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" Perfectionnements à la fabrication de la fonte ".
On sait que la fonte se présente, après coulée, sous forme de fonte grise, de fonte blanche ou de fonte truitée et que l'on peut traiter la fonte blanche par chauffage pour décomposer le carbone combiné et rendre la fonte malléable. La caractéristique de la fonte grise est que la plus grande partie du carbone non combiné dans la structure est présente sous for- me de graphite. Si l'on examine au microscope des sections po- lies de fonte grise, le graphite apparaît toujours sous forme de filaments allongés, parfois tordus. Certains croient que la forme réelle est celle d'une particule mince analogue à une é- caille incurvée, si on la voit sous trois dimensions. On désigne couramment ce graphite sous le nom de "graphite enlamelles" et @ on donne à sa forme le nom de "lamelles".
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Les avantages de la fonte grise sont bien connus.
Ils comprennent son prix peu élevé, ses bonnes qualités de fon- la facilité derie (c'est-à-dire/de fusion et de coulée) et ses propriétés mécaniques générales utiles. Toutefois, il est admis que les qualités courantes de fonte grise manquent de ténacité. Ceci est dû principalement au fait que la forme physique, les dimen- sions et la distribution des lamelles de graphite dans la fonte grise l'affaiblissent'et la rendent fragile dans une mesure en grande partie hors de proportion avec le volume relatif occupé par les lamelles de graphite, probablement parce que chaque la- melle de graphite a une forme telle que sa surface est très grande par rapport au volume du graphite de la lamelle, ce qui fait que, pour un volume donné de graphite,
la forme lamellaire introduit un grand nombre de solutions de continuité et de fen- tes produisant un affaiblissement de la structure de la fonte grise.
On sait que le graphite peut se présenter sous une autre forme appelée parfois "nodulaire" ou "sphérulitique".
Le graphite sous cette forme est bien connu dans certains types de fonte malléable dans lesquels il est produit par le traite- ment thermique prolongé de la fonte qui a initialement été cou- lée sous la forme blanche et il se présente sous la forme de particules tendres de couleur grise dispersées, sensiblement sphéroldales ou sphériques et présentant parfois une structure radiale bien définie.
La présente invention est fondée sur cette décou- verte que la présence de magnésium dans la fonte qui, sans le magnésium, serait grise lors de la coulée, exerce une influence sur la forme sous laquelle le graphite est présent et, ce fai- sant, améliore les propriétés mécaniques de la fonte dans une mesure tout-à-fait surprenante.
Il est essentiel que le métal soit graphitique après coulée et la composition doit être appropriée à cet effet,
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compte tenu des conditions de coulée, c'est-à-dire du type de moule et de l'utilisation d'un agent inoculant quelconque, autre- ment dit de l'addition d'un agent fortement graphitisant immédia- tement avant la coulée. De plus, il ne suffit pas d'ajouter simplement du magnésium au métal en fusion; il faut que du magné- sium soit retenu dans la fonte. C'est un fait bien connu que le magnésium a une grande affinité pour l'oxygène dans le métal et aussi qu'il s'oxyde rapidement à la surface de la fonte en fusion; en conséquence, il n'y a pas de magnésium résiduel lorsque ce métal est simplement utilisé pour produire la désoxydation. On sait aussi que le magnésium a une grande affinité pour le soufre.
Une caractéristique essentielle de la présente invention est que le magnésium doit être ajouté en quantité suffisante telle et de manière telle qu'il reste une quantité résiduelle dans le métal après combinaison avec les éléments fortement réactifs à l'égard du magnésium et que la fonte doit être coulée assez rapidement pour que ce magnésium résiduel ne soit pas perdu par l'effet de réactions telles que l'oxydation. Si une quantité suffisante de magnésium se trouve retenue, la fonte, après cou- lée, possède une microstructure dans laquelle une partie ou pra- tiquement la totalité du graphite apparaît sous forme de parti- cules arrondies de couleur grise, tendres, compactes, habituel- lement presque circulaires, eu sous forme d'agglomérats ou de groupes de telles particules.
De plus, bien que la fonte ait une composition telle que, si elle ne contenait pas de magnésium, elle serait de la fonte grise, elle présente, après cassure, un aspect aciéré contrastant avec la cassure grise de la fonte grise ordinaire. Pour cette raison, dans la présente descrip- tion, on l'appelle "graphitique" plutôt que "grise", mais ce terme n'implique pas nécessairement que les nodules soient for- més de carbone pur présentant la disposition réticulâire carac- téristique du graphite.
