La microtomographie à rayons X a permis de caractériser la microstructure d'une fonte GV. La différence entre les numéros atomiques du carbone, correspondant aux nodules et vermicules et le fer de la matrice, permet d’avoir un contraste important en microtomographie. De ce fait, la fonte à graphite constitue un matériau d’étude parfaitement adapté à cette technique comme le souligne la large bibliographie [Adrien 04] [Limodin 09] [Limodin 10].
Le graphite contenu dans la fonte GV a une forme de corail et est alors difficile à caractériser en microscopie, car il s’agit de structures fortement tridimensionnelles. Des éprouvettes, de section 2,2x2,2 mm², ont donc été analysées par microtomographie.

Parmi l’éventail des alliages possibles, les fontes à graphite sphéroïdal sont régulièrement utilisées dans l’industrie automobile [Bavard 03] [Szmytka 07] [Lachambre 15] notamment pour la confection de pièces de la ligne d’échappement, car elles présentent de bonnes caractéristiques mécaniques. Mais, les fontes à Graphite Vermiculaire (GV) sont de plus en plus utilisées pour le même type d’application automobile en raison d’une meilleure conductivité thermique [Le Gal 14]. 

Sur la figure ci-dessous, les particules de graphite sont représentées à différents niveaux de sphéricité. Ce dernier paramètre correspond au ratio entre le volume de l’élément et le volume d’une sphère ayant la même surface que celle de l’objet. Plus cette valeur est proche de 1 et plus la particule se rapproche d'une sphère.

Représentation des particules de graphite pour différents niveaux de sphéricité permettant de distinguer les nodules et vermicules de graphite [Hosdez 17].

La forme et les dimensions des vermicules de graphite ont pu être extraites. Sur la figure ci-dessous, les histogrammes des diamètres de Feret sont représentés.

Histogrammes pour les diamètres de Feret maximum (a) et minimum (b) des vermicules pour la fonte GV ainsi que le facteur de Feret (c) [Hosdez 17].

La fonte a également été caractérisée à hautes températures. Les fontes sont souvent considérées stables jusqu’à des températures de l’ordre de 450°C [Bastid 95]. Or, la température d’utilisation d’un collecteur d’échappement avoisine les 800°C. Ainsi, des évolutions microstructurales étaient à prévoir avec de :

  • la décarburation
  • l'oxydation
  • la graphitisation

Tomographies des échantillons de fonte, après une exposition à 800°C pendant différentes durées d'exposition [Hosdez 17].

 

[Bavard 03] Bavard, K., Bernhart, G., & Zhang, X. P. (2003). High temperature low cycle fatigue of spheroidal graphite cast iron. International Journal of cast Metals research, 16(1-3), 233-238.

[Szmytka 07] Szmytka, F. (2007). Nouveaux modèles de comportement élasto-viscoplastique pour des matériaux métalliques. Application au dimensionnement de structures automobiles (Doctoral dissertation, Ecole Polytechnique X).

[Lachambre 15] Lachambre, J., Réthoré, J., Weck, A., & Buffiere, J. Y. (2015). Extraction of stress intensity factors for 3D small fatigue cracks using digital volume correlation and X-ray tomography. International Journal of Fatigue, 71, 3-10.

[Le Gal 14] Le Gal, J. (2014). Fontes à graphite vermiculaire (GV). Techniques de l’ingénieur.

[Adrien 04] Adrien, J., Maire, E., Estevez, R., Ehrstrom, J. C., & Warner, T. (2004). Influence of the thermomechanical treatment on the microplastic behaviour of a wrought Al–Zn–Mg–Cu alloy. Acta materialia, 52(6), 1653-1661.

[Limodin 09] Limodin, N., Réthoré, J., Buffière, J. Y., Gravouil, A., Hild, F., & Roux, S. (2009). Crack closure and stress intensity factor measurements in nodular graphite cast iron using three-dimensional correlation of laboratory X-ray microtomography images. Acta materialia, 57(14), 4090-4101.

[Limodin 10] Limodin, N., Rethore, J., Buffiere, J. Y., Hild, F., Roux, S., Ludwig, W., ... & Gravouil, A. (2010). Influence of closure on the 3D propagation of fatigue cracks in a nodular cast iron investigated by X-ray tomography and 3D volume correlation. Acta Materialia, 58(8), 2957-2967.

[Hosdez 17] Hosdez, J., Witz, J. F., Martel, C., Limodin, N., Najjar, D., Charkaluk, E., ... & Szmytka, F. (2017). Fatigue crack growth law identification by Digital Image Correlation and electrical potential method for ductile cast iron. Engineering Fracture Mechanics, 182, 577-594.

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Maillage d'un vermicule de graphite obtenu à partir de la micro-tomographie