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metallurgy
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CONTRIBUTION
L QUALIFICATION MCANIQUE DES
FONTES GRISES ET A L'AMLIORATION
DE LEUR COMPORTEMENT EN SERVICE
THSE
PRSENTE A L'COLE POLYTECHNIQUE FDRALE, ZURICHPOUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ES SCIENCES
TECHNIQUES
PAR
Albert CollaudING. CHIM. E. P. Z.
DE BULLE (FRIBOURG)
Rapporteur: M. le Prof. H. GUGLER
Corapporieur : M. le Prof. M. ROS
IMPRIMERIE VOGT-SCHILD S.A., SOLEURE
1944
Table des matires
Pages
I. - Introduction I
II. - L'anisotropie de la structure et des proprits mcaniques des fontes grises 6
III. - Les tensions internes des moulages en fontes grises et leur limination par
recuit de stabilisation 34
IV. - Etude critique du comportement des fontes grises soumises des sollicitations
mcaniques 45
V. L'essai de flexion et le comportement des fontes grises soumises des solli
citations mcaniques 56
VI. - Etude des facteurs de composition et de structure qui influent sur le com
portement des fontes grises lorsqu'elles sont soumises des sollicitations
mcaniques statiques 69
Biographie
N le 4 dcembre 1898 Bulle (canton de Fribourg). De 1904
1912 : coles primaire et secondaire Bulle. De 1912 1918 :
tudes au gymnase et au lyce du collge Saint-Michel Fri
bourg, suivies du diplme de maturit latin-grec. De 1918 1923 :
tudes l'cole de chimie de l'Ecole Polytechnique Fdrale
Zurich, suivies du diplme d'ingnieur chimiste spcialis en
lectrochimie.
De 1923 1930 : ingnieur attach au Service Central des
Usines de la Socit des Hauts Fourneaux et Fonderies de Pont-
-Mousson (France). De 1930 1944 : chef du laboratoire mtal
lurgique de l'usine de Klus de la Socit des Usines de Louis
deRollS.A.
I. - Introduction.
La fonte grise est non seulement un des
mtaux les plus rpandus et les plus ancienne
ment utiliss dans l'industrie, elle est aussi un de
ceux qui prsentent les proprits les plus origi
nales, les plus varies et les moins faciles qualifier. Si l'on veut bien comprendre pourquoi la
fonte grise, malgr des insuffisances plutt
apparentes que relles, a pris une place aussi
importante dans notre civilisation moderne, il
faut bien s'imprgner de la considration de cer
tains de ses avantages vis--vis d'autres mat
riaux, avantages qui la rendent irremplaable.Parmi beaucoup de ceux-ci, nous citerons la
modicit de son prix de revient, la simplicit
apparente de sa mtallurgie et sa trs grandefacilit de mise en uvre. Il n'est pas douteux
que ces avantages crrent des circonstances
extrmement favorables au dveloppement de
sa production et de son emploi. Ils contriburent
en particulier la multiplication et la dispersion des fonderies de fontes grises. Ceci ne serait
pas un grand mal si ces fonderies travaillaient
toujours avec une exprience suffisante et selon
une technique bien tudie et parfaitement mise
au point. Malheureusement, il n'en est pas partout ainsi et, nous pouvons bien le dire sans
avoir l'intention de froisser aucune susceptibilit,certaines dficiences ne contriburent pas peu
au reproche, souvent jutifi, que l'on a pu faire
la fonte grise d'tre un mtal de qualit inf
rieure, cassant, irrgulier, ainsi qu' l'opiniontrs rpandue qu'il est parfaitement illusoire de
vouloir chercher la mieux connatre et
l'amliorer. Cette opinion n'a malheureusement
pas seulement cours auprs des constructeurs, ce
qui, jusqu' un certain point, pourrait se com
prendre comme consquence de certains d
boires, mais galement dans certains milieux de
fondeurs. Ceci est beaucoup plus grave et ne
peut tre attribu qu' la faiblesse inhrente
notre nature humaine qui veut que, de prf
rence, nous dpensions beaucoup d'ingniosit chercher des moyens susceptibles d'viter les
difficults plutt qu' faire un effort sincre pour
poser franchement le problme et le rsoudre.
On n'a que trop souvent tendance consid
rer la fonte grise comme un parent pauvre de
l'acier. Il est bien certain que, dans le cas de
l'acier, le terrain tait beaucoup plus favorable
pour que des progrs rapides et substantiels
puissent tre raliss. En effet, sa mtallurgie et
sa mise en uvre sont, du moins en apparence
et nous nous permettrons d'insister sur ce point,
beaucoup plus compliques que ce n'est gnralement le cas pour la fonte grise. Le rsultat
en fut que, ds le dbut, l'industrie de l'acier s'est
concentre dans un petit nombre d'usines impor
tantes, qui ont tt compris la ncessit de la
recherche scientifique, et qui ont systmatiquement orient leur fabrication d'aprs les
mthodes tudies et mises au point en labora
toire. Il n'est ds lors pas tonnant que nous
ayons pu assister, depuis le dbut de ce sicle
surtout, un progrs extraordinairement ra
pide et ininterrompu qui a abouti la mise
au point de nouvelles familles d'aciers et
d'alliages dous de proprits jusque-l insoup
onnes. Parmi ces familles, nous nous plairons citer les aciers de construction trs haute
limite lastique, les aciers rapides, les outils
extra-durs obtenus par mtallo-cramique, les
aciers inoxydables et rsistant des milieux
chimiquement trs aggressifs, les aciers rfrac-
taires, les aciers nitrurs, les aciers trs haute
force coercitive pour aimants permanents, les
aciers permabilit magntique leve pour
appareils et machines lectriques el tant d'autres
encore.
Durant ce prodigieux essor, et principalement
pour la raison que nous en avons indique, la
fonte grise faisait effectivement et fait encore
figure de parent pauvre. Elle restait un des
derniers refuges de l'empirisme sculaire qui
rgnait souverainement sur la technique de sa
mise en uvre et provoquait trop souvent une
opposition systmatique tout dsir de progrs
et tout esprit de recherche scientifique. On se
rendait parfaitement compte des insuffisances de
la fonte grise, de ses dfauts mme, mais plutt
que de chercher y remdier, on trouvait beau
coup plus simple de s'en accommoder, lorsqu'on
ne se bornait pas tout simplement les nier. Ce
renoncement, infiniment plus grave, provoqua de
graves dboires et contribua dans une large me
sure au discrdit de la fonte grise dans le cercle
de ses usagers. Les chercheurs que cette situation
ne satisfaisait pas et qui eurent, il y a peine une
trentaine d'annes, le courage d'entreprendre la
lutte contre les prjugs et d'introduire la
mthode scientifique l o il n'y avait aupara
vant que routine traditionnelle, ne se heurtrent
pas seulement de grosses difficults, mais aussi
la sourde rsistance des praticiens. Ceux-ci
avaient le sentiment d'tre initis aux myst
rieux arcanes d'un art vritable - on parlait en
effet toujours de l'art du fondeur comme on par
lait de la science de l'ingnieur , d'tre les
dtenteurs privilgis d'une sorte de rvlation
sotrique conserve jalousement secrte, trans
mise de pre en fils et dont ils craignaient qu'on
veuille les dpossder. Les pionniers de l'esprit
scientifique furent rcompenss de leur patience
et de leur opinitret par l'abondance des rsul
tats acquis, car, mesure qu'ils apprenaient la
mieux connatre, la fonte grise se rvlait comme
un mtal extrmement intressant et complexe,
dou de proprits trs diverses, susceptibles
non seulement de varier dans de trs larges
limites, mais encore d'lre considrablement
amliores.
Il est malheureusement trop certain que
ces tentatives ne furent pas toujours trs
judicieuses. En voulant, sans discrimination,
transposer la fonte les progrs raliss dans le
domaine de l'acier, on mconnut parfois le fait
trs important que les amliorations que peuvent
subir les proprits des fontes grises sont limites
par un certain plafond systmatique d ses
caractristiques naturelles, et qu'il est contraire
2
son essence d'en vouloir faire un mauvais
acier. En effet, la fonte grise ne peut et ne doit
en aucun cas renoncer ses prrogatives pri
mordiales, et, en particulier, la simplicit de sa
mise en uvre. Le dessein du prsent travail est
prcisment de montrer que, si l'on veut raliser
un progrs important dans le sens d'une meil
leure utilisation de ses proprits et d'une augmentation des tensions admissibles sans danger
en service, il est absolument indispensable
d'analyser, d'une manire plus approfondie
qu'on ne l'a fait jusqu'ici, pourquoi la fonte se
comporte d'une manire si personnelle lors
qu'elle est soumise des sollicitations mca
niques, et dans quelle direction il faut nces
sairement orienter les recherches pour amliorer
ce comportement sans compromettre son origi
nalit foncire. Les efforts tents depuis une
vingtaine d'annes ont trop souvent nglig ces
considrations de simple bon sens. On a voulu
crer des types de fontes grises dont la rsistance
la traction tait de plus en plus leve, sans
toujours se rendre compte que l'on tendait ainsi
compromettre la facilit du moulage, augmenter dangereusement les tensions internes et,
trop souvent, hlas, rendre le mtal beaucoup
plus sensible aux effets d'entaille ainsi qu'auxchocs dynamiques ou thermiques. Il en est
rsult une srie d'checs qui n'ont pas peucontribu aggraver la mfiance que beaucoup
de constructeurs prouvent l'gard de la fonte
grise. L'opinion, trs rpandue, que les fontes
modernes sont loin de valoir, tout particulirement comme tnacit, les fontes produites autre
fois par le haut-fourneau charbon de bois, n'est
malheureusement pas toujours inexacte ou pr
conue. Cette opinion reste mme enracine
dans certains milieux de fondeurs et ne doit en
aucun cas tre nglige, si l'on veut orienter
dans la bonne direction les progrs que la fonte
grise est susceptible de raliser.
En un certain sens, c'est une rhabilitation de
la fonte grise que nous tentons ici, en exposant
une vue d'ensemble des recherches que nous
avons effectues depuis une dizaine d'annes.
