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" PERFECTIONNEMENTS APPORTES A LA DECARBURATION DES ALLIAGES DE FONTE AUSTENITIQUE AU MANGANESE".
L'inveniton se rapporte à un procédé de traitement de pièces coulées en alliages de fonte austénitique dans lesquels le prin- aipal élément de¯l'alliage est.le manganèse;
L'objet de l'invention consiste à soumettre de telles pièces ooulées¯à un traitement de déoarburation grâce auquel le purce- tale moyen de.oarbone est abaissé jusqu'à un taux tel que les propriétés physiques de l'alliquge silient similaires à celles qu'on trouve dans les aciers austénitiques au manganèse ou encore à obtenir-une structure nuancée en ce qui concerne la teneur du carbone, cette teneur pouvant pour certaine usages être égale ou
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supérieure à celle d'un alliage similaire de,
teneur homogène en carbone, tel que l'acier austénitique au manganèse,
Selon la dite Invention, les pièces coulées en alliages de fonte austénitique au manganèse son%.décarburés dans un four à l'aide d'un agent relativement plus oxydant à l'égard de l'austé- nite mangenifère mais décarburant à l'égard du carbone qui s'y trouve,
L'agent décarburant sera, de préférence, un gaz ou un mélange gazeux qui peut être Introduit dans la chambre de traitement d'un four pour y fournir une atmosphère, laquelle, si on le désire, peut être remise en circulation.par un ventilateur,
La remise en circulation peut être produite à l'intérieur du four lui-même au moyen d'un ventilateur ou bien à l'aide d'un système constitué par le four et une canalisation extérieure..Le système peut com- porter des moyens de régénérer l'atmosphère par l'addition d'un apport contrôlé d'air ou de tout autre gaz contenant de l'oxygène, grâce à quoi l'oxyde de carbone est oxydé et transformé en anhy- dride carbonique.
Le système peut également comprendre une ouver- ture pour éviter que ne se produise une pression intérieure ex- oessive; La dite atmosphère doit contenir au moins un composé d'hydrogène, vapeur d'eau et anhydride carbonique qui agisse comme agent de décarburation; si l'anhydride carbonique est présent, il sera nécessaire qu'il y ait aussi assez d'oxyde de carbons pour réduire l'oxydation de l'austénite à un degré tel que les dimensions désirées des pièces coulées finies ne soient pas affac- tées d'une, façon préjudiciable,
De même le rapport hydrogène-'vapeur d'eau sera tel que le mélange gaz eux soit non oxydant au même degré.
Le mélange peut être dilué awec des éléments Inertes tels que l'azote. Ces atmos- phères peuvent contenir par exemple: d'une part, 98% d'hydrogène et 2% de vapeur d'eau, d'autre part, 65% d'oxyde de carbone et 35% d'anhydride carbonique, Il sera donné ci-après d'autres exem- ples d'atmosphères convenables.
. On peut également employer l'agent déoarburant sous la forme solide ou sous la forme liquide; de même on pourra, au lieu
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d'alimenter la chambre de traitement en atmosphère gazeuse, pro- duire cette atmosphère à l'intérieur du four lui-même.
Ainsi, par exemple% les pièces ooulées peuvent être traitées au contact de sels fondus contenant des agents oxydants ou donnant naissance à ces derniers dans les conditions de la réaction par exemple on peut utiliser du ohloture de baryum fondu aveo ou sans oxyde de baryum ou bien un mélange de chlorure de sodium et de bioyde de baryum. Quand les pièces coulées sont traitées par un agent de déoarburation à l'état solide, elles peuvent être ohauf fée en présence de minerai de fer aveo ou sans addition de petites quantités de carbone.
L'alliage de fonte peut être chauffé en présence de l'un quelconque des agents de déoarburation ci-dessus Indiquée, 4 une température qui se situe entre 700 0 et la température de début de fusion de l'alliage à traiter, la température et la durée du traitement dépendant de l'épaisseur de section de la pièce coulée et des propriétés qu'on désire obtenir.
Lorsque les pièces coulées sont relativement épaisses et qu'un long traitement de déoarburation est nécessaire pour arriver à la teneur moyenne en carbone requise, il peut arriver qu'il se produise à la surface une zone extrêmement profonde ayant une faible teneur en carbone Dans ce cas, les pièces coulées peuvent être soumises à un procédé de déoarburation comprenant un stade de déoarburation dans une atmosphère gazeuse non oxydante à l' égard des pièoes ooulées;
cette atmosphère est produite par la oombustion contrôlée de mélanges prédéterminés d'air avec du gaz de charbon de bois, du gaz de gazogène, du gaz de houille ou de ville ou du gaz de four à'ooke, selon ce procédé le carbone est enlevé des zones superficielles et sa teneur oroft progressivement de la surface vers le coeur des pièces coulées, celles-ci sont alors soumises à un traitement de recarburation, à la suite duquel une teneur moyenne en carbone sensiblement uniforme et prédéterminé...... s'établit à travers toute la masse des dites pièces coulées.
