Optimisation de la mesure et de l'évaluation de la nodularité du graphite
La fonte est un matériau composite dans lequel du graphite non métallique se disperse dans le fer sous une forme tridimensionnelle. Parmi les types de fonte, la fonte ductile possède d’excellentes propriétés mécaniques dues à l'inclusion de nodules de graphite. Elle est donc privilégiée dans les secteurs exigeant une excellente résistance, tels que l’automobile, les infrastructures, etc. La mesure et l’évaluation de la nodularité du graphite et du facteur de rondeur conformément aux normes industrielles sont essentielles afin de s’assurer de l’obtention des propriétés recherchées.
Dans cette section, vous apprendrez comment déterminer la nodularité du graphite et le facteur de rondeur et vous découvrirez des exemples de mesure quantitative efficace au microscope numérique 4K.
- Importance de l’évaluation de la nodularité du graphite et du facteur de rondeur
- Détermination de la nodularité du graphite et du facteur de rondeur
- Optimisation de la mesure et de l'évaluation de la nodularité du graphite
- Un microscope numérique 4K qui exécute et optimise à lui seul l’évaluation de la nodularité du graphite
Importance de l’évaluation de la nodularité du graphite et du facteur de rondeur
Qu’est-ce que la fonte ductile ?
La fonte ductile (FCD) est un type de fonte qui possède d’excellentes propriétés mécaniques grâce au développement de nodules de graphite. Elle est également dénommée fonte à graphite sphéroïdal et fonte nodulaire.
Contrairement à la fonte ductile, la fonte grise (FC), un autre type de fonte extrêmement répandu, intègre des flocons de graphite, qui la rendent particulièrement fragile (du fait de leur friabilité) en cas de contrainte exercée de façon très localisée. De son côté, la fonte ductile contient au minimum 0,04% de magnésium (Mg), 0,02% de cérium (Ce) et 0,02% de calcium (Ca) qui agissent en cristallisant le graphite sous forme de nodules, conférant au matériau d’excellentes propriétés mécaniques, telles que la résistance à l’usure et la ténacité (solidité).
La fonte ductile est principalement employée pour la fabrication de conduites d’eau, d’eaux usées, de gaz et autres substances. Elle est également privilégiée pour la production de pièces exigeant solidité et résistance à l’usure, telles que les composants automobiles.
Nodularité du graphite, facteur de rondeur et propriétés mécaniques
Le taux de distribution du graphite (nodularité du graphite) et la rondeur des nodules de graphite (facteur de rondeur) affectent considérablement les propriétés mécaniques, notamment de résistance à l’usure, de solidité, de résistance à la traction et de ductilité, de la fonte ductile et de tout autre produit en fonte à graphite sphéroïdal.
De ce fait, une mesure et une évaluation quantitatives de la nodularité du graphite et du facteur de rondeur sont absolument indispensables lors du contrôle de la fonte ductile afin d’en garantir la qualité et les propriétés.
Détermination de la nodularité du graphite et du facteur de rondeur
Les nodules de graphite ne forment pas des sphères parfaites. Ainsi, pour mesurer la nodularité du graphite, il est nécessaire de définir des formes sphériques approximatives et de différencier ces formes. En règle générale, la rondeur de la forme d’un objet est évaluée au moyen de la circularité mais en ce qui concerne la nodularité du graphite, on utilise le facteur de rondeur (concept différent de la circularité) pour classifier la rondeur par rapport à une norme. Ce facteur est appliqué dans une formule pour calculer et évaluer la rondeur.
Détermination du facteur de rondeur
Le facteur de rondeur (R), utilisé pour évaluer la nodularité du graphite, est déterminé par l’observation du graphite dans le matériau (voir ci-contre). L se réfère au diamètre maximal (axe de longueur) du graphite. S se réfère à la surface du graphite et D est un cercle prenant pour diamètre le diamètre maximal L. La division de la surface S par la surface D donne le facteur de rondeur.
En d’autres termes, le rapport entre ces valeurs est le suivant.
La combinaison de ces formules donne la formule ci-dessous qui permet de déterminer le facteur de rondeur.
Détermination de la nodularité du graphite
La classification et les classes de taille du facteur de rondeur, normalisées par une norme industrielle, sont utilisées pour déterminer la nodularité du graphite. Découvrez ci-après la classification et les tailles définies dans l’ISO 945 et comment les utiliser pour calculer la nodularité.
Les informations suivantes sont conformes à la norme ISO mais la norme applicable peut faire l’objet de révisions. Veillez à vérifier la dernière norme en vigueur.
- Classification du facteur de rondeur
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VI :Graphite sphéroïdal
Facteur de rondeur : R ≥ 0,80 -
V :Graphite sphéroïdal légèrement irrégulier
Facteur de rondeur : 0,60 ≤ R < 0,80 -
IV :Graphite sphéroïdal irrégulier
Facteur de rondeur : 0,45 ≤ R < 0,60 -
III :Graphite vermiculaire (compacté)
Facteur de rondeur : 0,10 ≤ R < 0,45 -
I :Graphite lamellaire (flocon)
Facteur de rondeur : R < 0,10
- Classes de taille
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Classe Taille du graphite (mm) 1 Supérieure ou égale à 1 2 Supérieure ou égale à 0,5 et inférieure à 1 3 Supérieure ou égale à 0,25 et inférieure à 0,5 4 Supérieure ou égale à 0,12 et inférieure à 0,25 5 Supérieure ou égale à 0,06 et inférieure à 0,12 6 Supérieure ou égale à 0,03 et inférieure à 0,06 7 Supérieure ou égale à 0,015 et inférieure à 0,03 8 Inférieure à 0,015 -
Selon l’ISO, le graphite d’une taille inférieure à 10 µm n’est pas compté.
