Etude de l'influence des éléments d'addition Si, Mo, Cr et des vitesses de refroidissement sur les microstructures et les propriétés mécaniques de fontes GS à haute teneur en silicium / Quentin Levices ; sous la direction de Denis Najjar

Résumé / Abstract : Les fontes GS étudiées dans cette thèse sont des fontes à matrice ferritique renforcée SSFDI, SiMo, SiCr, SiMoCret SiMoCrNi. Ces fontes spéciales sont caractérisées par une haute teneur en silicium (%Si>4wt%) et des caractéristiquesmécaniques améliorées en comparaison avec les fontes GS analogues à plus basse teneur en silicium. L’influence des élémentsd’addition silicium, molybdène et chrome et de la vitesse de refroidissement sur la microstructure et les propriétés mécaniques(traction, résilience et dureté) de ces fontes GS spéciales à haute teneur en silicium ont ainsi été évaluées. L’ajout de chromeet/ou de molybdène dans la fonte GS entraine la formation de perlite et de carbures diminuant le pourcentage de matriceferritique ; la perlite se formant autour des carbures qui précipitent aux joints de cellules. Le chrome est l’élément chimiquequi produit l’effet le plus significatif sur la formation de perlite et le molybdène celui qui produit l’effet le plus significatifsur la formation de carbures. Les analyses statistiques des résultats expérimentaux montrent que pour toutes ces fontes GSà haute teneur en silicium : 1) les proportions moyennes des constituants principaux (ferrite, perlite et graphite) évoluentavec la composition chimique mais peu avec la vitesse de refroidissement contrairement aux dimensions des cellules et auxcaractéristiques du graphite, 2) quand la vitesse de refroidissement diminue et le temps de solidification augmente, la tailledes cellules eutectiques et le pourcentage de graphite chunky augmentent, la densité de nodules et la nodularité diminuent,3) quand la taille des cellules augmente, la perlite et les carbures sont distribués de manière fortement hétérogène, 4)le pourcentage de graphite chunky se forme pour des vitesses de refroidissement d’autant plus grandes et des temps desolidification d’autant plus courts que la teneur en silicium de la fonte est élevée, 5) toutes les propriétés mécaniquesse dégradent quand la vitesse de refroidissement diminue. L’augmentation des teneurs en silicium et chrome s’accompagned’une augmentation des indicateurs de résistance mécanique couplée également à une baisse de la ductilité et de la résilience.L’augmentation de la teneur en molybdène n’induit qu’une baisse sensible de l’allongement à rupture et de la résiliencemême si ces tendances sont plus difficiles à mettre en évidence statistiquement. Des simulations optimisées en intégrant desmesures expérimentales ont permis de faire le lien entre les paramètres d’élaboration que sont la vitesse de refroidissementet le temps de solidification, la microstructure et les propriétés mécaniques. Que la fonte contienne ou non de la perlite etdes carbures et/ou du graphite chunky ou non, la limite d’élasticité augmente linéairement avec la densité de nodules. Demême, l’allongement à la rupture augmente avec la densité de nodules qui augmente avec la vitesse de refroidissement

Résumé / Abstract : The SG cast irons studied in this thesis are SSFDI, SiMo, SiCr, SiMoCr and SiMoCrNi reinforced ferritic matrixirons. These special cast irons are characterised by a high silicon content (%Si>4wt%) and improved mechanical propertiescompared to similar SG cast irons with lower silicon content. The influence of silicon, molybdenum and chromium additionsand the cooling rate on the microstructure and mechanical properties (tensile strength, impact strength and hardness) ofthese special high silicon SG cast irons were evaluated. The addition of chromium and/or molybdenum to the SG cast ironresults in the formation of pearlite and carbides, reducing the percentage of ferritic matrix ; the pearlite forms around thecarbides which precipitate at the cell joints. Chromium has the most significant effect on pearlite formation and molybdenumhas the most significant effect on carbide formation. Statistical analyses of the experimental results show that for all thesehigh silicon content SG cast irons : 1) the average proportions of the main constituents (ferrite, pearlite and graphite) evolvewith the chemical composition but little with the cooling rate unlike the cell sizes and the graphite characteristics, 2) whenthe cooling rate decreases and the solidification time increases, the eutectic cell size and the percentage of chunky graphiteincrease, the nodule density and the nodularity decrease, 3) as the cell size increases, pearlite and carbides are distributed in ahighly heterogeneous manner, 4) the higher the silicon content of the cast iron, the higher the percentage of chunky graphiteis formed at higher cooling rates and shorter solidification times, 5) all mechanical properties degrade as the cooling ratedecreases. The increase in silicon and chromium content is accompanied by an increase in mechanical strength indicators,coupled with a decrease in ductility and impact strength. The increase in molybdenum content only leads to a significantdecrease in elongation at break and impact strength, although these trends are more difficult to demonstrate statistically.Optimised simulations incorporating experimental measurements have made it possible to establish the link between theprocessing parameters of cooling rate and solidification time, microstructure and mechanical properties. Whether the castiron contains pearlite and carbides and/or chunky graphite or not, the yield strength increases linearly with the noduledensity. Similarly, the elongation at break increases with the nodule density, which increases with the cooling rate