La présente note d’application explique comment mesurer le niveau de nodularité de la fonte et distinguer la fonte nodulaire de la fonte grise. Découvrez l’équipement et les techniques d’inspection par ultrasons utilisés pour effectuer un contrôle non destructif de la nodularité dans la fonte.
Production de fonte
Le carbone sous forme de graphite est souvent utilisé comme additif lors de la production de fonte, à une proportion d’environ 2 % à 4 % du poids ou de 6 % à 10 % du volume des pièces moulées habituelles. La microstructure du graphite dans la fonte a d’importantes répercussions sur les propriétés mécaniques des pièces moulées. Ainsi, quand le carbone se cristallise sous forme de lamelles de graphite longues et étroites, on obtient une fonte dure et cassante appelée « fonte grise ». À l’inverse, quand le carbone se cristallise sous forme de nodules sphériques, on obtient une fonte molle et malléable appelée « fonte nodulaire ».
On fabrique la fonte grise et la fonte nodulaire en mélangeant du carbone, du silicium et d’autres additifs dans de la fonte liquide. Souvent, une partie de ce mélange est effectuée dans le moule final. Si le mélange n’est pas uniforme ou si le processus de coulée présente d’autres imperfections, il est possible qu’il y ait des variations de nodularité dans la pièce moulée ou qu’on retrouve des poches de fonte grise dans une coulée de fonte nodulaire. Puisque ces variations changent considérablement les propriétés mécaniques du métal, les fonderies doivent vérifier que la composition de la fonte nodulaire est uniforme. Il est important que la distribution du graphite dans la fonte soit uniforme et que le graphite se soit cristallisé dans la forme appropriée (en nodules plutôt qu’en lamelles).
L’examen microscopique et les essais de résistance à la traction sont des méthodes efficaces pour vérifier la nodularité. Une autre option pour effectuer cette vérification est le contrôle par ultrasons, qui peut mesurer les vitesses distinctes de propagation des ondes sonores dans la fonte nodulaire et la fonte grise. Cette méthode est préférable, car elle fournit une évaluation rapide et non destructive d’une pièce moulée.
Équipement d’inspection par ultrasons utilisé pour le contrôle non destructif de la nodularité dans la fonte
Le contrôle non destructif de la nodularité peut être effectué avec n’importe quel appareil à ultrasons capable de mesurer la vitesse de propagation des ondes sonores dans un matériau, y compris les mesureurs d’épaisseur, les appareils de recherche de défauts et les émetteurs-récepteurs. Si vous souhaitez obtenir spécialement les mesures de vitesses de propagation des ondes sonores, vous pouvez utiliser tout mesureur d’épaisseur de précision d’Olympus, lequel affichera une lecture directe de la vitesse de propagation dans la fonte et dans d’autres matériaux en fonction de l’épaisseur entrée lors de l’étalonnage. Vous pouvez donc utiliser le mesureur 38DL PLUS™ et le mesureur 45MG avec l’option logicielle pour sonde monoélément. Quant aux mesures d’épaisseurs supérieures à environ 25 mm, l’option logicielle pour haute pénétration est souvent recommandée.
Pour effectuer un contrôle de la nodularité à l’aide d’un mesureur d’épaisseur, appuyez simplement sur une touche pour entrer les données d’épaisseur. La vitesse de propagation des ondes sonores sera calculée automatiquement à partir de l’épaisseur saisie et du temps de transit des impulsions mesuré. Utilisez une fonction d’alarme de dépassement de limites supérieure ou inférieure pour identifier les conditions hors tolérance. Associez le mesureur à une sonde adaptée à l’étendue des épaisseurs mesurées. Un choix courant est la sonde de contact M1036 de 2,25 MHz. La précision de la mesure de la vitesse de propagation des ondes sonores est généralement de l’ordre d’un dixième d’un pour cent.
