Fonte grise présente une bonne conductivité thermique, ce qui signifie qu'elle peut transférer la chaleur relativement bien, aidant à prévenir la surchauffe localisée dans les systèmes à haute température. Cependant, son coefficient de dilatation thermique est plus élevé que les matériaux comme l'acier ou l'aluminium, ce qui signifie qu'il se développera et se contractera davantage avec les fluctuations de la température. Dans les systèmes qui subissent un cycle thermique fréquent, tels que les échangeurs de chaleur, les vannes de vapeur ou la tuyauterie de liquide chaud, cette expansion et cette contraction peuvent introduire des contraintes thermiques. Si ces contraintes ne sont pas gérées correctement, elles peuvent entraîner des problèmes tels que la déformation ou la distorsion de l'accessoire de vanne. Dans certains cas, les surfaces d'étanchéité peuvent devenir compromises, affectant l'intégrité du joint et conduisant à des fuites ou à l'inefficacité opérationnelle. Au fil du temps, cette expansion et contraction répétées peuvent dégrader le matériau, surtout si les gradients thermiques dans la valve provoquent un chauffage inégal.
L'un des défis les plus critiques pour la fonte grise dans les systèmes à cycle thermique fréquent est sa fragilité, qui est inhérente en raison de la présence de flocons de graphite dans le matériau. Bien que le graphite aide à la machinabilité et à l'amortissement, il affaiblit également la résistance du matériau à la propagation des fissures, en particulier sous contrainte thermique. La fatigue thermique peut se développer à mesure que le matériau se développe et se contracte à des températures variables, conduisant à l'initiation et à la propagation des fissures, en particulier dans les régions à forte stress comme le corps de la valve, les zones de bride ou les articulations. Ces microfissures peuvent devenir plus importantes au fil du temps et finalement entraîner une défaillance catastrophique si elles ne sont pas traitées tôt.
Les modifications de conception peuvent réduire considérablement les effets indésirables du cyclisme thermique sur les accessoires de soupape en fonte grise. Par exemple, les transitions progressives de l'épaisseur de la paroi entre les coupes épaisses et minces peuvent réduire les concentrations de contraintes, qui sont des causes courantes d'initiation des fissures. De plus, les conceptions qui incorporent des épaisseurs de paroi uniformes peuvent empêcher la distorsion thermique, car des changements abruptes de l'épaisseur peuvent entraîner une expansion ou une contraction inégale pendant les cycles de chauffage et de refroidissement. De plus, certaines techniques de fabrication, telles que le traitement thermique (par exemple, la température ou le recuit), peuvent améliorer la ténacité et la résistance du matériau au cyclisme thermique. Ces traitements modifient la microstructure de la fonte, ce qui le rend moins cassant et plus résistant aux contraintes causées par les fluctuations thermiques.
Le cycle thermique répété peut contribuer à l'usure et à la dégradation des matériaux dans les accessoires de valve, en particulier dans les zones qui sont en contact constant avec d'autres composants, comme les sièges de soupape ou les surfaces d'étanchéité. Alors que la fonte grise subit une expansion et une contraction thermiques, sa surface peut ressentir des fissures et de l'abrasion microscopiques en raison de la friction répétée entre les pièces mobiles. Cela peut compromettre l'efficacité du joint des sièges de soupape ou augmenter le taux d'usure des composants comme les fuseaux et les bonnets, conduisant à des besoins d'entretien plus élevés et à une réduction de la durée de vie de la valve. Pour atténuer ces effets, des traitements de surface tels que le durcissement ou le revêtement (par exemple, les revêtements en céramique, le placage en nickel ou les revêtements époxy) peuvent être appliqués pour augmenter la résistance à l'usure des surfaces critiques exposées au cyclisme thermique.
La fonte grise, lorsqu'elle est exposée à des températures élevées et à des environnements fluctuants, peut être vulnérable à l'oxydation (formation de la rouille), en particulier dans les applications impliquant des liquides à haute chauffe, de la vapeur ou des produits chimiques agressifs. Le cycle thermique répété peut accélérer l'oxydation à la surface, en particulier si l'accessoire de soupape est exposé à des conditions humides ou corrosives. Au fil du temps, cela peut conduire à la détérioration du matériau, affectant son intégrité structurelle et sa fonctionnalité. Des soupapes de fonte grise soumises à une vapeur à haute température ou à des gaz de combustion peuvent subir une dégradation induite par l'oxydation, où la couche de surface du métal devient cassante et squameuse, conduisant à une réduction des propriétés mécaniques et à une défaillance prématurée. Pour améliorer la résistance à la corrosion, les accessoires de valve peuvent être enduits ou traités avec des matériaux comme le chrome, le nickel ou la céramique pour protéger la surface de l'oxydation et de la corrosion dans des conditions de cyclisme thermique.
