Les nuances de fonte ductile sont des ensembles de propriétés mécaniques minimales définies par deux normes : l’ASTM A536 en Amérique du Nord, avec cinq nuances à usage général de 60-40-18 à 120-90-02, et l’EN 1563 en Europe, avec une série allant de EN-GJS-350-22 à EN-GJS-900-2. Dans les deux systèmes, le nom constitue la spécification.
Ce qui fait monter une nuance dans l’une ou l’autre liste, c’est la matrice autour des nodules de graphite : de la ferrite à l’extrémité ductile, de la perlite au milieu, une structure traitée thermiquement en haut. Aucune des deux normes ne fixe la chimie — la fonderie définit la matrice par alliage ou traitement thermique et prouve le résultat sur une barre d’essai.
Nuances de fonte ductile en Amérique du Nord
L’ASTM A536 répertorie cinq nuances à usage général, de 60-40-18 à 120-90-02, chacune nommée par sa résistance minimale à la traction en ksi, sa limite d’élasticité minimale en ksi à 0,2 % de décalage, et son allongement minimal en pourcentage. Les valeurs en ksi constituent l’exigence ; la colonne en MPa est une conversion que la norme imprime à titre d’information uniquement.
| Nuance ASTM A536 | Résistance minimale à la traction | Limite d’élasticité minimale | Allongement minimal | Structure typique | Caractéristiques générales |
|---|---|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60 ksi / 414 MPa | 40 ksi / 276 MPa | 18% | Ferritique | Très ductile, résistant, facile à usiner |
| 65-45-12 | 65 ksi / 448 MPa | 45 ksi / 310 MPa | 12% | Ferritique / ferritique-perlitique | Bonne nuance à usage général |
| 80-55-06 | 80 ksi / 552 MPa | 55 ksi / 379 MPa | 6% | Principalement perlitique | Résistance et résistance à l’usure plus élevées |
| 100-70-03 | 100 ksi / 689 MPa | 70 ksi / 483 MPa | 3% | Traitée thermiquement | Résistance et dureté élevées |
| 120-90-02 | 120 ksi / 827 MPa | 90 ksi / 621 MPa | 2% | Traitée thermiquement | Très haute résistance, ductilité la plus faible |
Les nuances 60-40-18 et 65-45-12 sont toutes deux ferritiques mais ne sont pas obtenues de la même manière : l’A536 s’attend à ce que la 60-40-18 nécessite un recuit complet de ferritisation, tandis que la 65-45-12 est normalement atteinte à l’état brut de coulée. Le recuit est un cycle de four supplémentaire, donc la 65-45-12 est la nuance ferritique la moins chère chaque fois qu’un allongement de 12 % suffit. La 80-55-06 est un mélange de perlite et de ferrite, également à l’état brut de coulée, avec la perlite introduite par alliage ; son degré d’inclinaison vers la perlite varie d’une fonderie à l’autre.
“ Traitée thermiquement ” contre 100-70-03 et 120-90-02 désigne le procédé, pas la matrice. La 100-70-03 est essentiellement tout perlite, généralement atteinte par normalisation et revenu ; la 120-90-02 est trempée et revenue, donc sa matrice est de la martensite revenue. L’A536 accepte la trempe et revenu, la normalisation et revenu, ou le traitement isotherme pour l’une ou l’autre nuance et laisse le choix à la fonderie.
L’A536 subordonne la chimie aux propriétés mécaniques, et la dureté, la composition, la microstructure et l’étanchéité à la pression ne sont des exigences que lorsque la commande les spécifie. Une pièce d’usure nécessitant une plage de dureté ne l’obtient pas à partir de la désignation de nuance ; la plage doit être écrite sur la commande.
Nuances de fonte ductile européennes
L’EN 1563 nomme chaque nuance EN-GJS suivi de la résistance minimale à la traction en MPa et de l’allongement minimal en pourcentage — EN-GJS-500-7 correspond à 500 MPa et 7 % — avec la désignation basée sur un échantillon coulé de 25 mm et les valeurs imprimées s’appliquant aux épaisseurs de paroi pertinentes jusqu’à 30 mm.
| Nuance EN | Résistance minimale à la traction | Caractère typique |
|---|---|---|
| EN-GJS-350-22 | 350 MPa | Extrêmement ductile |
| EN-GJS-400-18 | 400 MPa | Ferritique, résistant |
| EN-GJS-400-15 | 400 MPa | Nuance ferritique courante |
| EN-GJS-450-10 | 450 MPa | Équilibre résistance/ductilité |
| EN-GJS-500-7 | 500 MPa | Génie général |
| EN-GJS-600-3 | 600 MPa | Perlitique à plus haute résistance |
| EN-GJS-700-2 | 700 MPa | Haute résistance |
| EN-GJS-800-2 | 800 MPa | Très haute résistance |
Contrairement à l’A536, la norme EN 1563 imprime sa propre dépréciation pour les parois plus épaisses. L’EN-GJS-500-7 chute à 450 MPa de résistance à la traction entre 30 et 60 mm et à 420 MPa entre 60 et 200 mm, sa limite d’élasticité à 0,2 % passant de 320 MPa à 300 puis à 290, et son allongement de 7 % à 5 % dans la bande la plus lourde.
