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PROCEDE D'OBTENTION DES ALLIAGES FER-CARBONE
La présente invention a pour objet un procédé d'obten- tion des alliages fer-carbone, par tous appareils de fu- sion procédé basé sur l'influence du soufre ou de tout autre métalloïde sur la position du carbone et permettant :
1 ) la mise du carbone à l'état combiné :
2 ) la déoarburation des alliages fer-carbone par oxydation du oarbone en présence d'un courant oxydant (le gaz carbonique pur ou non par exemple):
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3 ) la désulfuration et la trempe des mêmes alliages;
4 ) L'obtention de l'acier usinable aprs recuit approprié.
Ce procédé permettant subsidiairement : a) la fabrication de l'acier en partant d'un alliage à haute teneur de carbone, ce dernier étant en combinaison par exemple avec le soufre ; b) la transformation de la fonte malléable décarburée, dite à coeur blanc, en acier, par désulfure- tion suivie d'un recuit approprié; c) la fabrication de la fonte malléable à coeur noir par déoarburation, désulfuration et recuit ; d) la fabrication de l'acier par l'apport de carbone en présence du soufre, décarburation, désulfura- tion et, à volonté, recuit ; e) la formation, dans tout ou partie d'un alliage fer-oarbone, du carbone combiné au soufre, par sulfuration pendant ou après fabrication, et, à volonté, décarburation désulfuration et recuit.
Le procédé consiste à mettre le carbone exis- tant dans la masse à traiter à l'état de combinaison (telle qu'une combinaison comprenant du soufre ou tout autre métalloïde jouant un rôle analogue) permettant d'après les observations du demandeur, sa facile oxydation; à éliminer en partie ce oarbone par oxydation et par la même opération à mettre sous forme de combinaison oxygénée au sein du métal, le carbone restants puis à éliminer le cas échéant par un traitement approprié, le soufre (ou autres agents auxiliaires en excès) ayant servi dans la première phase du traitement.
L'opération préalable de mise du oarbone à l'é- tat combiné consiste à introduire dans l'alliage une certaine quantité d'un agent auxiliaire tel que le soufre.
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Ainsi, le soufre sera introduit de manière à atteindre au moins 0,10 % du poids de l'alliage,proportion qui est jus- qu'ici généralement considérée comme anormale dans la mé- tallurgie.
Le présent inventeur admet comme une explication vraisemblable des phénomènes constatés qu'il se produit au sein du métal une combinaison de oarbone, d'oxygène et de soufre. En tous cas, la présence du soufre favorise l'expulsion du carbone par oxydation, notamment par le pro- cédé ci-après indiqué. La proportion de soufre la plus fa- vorable à l'obtention d'une déoarburation totale (c'est-à- dire celle correspondant à l'hypothèse sus-énoncée) est de l'ordre de 10 % de la teneur en carbone existant dans l'al- liage.
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L'alliage fondu fer-oarbone-osygène-eoufre ainsi ob- tenu, présente la propriété d'être très fluide même à tem- pérature relativement basse, et se prête particulièrement bien aux coulées délicates.
L'expulsion du carbone, mis à l'état dit combiné, en présence du soufre est réalisée par oxydation, de préféren- ce par action d'un gaz oxydant - tel que le gaz carbonique constamment renouvelé. Le présent inventeur a constaté que si l'alliage est mis, à chaud, en présence de gaz non renou- velé, et en particulier en présence de gaz carbonique, il se produit non pas seulement une oxydation du carbone, mais également une oxydation du fer.
Au contraire, si des quantités toujours nouvelles de gaz oxydant et notamment de gaz carbonique sont amenées au contact de l'alliage traité, le carbone seul est oxydé.
Conformément à l'invention, on procèdera en conséquence à la décarburation des alliages fer-carbone en les soumet- tant à une température appropriée, suivant leur teneur en
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carbone initiale, de l'ordre, par exemple, de 800 à 1.000 , à un oxydant, tel que le gaz carbonique. La vi- tesse de décarb@ration étant fonction de la température, le temps de décarburation peut être exactement fixé pour un alliage d'une teneur donnée, d'après la température et l'épaisseur des pièces à traiter et les volumes relatifs des pièces et du four.
On remarquera également qu'en étant maître de la décarburation, on peut ainsi la conduire de manière à laisser subsister toute quantité prédéterminée de carbone.
La décarburation n'entraîne qu'une désulfuration partielle; le soufre en excès doit nécessairement être éli- miné.
Conformément à la présente invention, cette opé- ration s'opère par un chauffage à un', température appro- priée, de préférence de l'ordre de 800 à 9000 suivi d'une trempe, par exemple à l'eau. Cette élévation de tempéra- ture suivie d'une trempe a pour effet de chasser par le res- serrement moléculaire lié à cette opération, le soufre et l'oxygène en excès contenus dans l'alliage. L'on procède ensuite à un recuit à 600 environ ayant pour but de mettre le carbone subsistant à un état qui permette un facile usi- nage de l'alliage final obtenu. Il est à noter que ce pro- cédé de désulfuration est applicable à tous les cas où un alliage de fer contient du soufra ou de l'oxygène en excès.
Le procédé sus-mentionné est susceptible de di- verses applications : à titre d'exemples non limitatifs et dans le but de faciliter l'intelligence de la présente description, on a décrit ci-après cinq applications pra- tiques différentes,
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EXEMPT I.- FAB2IfATTON DE PI±CES¯5N,ACIER,
Ainsi qu'il a été exposé ci-dessus, les alliages de fer contenant du carbone, de l'oxygèno et du soufre sont très fluides et peuvent être coulés dans de bonnes conditions. On préparera donc un alliage à haute teneur en carbone et soufre, tel qu'après une décarburation poussée au degré convenable, il subsiste une quantité de carbone correspondant à l'acier à obtenir.