Les différences entre les diverses microstructu-
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res apparaissent clairement sur le dessin annexé, sur lequel;
Les fig. 1 et 2 sont des reproductions de micro- photographies faites avec un grossissement de 25 diamètres et montrant, sur des sections polies de fonte, la forme sphérolda- le obtenue, pour le carbone, grâce à la présence du magnésium, dans le métal tel qu'il vient d'être coulé ;
La fig. 3 est une reproduction d'une microphoto- graphie faite avec un grossissement de 50 diamètres et montrant la structure après attaque de la fonte brute et contenant le carbone sous la forme sphéroïdale dans une matrice de perlite;
La fige 4 est une reproduction d'une microphoto- graphie analogue mais faite avec un grossissement de 250 diamè- tres ;
La fig. 5 est une reproduction d'une microphoto- graphie semblable faite avec un grossissement de 1000 diamètres;
Les fig. 6 à 10, enfin, sont des reproductions de microphotographies faites avec un grossissement de 100 dia- mètres et montrant l'effet obtenu par augmentation progressive de la quantité de magnésium retenu.
Quand la microstructure est celle que montrent les fig. 1 à 4, c'est-à-dire lorsqu'elle est telle que la tota- lité, ou essentiellement la totalité du graphite est sous la forme sphéroldale (dont une particule isolée est représentée sur la fig. 5), les propriétés de la fonte atteignent sensible- ment un maximum pour la composition particulière en question.
On n'obtient cette microstructure qu'en assurant la présence d'une quantité minimum de magnésium retenue, ainsi que cela ap- parait clairement à l'examen des fig. 6 à 10 qui montrent les microstructures de fontes ne différant les unes des autres que par leur teneur en magnésium.
La fonte représentée sur la fig. 6 ne contenait pas de magnésium : c'était une fonte grise dans laquelle le graphite était présent sous la forme lamellaire. La fonte re-
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présentée sur la fig. 7 contenait 0,03% de magnésium. Bien qu'aucune partie, pratiquement, du graphite n'ait pris la forme sphéroïdale, on voit que certaines des lamelles s'arrondissent à leurs extrémités et qu'elles sont en général moins allongées.
La fonte représentée sur la fig. 8 contenait 0,04% de magnésium.
On voit qu'un changement notable s'est produit dans la forme du graphite et qu'il y a quelques sphéroides en même temps que l'on observe une diminution notable des lamelles fortement allon- gées. Il semble, en fait, qu'un changement critique se produise vers 0,04% de magnésium. La fonte représentée sur la fig. 9 contenait 0,05% de magnésium : icila forme sphéroïdale du gra- phite domine. Enfin, la fonte représentée sur la fig. 10 conte- nait 0,09% de magnésium et le graphite est devenu en totalité sphéroïdal.
Les fontes représentées sur les fig. 6 à 10 ont été soumises aux essais habituels pour déterminer leurs proprié- tés mécaniques, en particulier : la charge transversale néces- saire pour la rupture d'un barreau; la flèche du barreau avant rupture ; la charge de rupture à la traction ; la résistance au choc et le nombre de dureté Brinell.
Les résultats comparatifs obtenus sont donnés dans le tableau 1 :
TABLEAU 1
EMI5.1
<tb> Magnésium <SEP> Essai <SEP> de <SEP> flexion <SEP> Dureté
<tb> Figure <SEP> retenu <SEP> transversal <SEP> C.R.T. <SEP> Choc <SEP> Brinell
<tb> % <SEP> flèche: <SEP> charge
<tb>
<tb> 6 <SEP> Néant <SEP> 5,08 <SEP> 907 <SEP> 12,24 <SEP> 3,80 <SEP> 118
<tb>
<tb> 7 <SEP> 0,03 <SEP> 4,92 <SEP> 1282 <SEP> 16,64 <SEP> 3,30 <SEP> 126
<tb>
<tb> 8 <SEP> 0,04 <SEP> 3,17 <SEP> 1934 <SEP> 30,77 <SEP> 207
<tb>
<tb> 9 <SEP> 0,05 <SEP> 7,62 <SEP> 4335 <SEP> 70,80 <SEP> 8,29 <SEP> 271
<tb>
<tb> 10 <SEP> 0,09 <SEP> 6,09 <SEP> 4552 <SEP> 75,98 <SEP> 13,83 <SEP> 300
<tb>
Flèche = flèche en millimètres dans l'essai de flexion trans- versal.