Si 1'.on désire obtenir en surface une mince couche à faible teneur
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en carbone, il suffira de procéder à. une nouvelle décarburation de courte durée;
La composition de l'alliage tel qu'il est coulé doit de pré- férencew prendre place dans les catégories ci-après: manganèse 9 à 25%. carbone 2 à 6%, silice 2% au maximum, phosphore 0,15% au maximum.
Une partie àu manganèse peut être remplacée par du nickel et du cuivre, ou par l'un de ces deux éléments seulement jusqu'à ce que l'alliage contienne un total de 74% de nickel et cuivre, Le niokel remplacera un poids sensiblement égal de manganèse alors que le cuivre'remplacera approximativement la moitié de son poids de'manganèse; Il doit être entendu que l'expression ' fontes aus- ténitiques au manganèse- employée ici, comprend également les alliages dans lesquels une partie du manganèse est remplacée par du nickel et du cuivre ou par l'un de ces deux éléments, mais dans lesquels il reste au moins 5% de manganèse.
L'alliage peut compren- dre dtautres éléments tels que: chrome, molybdène, titane, tungstène vanadium, à la condition que la teneur n'croède pas 5% par élé- ments et 12% pour leur total,
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'alliage de fonte est déoarburé par un traitement thermique dans une atmos.. phère qui résulte de la combustion partielle de gaz combustibles tels que: gaz de houille, gaz de four à coke, gaz de gazogène, butane, propane, ou tout autre hydrocarbure. Le traitement se poursuit sensiblement à la pression atmosphérique, c'est à, dire, à une pression variant de 1/2 à 2 atmosphères.
Ainsi, par exemple, lorsqu'on emploie une atmosphère prove- nant du gaz de houille et ayant la composition approximative ci- ' après: hydrogène 45 à 48%, méthane 17 à 18%, okyde de carbone 18 à 22%, anhydride carbonique 2 à 4%, oxygène 0,5 à 1%, azote 6 à 9%, produits éclairants 1,5% à 2,5%, ie gaz- est mélange avec 3 1/2 à 3 parties d'air par volume et ie mélange est brûlé dans une chambre à combustion close avec ou sans catalyseur, les produits de comubs- tion qui en résultent après refroidissement pour l'élimination de l'excès de vapeur d'eau, 'on% la composition approximative ci-
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après:
hydrogène 14 h 8,, oxyde de carbone II h 6fit" anhydride carbonique 6 k 9%, vapeur d'eau 1 à 2µ, le reste étant formé d'azote. La composition de ce gaz variera entre les limites ci-desbus indri- quées suivant le rapport exact, entre le gaz et l'air, selon la température de la chambre de refroidissement du gaz. D'autres mé- thodes d'élimination de la vapeur d'eau peuvent également être employées';
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On va donner ,oi-dessous, un exemple de produotion d'une at- mosphère obtenue en partant de gaz de gazogène k charbon de bois mélangé à l'air.
Le gaz de charbon de bois à la composition approximative ci,*
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après: oxyde de carbone 30 à 33%, anhydride carbonique 1 4 3'fa. hydrogène 8 à 4ft" vapeur d'eaù 1#, le reste en azote. C e gaz est mélangé à raison de 4 parties de gaz pour I partie d'air, puis brûlé soit dans une chambre chauffée de l'extérieur, soit dans la propre chambre du four, pour donner-un gaz composé à peu près
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comme suit: oxyde de carbone 30%, anhydride carbonique 7,5%, hy- drogène 2$, vapeur.d'eau 1%, le reste en azOte;
Le processus de déoarburation s'effectue comme suit:
Logent de décarburation, gazeux, liquide ou solide est en rupture d'équilibre chimique avec la teneur en carbone de la fonte, il en résulte qu'il absorbe facilement le carbone à la surfade des pièces coulées,' Si un agent gazeux contenant de l'hy- drogène, de la vapeur d'eau et.de l'anhydride carbonique est uti- lisé, les réactions qui s'établissent ? sont$ .
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2 Ha + o * o x4 00 1 0 * 2 oo x20 + 0 = H2 + OO .
Dans ces réactions, et pour plus de simplicité, le carbura est représenté comme étant du carbone pur mais, en réalité, il se pré- sente le plus souvent sous forme de carbures métalliques ou sous celle d'une solution de carbure dans le fe,r connu sous le nom d'austénite. La surface des parties traitées tend rapidement à , atteindre un état d'équilibre avec le gaz et cet équilibre de
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teneur en carbone dépend' du rapport des éléments carburants aux décarburants du mélange gazeux, à la température de traitement.
