Polissage fonte (graphite lamellaire, ductile, malléable) : méthode complète et consommables Akasel
Les fontes sont caractérisées par la présence de graphite libre dans une matrice ferritique, perlitique ou bainitique. La forme du graphite — lamellaire (FGL), sphéroïdal (GS/ductile), vermiculaire (CGI) ou nodulaire de recuit (malléable) — conditionne entièrement les propriétés mécaniques et est l'objet principal du contrôle métallographique selon les normes ISO 945-1 (forme), ISO 945-2 (taille) et leurs équivalents EN 1561/1563. La préparation de la fonte présente un défi unique : le graphite est extrêmement tendre (≈ 1 HV) tandis que la matrice est dure (160 à 500 HV). Une préparation trop agressive arrache les nodules ou les lamelles, fausse complètement la classification, et peut faire apparaître de fausses ferrites de bordure (« halo »). La méthode Akasel AKA-brief #14 utilise une approche progressive en trois étapes obligatoires plus une étape de finition optionnelle. Elle est validée pour tout le spectre des fontes, des FGL classiques aux ADI traitées thermiquement, en passant par les fontes CGI critiques pour l'industrie automobile.
Caractéristiques métallographiques
- Dureté typique
- 160–220 HV (matrice ferritique) · 220–320 HV (perlitique) · 350–500 HV (bainitique ADI) · 800–1100 HV (carbures eutectiques fonte blanche)
- Normes applicables
- ISO 945-1 (classification du graphite) · ISO 945-4 (graphite vermiculaire) · ISO 16112 (fonte CGI) · EN 1561 / EN 1563
- Applications industrielles
- Blocs moteur et carters (FGL EN-GJL-200/250)
- Disques de frein et tambours
- Pièces de moyeu et arbres en fonte GS (EN-GJS-500)
- Vilebrequins en fonte ADI (Austempered Ductile Iron)
- Pièces hydrauliques en fonte vermiculaire (CGI)
La fonte grise lamellaire (FGL) présente des lamelles de graphite (1 à 3 % du volume) dans une matrice généralement perlitique (200–320 HV). La fonte à graphite sphéroïdal (GS ou ductile) contient le graphite sous forme de nodules (3 à 5 % du volume) ; sa matrice peut être ferritique (EN-GJS-400), perlitique (EN-GJS-700) ou bainitique pour les nuances ADI (Austempered Ductile Iron, 800 à 1200 MPa de résistance). Les fontes vermiculaires (CGI) constituent un compromis : graphite en vermicules courts et trapus, donnant une conductivité thermique supérieure à la GS, indispensable pour les blocs moteur diesel modernes. La fonte malléable (white heart ou black heart) résulte d'un recuit prolongé d'une fonte blanche initiale, transformant le graphite en nodules de recuit irréguliers. Les fontes blanches (graphite-free) présentent des carbures eutectiques (cémentite Fe₃C, 800–1100 HV) qui imposent une approche plus proche des aciers trempés. Pour toutes les fontes, le risque principal en préparation est l'arrachement du graphite et la formation d'un halo de ferrite apparent autour des nodules — artefact qui rendrait impossible une classification fiable de la microstructure.
Méthode de préparation pas à pas
1Tronçonnage
Le tronçonnage des fontes est relativement aisé du fait de leur faible ductilité. Pour les fontes courantes (FGL, GS perlitique), l'Aka-Cut Fe60 (disque abrasif standard à grain Al₂O₃, dureté moyenne) convient avec une avance de 0,1 à 0,2 mm/s et un débit modéré d'Aka-Cool 5 %. Pour les fontes ADI à matrice bainitique très dure (jusqu'à 500 HV), passer à l'Aka-Cut 1500 HV ou directement à un disque diamanté Aka-Cut 3000 HV qui donne des coupes plus propres et limite l'écrouissage de la surface coupée. Les fontes blanches contenant de la cémentite ou des carbures de chrome (fontes Ni-Hard, fontes au chrome haute teneur ≥ 25 % Cr) imposent l'usage d'un disque diamanté à liant métallique : la dureté des carbures (1100 à 1600 HV) dépasse celle des grains d'alumine traditionnels qui s'émoussent rapidement. Particularité de la fonte : la présence de graphite agit comme lubrifiant solide et facilite la coupe, mais peut aussi laisser des traînées noires sur la pièce coupée. Un rinçage complet à l'Aka-Cool concentré (10 %) immédiatement après la coupe prévient l'incrustation de poussière de graphite dans les éventuelles porosités. Pour les pièces volumineuses (blocs moteur, tambours), l'usage d'une scie de prélèvement avec disque Aka-Cut 350 HV permet de découper une zone d'intérêt avant montage en machine de précision.
2Enrobage
L'enrobage des fontes peut être réalisé à chaud sans précaution particulière sur fontes brutes (FGL, GS standard). L'Aka-Resin Phenolic noire est le choix économique de référence, cycle court à 180 °C, dureté élevée qui protège bien la matrice pendant les étapes mécaniques. Pour les fontes ADI dont l'austénite résiduelle est précieuse à conserver (≥ 20 % en volume dans certaines nuances), éviter les cycles d'enrobage à chaud prolongés au-dessus de 180 °C qui pourraient déclencher une transformation isothermique parasite. Préférer alors un cycle phénolique court ou basculer vers l'enrobage à froid. Pour les pièces contenant des défauts à conserver intacts (porosités de retassure, soufflures, inclusions de sable), l'enrobage à froid avec imprégnation sous vide est obligatoire : l'Aka-Resin Liquid Epoxy + Aka-Cure Slow pénètre dans les porosités ouvertes et évite que la suspension de polissage ne les remplisse, ce qui simulerait visuellement des micro-fissures. Pour l'analyse SEM ultérieure avec EDS, on peut utiliser l'Aka-Resin Phenolic SEM conductrice qui évite les problèmes de charge électrostatique. Penser à l'agent de démoulage Akasel pour faciliter l'extraction des moules silicone ou métalliques.