Nous chercherons, tout d'abord, dfinir les
critres susceptibles de caractriser l'anomalie
de son comportement lorsqu'elle est soumise
des sollicitations mcaniques. Il est bien vident
que les causes de mise hors d'usage des mou
lages en fonte grise sont d'autant plus nom
breuses que ceux-ci doivent jouir des proprits
les plus diverses pour rpondre aux exigences
extraordinairement varies qu'on leur impose en
service. On estime souvent que la fonte est
bonne tout et tout la fois bonne rien : bonne
tout, parce qu'elle permet de raliser peu de
frais les objets les plus varis sortant de l'imagination des constructeurs et s'adapte fort bien
des conditions de service parfois draisonnables,bonne rien, parque que trop souvent on la
considre comme un mtal trs fragile, qu'il est
fort imprudent de vouloir soumettre des efforts
de traction ou des chocs. On en est venu
dimensionner les moulages en fonte grise de
telle faon que la sollicitation en service ne
dpasse en aucun cas le 10 20 % de la rsistance
la traction observe sur prouvette coule
sparment, et reste toujours infrieure au 25 %
de la rsistance la fatigue sous flexions
alternes. Un tel tat de choses a videmment
sa raison d'tre et se base aussi bien sur une
longue exprience que sur certains dboires quifurent parfois trs graves. Loin de nous l'ide de
critiquer un tel point de vue. Nous le consid
rons comme parfaitement lgitime, aussi long
temps que l'on n'aura pas mis en vidence les
causes effectives de certaines ruptures acciden
telles en service, ruptures d'autant plus nigma-
tiques que les tensions atteintes n'taient qu'unefraction insignifiante de la rsistance statique de
la fonte utilise. Chercher la cause relle de
certaines de ces ruptures apparemment inexpli
cables d'aprs les ides gnralement admises,de certaines fautes que nous avons nous-mmes
commises en croyant avoir ralis un progrs,nous a incits entreprendre l'tude complted'un problme dont nous ne nous dissimulons
pas les difficults. Nous ne voulons pas prtendre lui avoir trouv une solution dfinitive,
mais simplement montrer pourquoi nous l'avons
cherche dans une direction nettement dfinie
et quels rsultats nous sommes jusqu'ici parvenus. Notre ambition sera amplement satisfaite
si les suggestions nouvelles que nous faisons
intressent les milieux de producteurs et d'usa
gers et provoquent des discussions ou des
contradictions toujours fructueuses pour tous.
Lorsqu'on cherche tablir un critre de
qualit d'une fonte grise quelconque, disons
d'un moulage qui s'est rvl comme dfectueux
dans certaines conditions de service, on se
heurte plusieurs importantes difficults issues
de la nature mme de la fonte grise. Tout
d'abord, celle-ci est essentiellement anisotrope.Nous ne parlons d'anisotropie ou de quasi-
isotropie des fontes grises que pour nous confor
mer la terminologie en cours, mais nous
aurons l'occasion plus loin de prciser ce quenous entendons par ce terme. Nous voulons
simplement dire ici que les proprits mca
niques sont trs notablement influences par la
variation, en fonction du temps, du gradient de
temprature s'tablissant dans le moulage aprs
la coule. Il en rsulte que les proprits
mcaniques, et la structure dont elles dpendent,
ne varient pas seulement avec l'paisseur du
moulage considr, ou avec la conductibilit
thermique plus ou moins leve de la matire
constituant le moule, mais encore, dans une
mme section, du point o s'effectue l'obser
vation. L'anisotropie de la structure explique
partiellement l'anisotropie des proprits mca
niques et trouve son origine dans les phnomnes trs particuliers qui se produisent, soit
lors de la solidification, soit lors du refroidisse
ment ultrieur. C'est l'instant de la solidi
fication, ou dans un domaine de tempraturetrs voisin, que se produit la graphitisation quiconfre la fonte grise une de ses caractris
tiques essentielles. Cette graphitisation, ainsi queles circonstances dans lesquelles elle se produit,
a fait l'objet de nombreuses recherches qui se
proposaient de dterminer si la sparation des
lamelles de graphite se produit directement
partir de la solution du carbone dans le fer, ou si
elle est due la dcomposition de carbures
solidifis la temprature eutectique. Sans vou
loir prendre position dans un dbat qui n'est
pas encore clos, nous voulons simplement mettre
en relief le fait qu'il s'agit l d'un phnomne
irrversible, d'o rsulte une structure primaire
dpendant aussi bien de la composition physico-
chimique de la fonte considre que de sa
vitesse de refroidissement lors du passage
l'tat solide. Or, et nous insisterons sur ce point
important, cette structure primaire est donne
une fois pour toutes et ne peut plus tre modifie
par un traitement thermique ultrieur quel
conque. Les proprits qui sont influences
uniquement par la quantit et par la rpartitiondu graphite resteront donc immuables, quelquetraitement qu'on fasse subir la fonte grise. Il
en est tout autrement de la structure secondaire
qui prend naissance lors de la transformation
eutectodique des cristaux mixtes gamma. Cette
structure secondaire est galement affecte parla vitesse de refroidissement dans le domaine
critique de transformation. Mais, ce qui en fait
la caractristique essentielle, c'est qu'elle n'est
pas seulement susceptible d'tre profondment modifie par traitement thermique, mais
encore qu'elle est rversible. Thoriquement, il
est toujours possible, aprs ce traitement, de
restituer la structure secondaire son aspect
primitif et ses proprits initiales. Si nous insis
tons ds l'introduction sur cette profonde dif
frence entre la structure primaire et la structure
secondaire, c'est que seule elle peut permettre
d'expliquer l'anomalie de certaines des pro
prits des fontes grises, et qu'elle est appele
3
prendre une trs grande place dans notre travail.
Mais, si la structure secondaire de la fonte
grise prsente, de mme que la structure pri
maire, un caractre d'anisotropie aussi accentu,
on doit invitablement se poser la question
suivante : Comment est-il possible de dfinir le
critre de qualification d'un moulage, si l'on se
base sur les rsultats d'essais observs, soit sur
des prouvettes coules sparment, soit sur des
prouvettes prleves en un point donn du
moulage lui-mme ? Cette question a fait l'objet
de nombreux travaux entre 1925 et 1935, travaux
qui ont abouti la mise au point de deux
mthodes permettant de dterminer, en un point
quelconque du moulage et avec une prcision
satisfaisante, certaines caractristiques mca
niques considres jusqu'ici comme critres de
qualii. Ceci revient, en multipliant les essais et
les points de prlvement, effectuer ce qu'il a
t convenu d'appeler la topographie mca
nique du moulage lui-mme. La premire en
date de ces mthodes, dite mthode franaise,
prvoit le prlvement en divers points de
petites prouvettes qui ne compromettent pas
les proprits du moulage et qui sont soumises
des essais de flexion, de cisaillement et de
duret. La deuxime mthode, beaucoup plus
lgante et plus gnralement applicable, puis
qu'elle vite le prlvement d'prouvettes dans
le moulage, a vu le jour en Suisse et est issue
des beaux travaux de E. Dbi. Nous nous occu
perons exclusivement de cette dernire mthode
et aurons l'occasion de citer quelques exemples
de son application.La question qui vient immdiatement
l'esprit est de se demander si une telle topo
graphie mcanique, aussi parfaite et complte
soif-elle, permet de prvoir comment le moulage
lui-mme, pris dans sa totalit, se comportera en
service, non seulement sous les sollicitations
mcaniques normales pour lesquelles il a t
prvu, mais encore sous certaines sollicitations
accidentelles, toujours possibles et beaucoup
plus dangereuses. Nous avons consacr l'tude
de cette question un chapitre qui aboutit une
conclusion ngative, en ce sens que, si l'on
dsire augmenter sans danger le taux de sollici
tation d'un moulage en service, il ne suffit pas
d'utiliser simplement une fonte dont la rsis
tance statique soit plus leve, que cette rsis
tance soit mesure la traction ou selon tout
autre mode d'essai. C'est pour avoir mconnu
l'importance que peuvent prendre les tensions
internes dans les moulages en fonte grisa que
les progrs raliss dans le sens d'une augmen
tation de certaines caractristiques mcaniques,
telles que la rsistance la traction, la fle
xion, au cisaillement, etc., se sont traduits en
pratique par des checs parfois dsastreux. Nous
montrerons qu'un traitement thermique appro
pri permet d'liminer la totalit de ces tensions
internes, sans nuire notablement aux caractris
tiques mcaniques, et qu'un tel traitement est
indispensable si l'on veut profiter des progrs
raliss dans le domaine des fontes haute
rsistance.
Cette difficult est peine rsolue qu'une
autre se prsente spontanment dans un ordre
d'ides diffrent mais d'importance tout aussi
grande. Elle a trait au critre de qualit qu'il y a
lieu d'utiliser pour caractriser le comportement
des fontes grises soumises des sollicitations
mcaniques. On a dit et rpt que la fonte grise
est non seulement un mtal fragile (affirmation
extrmement discutable), mais encore que son
comportement s'carte trs notablement des lois
classiques de la rsistance des matriaux, et ceci
dj pour de faibles sollicitations. En particulier
sa capacit de dformation plastique est si
faible dans le cas d'un effort de traction, qu'il
est trs difficile au moyen de ce mode d'essai
de la mesurer avec une prcision suffisante.
Aussi bien, dans tous les pays o l'essai de
traction a servi de base de normalisation, seule
la rsistance la rupture a t prise en consid
ration, l'exclusion de toute prescription rela
tive la dformation plastique et, en particulier,
l'allongement permanent la rupture. Les
consquences de cette mthode de normali
sation furent parfois dsavantageuses. En admet
tant, a priori, que seule la rsistance la traction
peut servir de critre de qualit d'une fonte
grise, et que c'est dans le sens d'une augmen
tation de cette rsistance qu'il faut chercher
l'amliorer, on en vint sacrifier la tnacit la
rsistance statique pure et crer des types de
fontes fragiles qui se sont souvent fort mal com
portes en service. Nous aurons ds lors re
prendre toute la question de la qualification
mcanique des fontes grises et, en particulier,
rechercher quelles proprits fondamentales il
convient de dfinir et de chiffrer pour permettre
la prvision du comportement du moulage sous
les sollicitations usuelles de la pratique, notam
ment celles pour lesquelles il est prvu. Nous
montrerons que ces proprits fondamentales
sont indpendantes, dans une large mesure, du
mode d'essai, et qu'elles peuvent tre dfinies et
chiffres aussi bien au moyen de l'essai de
traction, qu'au moyen de l'essai de flexion. Ces
deux modes d'essais nous ont permis, en effet,
de dterminer et de dfinir des caractristiques
de rigidit, de ductilit et de tnacit, qui re
vtent une importance au moins aussi consid-
rable que la rsistance la rupture et permet
tent, beaucoup mieux que celle-ci, de prvoir
comment un moulage donn se comportera en
pratique. Nous aurions pu videmment tudier
le comportement de la fonte sous un grandnombre d'autres modes de sollicitation. Si nous
nous sommes borns la traction et la flexion,
cela provient, d'une part, du fait que ce travail
tait dj suffisamment important, et, d'autre
part, de ce que la traction et la flexion sont de
loin les modes de sollicitation les plus habituels.
