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Perfectionnemetns à la production de pièces en fonte coulées par le procédé centrifuge
Cette invention a trait à la production de pièces en fonte coulées par le procédé centrifuge et elle se rapporte particulièrement à des pièces coulées, telles que les corps intérieurs des cylindres, les garnitures de pistons-valves et autres pièces coulées cylindriques dont on exige un haut degré de résistance à l'usure, de résistance aux chocs et aux efforts de tension et de résistance aux variations de volume sous l'action de la chaleur.
Toutes ces propriétés ont une grande importance lorsqu'il s'agit de pièces coulées destinées
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à former notamment des parties de cylindres de moteurs à combustion interne et des garnitures de pistons-valves pour locomotives, mais la plus importante de ces propriétés est probablement la résistance %. l'usure.
Pour remplir ces conditions aussi bien que possible, le métal dont les pièces coulées sont formées doit présenter certaines caractéristiques qui se rapportent à sa structure et aussi % sa composition chimique,.
Ainsi qu'il est bien connu, les éléments relatifs à la structure de la fonte commerciale peuvent être distingués à l'aide du microscope par l'aspect caractéristique qu'ils pré- sentent lorsqu'on examine des surfaces polies, gravées ou traitées autrement. Ces éléments de structure sont distin- gués par des noms qui sont bien connus des métallurgistes. La fonte grise ordinaire du commerce consiste essentiellement en une masse de base dont les éléments sont connus sous les noms de "ferrite" et "perllte", dans laquelle sont noyées des par- ticules de graphite ou de carbone libre, des particules d'un élément contenant le phosphore présent dans le fer et connu sous la dénomination "phosphure eutectique", et des particules d'un élément contenant quelques-uns des sulfures présents dans le fer.
La ferrite et la perlite sont les deux éléments essen- tiels, la perlite contenant tout le carbone qui ne se trouve pas à l'état libre ou graphitique et la ferrite étant exempte de carbone. Les proportions relatives de ces deux éléments qui existent dans la fonte du commerce dépendent du degré de re- froidissement du fer, lorsque les conditions de production sont telles que toutes les autres variables restent constantes.
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Par exemple, il est bien connu qu'en réglant le degré de re- froidissement on peut obtenir une fonte dont la structure de la matrice est constituée entièrement par l'élément perlite avec sa teneur en graphite, en phosphure et sulfures, la ferrite étant entièrement absente.
Dans des conditions semblables et en poussant plus loin le réglage du degré de refroidissement, l'élément perlite qui est un produit de décomposition d'un élément existant norma- lement aux degrés élevés de température et possède une struc- ture lamellaire caractéristique, peut acquérir une structure granulaire d'un type caractéristique connu sous le nom de "sorbite".
On a trouvé qu'une fonte, dans laquelle la structure de la masse de base ou matrice est formée par cet élément sorbite avec sa teneur usuelle de carbone libre, de phosphore et de sulfure, résiste dans une forte mesure à l'usure et présente également les autres propriétés désirables mentionnées ci-des- sus. on a trouvé aussi que la structure sorbitique désirée et les propriétés qui en dépendent sont plus facilement at- teintes lorsque la teneur du fer en silicium est maintenue à un degré inférieur, pourvu que la fonte reste grise et malé- able.
suivant la présente invention, cette structure sorbitique est obtenue dans la fonte de composition appropriée produite par le procédé de coulée centrifuge, en réglant la teneur en silicium du métal et en refroidissant rapidement la fonte jusqu'à une température presqu'immédiatement en-dessous de son point de solidification, par l'application d'un jet d'air sur la surface interne de la pièce coulée. Le jet d'air peut
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être humidifié par exemple au moyen d'eau ou d'huile, de ma- nière à constituer une très fine pluie dans le cas où un re- froidissement quelque peu plus rapide facilite la formation de la structure sorbitique désirée.
Immédiatement après la solidification du métal, on di- rige le jet d'air sur la surface interne exposée de la pièce coulée dans le moule rotatif et on le maintient jusque ce que la température soit descendue au point dù se produit la structure sorbitique. Le jet d'air ne doit pas nécessairement être interrompu à ce moment mais on peut le prolonger jusqu'à ce que la pièce coulée soit suffisamment refroidie pour pou- voir être enlevée du moule.
La composition la plus appropriée pour le métal est lar- gement déterminée par la teneur en silicium, et celle-ci dé- pend dans une certaine mesure de l'épaisseur moyenne de la pièce coulée qu'il s'agit de produire ainsi que de la conduc- tibilité thermique et de la température de la matière du moule.
Pour les pourcentages normaux de la quantité totale de carbone, manganèse, phosphore -et sulfure qu'on trouve dans les fontes du commerce, le pourcentage préféré de silicium ne varie pas sérieusement mais des changements notables dans les éléments normaux peuvent nécessiter un réglage de la te- neur en silicium.
