🎯La fonte à graphite sphéroïdale (FGS) est un matériau composite avec des nodules de graphite dispersés dans une matrice de fonte. Ce sont ces nodules qui lui confèrent des propriétés mécaniques renforcées par rapport à la fonte lamellaire (FGL)
✅La découverte de la FGS a eu lieu de manière quasi simultanée des deux côtés de l’Atlantique en 1947 (International Nickel Company ou INCO aux États-Unis et British Cast Iron Research Association ou BCIRA au Royaume-Uni)
✅Pour obtenir une FGS, on procède à un traitement de sphéroïdisation avec une désulfuration – on s’assure que le taux de soufre est très bas – suivi de l’introduction du magnésium (souvent sous forme d’alliage Ferro-Silicium-Magnésium). Il existe différentes techniques d’inoculation (germes pour multiplier les sites de cristallisation du graphite) : en poche, par fil fourré et enfin In-Mold (chambre spécifique située dans le système d’attaque). On a avantage à inoculer le plus tard possible car l’effet d’inoculation s’estompe avec le temps
✅Le magnésium modifie l’énergie d’interface entre le graphite et le métal liquide. Au lieu de s’étendre en lamelles, le graphite cristallise sous forme de sphères (ou nodules de petite taille 30 à 60 µm) finement réparties dans la matrice
✅ Le Rm passe de 150-300 MPa pour la FGL à 400-800 MPa pour la FGS. L’allongement (A%), très réduit pour la FGL (comportement dit cassant), atteint entre 5% et 18 % pour la FGS avec une limite élastique (Rp0.2) entre 250 et 600 MPa (proche d’un acier). En effet, dans une fonte FGL classique, le carbone précipite sous forme de lamelles (graphite lamellaire) qui agissent comme des amorces de rupture au contraire des nodules dans la FGS qui ralentissent la propagation de fissure
✅Dans la FGL, les lamelles forment un réseau interconnecté qui « hache » littéralement la matrice. Le chemin de propagation d’une fissure est toute tracé le long des lamelles. Dans la FGS, les nodules ⚫sont isolés avec une matrice métallique continue (ferritique, perlitique, …). Pour qu’une fissure progresse, elle doit contourner les nodules et traverser la matrice saine, ce qui dissipe une énergie considérable. De plus, la fissure est déviée par chaque nodule et ne parcourt pas la matrice en ligne droite, ce qui ralentit également de façon importante sa progression. Ces mécanismes confèrent à la fonte GS sa ductilité et sa ténacité (K1C) par rapport à la FGL dans laquelle les lamelles induisent un facteur de concentration de contraintes très important
✅Les caractéristiques mécaniques atteintes dépendent de la matrice (ferrite / perlite) mais aussi de la forme du graphite (défini par le facteur de forme ou type de graphite) et la densité des particules de graphite (en nombre de nodules/mm²). Des nodules dégénérés (chunky graphite) en zones massives dégradent le comportement mécanique.
✅La FGS est en quelque sorte un matériau composite « naturel », avec un petit coup de pouce de l’industriel fondeur.