Leur importance n'est d'ailleurs pas gale. La
traction est et restera toujours le mode d'essai
idal. C'est le seul mode de sollicitation simple
dans lequel toutes les forces agissantes sont
parallles et rgulirement rparties dans toute
la section. Nous aurions pu sans difficult nous
borner ce mode d'essai, ce qui aurait singulirement facilit notre dmonstration. Si nous
lui avons joint la flexion, malgr les reproches
que l'on peut adresser ce mode d'essai, cela
tient aux circonstances suivantes: la dforma
tion totale de la fonte grise, et en particulier sa
dformation plastique qui nous intresse particulirement (allongement permanent), sont si
faibles que, pour les mesurer avec prcision, il
faut disposer, non seulement de machines d'essai
extrmement sensibles, mais encore d'un personnel suffisamment qualifi pour excuter des
mesures aussi dlicates. Par contre, sans machi
nes coteuses, ni personnel spcialement form,il est possible, au moyen de l'essai de flexion
tel qu'on l'effectue couramment, de dterminer
des valeurs de rigidit, de ductilit et de tna
cit que nous tenterons de dfinir exactement et
qui permettent de qualifier parfaitement bien le
comportement mcanique de la fonte grise. Ceci
est l'unique raison qui nous a pousss donner
dans notre travail une telle importance l'essai
de flexion.
Ce critre de qualification une fois tabli,
nous avons cherch, dans un dernier chapitre,
esquisser son application au classement et
l'amlioration du comportement mcanique des
fontes. Nous montrerons comment les propritsfondamentales sont influences par la compo
sition physico-chimique, par la structure, par la
vitesse de refroidissement, par les traitements
thermiques ultrieurs, etc. Ayant ainsi pos les
bases du problme, il nous deviendra enfin
possible de nous demander quelles propritsil convient particulirement d'amliorer, soit
pour augmenter le taux de travail admissible
en service, soit, sollicitation gale, pour dimi
nuer notablement les paisseurs de parois. La
voie suivie jusqu'ici, et qui consistait unique
ment raliser des valeurs de rsistance la
traction de plus en plus leves, a abouti un
chec. Un trs grand nombre de ruptures en
service tant dues des sollicitations dyna
miques, il est bien vident qu'on ne peut y
parer qu'en amliorant les proprits de
tnacit, ce qui revient en dernire analyse
augmenter la ductilit. Nous avons pleine
conscience de heurter ainsi beaucoup d'ides
admises, mais nous avons galement pleine
conscience d'exposer non pas une opinion,
mais l'interprtation logique de faits exprimen
taux qui ne peuvent prter confusion. Ceci
ressort indiscutablement des tudes que nous
avons faites au sujet de l'influence de traite
ments thermiques de recuit sur le comportement
mcanique de certaines classes de fontes grises. Si
ces traitements ne sont pas mme de modifier
la structure primaire donne par la rpartition
du graphite, ils peuvent par contre confrer la
structure secondaire des caractristiques trs
intressantes, et, en particulier, en amliorer si
considrablement la ductilit, que le travail de
rupture en subit une augmentation pouvant
atteindre jusqu' 100 % ! A l'poque de grave
pnurie de matires premires dans laquelle
nous vivons, et qui peut se prolonger encore
longtemps aprs la fin de la guerre, ce rsultat
nous parat revtir une importance considrable
et nous serions trs heureux si notre travail
pouvait exercer une modeste influence dans le
sens que nous avons indiqu. Nous nous
rservons de le complter en montrant de quelle
faon le comportement de la fonte grise sous des
sollicitations dynamiques et sous des sollicita
tions alternes est conditionn par les proprits
fondamentales, telles que nous les avons dfi
nies. Ce travail a t excut dans le laboratoire
mtallurgique de la Socit des Usines de Louis
de Roll Klus et en collaboration avec le Labo
ratoire fdral d'essai des matriaux et Institut
de recherches Zurich. Je tiens ici tmoigner
toute ma reconnaissance M. le professeur Ros
pour la bienveillance avec laquelle il s'est
intress ces recherches, pour fous les docu
ments qu'il m'a communiqus et pour tous les
conseils qu'il m'a prodigus. Je tiens galement remercier trs vivement la Socit des Usines
de Louis de Roll et tout particulirement M. le
directeur gnral Dr E. Dbi et M. le directeur
Dr W. Anderhub pour l'intrt qu'ils portent
la recherche scientifique et la sollicitude avec
laquelle ils ont encourag ce travail.
5
IL- L'Anisotropie de la structure et
des proprits mcaniques des fontes grises.
Dans la plupart des pays, en particulier en
Angleterre, en Allemagne, en Suisse, etc., on a
choisi, comme base de qualification des fontes
grises, la rsistance la traction observe en cas
sant des prouvettes standardises, prleves
dans des jets cylindriques de diamtre bien
dfini, soit adhrents la pice, soit couls
sparment. La feuille de normes suisses VSM
10691, rvise en 1942, prvoit que les prou
vettes de traction seront prleves dans des jetsde 30 mm. de diamtre. Dans ces conditions bien
dfinies et toujours reproductibles de refroidis
sement dans le moule aprs coule (les prou
vettes sont coules debout et en source dans des
moules pralablement schs), l'anisotropie est
exclue dans ce sens, que les conditions de solidi
fication et de refroidissement ultrieur sont tou
jours les mmes pour toutes les fontes, et queseules les proprits spcifiques sont mises en
vidence.
Mais, avant de poursuivre notre expos, nous
tenons dfinir ce que nous entendons en par
lant de l'anisotropie des fontes grises. Selon la
dfinition classique, l'anisotropie est la propritd'un rseau cristallin qui veut que les caract
ristiques physiques et mcaniques varient selon
la direction par rapport aux axes de symtriedans laquelle on les observe. Cela est valable
pour un cristal unique, mais, s'il s'agit d'un
difice cristallin form de cristaux lmentaires
orients arbitrairement dans tous les sens, ce qui
est le cas de la plupart des mtaux techniques
aprs un recuit de recristallisation, le milieu sera
statistiquement isotrope ds que l'prouvette
aura des dimensions suffisantes, c'est--dire ds
que le nombre des cristaux lmentaires sera
assez grand. Par contre, si la mise en oeuvre du
mtal provoque l'apparition de cristaux pri
maires orients selon certaines directions pri
vilgies qu'il ne sera plus possible par la
suite de modifier par un traitement thermique
quelconque, nous nous trouverons devant une
nouvelle sorte d'anisotropie qui ncessitera une
nouvelle dfinition: il ne s'agira plus ici d'une
anisotropie lmentaire, mais bien d'une ani-
sotropie statistique. Ceci est le cas de la fonte
grise en particulier, o le dveloppement des
lamelles de graphite est influenc par le gradientde temprature lors du refroidissement en
moules. Si nous coulons une prouvette cylin
drique, la fonte sera isotrope selon l'axe de
symtrie, mais anisotrope selon le plan perpendiculaire cet axe, c'est--dire perpendiculaire
ment la surface de refroidissement. Le ferme
d'anisotropie s'applique ici d'ailleurs assez mal,
puisque, dans le plan considr, les proprits
ne varieront pas selon la direction, mais selon la
distance par rapport l'axe. Faute d'une expres
sion mieux adapte, nous parlerons encore ici
d'anisotropie, puisque nous observons des pro
prits nettement diffrentes selon qu'on les
mesure perpendiculairement ou paralllement
l'axe de symtrie.
Par analogie, on a eu coutume jusqu'ici, du
moins dans le cas des fontes grises, d'tendre la
notion d'anisotropie un autre ordre de phnomnes. Si nous coulons des prouvettes de
diffrents diamtres dans des moules dont les
coefficients de conductibilit thermique sont
identiques, et que nous observions leurs pro
prits dans la direction de leur axe de symtrie
(comme c'est le cas pour les prouvettes de
traction tailles dans des jets cylindriques) nous
observerons que ces proprits sont fonction des
conditions du refroidissement exprimes par le
diamtre de l'prouvette. Pour peu que des
variations de la section de l'prouvette brute
n'influencent pas sensiblement la rsistance
la traction ou la duret, on a eu coutume jus
qu'ici de parler de quasi-isotropie de la fonte.
Il ne s'agit plus d'une isotropie ou d'une
anisotropie spatiale, observe dans un seul et
mme milieu, mais de la comparaison des pro
prits observes dans des milieux diffrents.
Faute d'une meilleure expression et pour nous
conformer la terminologie gnralement ad
mise, nous dfinirons donc par anisotropie
de la fonte grise la variation, en fonction du dia
mtre des jets, des proprits observes selon
leur axe de symtrie.Nous entendrons,en outre, par proprits
spcifiques des fontes grises, les caractris
tiques observes sur des prouvettes coules
dans des conditions rigoureusement identiques,
comme c'est le cas pour les prouvettes pr
vues par la feuille de normes. Nous devons
insister particulirement sur le fait que les pres
criptions de la feuille de normes relatives aux
caractristiques mcaniques ne s'appliquent
pas au moulage, comme on a gnralementtendance le croire, mais uniquement aux
rsultats d'essais observs sur les prouvettes
normalises. Il en rsulte que la classification
des fontes grises selon la feuille de normes
VSM 10691 pose un certain nombre de problmes
que nous nous proposons d'aborder. Nous
chercherons d'abord montrer comment, pour
diverses fontes grises coules dans des condi
tions toujours identiques, les proprits mca
niques spcifiques sont en relation directe avec
la structure, comment ces proprits mcaniquessont influences parla vitesse de refroidissement,
et enfin de quelle faon il est possible, au moyen
d'prouvettes isoles, de qualifier les proprits
mcaniques d'un moulage coul avec une fonte
donne.
Selon la composition physico-chimique de la
fonte, et ceci pour des diffrences de teneurs
en lments d'accompagnement relativement
faibles, on peut observer des proprits mca
niques extrmement diverses, en particulier en
ce qui concerne la rsistance la traction que
nous continuerons provisoirement considrer
comme base de rfrence. Cette rsistance
la traction peut varier de 15 kg./mm2 plus de
40 kg./mm2. La feuille de normes VSM prvoit
un classement des fontes grises en familles
prsentant une rsistance minimum la traction
croissant de 5 en 5 kg./mm2 depuis 15 kg./mm2
plus de 30 kg./mm2 et a affect ces familles des
symboles Ge 15.91, Ge 20.91, Ge 25.91 et Ge 30.91.
A ces quatre familles de fontes normalises, nous
en avons ajout une cinquime : Ge 35.91 qui est
une fonte allie prpare au four lectrique
depuis de longues annes l'usine de Klus et
qui, ainsi que nous le verrons au cours de ce
travail, est susceptible de prsenter des caract
ristiques trs intressantes. Pour l'instant, nous
ne considrerons cette qualit qu' titre docu
mentaire et nous nous occuperons surtout des
quatre familles de fontes grises normalises,toutes quatre prpares au cubilot.
