Fonte contre acier moulé : composition chimique et principales différences expliquées

Le choix entre la fonte et l'acier moulé est une décision fondamentale en ingénierie et en fabrication. Bien que ces deux matériaux soient des alliages ferreux produits par coulée, leurs compositions chimiques distinctes — principalement la teneur en carbone — entraînent des propriétés et des applications très différentes.

Composition chimique et microstructure
La différence fondamentale réside dans la teneur en carbone. Fonte contient généralement de 2 % à 4 % de carbone, ainsi que de 1 % à 3 % de silicium. Cette teneur élevée en carbone provoque la précipitation d'un excès de carbone sous forme de lamelles de graphite (dans la fonte grise) ou de nodules (dans la fonte ductile) au sein d'une matrice ferreuse. Acier coulé , inversement, possède une teneur en carbone beaucoup plus faible, généralement inférieure à 0,5 %, ce qui maintient le carbone en solution ou sous forme de carbure de fer, conduisant à une microstructure principalement perlitéque ou martensitique.

Propriétés mécaniques et de performance
Cette divergence structurelle détermine leurs performances :

• Résistance et ductilité :  Acier coulé offre une résistance à la traction, une résistance aux chocs et une ductilité supérieures. Elle peut subir des déformations importantes avant rupture, ce qui la rend idéale pour les charges dynamiques. Fonte , en particulier la fonte grise, est résistante en compression mais relativement fragile en traction, avec une faible résistance aux chocs.

• Dureté et usure : Certaines fontes, comme la fonte blanche, offrent une dureté exceptionnelle et une résistance à l'abrasion élevée. Bien que l'acier moulé puisse être durci en surface, la fonte offre souvent une meilleure résistance à l'usure dans certaines applications.

• Amortissement et usinabilité :  Fonte possède une excellente capacité d'amortissement des vibrations grâce à ses lamelles de graphite et est généralement plus facile à usiner. Acier coulé amortit moins efficacement les vibrations mais offre une meilleure soudabilité et une plus grande résistance des soudures.

Considérations d'application et de coût

• Applications typiques :

  • Fonte : Utilisée pour les blocs-moteurs, les disques de frein, les bases de machines-outils, les tuyaux et les ustensiles de cuisine, là où la rigidité, l'amortissement ou la résistance à l'usure sont essentiels.

  • Acier moulé : Employée dans les composants structurels, les engrenages, les pièces de machines lourdes, les récipients sous pression et les suspensions automobiles, là où une grande résistance, ténacité et résistance à la fatigue sont requises.

• Coût : En général, les coûts des matières premières et de production du fonte de base sont inférieurs à ceux de l'acier moulé. Le processus de sidérurgie est plus énergivore, et la fonte de l'acier nécessite souvent une technologie de moule plus sophistiquée ainsi qu'un traitement thermique après coulée pour obtenir les propriétés souhaitées.

Pour résumer, fonte est le choix pour des composants économiques nécessitant rigidité, amortissement et résistance à l'usure. Acier coulé est sélectionné pour des pièces hautes performances soumises à des chocs, des contraintes et des charges dynamiques, lorsque la ténacité est primordiale. La décision dépend finalement d'une évaluation précise des exigences mécaniques, des conditions d'utilisation et du coût total.