Charge = charge en kilogrammes nécessaire pour la rupture de
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l'éprouvette transversale par flexion statique C. R.T. = charge de rupture à la traction en kilogrammes par millimètre carré Choc = nombre de kilogrammètres nécessaires pour rompre l'é- prouvette d'essai au choc non entaillée.
On remarquera que les propriétés de la fonte sans aucune quantité de magnésium (fig. 6) sont mauvaises, ce qui est dû au fait que cette série de coulées a été faite en partant de gueuses de fonte sans aucune addition de riblons d'acier, mais le tableau montre clairement les effets relatifs des différentes quantités de magnésium retenu.
On voit que les meilleures propriétés apparais- sent lorsque tout le graphite est sphéroïdal. Toutefois, l'aug- mentation pour cent de la charge de rupture produite par 0,04% de magnésium, comme on le voit sur la fig. 8, est très remarqua- ble et la production du type de microstructure représentée sur la fig. 8 au moyen du magnésium retenu dans la fonte spéciale ou ordinaire est comprise dans le cadre de la présente invention.
La teneur en magnésium peut atteindre 0,5%, mais lauantité pré- férée est comprise entre 0,05 et 0,2%. La quantité de magnésium etenu pour laquelle est produite la forme sphéroïdale du gra- phite augmente en général légèrement avec la teneur en carbone, en silicium ou en ces deux corps et avec les dimensions de la section des pièces coulées à produire. C'est ainsi que, lors- qu'il s'agit de couler un bain traité particulier en pièces de grandes sections, par exemple de 100 cm, la quantité de magné- sium retenu doit être légèrement augmentée par comparaison avec celle choisie pour une petite section, par exemple 25 cm.
Un effet particulier que l'on a observé avec cer- taines compositions contenant des quantités limites de magnésium retenu, c'est-à-dire de 0,035% à 0,043%, quantités juste suffi- santes pour amorcer la production de la forme sphéroldale du car- bone, est que celles-ci apparaissent dans une zone voisine de la
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surface de la pièces coulée et est indiqué, dans une cassure de barreau, par la présence d'une partie périphérique présentant un aspect aciéré. La présence de cette partie périphérique appor- te une amélioration notable aux propriétés du produit, mais cet- te amélioration n'est pas aussi prmnoncée que dans le cas où le produit contient le carbone sous la forme sphéroldale sur toute l'étendue de sa section transversale.
La quantité de magnésium retenu dont il est ques- tion est la quantité de magnésium pouvant être décelée dans la pièce coulée finie par des procédés bien connus tels que l'ana- lyse chimique.
Etant donné que les quantités de magnésium en question sont très petites, des procédés différents d'analyse peuvent fort bien donner des résultats différents ; est par suite désirable de préciser que les valeurs données dans le pré- sent mémoire ont été obtenues toutes par le procédé suivant:
On dissout l'échantillon dans un mélange d'acide perchlorique et d'acide nitrique. On évapore jusqu'à production de fumées, on dilue et on filtre. On élimine le gros du fer du filtrat par électrolyse dans une cellule à cathode de mercure, en laissant une quantité suffisante de fer pour qu'il se combine rend avec le phosphore présent. On/ammoniacale la solution, on ajoute du persulfate d'ammonium, on fait bouillir et on filtre.
On pré- cipite le magnésium dans le filtrat par le phosphate diammoni..- que à la manière habituelle, on filtre, on calcine et on pèse sous forme de Mg2P2O7.
Si le métal fondu contient des éléments quelcon- ques qui tendent à se combiner activement avec le magnésium et, par suite, à le rendre inefficace, en particulier du soufre et de l'oxygène, il faut augmenter la quantité de magnésium intro- duite de la quantité nécessaire pour l'élimination desdits élé- ments ou bien supprimer leur effet d'une autre manière. Le sou- fre est l'élément réagissant avec le magnésium qui a le plus de
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chance d'être présent en quantités gênantes. Il n'a été trouvé aucun autre élément commun, dans les proportions habituelles, que l'on rencontre dans la fonte, pouvant exercer un effet nui- sible appréciable quelconque pour contrarier l'action désirée du magnésium.