Nous voulons fout d'abord montrer quellerelation troite il existe entre la structure et les
proprits mcaniques spcifiques des fontes
grises. A cet effet, nous reproduisons dans les
tableaux II-1, II-2, II-3, II-4 et II-5 les rsultats
observs pour dix coules diffrentes de chacune
des cinq classes de fontes Ge 15.91, Ge 20.91,
Ge 25.91, Ge 30.91 et Ge 35.91. On a souvent
Tableau II-l. - Analyses et proprits mcaniques usuelles observes sur 10 coules diffrentes de fonte Ge 15.91.
Eprouvettes normales de 30 mm. de diamtre.
1 2 ! 4 5 6 7 8 9 10 Moyenne
3,49 3,49 3,45 3,34 3,38 3,46 3,39 3,32 3,35 3,31 3,40
2,7 2,4 2,5 2,7 2,7 2,8 2,5 2,6 2,5 2,9 2,60
0,50 0,50 0,50 0,51 0,51 0,52 0,58 0,51 0,59 0,46 0,52
0,89 0,85 0,81 0,84 0,84 0,85 0,80 0,82 0,79 0,87 0,84
0,134 0,124 0,148 0,114 0,115 0,117 0,134 0,120 0,140 0,135 0,128
16,6 16,3 16,1 15,2 15,4 15,0 16,1 14,7 15,5 17,2 15,81
33,0 31,7 30,7 31,5 32,0 31,0 29,5 30,3 29,8 32,8 31,23170 163 163 156 163 159 156 156 170 179 163,5
32,8 32,4 32,9 33,7 31,0 30,2 36,0 35,0 34,4 31,7 33,01
22,0 23,5 21,9 21,3 21,6 19,8 21,5 21,8 21,7 22,6 22,77
10,5 9,2 10,7 12,3 10,0 11,6 13,3 12,0 11,4 9,8 11,08
Analyse: C %Si %
Mn%P %S %
Proprits mcaniques usuelles :
Rsistance la traction en kg /mm2Rsist. au poinonnage en kg./mm2Duret Brinell en kg./mm2Rsistance la flexion en kg./mm2Tension de flexion pour / = 6 mm.
Flche de rupture en mm.
Tableau II-2. - Analyses et proprits mcaniques usuelles observes sur 10 coules diffrentes de fonte Ge 20.91.
Eprouvelies normales de 30 mm. de diamtre.
1 2 2 4 s 6 7 8 9 10 Moyenne
3,47 3,39 3,45 3,44 3,42 3,45 3,46 3,47 3,50 3,35 3,44
2,1 2,1 2,1 2,1 2,0 2,1 2,1 1,9 1,8 2,2 2,05
0,98 0,85 0,92 0,90 0,78 0,84 0,92 0,94 0,99 0,84 0,90
0,45 0,42 0,46 0,46 0,49 0,47 0,38 0,27 0,26 0,41 0,41
0,148 0,132 0,153 0,126 0,102 0,120 0,115 0,114 0,120 0,113 0,124
21,0 22,7 23,1 20,2 23,5 22,6 21,5 25,9 26,0 22,1 22,86
36,0 38,9 38,5 36,0 39,15 38,6 36,5 41,0 41,7 37,6 38,39
187 187 187 187 187 187 187 192 196 192 189,1
43,6 46,0 45,4 43,7 44,4 45,0 42,0 45,5 46,7 42,7 44,50
25,7 27,5 26,4 26,2 27,6 26,6 25,5 25,4 21,1 26,9 26,59
13,8 12,7 13,7 13,1 12,0 13,2 12,7 15,8 12,3 12,0 13,13
Analyse: C %Si %
Mn%P %S %
Proprits mcaniques usuelles:
Rsistance la traction enkg./mm2Rsist. au poinonnage en kg./mm2Duret Brinell en kg./mm2Rsistance la flexion en kg./mm2Tension de flexion pour / = 6 mm.
Flche de rupture en mm.
Tableau II-3. - Analyses et proprits mcaniques usuelles observes sur 10 coules diffrentes de fonte Ge 25.91.
Eprouvettes normales de 30 mm. de diamtre.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Moyenne
3,34 3,44 3,27 3,40 3,55 3,47 3,40 3,45 3,44 3,35 3,41
1,3 1,3 1,7 1,5 1,1 1,3 1,4 1,4 1,1 1,7 1,38
0,90 1,08 1,02 1,05 0,88 0,70 0,79 0,90 0,84 0,92 0,91
0,20 0,24 0,23 0,22 0,16 0,31 0,32 0,25 0,29 0,18 0,24
0,103 0,117 0,091 0,100 0,125 0,139 0,144 0,150 0,129 0,115 0,122
31,2 30,9 27,2 32,0 30,1 27,4 29,2 33,1 32,8 25,6 29,95
45,3 46,9 43,8 46,3 46,2 45,2 46,5 48,5 50,2 45,5 46,44
207 212 207 207 207 207 212 228 235 207 212,9
50,4 53,4 47,0 54,5 54,1 50,5 51,4 55,4 60,8 51,1 52,86
32,1 32,3 30,6 32,2 34,0 31,5 32,0 33,8 35,3 30,7 32,45
12,5 13,6 12,1 14,0 12,7 12,5 12,4 12,7 14,6 13,8 13,09
Analyse: C %Si %
Mn%P %S %
Proprits mcaniques usuelles:
Rsistance la traction en kg./mm2Rsist. au poinonnage en kg./mm2Duret Brinell en kg./mm2Rsistance la flexion en kg./mm2Tension de flexion pour / = 6 mm.
Flche de flexion en mm. .
Tableau II-4. - Analyses et proprits mcaniques usuelles observes sur 10 coules diffrentes de fonte Ge 30.91.
Eprouvettes normales de 30 mm. de diamtre.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Moyenne
2,98 3,05 3,00 2,98 2,96 3,09 3,10 3,16 3,00 2,98 3,03
1,9 2,0 1,7 1,9 1,6 2,0 1,6 1,6 1,8 2,1 1,82
0,83 0,88 0,89 0,87 0,84 0,81 0,98 0,88 0,83 0,88 0,87
0,35 0,35 0,31 0,40 0,41 0,42 0,31 0,37 0,40 0,40 0,37
0,188 0,160 0,186 0,210 0,196 0,180 0,149 0,140 0,165 0,164 0,174
34,4 31,8 32,0 32,5 33,6 32,0 32,6 33,3 34,2 33,6 33,00
48,8 47,1 48,3 48,1 49,4 48,5 49,5 50,3 52,5 51,2 49,37
228 212 217 223 228 223 228 223 235 228 224,5
55,0 57,1 55,8 55,0 57,2 53,9 53,4 54,6 54,1 55,7 55,18
36,5 34,6 34,6 34,8 34,6 33,5 35,0 34,3 35,5 34,6 34,82
10,7 13,0 12,3 11,5 13,0 11,9 11,0 12,3 10,9 11,6 11,82
Analyse: C %Si %
Mn%P %S %
Proprits mcaniques usuelles :
Rsistance la traction en kg./mm2Rsist. au poinonnage en kg./mm2Duret Brinell en kg./mm2Rsistance la flexion en kg./mm2Tension de flexion pour / = 6 mm.
Flche de flexion en mm. .
8
Tableau II-5. - Analyses et proprits mcaniques usuelles observes sur 10 charges diffrentesde fonte lectrique allie Ge 35.91.
Eprouvettes normales de 30 mm. de diamtre.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Moyenne
3,13 2,90 3,16 2,98 3,09 2,96 3,10 2,90 3,04 2,85 3,01
1,9 1,9 1,8 2,1 1,8 1,8 1,9 2,3 2,3 2,4 2,02
0,77 0,85 0,79 0,75 0,71 0,72 0,75 0,80 0,63 0,73 0,75
0,12 0,14 0,11 0,13 0,16 0,15 0,15 0,14 0,10 0,09 0,13
0,053 0,050 0,060 0,070 0,072 0,060 0,067 0,065 0,052 0,048 0,060
0,58 0,60 0,59 0,63 0,64 0,70 0,62 0,75 0,56 0,15 0,58
0,82 0,79 0,81 0,67 0,68 0,94 0,65 0,70 0,93 0,28 0,73
0,30 0,30 0,28 0,27 0,28 0,30 0,32 0,25 0,81 1,60 0,47
39,5 42,5 37,9 38,9 40,4 36,8 35,2 37,5 40,1 46,4 39,52
55,1 55,7 53,8 55,9 55,6 56,9 53,8 58,0 58,9 65,4 56,91
255 269 255 269 269 286 255 269 269 286 268,2
60,0 60,7 57,6 62,5 63,0 66,5 60,3 57,9 68,7 72,4 63,06
37,5 40,1 37,8 38,2 40,0 43,5 37,4 38,0 39,4 44,6 39,65
10,7 9,6 10,0 11,4 10,6 10,4 11,0 9,6 13,3 11,4 10,80
Analyse: C %Si % . .' . . .
Mn%P %S %Ni %Cr %
Mo%
Proprits mcaniques usuelles:
Rsistance la traction en kg./mm2Rsist. au poinonnage en kg./mm2Duret Brinell en kg./mm2Rsistance la flexion en kg./mm2Tension de flexion pour / = 6 mm.
Flche de flexion en mm. .
coutume de qualifier les fontes d'aprs leurs
teneurs en lments d'accompagnement gn
ralement doss. En comparant la composition
chimique moyenne des quatre familles de fontes
non allies, nous obtenons le tableau II-6a
suivant :
Tableau II-6a
c% Si /o Mn/o po/o s%
Fonte Ge 15.91 3,40 2,60 0,52 0,84 0,128Fonte Ge 20.91 3,44 2,05 0,90 0,41 0,124Fonte Ge 25.91 3,41 1,38 0,91 0,24 0,122
Fonte Ge 30.91 3,03 1,82 0,87 0,37 0,174
Ce qui frappe surtout dans cette rcapitula
tion, c'est l'extraordinaire influence que peuvent
exercer de faibles diffrences dans les teneurs
en lments usuels d'accompagnement sur
les proprits mcaniques, en particulier sur
la rsistance la traction qui, de la fonte
Ge 15.91 la fonte Ge 30.91, passe du simple
au double. Ceci met en relief, mieux que tout
commentaire, les trs grosses difficults que peutrencontrer une fonderie de fontes grises, dont la
fabrication n'est pas soumise un contrle trs
serr et ne se base pas sur une doctrine scien
tifique exprimentalement prouve, lorsqu'elleest amene fournir des moulages de qualittrs rgulire et nettement dfinie.