Le mesureur 72DL PLUS™ offre un écran tactile plus grand et une fréquence de rafraîchissement des mesures plus élevée (jusqu’à 2 KHz) que les mesureurs 38DL PLUS et 45MG. Ce mesureur d’épaisseur de précision offre également une résolution de mesure du temps plus élevée, ce qui se traduit par des calculs de vitesse de propagation plus précis. De plus, le mesureur 72DL PLUS offre une plus grande connectivité grâce à ses options de communication sans fil et par fil, ce qui est idéal pour l’intégration à des systèmes.
Tous les appareils de recherche de défauts EPOCH™, comme les appareils EPOCH 650 et EPOCH 6LT, peuvent être utilisés de façon similaire pour mesurer une vitesse inconnue. Une fois l’appareil étalonné pour une sonde à basse fréquence appropriée, obtenez un écho de fond à partir d’une section d’épaisseur connue et effectuez l’étalonnage de la vitesse de propagation, laquelle permettra de calculer la vitesse de propagation dans le matériau en fonction des échos détectés.
Procédure de contrôle par ultrasons pour mesurer la nodularité dans la fonte
Les vitesses de propagation sont différentes dans le fer pur, dans la fonte nodulaire et dans la fonte grise. Habituellement, la vitesse de propagation dans le fer élémentaire pur, dans la fonte nodulaire et dans la fonte grise est respectivement d’environ 5,9 mm/µS, de 5,6 mm/µS et de 4,8 mm/µS. Les vitesses de propagation exactes pour votre application varieront selon la composition des alliages, la structure des grains et d’autres variables. Vérifiez toujours les vitesses de propagation exactes en utilisant des blocs étalons associés au matériau inspecté.
Nous vous recommandons d’établir votre propre tableau de vitesses de propagation par rapport au pourcentage de nodularité pour chaque application. Des études publiées indiquent que la relation entre la vitesse de propagation et le pourcentage de nodularité n’est pas linéaire (1). On peut toutefois constater une différence substantielle de la vitesse de propagation dans deux fontes autrement identiques, contenant le même pourcentage de graphite, mais dans lesquelles le graphite s’est cristallisé différemment : en lamelles pour la fonte grise et en nodules sphériques pour la fonte nodulaire.
Soulignons que, pour mesurer la vitesse de propagation, il faut connaître l’épaisseur de la pièce inspectée. Généralement, l’inspection de la nodularité par ultrasons s’effectue à des points de la pièce moulée où il est possible de mesurer l’épaisseur mécaniquement à l’aide d’un micromètre ou d’un pied à coulisse. Il n’est pas possible d’effectuer une mesure précise de la vitesse de propagation des ondes sonores si l’épaisseur au point d’inspection est inconnue.
Il est également possible de détecter la présence d’inclusions de fonte grise dans la fonte nodulaire à l’aide des ultrasons. Comme la vitesse de propagation des ondes sonores dans la fonte grise est inférieure à celle dans la fonte nodulaire, le temps de transit des impulsions dans une pièce moulée contenant des inclusions de fonte grise est plus long que dans une pièce entièrement faite de fonte nodulaire. La vitesse de propagation des ondes sonores mesurée est également plus basse. Étant donné les variables complexes liées aux pièces moulées, nous vous recommandons de configurer l’inspection en utilisant des blocs étalons de composition connue. Toutefois, une baisse localisée de la vitesse de propagation dans une fonte nodulaire est généralement le signe d’un problème potentiel.
Note : La nodularité et d’autres aspects de la microstructure du graphite dans la fonte peuvent aussi être analysés au microscope à l’aide d’un logiciel d’interprétation développé par Olympus. Obtenez de plus amples renseignements sur cette page : https://www.olympus-ims.com/fr/applications/cast-iron-analysis/.
Références
- ASM INTERNATIONAL, « Nondestructive Evaluation and Quality Control », ASM Handbook, volume 17, Metals Park, Ohio, 1989 (neuvième édition), pp. 531-535.
- Nondestructive Characterization of Cast Irons by Ultrasonic Method, http://www.ndt.net/article/wcndt00/papers/idn035/idn035.htm
