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Préparation métallographique de la fonte

La fonte est utilisée dans de nombreuses applications, en particulier dans les industries automobile et mécanique, et la métallographie est une composante importante du contrôle de la qualité des processus de production. Découvrez comment effectuer une analyse métallographique précise de la fonte, avec des résultats reproductibles.

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Les principales caractéristiques de la fonte

Le fer est l’un des métaux les plus polyvalents ; ce matériau de construction important est utilisé depuis des siècles dans de nombreux bâtiments, les gares ferroviaires et les halles de marché, jusqu’aux bureaux et aux maisons.

Allié au carbone et à d’autres éléments, le fer offre une très grande diversité d’applications. Le terme « fonte » désigne des alliages fer-carbone-silicium contenant 2,5 % à 4 % de carbone et, habituellement, 1 à 3 % de silicium. Dans les fontes grises, le carbone est présent sous forme de graphite ; dans la fonte blanche, il est présent sous forme de carbure de fer et de carbures d’alliage.

La fonte offre de bonnes propriétés de coulage et d’usinage, ainsi que des propriétés mécaniques modérées. En raison des avantages économiques qu’elle offre, la fonte est utilisée pour de nombreuses applications dans l’industrie automobile et dans la fabrication et la transformation des métaux. En outre, certaines fontes spécifiques sont le matériau de choix pour les carters de pompes à eau de mer, les rouleaux de laminoirs et les pièces d’engins de terrassement.

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Fig. 1 : Fonte ductile traitée par trempe bainitique, attaque colorante avec Beraha  (grossissement 500x, DIC)

Le procédé métallographique de contrôle de la qualité de la fonte

Dans la mesure où la morphologie du graphite a une influence majeure sur les propriétés mécaniques de la fonte, le contrôle métallographique de la qualité de la fonte grise fait partie intégrante du processus de production de la fonte.

Le procédé métallographique fondamental de contrôle de la qualité de la fonte est le suivant :

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Fig. 2 : Fonte GGG60, sans attaque (grossissement 200x)
Fig. 3 : Fonte GGG60, attaque avec du Nital 3 % (grossissement 200x)

Difficultés de la préparation métallographique de la fonte

Le principal défi, lors de la préparation d’échantillons de fonte, consiste à préserver la forme et les dimensions d’origine du graphite pour garantir une représentation correcte des microstructures de la fonte.

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Fig. 4 : Fonte grise à graphite lamellaire, polissage insuffisant (grossissement 200x)
Fig. 5 : Fonte grise à graphite lamellaire présentant un polissage correct (grossissement 200x)

Au microscope, la perception de l’image du graphite est bidimensionnelle. En réalité, toutefois, elle est tridimensionnelle. Cela signifie qu’un certain pourcentage de graphite est tronçonné très superficiellement pendant le prépolissage et le polissage, et ne conserve qu’une faible emprise dans la matrice. Par conséquent, il est toujours possible que le graphite ne puisse pas être entièrement retenu, en particulier en présence de très grosses lamelles ou d’agglomérations de lamelles. Par conséquent, la phase graphite ne peut pas toujours être bien préservée ou polie.

Dans les fontes malléables, le graphite existe sous forme de nodules ou de carbone de trempe. Il s’agit d’une forme friable de graphite, qui peut être particulièrement difficile à conserver pendant la préparation métallographique.

Une erreur courante durant la préparation est l’enlèvement insuffisant du métal flué de la matrice après le prépolissage, qui peut alors dissimuler la forme et la taille réelles du graphite. Cette erreur est particulièrement fréquente dans les fontes ferritiques et austénitiques, qui sont sujettes à la déformation et aux rayures. Pour ces matériaux, un polissage diamanté rigoureux et un polissage final sont très importants.

La plupart des examens microscopiques standard des fontes sont effectués avec un grossissement de 100x, conférant au graphite un aspect noir. Cependant, des grossissements plus élevés sont nécessaires pour vérifier si le carbone a été entièrement retenu, car le graphite bien poli est gris.