- Calcul de la nodularité du graphite
- Afin de calculer la nodularité du graphite, divisez la surface du graphite d’une taille supérieure ou égale à 10 µm et classifiée V ou VI à partir du facteur de rondeur, par la surface totale de tout le graphite d’une taille supérieure ou égale à 10 µm.
La formule utilisée pour déterminer la nodularité et les valeurs à remplacer sont détaillées ci-dessous. -
AvI :Surface du graphite atteignant au moins la taille minimale (10 µm) et classé VI à partir du facteur de rondeurAv :Surface du graphite atteignant au moins la taille minimale et classé V à partir du facteur de rondeurAall :Surface totale du graphite atteignant au moins la taille minimale
Optimisation de la mesure et de l'évaluation de la nodularité du graphite
L’évaluation de la nodularité du graphite au microscope optique requiert des opérations pour le moins fastidieuses, notamment une classification par mesure et calcul du facteur de rondeur, un calcul de la surface et un comptage. Outre leur complexité, ces opérations sont également sujettes aux erreurs humaines et permettent difficilement une évaluation quantitative.
Et même si l’analyse des images est réalisée via un logiciel PC, la capture d’images nettes du graphite sous grossissement au microscope optique n’en demeure pas moins délicate. Sans parler de la gestion des innombrables images et données numériques obtenues et de la création de rapports.
Le microscope numérique ultra-haute précision 4K Série VHX de KEYENCE est équipé d’un objectif HR haute résolution et d’un capteur d’image CMOS 4K, pour capturer des images haute résolution 4K des nodules de graphite de différentes formes et tailles. Ces images haute précision facilitent le calcul de la surface du graphite et le comptage automatique des nodules. Les images nettes et les valeurs précises obtenues peuvent être transférées au format Excel, pour une création de rapports facilitée.
Comptage/mesure automatique de surface de la nodularité du graphite
Le système d’observation du microscope numérique 4K Série VHX garantit une grande profondeur de champ, qui facilite la capture d’images entièrement nettes sur l’ensemble du champ de vision. La forme du graphite de l’échantillon est ainsi capturée sur des images 4K parfaitement nettes. Ces images haute précision peuvent être exploitées pour mesurer aisément et automatiquement la surface du graphite et compter le nombre de nodules avec précision, permettant un meilleur rendement des analyses quantitatives.
Outre l’acquisition automatique de la surface et du nombre d’éléments considérés comme étant des nodules de graphite selon les conditions spécifiées, la fonction de comptage/mesure automatique de surface permet également de déterminer une grande variété de données, telles que la surface totale, le rapport à la surface totale et le diamètre maximal du graphite ainsi que la moyenne, l’écart-type, la valeur maximale et la valeur minimale.
Optimisation de la création de rapports sur la nodularité du graphite
Le microscope numérique 4K Série VHX n’est pas limité à la mesure automatique et haute précision des nodules de graphite mais permet également la création automatique de rapports à partir des images et données numériques acquises.
La possibilité d’installer Excel sur la Série VHX évite tout recours à un PC. Les données sont directement transférées dans un rapport. Vous pouvez reporter les données d’analyse dans un modèle prédéfini pour l’application, de sorte à calculer et afficher automatiquement les valeurs requises par la norme. Les images à analyser peuvent même être automatiquement disposées.
L’image ci-dessous illustre un exemple d’utilisation de la Série VHX pour acquérir une image d’observation du graphite et les données d’analyse en résultant et les transférer vers un modèle Excel. Dans cet exemple, un rapport conforme ISO et contenant la classification du facteur de rondeur (type) et les classes de taille, le nombre de nodules, divers résultats de mesure de surface et le résultat de la nodularité du graphite est automatiquement créé.
La création automatique des rapports allège sensiblement le travail d’analyse, de calcul et de gestion des données.
Un microscope numérique 4K qui exécute et optimise, à lui seul, l’évaluation de la nodularité du graphite
Le microscope numérique 4K Série VHX facilite l’acquisition de données précises grâce à la capture d’images haute résolution 4K parfaitement nettes et à l’exécution automatique d’un comptage et d’une mesure de surface haute précision à partir de ces images. Le microscope assure, à lui seul, toutes les opérations nécessaires à l’évaluation de la nodularité du graphite, jusqu’à la création d’un rapport contenant des informations conformes aux normes industrielles en vigueur.
La difficulté ne se limite à la lourdeur de la charge de travail. La vérification et la mesure visuelle du graphite, mais également la saisie manuelle des valeurs exigent un certain niveau de maîtrise qui les rendent sujettes aux erreurs humaines et aux variations entre opérateurs.
Habituellement complexes, la mesure et l’évaluation quantitatives de la nodularité du graphite sont exécutées sans difficulté par la Série VHX, allégeant sensiblement la charge de travail.
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