Il est dès lors évident que la teneur finale en carbone à la sur- face dépendra en grande partie de la composition du gaz. Il est préférable que la oomposition du gaz soit celle qui correspond à l'équilibre avec une teneur en carbone variant de zéro à 0,8% pour obtenir une prompte élimination de carbone, la convient de mentionner que les équilibres changent avec la température selon les lois bien connues de la chimie; la composition du gaz à uti- liner peut, par conséquent, varier avec la température de traite- ment, De plus le taux de diffusion du carbone à la surface est régi,par la température et ceci constitue habituellement le fac- leur de limitation.
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Pendant le traitement'de déoarburation, le carbone est con- tinuellement éliminé de la. surface de la pièce coulée, par réac- tion avec l'agent de décarburation et en même temps, le carbone se diffuse à partir du centre ou sa teneur est élevée vers la surfaea ou sa teneur est faible. A mesure que le traitement pro- gresse la profondeur de la zone déoarburée augmente et atteint le centre de la masse si on pousse l'opération assez loin.
La poursuite du traitement provoque une diminution de la teneur en carbone allant du centre vers la surface,' Théoriqumen, à la limite, une teneur en carbone uniforme devrait être obtenue, ayant une valeur en équilibre avec l'agent de décarburatiojn employé, Dans la pratique, le temps nécessaire pour approcher de ce résul- tat serait très long, sauf dans le cas de sections minces Il est clair que les caractérisitiques de la répartition du carbone varient continuellement pendant le traitement et que ces caraté- ristiques pour une épaisseur de section donnée, sont influencées par la durée et la température du traitement, par la composition de l'agent de déoarburation, par la teneur originelle en carbone de l'alliage et par des constantes de diffusion du carbone dans l'austénite.
Grâce à des contrôles appropriés de oes facteurs. une l'épar-
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tition de la teneur en carbone ayant les caractéristiques désirées, peut, dans certaines limites, être obtenues; a structure métallurgique et les propriétés physiques d'un alliae contenant du manganèse, dans les proportions spécifiées, , . mélangé avec d'autres éléments dépendra de la teneur en carbone.
Il est alors évident qu'on pourra obtenir toute une série de structures métallurgiques depuis la surface jusqu'au coeur de la section ainsi traitée. Par exemple,, après traitement et trempe d'une fonte qui a été chauffée entre 1 000 et 1 100 C, lé coeur peut avoir une structure à peu près similaire à celle de l'alliage originel Le coeur se.transforme en une zone intermédiaire d'eus- ténite presque pure, la profondeur ou épaisseur de cette zone dépendant des teneurs en éléments composant l'austénite, tels-que le mangénèse. le nickel ou le cuivre et de la durée du traitement.:
Puis, en approohant de la surface, on trouvera une zone de mar- tensite additionnée d'austénite et, enfin, à la surface, avec certaines compositions, une zone de martensite pure;
Les oaractéristiques physiques d'une telle section se présen tent à peu près comme suit!
Le coeur possède une résistance modérée et une faible ducti- lité, mais il est supporté par une douche d'austénite ductile et résistante d'une épaisseur considérable. La plus grande.partie , de cette couche est faite d'austénite relativement stable si elle a été tremp à partir 'de température élevée 'de 1000 à 1100 C.
Cette austénite devient plus instable vers la surface où elle se transforme en martensite dure.
La surface est cassante mais elle s'appuie sur'la dite couche résistante dausténite; Le produit obtenu aura donc, dans l'ensme- ble, une surface dure qui résiste bien'à l'usure, avec un haut degré de trempe, un " corps* ou couche dure et solide oontituant la couche intermédiaire et un coeur enfin modérément résistant mais non ductile.
L'épaisseur relative de ces couches ou zones peut être réglée si 1-'on agit sur la durée et la.. température du
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traitement et par le contrôle de l'atmosphère pendant les divers ses phases du traitement; Ces oouches varieront aussi avec l'épai- seur de la seption; Dans les sections minces, la structure ori- ginelle du coeur peut dispanaître complètement et la structure d'austénite résistante se prolonger jusqu'au centra de la masse.
La. structure oomplexe qui résulte de l'un des traitements ci-dessus peut recevoir une application praique dans la fabrica- tion des blindages, alors que,* pour d'autres buts, elle donnerait @aisance à des propriétés idéales de résistance a l'usure et à l'abrasion combinées à des degrés de résistance et de ductilité ats, Le produit fini, est de plus, obtenu à bas.prix et d'une faqon simple en partant d'un alliage de fonte qui peut être facilement fondu et coulé selon l'une quelconque des méthodes bien connues dont on se sert pour les fontes malléables,
Le procédé de -invention peut s'appliquer à n'importe quel type de pièces coulées.