Mais si la composition chimique lmentaire
des fontes grises ne peut, elle seule, expliquerla trs grande diversit des proprits mca
niques spcifiques, quoi cette diversit doit-
elle tre attribue? Il s'agit l d'un problmetrs complexe et trs vaste, que nous devons
nanmoins aborder au moins succinctement,
car nous aurons beaucoup nous occuper,
au cours de notre expos, de l'influence de
la structure sur le comportement mcanique
des fontes. Nous avons dj dit dans notre
introduction que l'originalit des fontes grises,
ce qui en fait un mtal bien part, dou
de proprits personnelles et soumis des
lois propres, est rechercher en premier lieu
dans sa structure. Au contraire de tous les autres
mtaux utiliss habituellement en fonderie, la
fonte grise est un conglomrat de deux consti
tuants qui cristallisent d'une manire quasi
indpendante l'instant de la solidification,
crant ainsi une structure primaire qu'il ne sera
plus possible, par la suite, de modifier par un
traitement thermique quelconque. Ce conglo
mrat a ceci de particulier que l'un de ses
constituants, le graphite, ne prsente ni cohsion,
ni rsistance mcanique, et n'agit sur les pro
prits globales de l'ensemble qu'en crant des
discontinuits dans la masse fondamentale qui,
elle, est doue de rsistance. La structure pri
maire sera donc essentiellement conditionne
par la quantit et la forme de rpartition du
graphite, c'est--dire par la cristallisation d'une
phase htrogne partir d'une solution en voie
de solidificaiipn.
Or, les phnomnes qui se produisent lors de
la cristallisation d'une solution sursature en
voie de solidification sont trs complexes et
.encore mal connus. Thoriquement, on peut dire
que la dimension des cristaux obtenus, galit
de vitesse de refroidissement dans un domaine
critique de temprature, dpend de la vitesse
de formation spontane de germes de cristalli
sation d'une part et, d'autre part, des phno-
9
mnes de diffusion' qui influencent la vitesse de
croissance des germes de la phase htrogne.En pratique, le processus est encore plus com
plexe. Non seulement certaines impurets, pr
existantes dj l'tat solide par suite de leur
point de fusion plus lev, peuvent exercer, par
inoculation, une action trs importante sur la
vitesse de formation spontane des germes, mais
encore d'autres impurets peuvent, au contraire,abaisser trs sensiblement la vitesse de diffusion
ou provoquer des phnomnes de surfusion.
Pour la fonte grise, fous ces facteurs jouent
un rle qui peut tre important. Cependant la
complexit des conditions prsidant la for
mation de la structure primaire est encore plus
grande qu'on ne pouvait le supposer. Selon que, l'instant de la solidification, la position du
point exprimant la composition de la fonte dans
le domaine stable du diagramme fer-carbone se
trouve plus ou moins droite ou plus ou moins
gauche de la saturation eutectique, le graphite
peut se sparer, soit directement partir de la
phase liquide, soif l'instant de la solidification
des cristaux mixtes, soit aprs une surfusion
notable. On a .coutume d'exprimer la positiondu point donnant la composition globale de la
fonte l'instant de la solidification dans le dia
gramme fer-carbone en pourcentage de la con
centration eutectique en carbone et on lui a
donn le nom de degr de saturation
eutectique. Tous les lments usuels d'ac
compagnement influencent la position du pointde saturation eutectique, mais, par simplificationet en corrlation avec le fait que le manganseet le soufre ne varient que dans les limites assez
troites et que leur influence tend se com
penser mutuellement, nous utiliserons de prfrence la formule prconise par Hanemann
l' Edelgussverband , formule qui s'exprime de
la faon suivante, t] exprimant le degr de satu
ration eutectique:
C%v =
4,23 0,275 P Si
3,2
Si nous appliquons cette formule aux com
positions moyennes des 4 classes de fontes non
allies dans le tableau II-6, nous observons queles degrs moyens de saturation eutectique
varient de la faon suivante:
Tableau II-6b.
Fonte Ge 15.91 Degr de saturation eutectique: 1,066Fonte Ge 20.91 0,990
Fonte Ge 25.91 s 0,913Fonte Ge 30.91 > . 0,852
Nous observons maintenant qu'un ordre lo
gique succde l'incertitude laquelle on se
10
heurte invitablement en ne considrant que les
rsultats isols de l'analyse lmentaire. Cette
incertitude semble d'autant plus justifie que, si
l'on compare entre eux les rsultats d'analyse
obtenus dans chaque famille pour chacune des
fontes prises isolment, on peut relever des
diffrences sensibles qui, au premier abord,
paraissent aussi importantes que celles qui se
prsentent d'une famille l'autre. Ceci n'est
qu'une trompeuse apparence. Si l'on calcule
pour chacune des fontes tudies le degr de
saturation eutectique, on observe que ceux-ci
varient entre les limites extrmes suivantes:
Tableau II-6c.
Fonte Ge 15.91 1,05-1,12Fonte Ge 20.91 0,97-1,01Fonte Ge 25.91 0,88-0,93Fonte Ge 30.91 0,84-0,87
On voit donc que, si les carts, invitables en
pratique, semblent relativement importants par
rapport la composition idale prescrite, ils sont
cependant tels que les degrs de concentration
eutectique se groupent- autour de certaines
moyennes, et que, en aucun cas, cette mthode
de classement ne prsente de chevauchement
par rapport aux fontes voisines.
Nous pouvons maintenant dire en toute cer
titude que, galit de vitesse de refroidisse
ment, le graphite sera d'autant moins abondant,
sa rpartition sera d'autant plus fine et le mo
ment de sa formation sera d'autant plus tardif
que le degr de saturation sera plus faible.
Il semblerait donc bien premire vue quela composition chimique devrait rgner souve
rainement sur la fabrication des fontes grises.
Nous ne reviendrons pas sur ce problme que
nous avons trait en octobre dernier dans le n 5
des von Roll-Mitteilungen sous le titre Zeit-
gemsse Problme des Gattierens im Kupolofen.
Nous avons en effet cherch montrer dans ce
travail que le problme est encore beaucoup
plus complexe et que l'analyse lmentaire,
telle qu'elle est normalement effectue, est dans
l'incapacit absolue de permettre de prvoir
comment s'effectuera la graphilisalion de la
fonte. En effet, outre la composition chimique, il
existe une foule de facteurs encore mal connus,
mais souvent extrmement importants, dus aussi
bien l'histoire thermique lors de la fusion qu'
certaines influences hrditaires provenant du
choix des matires premires, comme aussi
des teneurs en gaz divers qui chappent totale
ment aux mthodes usuelles d'analyse.
C'est en premier lieu en cherchant les con
ditions susceptibles d'entraner un affinement
du graphite, c'est--dire de diminuer l'influence
nfaste des discontinuits, qu'il a t possible,
dans des conditions de refroidissement iden
tiques, d'augmenter considrablement la rsis
tance la traction. Pour mettre ceci en vidence,
nous avons reproduit ci-joint les microstructures
observes dans les diverses classes de fontes
grises coules sous forme d'prouvettes cylin
driques de 15 mm., de 30 mm. et de 60 mm. de
diamtre. Si l'on compare la rpartition du gra
phite vue sous un grossissement de 50 fois pour
l'chelon de 30 mm. de diamtre des fontes
Ge 15.91 (fig. II-3), Ge 20.91 (fig. II-9), Ge 25.91
fig. 11-15), Ge 30.91 (fig. 11-21), on observe un
affinement continu et graduel de la structure
primaire. Mais celle-ci n'est pas seulement con
ditionne par le caractre physico-chimique de
la fonte considre. La vitesse de refroidissement
dans le domaine de temprature o se produit la
solidification joue un rle pour le moins aussi
important. Il suffit, pour s'en rendre compte, de
comparer, pour l'une quelconque des classes de
fontes tudies, la rpartition du graphite dans
les trois chelons de 15 mm., de 30 mm. et de
60 mm de diamtre. De cet examen qualitatif
(nous verrons par la suite qu'il est aisment possible d'exprimer la structure primaire sous forme
quantitative), il apparat nettement que les diff
rences de structure primaire observes pour une
seule et mme fonte dans diverses conditions de
refroidissement, diffrences qui expriment ce
que nous englobons sous la dsignation d'
a n i -
sotropie primaire, sont au moins aussi
accentues, si ce n'est davantage, que les diff
rences de structure primaire qui se produisent
sous la seule influence des facteurs physico-
chimiques dans des conditions identiques de
refroidissement (par exemple pour les prou-
vettes de 30 mm de diamtre) entre la fonte la
plus rsistante et la fonte la moins rsistante.
L'paisseur de paroi joue donc dans les fontes
grises un rle prpondrant.
Mais la structure primaire n'est pas mme,
elle seule, d'expliquer la grande diffrence de
rsistance mcanique que l'on observe entre les
diffrentes qualits de fontes. A ce point de vue,la structure secondaire joue galement un rle
important. Nous appellerons structure secon
daire et, par analogie, anisotropie secon
daire, la structure prsente par la matrice.
Cette structure se forme par dcomposition des
cristaux mixtes la temprature de transfor
mation eutectodique, et elle subit l'influence
aussi bien des caractres physico-chimiques de
la fonte considre que de sa vitesse de refroi
dissement dans le domaine critique de trans
formation. Si nous comparons la structure secon
daire, vue sous un grossissement de 500 fois, pourl'chelon de 30 mm. de diamtre des fontes
Ge 15.91 (fig. II-4), Ge 20.91 (fig. 11-10), Ge 25.91
(fig. 11-16), Ge 30.91 (fig. 11-22) et Ge 35.91 (fig.
11-27), ce qui revient isoler l'influence des ca
ractres physico-chimiques, nous voyons qu'elle
se modifie graduellement et passe d'une perlite
trs grossire accompagne de larges bandes de
ferrite le long des lamelles de graphite une
perlite de plus en plus fine et de plus en plus
rgulire, pour aboutir une perlite partielle
ment sorbitise pour la fonte plus de 35
kg./mm2 de rsistance la traction. Cette varia
tion de la structure secondaire s'accompagnant
d'une variation parallle de la rsistance mca
nique de la matrice prise isolment, on voit
qu'il est possible galement d'amliorer sen
siblement les proprits mcaniques de la fonte
grise, galit de vitesse de refroidissement et
de rpartition du graphite, en agissant sur la
composition physico-chimique et, en particulier,
sur la teneur en certains lments tels que: Si,
Mn,P, Cr, Ni, Mo, etc.
Pour mettre en vidence le rle jou par la
vitesse de refroidissement sur la formation de la
structure secondaire dans des conditions phy
sico-chimiques identiques, il suffit de comparer
cette structure dans des jets de diffrents dia
mtres couls avec chacune des fontes tudies.
On voit que l'anisotropie secondaire peut, elle
aussi, jouer un rle extrmement important.
Les micrographies ci-jointes montrent que, pour
une mme fonte, la structure secondaire peut
prendre une gamme trs varie d'aspects.