Ainsi, à titre d'exemple, un alliage de départ comportant 3 % de carbone total, 0,50 % de silicium, 0,20 % de manganèse, 0,30% de soufre, 0,10 % de phos- phore, sera coulé comme une fonte ordinaire pour obtenir, la forme définitive de la pièce à fabriquer. Cette piè- ce sera ensuite soumise à décarburation du carbone combi- né au soufre dans les conditions de temps et de tempéra- ture suivant l'épaisseur de la pièce. Le soufre sera en- suite éliminé, tant par chauffage à 8500 environ, que par une trempe à l'eau subséquente suivie d'un recuit approprié à 600 . La pièce coulée avec une teneur en car- bone correspondant à la fonte est ainsi transformée en une pièce ayant toutes les caractéristiques de l'acier.
En partant de l'alliage susmentionné on obtiendra après décarburation trempe et recuit un acier du type suivant;
Carbone combiné............. 0,60 %
Carbone graphitique......... trace soufre...................... 0,15 % manganèse................... 0,20 % silicium.................... 0,50% phosphore................... 0,10 %
Ce procédé permet donc d'obtenir toutes pièces, même de très faible épaisseur et de toutes teneurs en carbone par coulée, sans qu'il soit nécessaire de re- courir à d'autres opérations.
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EXEMPLE II - TRANSPOSITION DES FONTES !flL.LEAB1.ES
A COEUR BLANC EN ACIER.
Si, dans la fabrication des fontes malléables à coeur blanc par le procédé dit "Réaumur". on procède en partant non d'un alliage initial à faible teneur en soufre, qui favorise la formation d'une combinaison carbone-silicium, mais en partant d'un alliage à forte teneur en soufre permettant de mettre tout le carbone à l'état combiné avec l'oxygène et le soufre, on obtiendra l'acier après décarburation, désulfuration, par trempe du métal et recuit.
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LÈ&21.E 1,II - FAàitl(;AlllO.'L4 DI:S FON'.ci:.b !I1.Al.,l,EA l..E:) A COLUR NOIR.
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it9inventeur a constaté que deux alliageB fer-carbohe- silicium et fer-carbone-soufre, ne se mélangent que s'ils sont passés en même temps dans le même appareil de fusion.
Par contre, si on mélange les deux fontes, mais pro- duites par deux appareils différents, on constate que le premier alliage se porte vers le centre et que le second, qui semble d'une densité différente, englobe circulaire- ment le premier.
Partant de ce principe et conformément à la présente invention, on obtiendra la fonte à coeur noir en coulant comme ci-dessus. Les pièces coulées dans ces conditions seront décarburées en vase clos ou par le procé- dé préconisé , en présence d'un oxydant et notamment du gaz carbonique pur ou non jusqu'à suppression du carbone à l'état combiné . Le métal. ainsi obtenu , désulfuré et recuit , aura toutes les caractéristiques d'une excellente fonte malléable à coeur noir avec l'avantage de ne pas changer do texture, même à haute température ? la malléabilité et la résistance seront fonction dell'épaisseur initiale de la couronne de carbone
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combiné modifiaole à volonté.
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r,X".:,.Plr, IJ.
Ai.#!,IORATION DES ACIERS COiJ1Ú.
La qualité d'un acier est fonction de la posi- tion du Carbone inclus dans l'alliage.
En présence du silicium, on a une formation graphitique qui nuit à la résistance de l'alliage.
On procédere en conséquence par apport de carbone en présence du soufre, décarburation , désulfuration et recuit :
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EXLjiPi.E V. - DURCISSEMENT DES FOli'ÈS OU A1.!.,IA\;rES DE FER. -
Si, à haute température , on met un alliage fer-carbone en présence du soufre ou autre combinaison surfurée, le carbone , immédiatement en contact avec J.e soufre , se combine et se met sous J.a forme désirée pour obtenir le durcissement recherché.
Le procédé peut être appJiqué : a) au moment de la coulée par apport de soufre à un ou plusieurs endroits déterminés , b) à toutes pièces coulées ou à tout alliage mis , à haute température , en présence du soufre.
On pourra, soit J.aisser subsister le soufre superficiel dans la pièce finie, soit procéder à une décarburation et à une désulfuration comme susmentionné.
La présente invention vise, à titre de produits industriels nouveaux, les fontes et alliages intermé- diaires et d'ailleurs toutes fontes et alliages dans les- quels la teneur en soufre est supérieure à 0,10 % dans l'alliage total (teneur généralement admise en métallur- gie, comme un maximum). Elle englobe aussi les fontes ou alliages dans lesquelles le carbone se trouve à l'état combiné avec le soufre, dans la proportion de 10% de soufre par rapport au carbone.
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Elle vise également les pièces en acier obtenues par coulée d'une fonte contenant J.e carbone combiné au soufre, puis décarburée et désulfurée.
Elle vise, en outre, les fontes malléables à coeur noir dont la partie extérieure a été décarburée et à volonté désulfurée et recuite ,ainsi que les fontes blanches ou toutes autres fontes similaires, décarburées soit par J.e procédé ci-dessus, ou par tout autre procé- dé utilisant les propriétés du gaz carbonique pur ou non, soit par tous moyens et transformées ensuite en acier usinable ou non par trempe suivi ou non d'un recuit.