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Fig. 6 : Un polissage insuffisant laisse des nodules de graphite recouverts de métal flué, attaque avec du Nital 3 % (grossissement 200x)
Fig. 7 : Un polissage correct révèle la forme et la taille de nodules de graphite adaptés à l’évaluation, attaque avec du Nital 3 % (grossissement 200x)

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Fig. 8 : Lamelles de graphite correctement polies (grossissement 500x)

Surmonter les contraintes de temps

Les contraintes de temps rendent souvent difficile l’obtention de résultats de préparation cohérents lors de l’utilisation de méthodes manuelles pour la préparation métallographique et l’analyse microstructurelle de la fonte. Cependant, en raison de la géométrie de l’échantillon, une préparation automatisée est souvent impossible. La solution consiste à élaborer des échantillons spécifiques pour une utilisation dans un système automatique.

Recommandations pour le tronçonnage et l’enrobage de la fonte

Tronçonnage

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Enrobage

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Pour en savoir plus

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Recommandations pour le prépolissage et le polissage de la fonte

Découvrez ci-dessous la méthode de préparation complète, étape par étape, des fontes blanches et des fontes à graphite.

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Tableau 1 : méthode de préparation des fontes blanches.
Le cas échéant, la suspension diamantée DiaPro peut être remplacée par DP-Suspension P 9 μ, 3 μ et 1 μ, respectivement, avec application de lubrifiant DP bleu.

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Tableau 2 : méthode de préparation des fontes à graphite.

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*Lorsque la rétention du graphite est très difficile, une tentative de prépolissage fin peut être effectuée avec le drap MD-Plan.
**Cette étape est facultative

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Le cas échéant, la suspension diamantée DiaPro peut être remplacée par DP-Suspension P 9 μ, 3 μ et 1 μ, respectivement, avec application de lubrifiant DP bleu

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Fig. 9 : fonte grise préparée par prépolissage fin sur feuille/papier de carbure de silicium, présentant encore des rayures
Fig. 10 : fonte grise préparée par prépolissage diamanté fin sur disque rigide MD-Largo, présentant une bonne netteté des bords

Pour en savoir plus

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Recommandations pour le nettoyage de la fonte

Recommandations pour l’attaque de la fonte

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Le réactif Beraha suivant peut être utilisé pour l’attaque colorée et peut être modifié en fonction de l’alliage :
1000 ml d’eau
200 ml d’acide hydrochlorique
24 g de difluorure d’ammonium
À 100 ml de cette solution mère, ajouter 1 g de métabisulfite de potassium

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Fig. 11 : Fonte ductile traitée par trempe bainitique, attaque avec Nital à 3 %, polissage léger (grossissement 200x)

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Téléchargez la note d’application pour consulter la méthode de préparation complète

Résumé

Les fontes sont des alliages ferreux contenant principalement 2,5-4 % de carbone et 1-3 % de silicium. La principale difficulté de la préparation métallographique de la fonte est la préservation de la forme et la taille réelles du graphite sous sa forme lamellaire, nodulaire ou de trempe. En particulier, les fontes à matrice ferritique tendre ont tendance à fluer et sont sujettes à la déformation et aux rayures.

Pendant le prépolissage, la matrice flue sur le graphite et, à moins que cette étape ne soit suivie d’un polissage diamanté très rigoureux, le graphite n’est pas révélé sous sa forme réelle. C’est pourquoi il est recommandé d’effectuer un prépolissage plan avec une feuille/papier de carbure de silicium, suivi d’un prépolissage fin et d’un polissage diamanté. Un bref polissage final avec de la silice colloïdale est facultatif.

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Apprenez-en davantage sur d’autres matériaux

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Toutes les images ont été réalisées par Birgitte Nielsen, spécialiste application, Danemark.
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Découvrez tout ce que vous devez savoir sur la métallographie de la fonte, notamment comment préparer la fonte pour l’analyse métallographique et des informations concernant les microstructures de la fonte – avec l’expertise et les connaissances de Struers, la première équipe mondiale d’experts matérialographes et métallographiques.

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