Les fontes GGG-50 et GGG-40 sont deux nuances de fonte ductile qui diffèrent principalement par leur compromis entre résistance et ductilité. La GGG-50 offre une résistance à la traction supérieure de 25 % (500 MPa contre 400 MPa) et une meilleure résistance à l'usure, tandis que la GGG-40 offre un allongement deux fois plus important (15 % contre 7 %) et une résilience supérieure. Ce compromis fondamental entre résistance et ductilité détermine la nuance choisie par les ingénieurs pour des applications spécifiques.
| Propriété | GGG-40 (EN-GJS-400-15) | GGG-50 (EN-GJS-500-7) |
|---|---|---|
| Résistance à la traction | 400 MPa (minimum) | 500 MPa (minimum) |
| Résistance au rendement | ~ 250 MPa | ~ 320 MPa |
| Élongation | 15% (minimum) | 7% (minimum) |
| Dureté (Brinell) | 130 à 180 HB | 170 à 230 HB |
| Résistance aux chocs | Excellent | Modérée |
| Résistance à la fatigue | Meilleure performance du béton | Coût en adjuvantation plus élevé. |
La limite d'élasticité supérieure du GGG-50 (320 MPa) lui permet de supporter des charges statiques plus importantes sans déformation permanente. Il est environ 28 % plus résistant que le GGG-40 à cet égard.
La différence d'allongement est encore plus marquée. Le GGG-40 peut s'étirer de 15 % avant rupture, soit environ le double du GGG-50. Cette ductilité accrue se traduit directement par une meilleure absorption des chocs et une résistance accrue aux impacts soudains.
| Élément | GGG-40 (valeur typique) | GGG-50 (valeur typique) |
|---|---|---|
| Carbone (C) | 3.50-3.60 | 3.60-3.80 |
| Silicium (Si) | 3.00-3.20 | 2.50-2.90 |
| Manganèse (Mn) | ~ 0.5 | ~ 0.6 |
| Phosphore (P) | 0.07 max | 0.08 max |
| Soufre (S) | 0.02 max | 0.025 max |
| Magnésium (Mg) | ~ 0.04 | 0.03-0.05 |
| Nodulisateurs (Ce, RE) | ~ 0.02 | 0.03-0.05 |
La principale différence réside dans la teneur en silicium. La teneur plus élevée en silicium du GGG-40 (3.00 à 3.20 %) favorise une structure matricielle ferritique, plus souple et plus ductile. La teneur plus faible en silicium du GGG-50 (2.50 à 2.90 %), associée à une teneur légèrement supérieure en carbone, engendre une plus grande quantité de perlite dans la microstructure.
L'équilibre entre la perlite et la ferrite est déterminant. Le GGG-40 est principalement ferritique avec un peu de perlite, ce qui lui confère sa flexibilité. Le GGG-50 contient beaucoup plus de perlite, qui agit comme de minuscules particules dures dans tout le matériau, augmentant sa résistance mais réduisant sa ductilité.
Le GGG-50 offre une résistance à l'usure supérieure grâce à sa dureté élevée (170-230 HB) et à sa teneur en perlite. Sa surface plus dure résiste mieux à l'abrasion en conditions de glissement ou de roulement.
Le GGG-40 offre toujours une bonne résistance à l'usure pour les applications à usage modéré. Ses nodules de graphite assurent une lubrification naturelle, et le matériau convient parfaitement aux engrenages ou aux vilebrequins où une certaine usure est acceptable. Sa matrice plus tendre est un atout dans les applications où les pièces doivent se roder ou se déformer légèrement lors de la mise en service.
Pour une résistance à l'usure maximale dans des conditions extrêmes, le GGG-50 est le choix idéal. En revanche, si les exigences en matière d'usure sont modérées et que d'autres facteurs, comme la résistance aux chocs, sont plus importants, le GGG-40 offre souvent de meilleures performances globales.
Le GGG-40 surpasse nettement le GGG-50 en termes de ténacité et de résistance aux chocs. Son allongement de 15 % lui permet d'absorber les chocs et de se déformer plastiquement sans se fissurer.
Grâce à sa robustesse exceptionnelle, le GGG-40 est idéal pour les composants soumis à des charges dynamiques, des vibrations ou des chocs thermiques. Il peut se déformer considérablement avant de se rompre, tandis que le GGG-50 a tendance à se rompre de manière fragile en cas de surcharge.
Le GGG-40 conserve également une meilleure ténacité à basse température. Lorsque les composants sont susceptibles d'être exposés à des températures négatives, la ductilité du GGG-40 offre une marge de sécurité cruciale contre la rupture fragile.
Ces deux qualités de fonte s'usinent bien par rapport aux autres fontes, grâce à leurs nodules de graphite qui brisent les copeaux et assurent la lubrification pendant la coupe.
L'acier GGG-40 s'usine légèrement plus facilement grâce à sa dureté inférieure (130-180 HB). Son aptitude à la coupe est comparable à celle de l'acier mi-dur, et les outils ont une durée de vie plus longue. Les opérations de perçage et de taraudage se déroulent sans problème avec l'outillage standard.
Malgré sa haute résistance, le GGG-50 reste facilement usinable. Sa dureté (170-230 HB) augmente légèrement l'usure des outils, mais n'empêche pas d'obtenir des finitions de haute qualité et des tolérances serrées. La plupart des ateliers peuvent usiner le GGG-50 avec leurs équipements et méthodes standards.
La différence d'usinabilité devient perceptible en production de masse. Pour la fabrication de milliers de pièces, la moindre usure des outils du GGG-40 se traduit par des économies substantielles. Pour les petites séries, les deux matériaux sont tout aussi performants en pratique.
Applications du GGG-40 :
Applications du GGG-50 :
Le choix dépend souvent du type de charge. Si les pièces sont principalement soumises à des charges statiques avec un impact minimal, la résistance accrue du GGG-50 permet des conceptions plus fines et plus légères. En revanche, lorsque les composants doivent résister aux chocs, aux vibrations ou aux variations de température, la robustesse du GGG-40 garantit une meilleure fiabilité.
Oui, le GGG-40 supporte en fait mieux la pression dynamique que le GGG-50, les normes allemandes lui permettant d'atteindre 100 bars contre 63 bars pour le GGG-50.
Le GGG-50 offre une meilleure résistance à l'usure grâce à sa dureté plus élevée (170-230 HB contre 130-180 HB).
Les matériaux ont un coût similaire, mais le GGG-40 peut réduire les coûts d'usinage grâce à une usure moindre des outils dans la production en grande série.
Les deux peuvent être soudés avec les procédures appropriées, mais le GGG-40 se soude de manière plus fiable en raison de son équivalent carbone plus faible et de sa structure ferritique.
