GGG signifie « Kugelgraphitguss » (en allemand, fonte à graphite sphéroïdal), et 50 fait référence à la résistance à la traction minimale de 50 kg/mm² (500 MPa).
Initialement désigné selon la norme allemande DIN 1693, ce matériau tire son nom de sa résistance à la traction minimale de 50 kg/mm². Il est aujourd'hui communément appelé EN-GJS-500-7 selon les normes européennes, où « 500-7 » indique une résistance à la traction minimale de 500 MPa et un allongement minimal de 7 %.
Ce qui rend le GGG-50 si particulier, c'est sa microstructure. Contrairement à la fonte grise à graphite lamellaire, le GGG-50 contient du graphite sous forme de nodules sphériques. Ce graphite sphéroïdal, associé à une matrice ferritique-perlitique, confère au matériau des propriétés mécaniques comparables à celles de l'acier, tout en conservant une excellente coulabilité et des caractéristiques d'amortissement des vibrations typiques de la fonte.
| Élément | Teneur typique (% en poids) | Interet |
|---|---|---|
| Carbone (C) | 3.3:3.7 – XNUMX:XNUMX | Forme des nodules de graphite ; assure la coulabilité |
| Silicium (Si) | 2.4:3.0 – XNUMX:XNUMX | Favorise la formation de graphite ; renforce la ferrite |
| Manganèse (Mn) | 0.10:0.30 – XNUMX:XNUMX | Contrôle la formation de perlite |
| Soufre (S) | 0.005:0.02 – XNUMX:XNUMX | Maintenue à un niveau bas pour éviter la fragilisation |
| Phosphore (P) | 0.015:0.08 – XNUMX:XNUMX | Minimisée pour maintenir la ductilité |
| Magnésium (Mg) | 0.04:0.07 – XNUMX:XNUMX | Essentiel à la formation du graphite sphéroïdal |
| Fer (Fe) | L’équilibre | Élément de base |
| Propriété | Valeur typique | Remarques |
|---|---|---|
| Résistance à la traction (Rm) | 500 MPa | Minimum requis |
| Limite d'élasticité (Rp0.2) | 320 MPa | point de rendement de compensation de 0.2 % |
| Allongement (A5) | ≥ 7% | Mesuré sur des barres d'essai standard |
| Dureté | 170 – 230 HB | Une teneur plus élevée en perlite augmente la dureté |
| Module d'élasticité | ~169 GPa | Environ 20 % de moins que l'acier |
| Énergie d'impact (Charpy) | 3 – 4J | À température ambiante |
| Résistance à la compression | ~ 900 MPa | Bien supérieure à la résistance à la traction |
| Résistance au cisaillement | ~ 450 MPa | Important pour les applications d'engrenages |
| Limite de fatigue | 200 à 250 MPa | Sous flexion inversée |
Les propriétés physiques du GGG-50 le rendent idéal pour les applications exigeant dissipation thermique et stabilité dimensionnelle. Ce matériau possède une densité d'environ 7.1 g/cm³, ce qui le rend légèrement plus léger que l'acier grâce à sa teneur en graphite.
La conductivité thermique est d'environ 35 W/(m·K) à température ambiante. Bien qu'inférieure à celle de l'acier, elle assure néanmoins une dissipation thermique satisfaisante pour des composants tels que les tambours de frein et les blocs-moteurs. Le coefficient de dilatation thermique est de 12.0 à 12.5 × 10⁻⁶/K entre 20 et 400 °C, similaire à celui de l'acier, ce qui garantit une bonne compatibilité thermique dans les assemblages de matériaux mixtes.
Le GGG-50 peut fonctionner en continu jusqu'à environ 450 °C. Au-delà de cette température, la ferrite commence à se déformer par fluage et sa résistance diminue considérablement. Ce matériau offre également un excellent amortissement des vibrations, supérieur à celui de l'acier, bien que inférieur à celui de la fonte grise, ce qui le rend précieux pour réduire le bruit des machines.