L'anisotropie secondaire, due aussi bien
l'paisseur de parois du moulage qu' la con
ductibilit thermique de la matire constituant
le moule, ajoute son action celle de l'aniso
tropie primaire et gnralement l'amplifie. Puis
que l'augmentation de la vitesse de refroidisse
ment agit toujours dans le sens d'un affinement
aussi bien de la structure primaire que de
la structure secondaire, et que cet affinement
peut, pour une seule et mme fonte, varier dans
des limites aussi tendues, il devient parfaite
ment vident que l'prouvette normalise, telle
qu'elle est prvue, ne peut pas permettre de
prvoir la structure que prendra cette mme
fonte lorsqu'elle subit d'autres conditions de
refroidissement.
Il y a entre l'anisotropie primaire et l'aniso
tropie secondaire des fontes grises une diff
rence essentielle. Alors que la structure primaire
est dfinitivement influence par les conditions
de refroidissement aprs coule, la structure
secondaire des fontes grises est susceptible d'tre
trs profondment modifie par traitement ther
mique ultrieur et, selon les conditions de ce
traitement, ainsi que selon les caractres physico-
11
Fig. II-1 II-6. - Sliuctuie d'une fonte Ge15.91.
Rpartition du graphite X 50.
I si \ L" t .
\ /-J
y -' ' /J*ir* : V > -
Structure de la matrice X 500.
' ^TT" "V. -*
\
-* -
Eprouvette de 15 mm. de diamtre.
*o'
NX \
wy-i'"vp^
^.iV
*-"V
y.
*-. >
Eprouvette de 30 mm. de diamtre.
II-5
12
Eprouvette de 60 mm. de diamtre.
Fig. II-7 11-12. - Slruclure d'une fonie Ge 20.91.
Rpartition du graphite X 50. Structure de la matrice X 500
4 v-
"\ *
s-.
\ *
t X
r*
i
4
/ ;-\y/
C.
r i?
V
Eprouvette de 15 mm de diamtre.
i
-1 cf Y ) I :A) a,- ;v.'m
i_- - \.
Eprouvette de 30 mm de diamtre
y.
/,
Eprouvette de 60 mm de diamtre.11-12
13
Fig. 11-13 11-18. - Structure d'une fonte Ge 25.91.
Rpartition du graphite X 50.
t t \s ' ''
Structure de la matrice X 500
t A_^^\" Ml'
-- Y-
-^->;>-^
[i-i3 Eprouvette de 15 mm de diamtre
Fig. 11-19 11-24. - Siruciure d'une fonie Ge 30.91.
Rpartition du graphite X 50. Structure de la matrice X 500.
,\VI \
>\ at. - ^~*i~~ --5 .^
Eprouvette de 15 mm. de diamtre.
> N x >'r'
Eprouvette de 30 mm. de diamtre.
A'?
Eprouvette de 60 mm. de diamtre. 11-24
15
Fig. 11-25 11-30. - Siruciure d'une ionie Ge 35.91.
-
Rpartition du graphite X 50.Structure de la matrice X 500
^
'^ ^ 'f-./ U ~* i? "/*-A
*
-,-' - /'^ W v/ ,- ',,, iA Ur*
Eprouvette de 15 mm. de diamtre.
r - V- ' ^ >" -i
^ ~~
chimiques, peut revtir toutes les formes que
l'on observe par traitement thermique de l'acier,
depuis l'austnite pure jusqu' la ferrite pure en
passant par la martensite, la sorbite et toutes les
nuances de perlite. Il y a l un trs vaste champ
de possibilits et nous aurons l'occasion d'y
revenir.
Nous nous sommes occups jusqu'ici de
l'anisotropie de structure des fontes grises. Il
nous reste voir quelle influence cette struc
ture exerce sur leurs proprits mcaniques.
Nous commencerons par comparer les rsultats
moyens observs sur des prouvettes normali
ses de 30 mm. de diamtre et de 650 mm. de
longueur, coules en source dans des moules
schs. Comme caractristiques mcaniques,
nous considrerons pour les cinq classes de
fontes : la duret Brinell, la rsistance la trac
tion, la rsistance la flexion, la tension de
flexion observe pour une flche de 6 mm. et la
rsistance au cisaillement par poinonnage. La
figure 11-31 reproduit la variation des diverses
caractristiques en fonction de la rsistance
observe la traction. Il semblerait bien,
premire vue, qu'il existe entre les diffrentes
caractristiques un paralllisme trs marqu.
Aussi a-t-on dj propos plusieurs reprises
diverses formules exprimant une proporiionnalit
entre les diverses caractristiques, en particulier
entre la duret Brinell et la rsistance la
traction. Il y a lieu d'tre extrmement cir
conspect dans le jugement que l'on peut porter
S
?>*?
55
Rsistance a la flexion
a Duret Brinell
A Rsistance aupoinonnage
? Tension de Flexion pour f-6 mrn
300
290
280
270
2S0
250
Z40
230
14 te ta 20 22 24 2f 21 30 32 34 36 JS 40
Rsistance la traction en kg/mm*
Fig. 11-31. - Caractristiques mcaniques usuellesdes fontes grises classes selon la feuille de
noimes V. S. M. 10691 en fonction de la rsistance
la tiaciion.
Se
30
76
7!
(8
64
60
S6
S2
46
44
40
36
32
!3
24
20
te
t!
Rsistance a la flexion
Rsistance a la traction
Rsistance au poinonnage
Tension de flexion pour f- 6mm
140 ISO 160 170 ISO rOO 210 2t0 220 230 240 250 260 270 230
*J Duret Brinell
Fig. 11-32. - Caractristiques mcaniques usuelles
des fontes grises classes selon la feuille de
normes V. S. M. 10691 en fonction de la duret
Brinell.
sur de telles formules. En effet, si la duret
Brinell n'est que fort peu influence par la
rpartition du graphite et ne dpend, presque
essentiellement, que de la structure secondaire,
la rsistance la traction, elle, ainsi que nous
l'avons vu, doit dpendre aussi bien de la
rpartition du graphite que de la structure de la
matrice. Il en est de mme si nous comparons la
rsistance la traction et la tension de flexion
observe pour une flche de 6 mm. (prouvette
de 30 mm. de diamtre essaye avec 600 mm.
d'cart entre appuis). Nous verrons, dans la
suite de ce travail, que cette tension est en
relation troite avec le module lastique
l'origine qui, lui, ne dpend exclusivement quede la rpartition du graphite. Nous pouvonsdonc observer de quelle faon la structure pri
maire et la structure secondaire, prises isolment,
agissent sur la rsistance la traction. C'est ce
que montrent les figures 11-32 et 11-33 o nous
avons port la rsistance la traction une fois
en fonction de la tension de flexion pour une
flche de 6 mm. et l'autre fois en fonction de la
duret Brinell. On voit nettement que la rsis
tance la traction crot d'une manire presque
proportionnelle en fonction des deux caract
ristiques de structure. Ce qui a cr la confusion
et encourag les tentatives faites pour tablir
une relation entre la duret Brinell et la rsis
tance la traction, tentatives ncessairement
voues l'chec, puisque ces deux caractris
tiques ne dpendent pas des mmes facteurs
17
fonctionnelle, au moins apparente, entre la
duret Brinell et la tension de flexion pour une
flche de 6 mm., c'est--dire entre la structure
secondaire et la structure primaire. Il faut donc
ncessairement admettre que, au moins dans les
conditions de refroidissement auxquelles sontsoumises les eprouvettes normalises, il existeune corrlation entre la rpartition du graphiteet la structure de la matrice, corrlation qui veut
que les moyens utiliss en mtallurgie pouraffiner le graphite provoquent gnralement, et
d'une manire compltement indpendante, unrelvement des proprits mcaniques de la
matrice. Cette indpendance de deux phnomnes exclusivement parallles apparat nette
ment ds que l'on soumet une fonte quelconque un recuit au-dessus de 500 . La structure
primaire, exprime par le module lastique
l'origine, n'en subit aucune modification, tandis
que la structure secondaire, exprime par la
duret, sera profondement affecte. Nous ver
rons tout l'heure de quelle faon un recuit de
ferritisation 850 agit sur la rsistance la
traction des cinq classes de fontes.
Il nous reste tudier l'anisotropie mca
nique proprement dite des fontes grises, c'est--
dire observer comment les caractristiques
mcaniques varient en fonction de l'paisseur de
Tableau II-7. - Anisoiropie des cinq classes de fontes d'aprs la feuille de normes V. S. M. 10691 l'tal brut decoule et aprs recuit de ferritisation 850 .
Ge 15.91 Ge 20.91 Ge 25.91 Ge 30 91 Ge 35.91
Etat brut de coule.
Eprouvettes de 15 mm. de diamtre :
Eprouvettes de 30 mm. de diamtre:
Eprouvettes de 60 mm. de diamtre :
212
21,5
173
17,0
140
14,3
225
28,4
194
22,5
165
17,8
229
34,0
203
29,6
188
25,3
251
37,6
219
31,4
201
26,8
283
47,9
258
38,2
248
31,2
Aprs recuit 850 .
Eprouveites de 15 mm. de diamtre :
Eprouvettes de 30 mm. de diamtre :
Rsistance traction
Eprouvettes de 60 mm. de diamtre:
140
16,4
128
13,5
119
11,2
132
17,9
124
16,2
115
13,0
135
20,3
133
19,5
128
17,4
145
21,4
139
21,0
130
19,9
251
39,9
245
36,3
242
32,6
; 80
76
72
68
64
60
Si
S2
Rsistance a ta flexion
Duret Brinell
Rsistance au poinonnage
Rsistance a la traction
300
290
2SO
770
26
250
240
730
220
210
700
13 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
* Tension de flexion en kg/mm2pour /'- 6'mm
Fig. 11-33. - Caractristiques mcaniques usuellesdes fontes grises classes selon la feuille denormes V. S. M. 10691 en fonction de la tension
de flexion pour / = 6 mm.
structuraux, ressort clairement de l'tude des
deux figures 11-32 et 11-33. Ces deux graphiques
montrent, en effet, qu'il existe une relation
)8
paroi pour les cinq classes de fonte considres.
Le tableau -7 reproduit les valeurs observes
pour la duret Brinell et pour la rsistance la
fraction dans des prouveffes de 15 mm., de
30 mm. et de 60 mm. de diamtre, pour une fonte
de chacune des cinq classes normalises, ceci
aussi bien l'tat brut de coule qu'aprs recuit
de ferrifisation 850 . Nous nous occuperons
tout d'abord de l'tat brut de coule.