Trois nuances ne comportent aucun minimum standard au-delà de 30 mm : l’EN-GJS-450-10, le 800-2 et le 900-2 (la nuance au-dessus de ce tableau) sont laissés à l’accord entre l’acheteur et la fonderie pour toute épaisseur supérieure, comme chaque nuance au-delà de 200 mm. Sur un carter lourd, spécifier l’une d’elles signifie négocier les chiffres d’acceptation, pas les lire dans la norme.
Les nuances 350-22 et 400-18 existent également en variantes -LT et -RT avec une exigence Charpy. L’essai n’est effectué que si l’acheteur le spécifie, et la norme EN 1563 elle-même note que la pertinence de l’énergie d’impact pour la rupture fragile dans une pièce coulée sous charge est en cours de réévaluation — une désignation -LT achète une structure ferritique vérifiée, pas une garantie contre la rupture.
Le tableau omet également le deuxième groupe de l’EN 1563, les nuances ferritiques renforcées par solution solide EN-GJS-450-18, 500-14 et 600-10, qui utilisent une teneur en silicium plus élevée à la place de la perlite. À la même résistance à la traction de 500 MPa, le 500-14 donne une limite d’élasticité de 400 MPa contre 320 pour le 500-7, et un allongement de 14 % contre 7 %, avec moins de dispersion de dureté et un usinage plus facile. Ils apparaissent sur les dessins européens plus récents, et l’A536 n’a pas d’équivalent.
Comment choisir une nuance de fonte ductile
Choisissez la nuance la plus basse dont la limite d’élasticité et l’allongement dépassent la conception à l’épaisseur de section réelle de la pièce coulée, puis vérifiez trois choses que le nom de la nuance ne vous dit pas : la température de fonctionnement de la pièce, si la charge est cyclique, et si le dessin a été rédigé selon l’autre norme. La plus basse, car chaque étape dans la liste échange la ductilité et l’usinabilité contre la résistance, et les sections épaisses d’une pièce coulée en sable sont les premières à ne pas atteindre un chiffre de barre d’essai.
Commencez par la limite d’élasticité et l’allongement, pas la résistance à la traction
La résistance à la traction est le chiffre dans le nom, mais un carter ou un support est conçu contre la limite d’élasticité, et l’allongement est sa tolérance pour la variation que toute pièce coulée comporte. Les nuances ferritiques — 60-40-18 et 65-45-12, ou EN-GJS-400-18 à 450-10 — offrent la plus grande ténacité et l’usinage le plus facile ; elles sont le choix par défaut pour les carters, les brides et tout ce qui subit des chocs ou du froid. Les nuances perlitiques — 80-55-06 et 100-70-03, ou EN-GJS-500-7 à 700-2 — sont celles d’où proviennent la résistance à l’usure et la résistance plus élevée, au prix d’une usinabilité réduite, la plus marquée à 100-70-03.
Dépréciation pour l’épaisseur de section
Les minimums de nuance sont des valeurs de barre d’essai, et l’A536 déclare carrément qu’aucune relation précise ne peut être établie entre une éprouvette coulée séparément et la pièce coulée, ou entre deux emplacements de la même pièce coulée. Sous l’A536, l’acheteur choisit l’éprouvette : un bloc en Y de 3 pouces représente les sections de 1 1/2 pouce (38 mm) et plus, un bloc de 1 pouce les sections de 1/2 à 1 1/2 pouce, un bloc de 1/2 pouce tout ce qui est plus fin — et si le dessin est silencieux, la fonderie choisit.
Sur le pièces moulées en fonte ductile que nous coulons, la section contrôlante est rarement la paroi nominale ; c’est la bride, le bossage ou la section sous la masselotte qui refroidit le plus lentement, et c’est cette épaisseur que l’éprouvette doit correspondre. Un bloc en Y de 1 pouce sur un carter de boîte de vitesses dont les brides dépassent 1 1/2 pouce passe facilement et ne prouve rien sur la bride. Écrivez la taille de l’éprouvette à côté de la nuance.