3Pré-polissage
Le pré-polissage de la fonte commence par un planage sur Aka-Piatto 220 (sans le « + » suffisant ici, le grain 220 étant adapté à la dureté moyenne des fontes), lubrification eau, 300 rpm, 30 N. La fonte ne demande pas un disque haut de gamme à ce stade. À défaut, la séquence papier SiC Rhaco Grit P220 → P320 → P500 → P800 → P1200 fonctionne également mais multiplie les manipulations. Important : le graphite, étant tendre, ne s'use pas à la même vitesse que la matrice — un planage trop court laissera des nodules en sur-relief qui s'arracheront aux étapes suivantes. Inspecter à la loupe x10 que la surface est uniformément plane avant de passer à l'étape suivante. Étape de pré-polissage diamant : drap Aka-Allegran 3 avec suspension DiaUltra 9 µm (et non 6 µm comme pour les aciers, car la fonte tolère et même exige une étape plus agressive pour bien définir l'interface graphite/matrice), lubrifiant Aka-Lube Blue, 150 rpm, 35 N, 3 min 30. C'est ici que se définit la qualité finale : si les nodules apparaissent encore arrachés ou si un halo blanc se forme autour, la cause est presque toujours un planage incomplet. Ne pas chercher à compenser en allongeant l'étape diamant — revenir à un planage plus long est plus efficace.
4Polissage final et attaque chimique
Le polissage final de la fonte se fait en deux étapes. Étape 3 : drap Aka-Silk (drap court à structure fine en soie synthétique) avec suspension DiaUltra 3 µm, lubrifiant Aka-Lube Blue, 150 rpm, 30 N, 2 min 30. Le Silk maintient bien les nodules en place et limite le développement de relief autour du graphite. C'est l'étape qui détermine si l'on observera une « belle » fonte conforme aux planches de référence ISO 945-1 ou une fonte avec halo de ferrite artificiel. Si l'on souhaite éviter tout relief résiduel et obtenir un poli quasi-spéculaire pour analyse d'image automatisée (quantification de fraction graphite, mesure de nodularité), ajouter l'étape 4 optionnelle : drap Aka-Chemal avec silice colloïdale 50 nm alcaline, 150 rpm, 15 N, 1 minute seulement (durée plus courte que pour les aciers car la fonte tolère mal une longue exposition à la silice alcaline qui peut attaquer la matrice ferritique et créer un faux relief). Pour les fontes sensibles à l'eau (fontes traitées thermiquement à conserver intactes), remplacer la silice par une étape supplémentaire DiaUltra 1 µm sur drap Aka-Napal avec Aka-Lube Clear WF (water-free). Pour révéler la matrice après polissage : Nital 3 % (acide nitrique 3 mL + éthanol 97 mL), application 5 à 15 s, rinçage à l'éthanol — révèle perlite/ferrite/bainite avec un excellent contraste. Pour les fontes alliées, picral (acide picrique + éthanol) pour différencier perlite et bainite ; réactif de Beraha I pour colorer les phases dans les ADI.
Attaques chimiques recommandées
Nital 3 % (révèle matrice : ferrite/perlite/bainite) · Picral pour différencier perlite et bainite · Réactif de Beraha I pour colorer les phases dans les ADI · Klemm pour identification austénite résiduelle.
Séquence Akasel — récapitulatif (système 300 mm, échantillon Ø 40 mm)
| Étape | Surface | Abrasif | Lubrifiant | Vitesse | Force | Temps |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1. Planage | Aka-Piatto 220 | Disque diamanté grain 220 | Eau | 300 rpm | 30 N | jusqu'à plan |
| 2. Pré-polissage | Aka-Allegran 3 | DiaUltra 9 µm | Aka-Lube Blue | 150 rpm | 35 N | 3 min 30 |
| 3. Polissage | Aka-Silk | DiaUltra 3 µm | Aka-Lube Blue | 150 rpm | 30 N | 2 min 30 |
| 4. Finition (optionnelle) | Aka-Chemal | Silice colloïdale 50 nm alcaline | — | 150 rpm | 15 N | 1 min |
Sur système 250 mm, augmenter les temps de 30 %. Sur 200 mm, doubler les temps. Adapter les forces au prorata de la surface réelle si plusieurs échantillons.
Produits Akasel recommandés
Sélection des consommables Akasel utilisés dans cette méthodologie, par ordre d'intervention.
Aka-Cut Fe60
Aka-Cut 3000 HV
Aka-Cool
Aka-Resin Phenolic
Aka-Resin liquide Epoxy
Aka-Piatto 220
Aka-Allegran 3
DiaUltra 9 µm
Aka-Silk
DiaUltra 3 µm
Aka-Chemal
Aka-Lube bleu
Questions fréquentes
Pourquoi mes nodules de graphite apparaissent-ils arrachés ?
Comment éviter le halo blanc de ferrite apparent autour des nodules ?
Quelle attaque pour classifier la matrice perlite/ferrite d'une fonte EN-GJS-500 ?
Comment classifier la fonte CGI (vermiculaire) selon ISO 16112 ?
Mon échantillon de fonte ADI a perdu son austénite résiduelle après préparation. Pourquoi ?
Pour aller plus loin
Source originale (anglais)
Akasel AKA-Brief #14 — fonte (graphite lamellaire, ductile, malléable) (PDF)Document publié par Akasel A/S, Danemark. Disponible en français sur demande auprès de Metallab.