Fonte GS ou fonte grise : choisir la nuance de la pièce coulée

Pourquoi la fonte grise amortit et la fonte GS non, ce que garantissent vraiment les nuances EN-GJL et EN-GJS, et laquelle convient sous un bâti de machine.

Quand un bâti de machine doit être coulé, la question suivante est : quelle fonte ? La réponse honnête est que la fonte grise est le choix par défaut pour une raison que la plupart des gens énoncent vaguement et que peu savent énoncer précisément.

La différence tient à la forme du graphite

Les deux sont des fontes contenant quelques pour cent de carbone, et dans les deux, le carbone précipite sous forme de graphite au lieu de rester combiné. Ce qui diffère, c’est la forme qu’il prend.

Dans la fonte grise, le graphite forme des lamelles. Ces lamelles sont en substance des fissures internes : elles interrompent la matrice métallique, ce qui explique pourquoi le matériau est relativement faible en traction et pourquoi une pièce en fonte grise se rompt avec une cassure grise et grenue au lieu de plier.

Dans la fonte GS (fonte à graphite sphéroïdal), un traitement au magnésium fait prendre au graphite une forme de sphères. Les sphères interrompent beaucoup moins la matrice, si bien que le matériau conserve une bien plus grande part de la ténacité de l’acier et se déforme et s’allonge avant de rompre.

Tout le reste découle de cette seule différence.

Pourquoi le matériau le moins résistant est généralement le bon

Les lamelles qui ruinent la résistance à la traction représentent aussi une énorme surface d’interface interne, et c’est à l’interface que les vibrations se transforment en chaleur. La fonte grise amortit, et elle amortit parce qu’elle est pleine de discontinuités de graphite plates. La fonte GS, qui les a échangées contre de la ténacité, amortit sensiblement moins.

Sous un bâti de machine, on a rarement besoin de résistance à la traction. La structure travaille surtout en compression et en flexion, à des contraintes modérées. Ce dont vous avez besoin, c’est que la machine cesse de résonner. Le matériau que les ingénieurs qualifient de faible et fragile est donc celui qui a sa place ici, et la nuance plus tenace est le compromis.

C’est aussi pourquoi remplacer l’une par l’autre est une véritable modification d’ingénierie. Une machine à la limite du broutage avec la fonte grise peut devenir inacceptable en fonte GS.

Lire les désignations de nuances

Pratique européenne selon l’EN 1561 et l’EN 1563 :

• EN-GJL-xxx désigne la fonte grise à graphite Lamellaire. EN-GJL-200, 250, 300.
• EN-GJS-xxx-y désigne la fonte à graphite Sphéroïdal. EN-GJS-400-15, 500-7, 600-3.

Le nombre est la résistance minimale à la traction en MPa. Pour la fonte GS, le second nombre est l’allongement minimal en pourcentage, ce qui est toute la raison d’être de la nuance. Les anciennes désignations allemandes, GG25 pour EN-GJL-250 et GGG40 pour EN-GJS-400-15, restent d’usage quotidien et vous les verrez sur les plans.

En gros, EN-GJL-250 / GG25 est la nuance de référence pour les bâtis de machine : une matrice perlitique avec un graphite lamellaire fin, qui offre une résistance et une dureté exploitables tout en conservant l’amortissement et l’excellente usinabilité dont un bâti a besoin.

Le piège : la résistance dépend de la section

Voici ce qui prend les gens au dépourvu sur une pièce coulée lourde.

Le nombre de la nuance est mesuré sur une éprouvette coulée séparément, de dimension définie, selon l’EN 1561. Votre bâti de machine n’est pas une éprouvette. Une section épaisse refroidit lentement, grossit le graphite et donne une résistance et une dureté inférieures à ce que suggère l’éprouvette.

Sur un bâti aux parois de 60 mm, la résistance dans la paroi se situera nettement sous le minimum de la nuance. C’est normal, attendu et prévu par la norme, et ce n’est pas un défaut. Mais cela signifie :

• Spécifiez la nuance et l’épaisseur de section déterminante.
• Convenez de l’endroit d’où provient la matière d’essai : une éprouvette coulée séparément, une éprouvette attenante, ou un prélèvement dans la pièce elle-même. Les résultats diffèrent, et pas qu’un peu.
• Si une plage de dureté compte pour l’usinage ou pour une face d’usure, spécifiez-la séparément et indiquez où elle est mesurée.

Faites l’impasse sur ce point et vous aurez un litige au contrôle où les deux parties lisent correctement la même norme.

Là où la fonte GS a sa place

Toutes les pièces d’une machine ne sont pas un bâti. La fonte GS est le bon choix lorsque :

• La pièce subit des chocs ou des impacts, ou une charge de traction cyclique.
• Une rupture serait dangereuse et vous voulez une déformation plutôt qu’une cassure fragile.
• La section est mince et fortement sollicitée.
• Il s’agit d’une console, d’un bras, d’un levier, d’un carter ou d’un socle plutôt que d’une structure d’amortissement.

Les presses, les concasseurs et tout ce qui subit une inversion brutale de charge utilisent souvent la fonte GS pour exactement ces raisons.

Ce qu’il faut indiquer sur le plan de la pièce coulée

• La nuance selon l’EN 1561 ou l’EN 1563, avec l’ancienne désignation équivalente si votre atelier l’utilise.
• L’épaisseur de section déterminante.
• L’endroit où la matière d’essai est prélevée et les propriétés qui conditionnent l’acceptation.
• La plage de dureté et l’emplacement de la mesure, si elle compte.
• Les contrôles non destructifs exigés et la classe d’acceptation.
• Si une pièce peut être réparée, et par quelle méthode.
• Le vieillissement ou le détensionnement avant usinage, et si vous voulez le diagramme.

Ce dernier point n’est pas facultatif sur un bâti de précision. Une pièce coulée refroidit de façon inégale dans le moule et renferme des contraintes résiduelles ; l’ébauche les libère et la pièce bouge. Lisez les défauts de fonderie et ce qu’il faut refuser et le guide sur le détensionnement et la planéité en complément de celui-ci.

Questions fréquentes

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