Lorsque le soufre est présent dans le bain de cou- lée avant le traitement, il est nécessaire d'introduire dans le- dit bain une quantité de magnésium suffisante non seulement pour donner la teneur désirée en magnésium retenu, mais aussi pour réagir avec le soufre et, à cet effet, on introduit de pré- férence une partie en poids de magnésium pour chaque partie en poids de soufre à éliminer. Si l'on opère de cette manière, la teneur en soufre se trouve généralement réduite à moins de 0,015%, L'excès de magnésium non dépensé est seul ensuite disponible pour jouer son rôle de contrôle de la forme du carbone non com- biné et pour constituer la quantité requise de magnésium rési- duel.
Etant donné qu'il est essentiel que la fonte soit graphitique, le métal en fusion doit, au moment de la coulée, posséder un pouvoir graphitisant élevé. On peut lui communiquer cette propriété par un ajustement approprié de la composition du métal en fusion de diverses manières bien connues dans la fabrication de la fonte grise. En raison, toutefois, de l'effet blanchissant du magnésium sur la fonte, il est en général dési- rable d'inoculer le métal en fusion. L'inoculation de la fonte a un effet graphitisant; elle consiste en une addition tardive d'un argent graphitisant fort qui est habituellement un agent contenant du silicium comme le ferro-silicium, le siliciure de calcium ou le siliciure de nickel, mais qui peut, par exemple.,, être l'aluminium.
Dans la présente invention, on utilise l'ino- culation sauf dans certains cas où le bain possède un pouvoir graphitisant élevé. Il est préférable d'introduire le magnésium dans le bain, puis d'y introduire séparément l'inoculant graphi- tisant, lequel est de préférence le silicium ajouté, par exemple,
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sous forme de ferro-silicium. La quantité de silicium ajoutée est en général comprise entre o,3 et 2,5% et, de préférence, en- tre 0,4 et 1,2%. Si l'inoculation précède l'introduction du ma- gnésium, elle peut ne pas donner les résultats désirés dans le produit tel qu'il est coulé. On peut remédier à cette difficul- té par une autre inoculation pratiquée au même moment que l'in- troduction du magnésium, mais de préférence après cette introduc- tion.
Le bain en fusion contenant du magnésium et inoculé doit être coulé très rapidement après l'inoculation, par exemple trois minutes après celle-ci. On a constaté que si le bain traité est maintenu pendant un temps beaucoup plus long après l'inoculation, l'effet de cette dernière opération s'émousse et disparaît. Ce- ci peut être compensé par une autre addition d'inoculation qui peut comprendre une quantité plus petite de l'inoculant, sili- cium par exemple. Une quantité aussi faible que 0,1% à 0,15% en- viron peut être introduite pour réinoculer le bain mais, bien entendu, de plus grandes quantités peuvent être utilisées. En pareil cas, comme dans le cas d'une inoculation unique, le bain traité par le magnésium et inoculé doit être coulé très peu de temps après la dernière inoculation, par exemple dans les trois minutes environ.
En réinoculant périodiquement le bain, tout en maintenant la quantité requise de magnésium retenu, on peut cou- ler un bain important traité pendant un laps de temps considéra- ble.
L'inoculation n'est pas toujours nécessaire. Par exemple, un bain non inoculé contenant 4% de carbone et 2% de silicium (comprenant 0,75% de silicium introduit pour l'inocula- tion immédiatement avant l'introduction du magnésium) ne néces- site pas une autre inoculation ultérieure ; une telle inoculation d'une partie du bain est avantageuse et améliore les propriétés de flexion de la pièce coulée. Mais un bain sem- blable inoculé contenant 3% environ de carbone et 2,3% environ de silicium (comprenant 0,75% de silicium introduit pour l'ino-
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culation immédiatement avant l'introduction du magnésium) s'est solidifié sous forme de fonte blanche, lors de la coulée, après l'introduction du magnésium sans inoculation additionnelle faite en même temps ou ultérieurement.
Si une portion de ce bain est de nouveau inoculée, après l'introduction du magnésium, avec 0,2% de silicium et est coulée peu de temps après, la forme désirée sphéroïdale du carbone est obtenue.