Il existe deux façons honnêtes de couvrir une section épaisse : spécifier l’éprouvette ou l’épaisseur de paroi qui lui correspond et laisser la fonderie allier pour atteindre la nuance à cet endroit, ou concevoir selon les chiffres dépréciés que l’EN imprime pour cette épaisseur. Monter d’une nuance par le nom seul est un instrument grossier — cela augmente le chiffre que l’éprouvette doit montrer, paie le coût d’usinabilité sur chaque section, et laisse toujours la section épaisse non mesurée.
Limites de température
Pour les pièces sous pression qui fonctionnent à chaud — corps de vannes, brides, carters de pompes — la désignation passe de l’A536 à l’ASTM A395, qui évalue toutes ses nuances à 450 °F et seulement le 60-40-18 de 450 à 650 °F. Sous zéro, l’ASTM A874 couvre la fonte ductile ferritique pour un service jusqu’à −40 °F et exige une structure ferritique sans carbures massifs ; la voie EN est une nuance -LT, 400-18-LT à −20 °C ou 350-22-LT à −40 °C. Dans les deux directions, la réponse est la ferrite — une nuance perlitique est le mauvais choix pour un service à froid, quelle que soit sa résistance.
Charges cycliques
L’A536 elle-même avertit que la fonte ductile trempée en martensite et revenue peut avoir une résistance à la fatigue sensiblement inférieure à celle de la fonte brute de coulée de même dureté. Pour un volant, une manivelle ou tout ce qui est sous charge inversée, cela favorise une nuance perlitique obtenue brute de coulée ou par normalisation — 80-55-06, 100-70-03, EN-GJS-600-3 ou 700-2 — plutôt qu’un 120-90-02 trempé et revenu, même si les chiffres statiques de la nuance trempée semblent plus sûrs.
Lire une nuance depuis l’autre norme
Il n’existe pas d’équivalence officielle ASTM-EN, et les voisins les plus proches ne s’alignent pas sur la limite d’élasticité ou l’allongement.
| Nuance ASTM A536 (min. résistance à la traction / limite d’élasticité / allongement) | Nuance EN 1563 la plus proche (min. Rm / Rp0,2 / A) | Où le voisin est insuffisant |
|---|---|---|
| 60-40-18 — 414 / 276 MPa / 18 % | EN-GJS-400-18 — 400 / 250 MPa / 18 % | 14 MPa sous sur la traction, 26 MPa sous sur la limite d’élasticité |
| 65-45-12 — 448 / 310 MPa / 12 % | EN-GJS-450-10 — 450 / 310 MPa / 10 % | La traction et la limite d’élasticité correspondent ; l’allongement est inférieur de deux points |
| 80-55-06 — 552 / 379 MPa / 6 % | EN-GJS-500-7 — 500 / 320 MPa / 7 %, ou EN-GJS-600-3 — 600 / 370 MPa / 3 % | Le 500-7 est sous sur les deux résistances ; le 600-3 est 9 MPa sous sur la limite d’élasticité avec la moitié de l’allongement |
| 100-70-03 — 689 / 483 MPa / 3 % | EN-GJS-700-2 — 700 / 420 MPa / 2 %, ou EN-GJS-800-2 — 800 / 480 MPa / 2 % | Le 700-2 est 63 MPa sous sur la limite d’élasticité ; le 800-2 est 3 MPa sous ; les deux sont un point sous sur l’allongement |
| 120-90-02 — 827 / 621 MPa / 2 % | EN-GJS-900-2 — 900 / 600 MPa / 2 % | 21 MPa sous sur la limite d’élasticité |
Inscrivez la nuance demandée par le dessin, dans la norme qu’il spécifie. Citer EN-GJS-400-18 comme 60-40-18 demande à la fonderie 26 MPa de limite d’élasticité dont le concepteur européen n’a jamais eu besoin, ainsi que le recuit qui l’accompagne. Lorsqu’une traduction est inévitable, indiquez les deux désignations sur le dessin et précisez laquelle régit l’acceptation.
Conclusion
Une nuance de fonte ductile est une promesse concernant une barre d'essai : cinq nuances A536 et la série EN-GJS désignent chacune une résistance à la traction minimale, une limite d'élasticité et un allongement, et la matrice — ferritique, perlitique ou une structure traitée thermiquement — est ce qui les garantit. Choisissez la nuance la plus basse qui satisfait la limite d'élasticité et l'allongement à la section réelle, passez à A395, A874 ou à une nuance EN -LT lorsque la température devient un facteur, écartez les nuances trempées et revenues des pièces soumises à la fatigue, et ne traduisez jamais entre les normes sans vérifier la limite d'élasticité. Puis indiquez la taille de la barre d'essai ou l'épaisseur de paroi pertinente à côté de la nuance — sans cela, le chiffre sur le dessin décrit une barre choisie par la fonderie.