Fonte (métallurgie) - Définition

Histoire

La fonte fut découverte en Chine durant la période des Royaumes combattants (IV^e siècle av. J.-C.). En Europe, c'est durant le XIX^e siècle que la fonte prit place dans l'économie, par l'intermédiaire du « procédé indirect » (production de fer au haut-fourneau avec obtention de la fonte en produit intermédiaire).

La fonte était produite dans des hauts-fourneaux à charbon de bois. Abraham Darby, qui était torréfacteur à l'origine, réussit à produire de la fonte à l'aide de coke (le « coak » que l'on écrivit plus tardivement : coke de l'anglais, to cook, cuire). En 1709, en utilisant du charbon peu soufré, il réalisa la première coulée de fonte au coke, dans son usine de Coalbrookdale. Mais le produit, réputé de moins bonne qualité que la fonte au bois, mit cinquante ans avant de s'imposer et de devenir l'un des produits majeurs de l'industrialisation. Entre 1777 et 1779, Abraham Darby III édifia le pont d'Ironbridge, à Coalbrookdale, le premier pont en fonte de l'histoire européenne. La production de fonte au bois persista néanmoins, pour partie en raison du protectionnisme pratiqué par les pays producteurs (France, Allemagne), en partie en raison de la qualité attribuées à ce type de fonte et des réticences de certains maîtres de forge.

Fonte blanche

Solution de perlite et de cémentite. Le carbone s'y trouve sous forme de carbure de fer (Fe₃C). Possédant une bonne coulabilité, et un aspect blanc brillant, la fonte blanche est principalement utilisée pour les pièces d'aspect, les pièces d'usures ( tels que les pointes de socs ) et la fonderie d'art. Très résistante à l'usure et à l'abrasion, elle est très difficilement usinable.

En fonction de la teneur des éléments d'alliages, il est possible d'obtenir des fontes blanche perlitique, ou martensitique

Les principales qualités des fontes blanche sont :

• une excellente résistance à l'usure et l'abrasion
• un bel aspect
• une excellente coulabilité

Les principaux défauts sont :

• difficilement usinable

Désignation normalisée

La norme européenne EN 1560 indique :

• le préfixe EN-GJ, indiquant qu'il s'agit de fonte ;
• la famille de fonte :
  • L : fonte à graphite lamellaire (fonte grise),
  • S : fonte à graphite sphéroïdal (fonte grise),
  • MB : fonte à cœur noir, fonte blanche malléable,
  • MW : fonte à cœur blanc, fonte blanche malléable,
  • N : fonte sans graphite,
  • V : fonte vermiculaire,
  • Y : fonte de structure spéciale ;
• la résistance à la rupture R_m, en MPa ;
• éventuellement l'allongement à la rupture A%.

L'ancienne norme française NF A 02-001 indiquait :

• la nature de la fonte :
  • FB : fonte blanche, ou fonte à cémentite, de matrice martensitique,
  • FGL : fonte à graphite lamellaire, ou fonte grise à graphite lamellaire,
  • FGS : fonte à graphite sphéroïdal, ou fonte grise à graphite sphéroïdal,
  • MB : fonte malléable à coeur blanc,
  • MN : fonte malléable à coeur noir (structure ferritique) ;
• résistance à la rupture Rm en MPa ;
• éventuellement l’allongement à la rupture A en %.

P. ex. : EN-GJL-150 (anciennement FGL 150) : fonte à graphite lamellaire de résistance à la rupture R_m = 150 MPa

Utilisations

La fonte est utilisée pour tout type de pièce mécanique. Pour leur majorité les pièces sont obtenues par coulée du métal liquide dans des moules en sable siliceux. (voir moulage)

• La fonte, et particulièrement la fonte FGS, est très utilisée par l'industrie automobile pour la fabrication, par moulage puis usinage partiel, des blocs moteur, des étriers et chapes de frein à disque, des tambours de freins ou encore des volants moteurs, organes de suspension, arbre à came, vilebrequin etc.
• La fonte FGL est utilisée pour la fabrication de disques de freins, contrepoids (chariot élévateur), pour la réalisation d'éléments de chauffage, particulièrement ceux de haut de gamme.
• La fonte FGL est incontournable pour la réalisation des plaques de cheminée et d'inserts de cheminée.
• La fonte FGS est particulièrement utilisée en éléments de voirie comme les grilles et regards d'assainissement (grille d'égout)
• Les Fontes FGS et FGL sont utilisées pour la réalisation de mobiliers urbains comme les bancs et les rambardes ouvragées (Bouches de métro Guimard), et en ornementation de bâtiments comme les appuis de fenêtre, les rosaces de portail, les pics de grille. Là, la FGS est appréciée pour sa soudabilité.
• La fonte FGL est utilisée pour la fabrication de conduites et de tuyaux. A l’exclusion, depuis quelques années, des conduites de gaz de ville car elle est trop cassante vis à vis des sollicitations du trafic des véhicules lourds et particulièrement lors de l’utilisation de rouleaux compresseurs à vibration par les travaux de voirie.
• La fonte FGL est préférée pour la réalisation des bâtis de machines outil car elle a une très bonne capacité d'absorption des vibrations.