Fonte
Usinage CNC

La fonte est une famille d’alliages fer-carbone avec une teneur en carbone supérieure à 2% (généralement 2,5–4,5%), ce qui provoque la précipitation du carbone excédentaire sous forme de graphite ou de carbure de fer lors de la solidification. Cette microstructure confère à la fonte ses caractéristiques distinctives : excellente résistance à la compression, absorption exceptionnelle des vibrations, lubricité inhérente grâce au graphite, et très bonne machinabilité malgré sa dureté. La fonte est largement utilisée pour les bases de machines-outils, les blocs moteurs, les carters de pompe, les composants de frein et les pièces structurelles lourdes où la rigidité, la résistance à l’usure et la stabilité dimensionnelle sont requises.

La fonte grise est la nuance de fonte la plus largement utilisée, caractérisée par la précipitation de graphite en flocons dans une matrice de fer perlitiques ou ferritiques. Les nuances courantes incluent ASTM A48 Classe 20–40, ISO EN-GJL-150 à EN-GJL-300, et GB HT150–HT350. La fonte grise offre une excellente machinabilité, une absorption vibratoire remarquable, une bonne résistance à la compression et un faible coût. Elle est utilisée pour les blocs moteurs, les culasses, les bases d'outils de machine, les tambours de frein, les corps de pompe et les carters de boîte de vitesses. Sa résistance à la traction est modérée (150–350 MPa) mais sa résistance à la compression est 3 à 5 fois plus élevée.

La fonte ductile est produite en ajoutant du magnésium à la fusion, ce qui provoque la solidification du graphite sous forme de nodules sphériques plutôt que de flocons. Cela améliore considérablement la résistance à la traction (400–900 MPa), l'allongement (jusqu'à 18%) et la résistance à l'impact par rapport à la fonte grise — offrant des propriétés proches de celles de l'acier tout en conservant une excellente machinabilité. Les nuances courantes incluent ASTM A536 Grade 65-45-12, 80-55-06, et EN-GJS-400-18 à EN-GJS-700-2. La fonte ductile est utilisée pour les vilebrequins, engrenages, carters de différentiel, corps de soupapes hydrauliques et composants structurels nécessitant à la fois la machinabilité de la fonte et une résistance mécanique supérieure.

La fonte alliée intègre des ajouts de chrome, nickel, molybdène ou cuivre pour produire des propriétés supérieures à celles de la fonte grise ou ductile standard. La fonte blanche à haute teneur en chrome (15–30% Cr) atteint une dureté HRC 55–65 pour une résistance extrême à l'abrasion. Ni-Hard offre une excellente résistance à l'usure avec une meilleure ténacité. La fonte austénitique Ni-Resist offre une résistance à la corrosion et une stabilité dimensionnelle à des températures élevées jusqu'à 800°C. Les fontes alliées sont spécifiées lorsque les fontes standard échouent en raison de l'usure abrasive, des températures élevées ou des services corrosifs — elles sont nettement plus difficiles à usiner et nécessitent des outils en CBN.

L'usinage de la fonte présente plusieurs défis spécifiques : (1) Peau dure — la surface brute contient des écailles, des inclusions de sable et une couche refroidie dure qui détruit rapidement l'outil si la première passe ne coupe pas en dessous. (2) Graphite abrasif — les flocons de graphite accélèrent l'usure du flanc sur les outils en carbure. (3) Usinage à sec ou presque à sec — la fonte est souvent usinée à sec ou avec MQL car un liquide de coupe en crue peut provoquer un choc thermique. (4) Porosité — les vides internes peuvent entraîner des surprises dimensionnelles lors de l'usinage de parois fines. (5) Variabilité de dureté de la fonte alliée — la fonte blanche à haute teneur en chrome peut varier considérablement en dureté à travers une seule pièce moulée.

La tolérance standard d'usinage CNC pour la fonte grise et ductile est de ±0,02 mm pour les caractéristiques tournées et de ±0,05 mm pour les caractéristiques fraisées. Pour les alésages de précision des roulements et les faces d'étanchéité, nous maintenons ±0,010–0,015 mm sur la fonte grise et ductile. La fonte alliée atteint généralement ±0,02–0,03 mm sur les caractéristiques usinées en raison de la variabilité de dureté. Notez que les pièces moulées ont une variation dimensionnelle inhérente — la sélection du point de référence et la stratégie de fixation doivent tenir compte de cette variabilité avant l'usinage. Des rapports CMM sont fournis pour tous les composants en fonte de précision.

La fonte a une résistance à la corrosion limitée inhérente et la matrice en fer graphite se corrode dans des environnements humides ou mouillés. Le traitement de surface dépend de l'application : les bases d'outils de machine et les composants internes sont souvent fournis avec une huile préventive contre la rouille uniquement. Les pièces dans des environnements modérés reçoivent un oxyde noir, un traitement phosphate ou un placage zinc. Les corps de pompe et les carters de soupape en service humide reçoivent une peinture époxy ou un revêtement en poudre. Notez que la fonte grise ne doit pas être électroplacée avec des procédés acides sans traitement préalable approprié, car le réseau de flocons de graphite peut piéger l'hydrogène et provoquer des cloques.

La soudure de la fonte est possible mais nécessite des procédures spécialisées. La fonte grise doit être préchauffée entre 300 et 600°C avant la soudure pour éviter la fissuration de la zone affectée par la chaleur. Des électrodes à base de nickel ou de fonte sont utilisées. La fonte ductile est plus facilement soudable que la fonte grise mais nécessite également un préchauffage. Les fontes alliées à haute teneur en chrome sont généralement considérées comme non soudables. Pour le traitement thermique : la fonte grise peut être soulignée (550–600°C) pour réduire les contraintes résiduelles avant un usinage de précision. La fonte ductile peut être annealée pour adoucir, ou normalisée, trempée et revenu pour augmenter la dureté.