Choisissez l'acier moulé lorsque la pièce doit subir des chocs, des flexions ou une pression interne et céder avant de se rompre ; choisissez la fonte lorsque la coulabilité, l'usinage, l'amortissement des vibrations ou le prix décident — et gardez la fonte ductile sur la liste, car elle couvre la plupart du terrain entre les deux. La ligne entre les familles est le carbone : en dessous d'environ 2 %, l'alliage est de l'acier, au-dessus c'est de la fonte, et ce seul chiffre détermine presque chaque ligne de la comparaison ci-dessous.
Qu'est-ce que l'acier moulé
L'acier moulé est un alliage fer–carbone contenant moins d'environ 2 % de carbone, coulé en forme au lieu d'être laminé ou forgé — et dans les nuances que vous spécifierez réellement, le carbone est plafonné à 0,25–0,35 %. Il est maintenu aussi bas intentionnellement : un carbone plus élevé fissure lors du traitement thermique et du soudage. En retour, vous obtenez un comportement d'acier corroyé dans une forme moulée.
Trois spécifications ASTM couvrent presque tout ce que acier au carbone nous coulons. A27 est la spécification à usage général, avec une résistance minimale à la traction de 60 à 70 ksi (415 à 485 MPa) et un allongement minimal de 22–24 %. A216 couvre les pièces sous pression — corps de vannes, brides, raccords — pour un service à haute température ; le WCB offre une traction de 70–95 ksi (485–655 MPa) avec une limite d'élasticité minimale de 36 ksi (250 MPa).
A148 prend le relais lorsque la pièce est soumise à des contraintes plus fortes, atteignant une traction de 150 ksi. Le compromis est la ductilité : à la nuance 150-135, l'allongement minimal est tombé à 7 %, et la ténacité chute avec lui. Un acier moulé plus résistant n'est pas simplement un meilleur acier moulé.
Qu'est-ce que la fonte
La fonte est l'alliage fer–carbone au-dessus d'environ 2 % de carbone — typiquement 2 à 4 % — et le carbone que le métal ne peut pas maintenir en solution sort pendant la solidification sous forme de graphite. Ce carbone abaisse également le point de fusion, donc la fonte se coule environ 400 °F plus froid que l'acier au carbone et s'écoule plus loin dans un moule avant de se figer.
Dans la fonte grise, le graphite forme des lamelles. Elles rendent le métal bon marché à couler et facile à usiner, et elles sont aussi la raison pour laquelle il est cassant : chaque pointe de lamelle est un initiateur de fissure prêt à l'emploi.
La fonte ductile est la même fonte de base traitée avec du magnésium dans la poche afin que le graphite précipite sous forme de sphéroïdes au lieu de lamelles. Un nodule rond ne démarre pas une fissure comme le fait une pointe de lamelle, donc la pièce moulée conserve la coulabilité et l'usinabilité de la fonte et gagne une véritable ductilité : 18 % d'allongement minimal dans la nuance de base contre environ zéro pour la grise.
Fonte grise est achetée selon ASTM A48, qui classe uniquement sur la résistance à la traction et laisse la chimie à la fonderie ; le numéro de classe est la traction minimale en ksi à partir d'une barre d'essai coulée séparément, donc la classe 35 signifie 35 000 psi. Fonte ductile est achetée selon A536, dont les noms de nuances indiquent traction–limite d'élasticité–allongement : 60-40-18 signifie 60 ksi de traction, 40 ksi de limite d'élasticité, 18 % d'allongement, et les nuances vont jusqu'à 120-90-02.
Acier moulé vs Fonte : Différences clés
La différence qui décide pour la plupart des pièces est le mode de rupture : l'acier moulé s'étire de 22–24 % avant de se rompre, la fonte grise ne le fait essentiellement pas, et la fonte ductile à 18 % se situe bien plus près de l'acier que de la grise. C'est pourquoi le tableau divise la fonte en ses deux formes de travail — la traiter comme un seul matériau rend les lignes de ténacité, de ductilité et d'amortissement incorrectes.
| Propriété | Acier moulé | Fonte grise | Fonte ductile |
|---|---|---|---|
| Teneur en carbone typique | 0,25–0,35 % max dans les nuances A27 et A216 (2 % est le plafond métallurgique) | 2–4 % | 2–4 %, traité au magnésium |
| Résistance à la traction | 60–70 ksi min (A27) ; 70–95 ksi (A216 WCB) ; jusqu'à 150 ksi (A148) | Numéro de classe = ksi minimal (Classe 35 = 35 000 psi) | 60–120 ksi sur les nuances A536 |
| Ténacité | Excellente | Faible — les lamelles de graphite nucléent des fissures | Bonne |
| Résistance aux chocs | Excellente | Mauvaise | Bonne |
| Ductilité (allongement min.) | 22–24 % (A27 60-30, A216 WCB) | Quasi nulle ; pas de limite de proportionnalité | 18 % (60-40-18) jusqu'à 2 % (120-90-02) |
| Résistance à l'usure | Bonne ; augmente avec le carbone | Excellente | Bonne |
| Résistance à la compression | Environ égale à la traction | 3–4× sa résistance à la traction | Élevée |
| Coulabilité | Plus difficile | Excellente | Bonne |
| Fluidité à l'état fondu | Plus faible ; se coule à 2850–3100 °F (1565–1700 °C) | La plus élevée des fontes ; se coule à 2450–2700 °F (1340–1480 °C) | Élevée ; même plage de coulée que la grise |
| Retrait lors de la coulée | Environ 2 % de surépaisseur de retrait ; environ 3 % de retrait de solidification | Environ 1 % de surépaisseur de retrait ; l'expansion du graphite compense le retrait de solidification | Environ 1 % de surépaisseur de retrait |
| Usinabilité | Moderate | Excellente | Bonne |
| Soudabilité | Bonne tant que le carbone reste bas | Difficile | Difficile |
| Amortissement des vibrations | La plus faible des trois | Excellente (référence 1,0) | 0,14 par rapport à la grise — plus proche de l'acier |
| Résistance à la chaleur | Bon ; A216 est conçu pour un service sous pression à haute température | Bonne | Bonne |
| Coût typique | Le plus élevé | Lowest | Entre |
| Applications typiques | Corps de vannes et brides sous pression ; pièces structurelles soumises à des chocs | Socles de machines, contrepoids, volants d’inertie | Pompes, carters hydrauliques et de boîtes de vitesses ; supports de paliers ; corps de vannes |
Chaque valeur de résistance et d’allongement ci-dessus est un minimum provenant d’une barre d’essai coulée séparément, et un résultat de barre d’essai représente la qualité du métal, pas nécessairement les propriétés de la pièce coulée elle-même. Dans une section épaisse, attendez-vous à moins.
