Le traitement thermique modifie la matrice d'une pi\u00e8ce moul\u00e9e en fonte ductile \u2014 en ferrite, perlite, martensite tremp\u00e9e ou ausferrite \u2014 et avec elle le compromis entre r\u00e9sistance, duret\u00e9, ductilit\u00e9 et usinabilit\u00e9 ; les nodules de graphite sont fix\u00e9s dans la poche de coul\u00e9e et ne changent pas. La plupart des pi\u00e8ces moul\u00e9es n'en ont jamais besoin. ASTM A536<\/a> attribue les nuances 65-45-12 et 80-55-06 \u00e0 l'\u00e9tat brut de coul\u00e9e, et ces deux nuances couvrent la plupart des pi\u00e8ces moul\u00e9es en fonte ductile<\/a> que nous coulons.<\/p>\n Le traitement thermique intervient lorsque la nuance ou le service exige quelque chose que la matrice brute de coul\u00e9e ne peut pas offrir : un recuit de ferritisation pour le 60-40-18, une normalisation ou une trempe et revenu pour le 100-70-03 et le 120-90-02, un austempering pour les nuances ADI de l'A897, et un d\u00e9tensionnement pour toute pi\u00e8ce qui doit conserver ses dimensions lors de l'usinage de finition.<\/p>\n Sept traitements couvrent la fonte ductile en pratique, et ce qui les distingue est moins la temp\u00e9rature de pointe \u2014 la plupart aust\u00e9nitisent dans la m\u00eame plage de 850 \u00e0 950 \u00b0C \u2014 que la mani\u00e8re dont la pi\u00e8ce moul\u00e9e redescend, car le chemin de refroidissement est ce qui d\u00e9termine la matrice.<\/p>\nProc\u00e9d\u00e9s courants de traitement thermique de la fonte ductile<\/h2>\n
| Traitement thermique<\/th>\n | Temp\u00e9rature typique<\/th>\n | Objectif principal<\/th>\n | Structure r\u00e9sultante<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| D\u00e9tensionnement<\/td>\n | 500\u2013650 \u00b0C<\/td>\n | R\u00e9duire les contraintes r\u00e9siduelles de moulage\/usinage<\/td>\n | Matrice existante largement inchang\u00e9e<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Recuit de ferritisation<\/td>\n | 850\u2013950 \u00b0C, suivi d'un refroidissement contr\u00f4l\u00e9<\/td>\n | Augmenter la ductilit\u00e9 et l'usinabilit\u00e9<\/td>\n | Principalement de la ferrite<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Recuit complet<\/td>\n | ~850\u2013950 \u00b0C<\/td>\n | Adoucir la pi\u00e8ce moul\u00e9e et r\u00e9duire la duret\u00e9<\/td>\n | Ferrite + graphite<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Normalisation<\/td>\n | 870\u2013950 \u00b0C, refroidissement \u00e0 l'air<\/td>\n | Augmenter la r\u00e9sistance et la duret\u00e9<\/td>\n | Perlite fine<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Trempe et revenu<\/td>\n | Aust\u00e9nitisation ~850\u2013950 \u00b0C, trempe, puis revenu<\/td>\n | Haute r\u00e9sistance et r\u00e9sistance \u00e0 l'usure<\/td>\n | Martensite tremp\u00e9e<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Austempering<\/td>\n | Aust\u00e9nitisation ~850\u2013950 \u00b0C, puis maintien \u00e0 ~230\u2013400 \u00b0C<\/td>\n | Tr\u00e8s haute r\u00e9sistance avec une bonne t\u00e9nacit\u00e9<\/td>\n | Ausferrite<\/td>\n<\/tr>\n | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Durcissement superficiel<\/td>\n | Chauffage local rapide + trempe<\/td>\n | Am\u00e9liorer la r\u00e9sistance \u00e0 l'usure de surface<\/td>\n | Surface martensitique dure<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n Le durcissement superficiel est un cycle local par induction ou par flamme sur un tourillon ou un al\u00e9sage fini, et le recuit complet est le recuit de ferritisation men\u00e9 jusqu'\u00e0 une matrice enti\u00e8rement ferritique. Les cinq qui suivent sont ceux qui sont sp\u00e9cifi\u00e9s sur les dessins.