Usinabilité L'un des principaux atouts du GGG-50 réside dans son excellente usinabilité, avec un rendement de 60 à 100 % supérieur à celui des aciers de décolletage. Les nodules de graphite brisent les copeaux et assurent une lubrification naturelle lors des opérations de coupe.
Les vitesses de coupe typiques avec des outils en carbure se situent entre 150 et 250 m/min pour le tournage et entre 100 et 180 m/min pour le fraisage. Le matériau produit des copeaux courts et cassants, faciles à gérer, et sa dureté modérée (170-230 HB) permet un usinage efficace avec des outils standard.
SoudabilitéCependant, le GGG-50 requiert une attention particulière. Sa teneur élevée en carbone (3.3 à 3.7 %) rend le soudage conventionnel difficile. Pour réussir le soudage, il faut :
Sans ces précautions, la zone affectée thermiquement peut former des carbures durs et cassants, entraînant des fissures. C'est pourquoi le brasage ou la fixation mécanique sont souvent préférés au soudage.
Le GGG-50 réagit bien à divers traitements thermiques qui peuvent modifier ses propriétés pour des applications spécifiques. Normaliser à ~900°C suivi d'un refroidissement à l'air augmente la résistance à 550-600 MPa en créant une structure perlitique plus fine, bien que l'allongement puisse chuter à 3-5%.
Recuit Un traitement thermique à 900 °C avec refroidissement lent augmente la teneur en ferrite, améliorant la ductilité mais réduisant la résistance. Ce traitement confère au matériau des propriétés proches de celles d'un acier de nuance 450-10 (450 MPa en traction, 10 % d'allongement).
Durcissement superficiel Le traitement par induction ou par trempe à la flamme permet d'obtenir une surface dure et résistante à l'usure (jusqu'à 55 HRC) tout en conservant un cœur tenace. Ce procédé est couramment utilisé pour les engrenages et les arbres à cames. Le matériau peut également être nitruré afin de former une couche superficielle dure pour une meilleure résistance à l'usure.
Trempe austère peut transformer le GGG-50 en ADI (fonte ductile austénitique), atteignant des résistances à la traction jusqu'à 1200 MPa avec un allongement de 8 à 10 %, bien que cela crée une nuance de matériau totalement différente.
Le GGG-50 est reconnu internationalement sous différentes appellations, désignant toutes essentiellement le même matériau avec de légères différences de spécifications.
| Standard | Désignation de grade | Pays / Région |
|---|---|---|
| EN 1563 | FR-GJS-500-7 | En Europe |
| ISO 1083 | 500-7 | International |
| DIN 1693 | GGG-50 | Allemagne (historique) |
| ASTM A536 | 70-50-05 | Etats-Unis |
| JIS G5502 | FCD500-7 | Japon |
| GB / T 1348 | QT500-7 | La Chine |
| BS 2789 | 500/7 | Royaume-Uni (historique) |
| UNI 4544 | SG 500-7 | Italie |
| NF A32-201 | FGS 500-7 | France |
| GOST7293 | VCh 50 (ВЧ50) | la Russie |
Le GGG-50 possède une résistance à la traction (500 MPa contre 200-300 MPa) et une ductilité (7 % contre pratiquement aucune) bien supérieures à celles de la fonte grise, grâce à sa structure de graphite sphéroïdal.
Non, le GGG-50 nécessite des électrodes spéciales à base de nickel, un préchauffage à 250-300°C et un refroidissement contrôlé pour éviter les fissures dues à sa teneur élevée en carbone.
Oui, le GGG-50 est ferromagnétique comme la plupart des matériaux à base de fer, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant des propriétés magnétiques.
Le GGG-50 est généralement plus économique que l'acier coulé ou forgé pour les formes complexes, offrant des températures de fusion plus basses et une meilleure coulabilité tout en atteignant une résistance comparable.