Lorsqu'on emploie des moules métalliques, comme dans la méthode normale de fabrication de pièces coulées par le pro- cédé centrifuge, la teneur préférée en silicium pour des piè- ces coulées dont l'épaisseur varie de 0,6 cm. à 1,8 cm est de 2,25 % à 1,25 et peut varier dans ces limites, pour toute épaisseur désirée des pièces coulées, suivant la tempé- n
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rature du moule. Lorsqu'il s'agit de moules à, faible conduc- tibilité thermique, tels que les moules de sable ou de glaise, l'échelle des teneurs en silicium est de préférence comprise entre 1,5% et 0,5%.
On va décrire maintenant l'un des modes préférés de réa- lisation de cette invention pour la production de pièces cou- lées cylindriques d'une épaisseur radiale approximative de 2,5 cm. Il est préférable d'employer une teneur en silicium de 1,0 %à 1,25 et un moule fait d'une matière mauvaise conductrice, telle qu'un mélange de sable et d'huile. Toute autre composition usuelle d'un moule de sable ou autre moule semblable peut convenir, pourvu que la résistance mécanique de la matière soit suffisante pour résister à l'action de la force centrifuge.
Le moule est convenablement monté sur la machine à mou- ler centrifuge et lorsque la vitesse atteint la valeur dési- rée on introduit le métal fondu. Immédiatement après la so- lidification qui peut être observée % l'oeil on introduit le jet d'air par une tuyère commandée par une soupape. En prati- que on a trouvé qu'un jet de 1,4 à 4,2 kgs de pression peut convenir, mais la pression peut varier dans de larges limites.
Lorsque la pièce coulée est refroidie à une température ap- proximative de 7000 c à 7600 C, on interrompt le jet d'air et on enlève la pièce coulée.
Lorsqu'il s'agit de pièces coulées épaisses, ou dont la teneur en silicium est pour certaines autres raisons plus élevée que la teneur normale désirée pour la réalisation de l'invention telle qu'elle est décrite notamment dans l'exem- ple précédent, ou lorsque les pièces coulées sont produites dans des moules métalliques chauds, il est préférable dtacti-
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ver le refroidissement et la formation de la structure sorbi- tique désirée en employant un jet d'air humidifié au moyen d'eau ou d'huile. Cette humidification du jet d'air peut être effectuée de toute manière connue, par exemple en employant une tuyère du type injecteur dans laquelle l'air aspire con- tinuellement une faible quantité d'eau ou d'huile dans un ré- servoir d'alimentation.
En supposant que dans l'exemple ci-dessus mentionné l'é- paisseur radiale de la pièce coulée était comprise entre 0,6 cm. et 1,8 cm et que la teneur désirée de silicium était de 2% par exemple, la pièce coulée étant obtenue dans un moule métallique rotatif chaud, il est alors désirable de produire un refroidissement plus rapide par l'emploi d'un jet d'air humide. Le refroidissement e plus rapide est obtenu par un jet d'air humidifié au moyen d'eau, mais on peut obtenir une gamme intermédiaire entre l'action du jet d'air pur et celui du jet d'air humidifié au moyen d'eau, en humidifiant le jet d'air au moyen d'huile, telle qu'une huile minérale légère par exemple.
Dans chaque cas déterminé, la combinaison de certaines conditions telles que la pression du jet d'air ou le degré et le genre d'humidification peut être établie par l'expérien- ce en examinant des sections des pièces coulées soumises à l'essai pour s'assurer si la structure sorbitique désirée a été obtenue.
Par le procédé indiqué on obtient une pièce coulée pos- sédant une structure sorbitique complète, contenant la quan- tité normale de carbone libre, de phosphures et de sulfures dépendant de la teneur de ces éléments dans le fer original.
La fonte ainsi produite présente un degré élevé de résistance à l'usure, aux variations de volume sous l'action de la cha- leur ainsi qu'aux chocs et elle convient parfaitement à la
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fabrication des corps intérieurs de cylindres de haute ré- sistance.
- :- REVENDICATIONS -:-
1.- Mode de production de pièces coulées cylindriques en fonte par le procédé centrifuge, dans lequel, en vue d'ob- tenir une structure sorbitique dans la pièce coulée, on règle la teneur en silicium du métal et on refroidit la pièce coulée rapidement à une température presqu'immédiatemet en-dessous de son point de solidification par un jet d'air humidifié où non, appliqué sur sa surface interne.
2. - Mode de production,de pièces coulées cylindriques en fonte par le procédé centrifuge utilisant des moules métalli- ques, dans lequel on obtient la structure sorbitique des piè- ces coulées en réglant la teneur en silicium du métal de pré- férence entre 1,25 et 2,25 o et en refroidissant rapidement la surface interne par un jet d'air humidifié ou non.
3.- Mode de production de pièce coulées cylindriques en fonte par le procédé centrifuge utilisant des moules faits d'une matière mauvaise conductrice, telle que la sable de mou- lage, dans laquelle on obtient une structure sorbitique des pièces coulées en réglant la teneur en silicium du métal de préférence entre 0,5 et 1,5 et en refroidissant rapidement la surface interne par un jet d'air humidifié ou non.
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