La figure 11-34 reproduit la variation de la
duret Brinell en fonction du diamtre des jets.On voit que la diffrence de duret entre le jetde 15 mm. et le jet de 60 mm. crot assez rgulirement de 36 units pour la fonte Ge 35.91
72 units pour la fonte Ge 15.91, ce qui revient
dire que l'anisotropie secondaire sera d'autant
plus prononce que la rsistance la traction est
plus basse. L'examen des structures expliquetrs bien ce phnomne qui a son origine dans
la tendance marque la ferritisation que prsente la fonte Ge 15.91, la diffrence de duret
entre la perlite et la ferrite tant plus prononce
qu'entre les perlites diversement sorbitises dela classe Ge 35.91. Ceci est rapprocher de
l'opinion trs rpandue que les fontes perlitiques bas carbone n'ont qu'une faible anisotropie.Cette opinion est valable pour l'anisotropie
secondaire, mais elle ne l'est pas en ce quiconcerne l'anisotropie primaire, ainsi que le
montre la figure 11-35, dans laquelle nous avons
port la rsistance la traction en fonction du
diamtre des jets. On voit ici que l'anisotropie
\ ' 6e 3.9t
\
1
\ 6e 3119f|
'"* 6e 2h 9)
6e iS91
Ce 1 (9/
300
!90
2ss
P70
160
150
140
230
!?l
sro
200
t90
rao
N /70
160
rso
MO
/30
I /20^Dfomi/re ofes *provre//es
Fig. 11-34. - Anisotropie des cinq classes defontes grises l'tat brut de coule.
Variation de la duret Brinell en fonction du diamtre des prouvettes.
\\
\\
\\
\
V"S Se 3S9I
Ge 309f
-Ge 2591
\
\ 1 1
Ge tS.St
fSmm* JOnm* 60n>m4
Diamtre des prouveffes
Fig. 11-35. - Anisotropie des cinq classes de
fontes grises l'tat brut de coule.
Variation de la rsistance la traction en fonction du
diamtre des prouvettes.
exprime par la diffrence de rsistance la
traction entre les jets de 15 mm. et ceux de
60 mm. de diamtre passe de 7,2 pour la fonte
Ge 15.91 16,7 pour la fonte Ge 35.91, c'est--dire
qu'elle est d'autant plus forte que la rsistance
la traction est plus leve. Cette variation est
l'inverse de celle que nous avions observe pour
l'anisotropie secondaire et ne peut tre expli
que qu'en admettant que l'anisotropie primairevolue dans le mme sens que la rsistance la
traction, et ceci d'une faon encore plus accen
tue. ; !
Dans la figure 11-36, nous avons port toutes
les valeurs de rsistance la traction observes
en fonction de la duret Brinell. Il est clair que,
si une relation approximative existe entre les
deux caractristiques lorsque l'on compare des
prouvettes de fontes coules dans des condi
tions identiques, cette relation disparat totale
ment ds que l'on compare des chantillons
couls dans des conditions diffrentes. C'est
ainsi que, pour une duret Brinell constante de
200 kg./mm2, la rsistance la traction peutpasser de 20 29 kg./mrrr lorsqu'on fait varieraussi bien la qualit des fontes que le diamtredes jets. Ceci dmontre une fois de plus que la
dpendance mutuelle que l'on a cru observer
entre la structure primaire et la structure secon-
19
4/
41/
y
/
42
4e
ia
36
3i
n
30
M
?
30
7g
76
moulages ayant subi un traitement thermique de
stabilisation, d'tablir la caractristique de
duret au moyen d'prouvettes ayant subi un
recuit rigoureusement identique. Que cela soit
possible ressort du deuxime exemple que nous
en avons donn dans le deuxime chapitre.
Il nous est donc maintenant possible de
rpondre une des questions que nous nous
sommes poses et d'mettre le principe suivant :
Pour que la caractristique de duret de E. Diibi
soit mme, non seulement d'effectuer la topogra
phie mcanique d'un moulage en fonte grise, mais
encore de fournir une indication sur les proprits
mcaniques du moulage pris dans son ensemble et
de prvoir son comportement en service, au moins
deux conditions indispensables doivent tre rem
plies :
1 Le moulage doit subir un traitement thermiquede stabilisation qui le dbarrasse de toutes ses
tensions internes.
2 Les prouvettes destines l'tablissement de la
caractristique de duret, et qui ont t coules
avec la mme poche de fonte, doivent tre sou
mises un traitement thermique rigoureusement semblable celui subi par le moulagelui-mme.
/
f34
P^ 32
*^.
>, 30
e28
* 26^
P 94>
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S 21)^
1 mK
rt
5
S: t?
ro
Ten e
/Se 30 91
/
/Se 2S9ta
S Se 20 9 f
'
e /S 91
ISO f60 no ISO 190 200 2/0 220 230 240 250 260 270 200
ure/e Brmell
Fig. III-9. - Essais de mesure des lensions internesdans un moulage et de leur limination par
recuit de stabilisation.
Relation entre l'anisotropie primaire mesure par latension de flexion pour une flche de \ mm. (20 mm.de diamtre) et de 6 mm. (30 mm. de diamtre) etl'anisotropie secondaire mesure par la duret Brinell.
Mesures effectues avant recuit.
Il nous reste montrer l'importance que
peuvent prendre les tensions internes. Pour les
mesurer dans le cas des moulages selon la figure
III-5, nous avons pourvu ceux-ci, soit l'tat
brut de coule, soit aprs le recuit aux diverses
tempratures, d'un goujon fix par usinage
chacune des extrmits du jet de 30 mm. de dia
mtre. Aprs mesure de la distance sparant ces
deux goujons avec une prcision de l'ordre de
grandeur du centime de millimtre, nous avons
sci le jet de 30 mm. de manire librer les
tensions lastiques et nous avons rpt la
mesure. Pour pouvoir calculer approximative
ment les tensions internes, il nous suffira de
connatre le module lastique des diverses
fontes. Or, le module lastique la traction des
fontes grises ne dpend pas seulement de la
qualit de la fonte, mais galement de la tension
atteinte. Les modules lastiques moyens que
nous avons utiliss dans le tableau III-7 tiennent
compte de ces deux faits et peuvent tre consi
drs comme assez proches de la ralit pour
les tensions que nous aurons considrer. Ce
tableau donne les tensions internes calcules en
valeur absolue et en pour-cent de la rsistance
42
la traction, ceci l'tat brut de coule et aprsun recuit de stabilisation diverses tempratures.Ces valeurs nous ont permis d'tablir les deux
diagrammes que nous avons runis dans la
figure III-ll o nous avons port en fonction de
la temprature de recuit, une fois, la rsistance
la traction et, l'autre fois, la tension interne de
traction dans le jet de 30 mm. On voit ici de
nouveau que le recuit 500 ne modifie pas
sensiblement la rsistance de la fonte Ge 30.91,
tandis que la fonte Ge 25.91 en est dj affecte
et la fonte Ge 20.91 encore bien davantage. Par
recuit au-dessus de 500 , toutes les fontes
subissent un abaissement plus ou moins consi
drable de leur rsistance la traction. En ce
qui concerne les tensions internes, nous voyons
que, l'tat brut de coule, elles passent de
7,9 kg./mm2 pour la fonte Ge 15.91 18,1 kg./mm2
pour la fonte Ge 30.91, ce qui, exprim en fonc
tion de la rsistance la traction observe dans
la mme section, correspond respectivement
46 % et 53 % de' sa valeur. Nous voyons donc
ici la confirmation du fait paradoxal signal, queles tensions internes ne sont pas seulement
d'autant plus leves en valeur absolue que la
fonte est plus rsistante, mais qu'elles le sont
galement en valeur relative si on les exprimeen pourcentage de la rsistance la fraction.
Pour un moulage de forme donne, le danger de
rupture due des tensions internes peut donc
parfaitement tre d'autant plus grand que la
fonte est de rsistance plus leve.
Tableau III-7. - Essais de mesure des tensions internes dans un moulage en fonte grise et de leur liminationpar recuit de stabilisation diverses tempratures.
Valeurs des tensions de traction calcules partir des allongements lastiques.
Ge 15.91 Ge 20.91 Ge 25.91 Ge 30.91
Module lastique moyen approximatif pour un diamtre
Allongements lastiques mesurs sur une longueur de650 mm. en mm.:
Aprs recuit 400
Aprs recuit 500
Aprs recuit 600
Tensions internes de traction en kg./mm8 :
Aprs recuit 400.
Aprs recuit 500
Aprs recuit 600
Tensions internes en % de la rsistance la traction:
Avant recuit
Aprs recuit 400 .
Aprs recuit 500Aprs recuit 600
6000
0,86
0,12 0,01+ 0,00
7,9
1,10
0
46
6,4
0
0
8000
1,00
0,12 0,02
-0,01
12,3
1,5
0
0
51
6,10
0
10 000
0,99
o,n
0,00+ 0,00
15,2
1,7
0
0
50
5,50
0
12 000
0,98
0,16
0,02 0,02
18,1
2,1
0,3
0
53
5,8
1,6
0
43
et
42
to
38
36
3t
32
30
23
21
?iN
H 72> 20
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3t*
n
12
m
.*
* a
t e
l 4
P
U 30.91,>>'Se 30Ot
,
Se 2S9ty
d
/se 2S 9t
&
f
s* / 7e 20.9Se 20 9 /'
-
Se fS 90e/S.9f ''
c^
_*'
nO 130 140 ISO 160 170 ISS 100 200 2fO 220 230 2*0 2S0 260 270
Duret Brinell
Fig. 111-10. - Essais de mesure des tensionsinternes dans un moulage et de leur limination
par recuit de stabilisation.
Variation de la caractristique de duret d'aprsE. Dbi, avant et aprs recuit 500 pour les quatre
classes de fontes.
Ce danger est d'autant plus grand que, ainsi
que nous l'avons dit, il ne s'agit pas ici uniquement de tensions linaires, mais de tensions
spatiales qui se rpartissent selon les trois axes.
0 Rsistance la traction Tension interne
400 SOO* 600
Temprature de recuit
Fig. III-ll. - Essais de mesuie ds tensions
internes dans un moulage en fonte grise el deleur limination par recuit de stabilisation
diverses tempratures.
Variation de la rsistance la traction et de la tension
interne en fonction de la temprature du recuit destabilisation.
En ce qui concerne l'importance des tensions
internes aprs traitement thermique, nous
voyons que, dans le cas prsent, un recuit 400
a permis d'liminer le 90 % de leur valeur et
qu'un recuit 500 assure leur limination totale,
sauf dans le cas de la fonte Ge 30.91, o cela se
produira pour une temprature de 510 520 .
Ceci confirme quantitativement, avec une trs
bonne approximation, les rsultats que nous
avions prcdemment observs au moyen de
de l'essai de flexion.