<\/p>\n Recuit de ferritisation<\/h3>\nUn recuit de ferritisation convertit la perlite brute de coul\u00e9e en ferrite et produit la fonte ductile la plus douce, la plus ductile et la plus usinable \u2014 c'est le traitement que l'A536 attribue au 60-40-18, et \u00e0 aucune autre nuance. Sp\u00e9cifiez-le lorsque l'allongement ou l'usinabilit\u00e9 importe plus que la r\u00e9sistance : un corps de vanne avec beaucoup de per\u00e7age et de taraudage, ou une pi\u00e8ce qui subit des chocs \u00e0 basse temp\u00e9rature.<\/p>\n La chimie d\u00e9termine l'efficacit\u00e9 du recuit. Le mangan\u00e8se, le phosphore, le chrome et le molybd\u00e8ne ralentissent tous la transformation perlite-ferrite, donc une commande de 60-40-18 est mieux coul\u00e9e \u00e0 partir d'une fonte pauvre et \u00e0 faible teneur en mangan\u00e8se plut\u00f4t que recuite \u00e0 partir d'une coul\u00e9e perlitique.<\/p>\n Normalisation<\/h3>\nLa normalisation \u2014 aust\u00e9nitisation \u00e0 870\u2013940 \u00b0C, puis refroidissement \u00e0 l'air calme \u2014 transforme la matrice en perlite fine et est le moyen le plus \u00e9conomique d'augmenter la r\u00e9sistance et la duret\u00e9 d'une pi\u00e8ce moul\u00e9e ; avec un revenu apr\u00e8s, l'A536 l'accepte comme voie vers le 100-70-03 et le 120-90-02, et c'est pour le 100-70-03 qu'elle est g\u00e9n\u00e9ralement utilis\u00e9e. Il n'y a pas de trempe, donc la distorsion reste faible et les pi\u00e8ces \u00e0 parois minces la supportent.<\/p>\n Que le refroidissement \u00e0 l'air produise une perlite compl\u00e8te d\u00e9pend de l'\u00e9paisseur et de la chimie. La fonte a besoin d'au moins une teneur mod\u00e9r\u00e9e en mangan\u00e8se, autour de 0,3\u20130,5 % ou plus, et d'une teneur en silicium pas trop \u00e9lev\u00e9e. Une section \u00e9paisse refroidit trop lentement pour devenir enti\u00e8rement perlitique \u00e0 moins de contenir du nickel, du molybd\u00e8ne ou du mangan\u00e8se suppl\u00e9mentaire pour la trempabilit\u00e9, tandis qu'une section mince de la m\u00eame fonte peut d\u00e9passer la cible et devenir martensitique ou aciculaire. Informez la fonderie de la plage d'\u00e9paisseurs lorsque vous sp\u00e9cifiez une nuance normalis\u00e9e, car l'alliage est choisi en fonction de celle-ci.<\/p>\n Un revenu suit g\u00e9n\u00e9ralement, \u00e0 425\u2013650 \u00b0C, pour amener la duret\u00e9 dans la plage cible. Le prix de la normalisation est l'usinabilit\u00e9 et l'allongement \u2014 le 100-70-03 donne 3 % contre les 12 % du 65-45-12 brut de coul\u00e9e.<\/p>\n D\u00e9tensionnement<\/h3>\nLe d\u00e9tensionnement maintient la pi\u00e8ce moul\u00e9e \u00e0 510\u2013565 \u00b0C pour la fonte ductile non alli\u00e9e \u2014 plus \u00e9lev\u00e9 pour les nuances alli\u00e9es, jusqu'\u00e0 650 \u00b0C \u2014 assez longtemps pour que les contraintes r\u00e9siduelles de la solidification et de l'\u00e9bauche se rel\u00e2chent, sans changer la matrice, afin que la pi\u00e8ce conserve ses dimensions lors de l'usinage de finition et en service.<\/p>\n Il trouve sa place sur les pi\u00e8ces moul\u00e9es avec des alignements d'al\u00e9sages ou des faces d'accouplement usin\u00e9es en finition apr\u00e8s \u00e9bauche \u2014 un carter de bo\u00eete de vitesses<\/a>, un corps de pompe avec une ligne de joint boulonn\u00e9e \u2014 et sur les formes avec de grandes variations d'\u00e9paisseur, o\u00f9 les contraintes verrouill\u00e9es \u00e0 la solidification sont les plus importantes. Le maintien est d'une heure plus une heure par pouce d'\u00e9paisseur, suivi d'un refroidissement au four, donc cela co\u00fbte un cycle complet de four dans le planning, pas seulement le temps de maintien.