans les applications où l’impact est également un problème en tant que mécanisme d’usure.
86%
3,3 %
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Propriétés de la fonte blanche – fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC
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’autre 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 spécialiste des matériaux connaît cette corrélation structure-propriété, il peut ensuite étudier les performances relatives 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 en sa forme finale.
Propriétés mécaniques de la fonte blanche – Fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC
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 blanche – Fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC
En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des 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 blanche martensitique (ASTM A532 Classe 1 Type A) est de 350 MPa.
La résistance à la traction ultime est le maximum sur la courbe technique de contrainte-déformation. Cela correspond à la contrainte maximale qui peut être soutenu par une structure en tension. La résistance à la traction ultime est souvent abrégée en « résistance à la traction » ou même en « l’ultime ». Si cette contrainte est appliquée et maintenue, une fracture en résultera. Souvent, cette valeur est nettement supérieure à la limite d’élasticité (jusqu’à 50 à 60 % de plus que le rendement pour certains types de métaux). Lorsqu’un matériau ductile atteint sa résistance ultime, il subit une striction où la section transversale se réduit 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 après que la résistance ultime a été atteinte. C’est une propriété intensive; sa valeur ne dépend donc pas de la taille de l’éprouvette. Cependant, cela dépend d’autres facteurs, tels que la préparation de l’échantillon,température de l’environnement et du matériau d’essai. Les résistances ultimes à la traction varient de 50 MPa pour un aluminium jusqu’à 3000 MPa pour les aciers à très haute résistance.
Module de Young
Le module de Young de la fonte blanche martensitique (ASTM A532 Classe 1 Type A) est de 175 GPa.
Le module 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 limite, une caisse pourra retrouver ses dimensions au retrait 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 toujours leur géométrie relative. Lorsque les contraintes sont supprimées, tous les atomes reviennent à leur position d’origine et aucune déformation permanente ne se produit. Selon la loi de Hooke, la contrainte est proportionnelle à la déformation (dans la région élastique), et la pente est le module de Young. Le module de Young est égal à la contrainte longitudinale divisée par la déformation.
Dureté de la fonte blanche – Fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC
La dureté Brinell de la fonte grise de la fonte blanche martensitique (ASTM A532 Classe 1 Type A) est d’environ 600 MPa.
En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et aux rayures. La dureté est probablement la propriété matérielle la plus mal définie car elle peut indiquer une résistance aux rayures, une résistance à l’abrasion, une résistance à l’indentation ou encore 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.
Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester. Le test typique utilise une bille en acier trempé de 10 mm (0,39 in) 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 tendres, une force plus faible est utilisée; pour les matériaux plus durs, une bille en carbure de tungstène remplace la bille en 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 nombre de dureté Brinell est désigné par les normes d’essai les plus couramment utilisées (ASTM E10-14[2] et ISO 6506–1:2005) comme HBW (H de la dureté, B de Brinell et W du matériau du pénétrateur, le tungstène (wolfram) carbure). Dans les anciennes normes, HB ou HBS étaient utilisés pour désigner les mesures effectuées avec des pénétrateurs en acier.
L’ indice 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 sont disponibles corrélant les nombres de dureté des différentes méthodes d’essai où la corrélation est applicable. Dans toutes les échelles, un nombre élevé de dureté représente un métal dur.
Propriétés thermiques de la fonte blanche – Fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC
Les propriétés thermiques des matériaux font référence à la réponse des matériaux aux changements de thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/ »>température et à l’application de chaleur. Lorsqu’un solide absorbe de thermodynamics/what-is-energy-physics/ »>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 calorifique, la dilatation thermique et la conductivité thermique sont des propriétés souvent critiques dans l’utilisation pratique des solides.
Point de fusion de la fonte blanche – Fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC
Le point de fusion de l’acier martensitique en fonte blanche (ASTM A532 Classe 1 Type A) 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 blanche – Fonte blanche martensitique Ni-Cr-HC
La conductivité thermique de la fonte blanche martensitique (ASTM A532 Classe 1 Type A) est de 15 à 30 W/(mK).
Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. 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 gazeux), par conséquent, elle est 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 aussi de la pression. En général:
La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons 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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Voir ci-dessus:
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