Celles-ci peuvent oomprendre celles qui sont fabriquées par un procédé centrifuge et qui affectent habi- tuellement la forme cylindrique après avoir été traitées sui-
Tant le procédé de la présente invention. Ces pièces ooulées peuvent être fendues longitudinalement., laminées, forgées, ou manipulées de tout autre façon.
Si l'on désire que la couche superficielle d'une ou de plu- sieurs parties quelconques d'une pièce coulée conserve sa haute teneur en carbons, cette partie ou ces parties peuvent être mises à l'abri de Inaction de 1,$,agent de décarburatio, par n'importe quel procédé connu de protection des surfaces,* en leur appliquant par exemple, un revêtement imperméable d'émail ou de dépôts métallique -
Une méthode a été déjà proposée pour la production d'alliages à faible teneur de carbone constitués soit par un mélange de fer et d'un autre métal semblable au fers soit de l'un des deux *eu- lement et par un métal d'alliage ayant une plus grande affinité pour l'oxygène que le fer, tel que le chrome ou le manganèse;
ce procédé consiste à réduire un minerai ayant un pourcentage élevé
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dl"1JI1 métal d'alliage avec le carbone et le minerai de feoe, le fer
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ou un métal similaire a l'état métallique dans un four,de façon à produire un erroeraéta1 ou un alliage, analogue qui ait une te- neur relativement élevée en carbone e qui contienne une quantité de métal d'alliage, tel que le chrome ntxoéd8Dt pas 3.
tala* liage obtenur finement divisé, est alors chauffé en présence d'un agent d*oxydation aonvenables à une température un peu plus basse que le padnt de fusioa¯de la chargea
Dans cette méthode,on s'est proposé d'oxyder le carbone en @ mettant les grains en contact avec un mélange gazeux contenant
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de l'oxyde et de l'anhydride carbonique en proportions oonTenab1e8. le pourcentage d'oxyde de carbone par rapport à llanhydride car- bonique étant tel que le carbone à peu près seul soit oxydé mais /que l'autre composant ne le soit nullement.:
Il est également spé- oifié que le carbone peut être oxydé au moyen d'une substance oxydant consistant en tout ou en partie, en un oxyde métallique, à l'état solide .ou à l'état liquide.
Le procédé de déoarburation dans la méthode ci-dessus indi-
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quée ne concerne que le traitement d%n alliage à l'atat de dlvi- sion fine tandis que la présente Invention rapplique exelusiva- ment au traitement des pièces coulées;
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On s'est également déjà proposé de décarburer le fers 1.aler ou leurs alliages sans la présence d'aucune scorie$ par un procédé qui comporte le chauffage au.rouge ou la fusion.dans une atmos-
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phère dthydrogène et qui est caractérisé par l'app110atlon dans la chambre de traitement, d'une pression d'environ 100 atmos-
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phères On s'était proposé dans ce procédé d'adoettee que le fer pourrait contenir jusqu'à.85# de nickel ou de cobalt, tandis que les apports,d.autres métaux seraient admis jusque Í5;
Ce procédé antérieur ne vise pas spécialement le traitement des pièces coulées et par conséquent pas la fonte austénitique au manganèse,
Les demandeurs ont également développé un procédé pour la production de fers malléables dans lequel les pièces coulées en
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fer sont chauffées X plus de 9000 c à 1*intérieur d'une chambre imperméable ou quasi-imperméable, aux gaz et dans une atmosphère qui contient un gaz décarburant et un gaz réducteur, l'atmosphère étant produite par la combustion contrôlée de charbon de bois, de mélange prédéterminés dair et de gaz de charbon de bois. de gaz
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de gazogènes a charbon ou de gaz dthydrocarbure8 et les produits de la combustion étant traités pour éliminer les éléments indé- sirables.
REVENDICATIONS
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¯ ,, - --===.........=.=.::D""=- La;présente Invention a pour objet un procédé de traitement
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des pièces coulées en fonte austénitique au manganènef- Cette in* vention présente les caractéristiques suivantes considérées . - isolément ou en combinai son.
Les pièces ooulées Sont déoarburées dans un four à l'aide d'un agent relativement non-oxydant à l'égard de l'austénite man-
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ganlfbzo# mais deoarburant k l'égard de la teneur en carbone,, 2) L*agent décarburant gazeux employé contient un ou plusieurs des éléments au:Lwatut h#dzogènes vapeur d'eau, et anhydride car- bonique, l'oxyde de carbone étant également présent lorsque l'an- hydride carbonique est utilisé et la proportion d'oxyde de carbone
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étant suffisante pour empêcher l'oxydation de llausténite à la température de traitement;
3) Le traitement est poursuivi à une température qui se situe
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entre "7000 q et la température du début de fusion de 1tal11ace à traiter.
- 4) Lllal1i&f;e tel qu'il est soumis contient 9 à 35% de mangez nèse, 2 à de carbone pas plus de 2fi de silicium et pas plus
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