<\/p>\n Le d\u00e9tensionnement n'est pas sans effets secondaires. Plus la temp\u00e9rature est \u00e9lev\u00e9e, plus les contraintes sont compl\u00e8tement \u00e9limin\u00e9es, mais l'extr\u00e9mit\u00e9 sup\u00e9rieure retire \u00e9galement une partie de la duret\u00e9 et de la r\u00e9sistance \u00e0 la traction. Lorsqu'un minimum de duret\u00e9 est indiqu\u00e9 sur le dessin, maintenez le d\u00e9tensionnement \u00e0 l'extr\u00e9mit\u00e9 basse de sa plage.<\/p>\n La trempe et le revenu atteignent la duret\u00e9 et la r\u00e9sistance les plus \u00e9lev\u00e9es que la fonte ductile conventionnelle offre \u2014 c'est la voie habituelle pour le 120-90-02 et une voie accept\u00e9e pour le 100-70-03 \u2014 en aust\u00e9nitisant \u00e0 845\u2013925 \u00b0C, en trempant pour obtenir de la martensite, et en revenant pour atteindre la duret\u00e9 et la t\u00e9nacit\u00e9 dont la pi\u00e8ce a besoin. \u00c0 l'\u00e9tat tremp\u00e9, la matrice est de la martensite avec un peu d'aust\u00e9nite r\u00e9siduelle, et elle atteint un pic de 55\u201357 HRC lorsqu'elle est aust\u00e9nitis\u00e9e \u00e0 l'extr\u00e9mit\u00e9 inf\u00e9rieure, 845\u2013870 \u00b0C.<\/p>\n Le revenu \u00e0 425\u2013600 \u00b0C \u00e9change la duret\u00e9 contre la t\u00e9nacit\u00e9 \u00e0 chaque augmentation de temp\u00e9rature ; le 120-90-02 se situe \u00e0 l'extr\u00e9mit\u00e9 tenace de cet \u00e9change, avec 2 % d'allongement. Plus le revenu est bas, plus la surface est dure et plus elle r\u00e9siste \u00e0 l'usure, c'est pourquoi la trempe et le revenu, plut\u00f4t que la normalisation, sont la r\u00e9ponse lorsque l'exigence est une tr\u00e8s haute duret\u00e9.<\/p>\n Deux mises en garde. La trempe d\u00e9forme, et peut fissurer, une pi\u00e8ce coul\u00e9e avec des changements de section brusques ou des angles internes vifs, donc la trempe et le revenu conviennent mieux aux sections compactes et uniformes qu'\u00e0 un bo\u00eetier \u00e0 parois minces, et l'usinage de finition doit \u00eatre effectu\u00e9 apr\u00e8s le revenu. Et pour une pi\u00e8ce n\u00e9cessitant une limite d'\u00e9lasticit\u00e9 de 90 ksi avec plus de t\u00e9nacit\u00e9 que 2 % d'allongement, la Fonte Ductile Austempered (ADI) est la meilleure r\u00e9ponse.<\/p>\n L'austempering \u2014 aust\u00e9nitiser \u00e0 815\u2013925 \u00b0C, puis maintenir de mani\u00e8re isotherme \u00e0 230\u2013400 \u00b0C au lieu de tremper \u00e0 temp\u00e9rature ambiante \u2014 transforme la matrice en ausferrite, de la ferrite aciculaire dans de l'aust\u00e9nite stabilis\u00e9e au carbone, et donne la fonte ductile la plus r\u00e9sistante qui existe : la ASTM A897\/A897M<\/a> les nuances vont de 110 ksi en r\u00e9sistance \u00e0 la traction avec 11 % d'allongement \u00e0 230 ksi avec 1 %. C'est le traitement \u00e0 envisager lorsqu'une pi\u00e8ce coul\u00e9e en fonte ductile est compar\u00e9e \u00e0 une pi\u00e8ce en acier forg\u00e9 ou trait\u00e9 thermiquement.<\/p>\n La temp\u00e9rature de maintien d\u00e9termine la nuance. Une transformation basse, autour de 260 \u00b0C, donne une ausferrite fine, \u00e0 haute r\u00e9sistance et r\u00e9sistante \u00e0 l'usure ; une transformation haute, autour de 370 \u00b0C, donne une structure plus grossi\u00e8re avec une haute r\u00e9sistance \u00e0 la fatigue et une bonne ductilit\u00e9.<\/p>\n
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