Nous pouvons maintenant rpondre de la
manire suivante l'autre question que nous
nous tions pose :
Les tensions internes ne sont pas seulement
d'autant plus leves en valeur absolue, mais encore
en valeur relative par rapport la rsistance la
traction, que la fonte est plus rsistante. Un traite
ment thermique de stabilisation sera donc d'autant
plus ncessaire que, pour augmenter le taux de
travail en service, on aura choisi une fonte
rsistance plus leve. Ces tensions internes qui
peuvent atteindre le 50 % de la rsistance la
traction, mme si le moulage ne prsente pas des
diffrences de sections trs importantes, peuventtre entirement limines par un recuit une
temprature adapte la qualit de la fonte et quiest voisine de 500 .
44
IV. - Etude critique du comportement des
fontes grises soumises des sollicitations mcaniques.
Les deux chapitres prcdents ont eu pour
objet de montrer que l'essai de traction, choisi
comme base de la normalisation des fontes
grises dans la plupart des pays, se heurte dans
son application pratique deux ordres de
difficults : d'une part une difficult d'inter
prtation des rsultats observs sur des prou-
vettes coules isolment, rsultats qui n'ont
qu'une parent fort lointaine avec les proprits
mcaniques du moulage lui-mme, cause de
l'anisotropie du mtal, d'autre part, l'ineffi
cacit des mthodes iopographiques d'tude
des proprits du moulage, cause de l'importance des tensions internes qui peuvent atteindre
des valeurs suffisamment leves pour rendre
cette lude topographique parfaitement illu
soire. Il a t montr que la caractristique de
duret de E. Dbi, applique aprs recuit d'li
mination de tensions aussi bien du moulage quedes prouvettes coules isolment, est unemthode lgante d'liminer les deux ordres de
difficults. Cette mthode n'en reste pas moins
insparable de la valeur de l'essai de traction
rupture, considr jusqu'ici comme critre de
qualit des fontes grises, de sorte que l'on envient invitablement se poser la questionsuivante : La rsistance mcanique la rupture,observe la traction ou sous une autre forme
quelconque d'essai, est-elle mme de permettre de prvoir comment un moulage enfonte grise se comportera lorsqu'il est, en service,soumis certaines sollicitations plus ou moins
bien dfinies ?
On remarquera ds l'abord que nous avons
tenu gnraliser le problme, en considrant
non seulement la valeur de l'essai de traction,mais celle de tout essai statique effectu sous un
mode de sollicitation quelconque. Cette question du mode de sollicitation a tenu une place
extrmement importante dans les discussions,
parfois passionnes, qui ont eu lieu dans lecadre des commissions internationales chargesd'tudier les mthodes d'essais des fontes grises,discussions qui n'ont jamais pu aboutir qu' desdcisions de compromis, chacun restant irrduc
tiblement sur ses positions. Nous ne voulons
aucun prix nous laisser entraner raviver ces
discussions, et c'est avec intention que nous
avons, autant que possible, vit de parler des
proprits mcaniques des fontes grises pour neconsidrer que leur comportement sous des
sollicitations mcaniques. Si nous nous sommes,au cours de notre travail, adresss principalement l'essai de flexion, nous tenons bien prciser qu'il ne s'agit aucunement d'une prdilection de notre part, mais uniquement d'une raison
de commodit. L'essai de traction exige des
mesures incomparablement plus dlicates, maisn'en reste pas moins l'essai-type qui doit servirde base de rfrence aux autres mthodes
d'essai, de sorte que c'est galement sur lui quenous nous baserons.
Il ne faut jamais oublier, lorsqu'on veut
interprter des rsultats d'essais mcaniques,
que les sollicitations imposes en service nesont qu'une fraction des tensions de rupture.Il Y a donc moins lieu de s'attacher caractriser
et chiffrer telle ou telle rsistance la rupture
de la fonte grise que les facteurs dont ces
caractristiques dpendent, la connaissance et
l'interprtation de ces facteurs tant seules mme de permettre la prvision du comportement en service d'une manire gnrale. En
effet, les domaines d'emploi de la fonte grisesont si varis, les sollicitations auxquelleselle est soumise en pratique sont si diverses,
qu'il est impossible d'exprimer par les rsul
tats d'un seul essai rupture toutes les pro-
45
50
40
! 3020
10
0 2 A 6 8 10 12 14 16 18 20
* Allongement en %
Fig. IV-1. - Diagramme schmatis de tractionde l'acier doux.
prits que l'on exige d'elle. Or, les moulages
en fonte grise sont toujours calculs avec un tel
coefficient de scurit, que les cas de rupture en
service par sollicitation statique dans des condi
tions normales d'emploi ne se rencontrent
jamais. Dans tous les cas de rupture, on peut
dceler l'action prpondrante de sollicitations
parasites, qu'il s'agisse de tensions internes, de
chocs, de variations brusques de temprature,
ou de tout autre accident fortuit, sans mme
parler des dfauts de fonderie que nous ne
considrons pas pour l'instant. Il n'y aura donc
que deux mthodes qui permettront de prvoir
comment une fonte se comportera en service :
d'une part, on pourra dterminer comment la
fonte se comportera selon tous les modes de
sollicitation susceptibles de se prsenter en
pratique, mthode longue et le plus souvent
irralisable,- d'autre part, il est peut-tre possible,
par l'analyse du comportement de la fonte
considre selon un mode dfini de sollicitation,
d'isoler certaines caractristiques fondamentales
qui permettront de prvoir, d'une manire au
moins approximative, comment la fonte se com
portera selon tout autre mode de sollicitation.
Nous nous sommes attachs l'tude de cette
deuxime mthode qui, si elle est pratiquement
ralisable, offre l'avantage d'une vidente
simplicit. Nous tenons cependant bien pr
ciser qu'il est impossible, au moyen d'un seul
essai, de classer rigoureusement les fontes sans
tenir compte du mode de sollicitation. Un mtal
ne pourra jamais tre entirement connu, si on
ne connat pas son comportement selon tous les
modes de sollicitations. Nanmoins, les pro
prits fondamentales, telles que nous les avons
dfinies, peuvent servir de base de rfrence
suffisante pour permettre une classification.
Avant d'aborder le problme que nous nous
sommes pos, nous voulons, au pralable,
considrer ce qui se passe dans le cas beaucoup
plus simple de l'acier. Il est bien vident qu'il
est impossible de concevoir un classement des
aciers qui n'ait pas pour base l'essai de traction.
Il n'y a aucun doute que, dans le cas de l'acier,
comme dans celui de la fonte d'ailleurs, l'essai
de traction prsente le gros avantage de la
simplicit des efforts mis en jeu, efforts qui,
pratiquement, se rpartissent uniformment sur
toute la section. Mais, tel qu'on l'applique
l'acier, l'essai de traction prsente encore
d'autres avantages trs importants. Non seule
ment il donne d'une manire commode la tension
maximum qui n'a pas la signification qu'on lui
attribue gnralement et que l'on continue
utiliser, plutt par habitude, comme critre de la
rsistance mcanique, mais encore il fournit quatre
caractristiques importantes: le module lastique
la traction, la limite lastique la traction,
l'allongement permanent et la striction aprs la
rupture. Il s'agit l de caractristiques qui ne
sont valables que pour des efforts de traction.
Nous les appellerons donc : caractris
tiques drives, puisqu'elles dpendentdu mode de sollicitation. Elles expriment, dans
les conditions dfinies par le mode de l'essai,
l'influence de deux proprits fondamentales :
la rsistance la dformation ou
facteur de rigidit, exprime par le
module lastique et la limite lastique d'une
part et, d'autre part, la plasticit ou fac
teur de ductilit, exprime par la stric
tion et l'allongement permanent. Cette division
n'est nullement arbitraire, puisque les deux
proprits fondamentales s'adressent deux
modes diffrents de dformation : la dformation
lastique qui caractrise la rigidit, et la dfor
mation plastique qui est une consquence de la
ductilit. Dans le cas de l'acier, ces deux modes
de dformation se succdent assez nettement
dans l'chelle des tensions, la dformation
plastique ne devant se produire thoriquement
qu'au-dessus de la limite lastique, c'est--dire
au-dessus du domaine de validit de la loi de
Hooke.
Les diverses caractristiques de l'acier peuvent
donc, en premire approximation, tre dduites
du diagramme tension-allongement que, pour la
simplicit de l'expos, nous schmatiserons
selon la figure IV-1. Ce diagramme ne nous
donne aucune indication sur la striction que
nous ngligerons par la suite, car c'est le cas de
la fonte grise qui nous occupe, et la fonte grise
casse sans striction mesurable. L'exprience a
montr en outre que, du moins en premire
approximation et mis part certains cas anor
maux, il existait une relation vidente entre le
diagramme tension-dformation et la structure
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de l'acier. Ainsi interprt, l'essai de traction
statique de l'acier permet, en premire analyse,d'en oprer le classement et de prvoir sa tenue
en service.
Passons maintenant l'interprtation de
l'essai de traction dans le cas de la fonte grise.La figure IV-2 reproduit la courbe tension-
allongement observe sous forme schmatique.On remarque, et nous aurons l'occasion d'en
parler par la suite en donnant les rsultats
d'essais extrmement prcis effectus parl'Institut Fdral d'Essais des Matriaux Zurich
sous la direction de M. le professeur Ros, qu'iln'existe aucune portion de ce diagramme quisoit rigoureusement droite, ce qui revient dire
qu'il n'existe aucun domaine de tensions o la
dformation de la fonte grise soit purement
lastique et o la loi de Hooke soit vrifie.
En d'autres termes, et nous le montrerons bien
tt, les dformations permanantes d'une
prouvette en fonte grise soumise une sollici
tation mcanique apparaissent dj pour des
tensions trs faibles. Nous avons ici, non plusune juxtaposition, mais une superposition des
deux domaines de dformations lastiques et de
dformations plastiques, l'incurvation continue
du diagramme indiquant que les dformations
plastiques deviennent proportionnellement d'au
tant plus importantes que la tension est plusleve. Il devient ds lors absurde de parler de
module lastique ou de limite lastique des
fontes grises, sans dfinir exactement ce quel'on entend par ces notions.
L'essai de traction, tel qu'on l'emploiegnralement en ne lui demandant que de
chiffrer la rsistance la rupture, n'est donc pas mme de nous donner directement et sans
autre convention une indication utilisable
concernant les caractristiques de rigidit de lafonte grise. En outre, et ceci n'est pas fait pourrendre plus aise la solution du problme pos,la courbe tension-allongement obtenue, nonseulement par traction, mais sous un mode desollicitat
![ABSTRACT of Doctoral Thesis - pavelstransky.cz€¦ · ABSTRACT of Doctoral Thesis ... The thesis is based particularly on published references [I, II, VII, VIII]. This abstract begins](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/5fbce8e8307fb30f38694377/abstract-of-doctoral-thesis-abstract-of-doctoral-thesis-the-thesis-is-based.jpg)