La ligne de retrait semble inversée à quiconque a alimenté une pièce en acier moulé, mais elle est correcte. Lorsque la fonte grise se solidifie, le graphite précipitant hors du bain se dilate, et cette dilatation compense la majeure partie ou la totalité de la contraction liquide-solide — la fonte grise à haute teneur en carbone présente essentiellement un retrait de solidification net nul. L’acier moulé à faible teneur en carbone se rétracte d’environ 3 % à la solidification sans rien pour compenser, il porte donc des masselottes que la fonte grise n’a souvent pas.
La ligne de fluidité n’est pas un réglage que vous pouvez augmenter. L’acier au carbone coule déjà à 2850–3100 °F contre une limite réfractaire du sable d’environ 3000–3330 °F, et le Steel Founders’ Society est direct : la durée de vie du fluide n’augmente pas avec la surchauffe. L’écart provient du liquidus plus élevé et du comportement de solidification de l’acier ; une paroi mince qui se remplit en fonte grise ne devient pas remplissable en acier en coulant plus chaud.
L’amortissement est une propriété de la fonte grise, pas une propriété de la fonte. L’ American Foundry Society place la capacité d’amortissement de la fonte ductile à 0,14 contre 1,0 pour la fonte grise — meilleure que l’acier, mais loin de la fonte grise. Un carter en fonte ductile spécifié pour sa silencieusité décevra.
Lequel choisir
Spécifiez l’acier moulé lorsque la pièce subit des chocs, des flexions ou une pression interne et doit se déformer plutôt que se fracturer ; la fonte grise lorsque la charge est compressive ou statique et que la pièce doit être bon marché, silencieuse et facile à usiner ; la fonte ductile pour les carters et corps entre les deux, où vous voulez la majeure partie de la ductilité de l’acier au prix et avec la coulabilité de la fonte.
L’acier gagne là où le mode de défaillance est toute l’histoire : contenant sous pression corps de vannes et brides selon A216, pièces minières et de construction exposées aux chocs de roches, et tout ce qui doit être soudé dans une fabrication. La condition est le carbone : la soudabilité disparaît à mesure que le carbone et la résistance augmentent, donc si une pièce nécessite à la fois la résistance A148 et une soudure, réglez la procédure de soudage avec la fonderie avant que la nuance ne soit mise sur le dessin.
La fonte grise gagne là où la charge est compressive ou statique : socles de machines, contrepoids, volants d’inertie, carters dont le seul rôle est de maintenir les paliers en ligne. Sa résistance à la compression est trois à quatre fois sa résistance à la traction, donc une base qui ne voit que du poids ne perd rien en étant en fonte, et c’est la seule des trois avec un amortissement valant la peine d’être conçu. Le prix est une élongation quasi nulle — rien sur la pièce ne doit subir une charge de traction ou de choc que vous n’avez pas calculée.
La fonte ductile est le choix par défaut pour les carters de pompes, carters hydrauliques, supports de paliers et corps de vannes, car elle survit aux chocs qu’une pièce en fonte grise fissurerait tout en se coulant et s’usinant comme la fonte. Ses nuances A536 vont de 60-40-18 à 120-90-02, donc là où une pièce se situe entre la fonte grise et l’acier est déterminé par la nuance que vous écrivez, pas par la famille de métaux — et l’allongement que vous sacrifiez pour la résistance est le compromis à surveiller.
Conclusion
Le carbone trace la ligne — sous environ 2 %, c’est de l’acier moulé, au-dessus, c’est de la fonte — et le mode de défaillance trace la décision. L’acier moulé cède avant de se fracturer et se soude ; la fonte grise ne fait ni l’un ni l’autre mais se coule, s’usine, amortit et coûte le moins ; la fonte ductile porte la majeure partie de la ductilité de l’acier au prix de la fonte. Décidez à partir du cas de surcharge : si la pièce doit se plier plutôt que se casser, acier ou fonte ductile ; si elle peut être rigide, silencieuse et bon marché et ne voit jamais de tension pour laquelle elle n’a pas été conçue, fonte grise.