Pour certaines applications, il peut être désira- ble de produire une pièce coulée ayant une surface durcie par trempe dans laquelle le carbone est sous la forme combinée lors- qu'on veut obtenir la résistance à l'usure ou une propriété ana- logue, tandis que le corps ou noyau contient des quantités nota- bles de carbone non combiné sous la forme sphéroïdale. On peut produire de telles pièces coulées en contrôlant les facteurs connus qui affectent le degré de graphitisation se produisant dans les diverses parties des pièces coulées.
Ainsi que cela est bien connu, les éléments les plus importants dans la détermination du pouvoir graphitisant d'un bain de coulée sont le carbone et le silicium. Dans la pré- sente invention, la teneur en silicium est de préférence d'envi- ron 0,8% au moins et elle peut atteindre 5% ou même 6%, bien que les occasions où d'aussi grandes quantités de silicium doi- vent être utilisées soient rares, sauf si l'on désire obtenir les propriétés spéciales des fontes à haute teneur en silicium.
Cela est dû au fait que le carbone est plus efficace pour pro- duire le pouvoir graphitisant et que le silicium en grandes quan- tités, pour une teneur donnée en carbone, a tendance à réduire les propriétés, en particulier la ténacité, la ductilité et la charge de rupture. Le silicium est un agent puissant de formation de ferrite ; cette raison, il peut être désirable d'utiliser des teneurs élevées en silicium lorsqu'on désire obtenir, dans la pièce telle qu'elle vient d'être coulée, une matrice conte- nant une forte proportion de ferrite. Après le traitement par le
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magnésium et après toute inoculation requise, le bain de coulée contient généralement 1% environ de silicium au moins, et de pré- férence de le5 à 3% environ de silicium.
La teneur en carbone est peut varier entre 1,7 et 5%, mais/de préférence comprise entre 2 et 4,5%. Un type particulièrement satisfaisant de composition possédant un pouvoir graphitisant suffisant pour empêcher, dans les conditions les plus habituelles de la pratique de la fonderie, la formation massive de carbures ou la production de trempes ac- cidentelles dans des sections de 9,52 mm d'épaisseur ou davantage, est défini par les limites de 2,5% à 4,5% pour le carbone et de 1,0% à 4,0% pour le silicium,,le rapport entre la teneur en sili- cium et la teneur en carbone étant tel que :
EMI11.1
.%Si + %c 3,1 '+;5 soit supérieur à 1,0.
En général,tout le carbone n'est pas présent sous forme de sphéroïdes tendres de couleur grise parce qu'une certai- ne partie du carbone, sous forme de carbone combiné, est habi- tuellement retenue dans la structure de la matrice. Dans la plu- part des cas, les pièces coulées produites conformément à l'in- vention ont une teneur en carbone combiné qui n'est pas supérieu- re à la moitié de la teneur totale en carbone. La transformation d'une partie du carbone sous la forme très compacte sphérique ou sensiblement sphéroldale à l'état coulé est accompagnée de l'arrondissement des lamelles.
La fonte telle qu'elle vient d'être coulée peut être exempte d'éléments d'alliage ou peut contenir des quantités notables de tels éléments. C'est ainsi que la fonte peut conte- nir des éléments d'alliage tels que le nickel, le molybdène, le chrome, le manganèse et l'aluminium. Les propriétés blanchissan- tes, ou de stabilisation des carbures, de certains éléments d'al- liage doivent être prises en considération en raison de la néces-
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sité que le métal en fusion possède un pouvoir graphitisant suf- se fisant, lorsqu'il est coulé, pour qu'il/forme une quantité no- table de carbone graphitique pendant le refroidissement à par- tir des températures de coulée. Pour cette raison, la teneur en chrome ne doit pas dépasser normalement 1% et, de préférence, ne doit pas dépasser 0,6%.
Toutefois, la quantité de chrome pou- vant être tolérée dépend de la composition du métal en fusion dans son ensemble et la quantité maximum de chrome est celle qui donne un métal en fusion possédant le pouvoir graphitisant un requis au moment de la coulée. Le manganèse, qui est/blanchis- sant ou un stabilisateur de carbures plus doux, peut être tolé- ré en quantités plus grandes allant, par exemple, jusqu'à 2,5%.
De plus grandes quantités de maganèse peuvent être présantes lorsque l'alliage à une composition, ou matrice, austénitique.
En général, le manganèse tend à affaiblir certaines propriétés mécaniques, en particulier dans les alliages, tels que coulés, dans lesquels le fer est sous la forme alpha; pour cette raison, il est préférable que la teneur en manganèse ne dépasse pas 1%.
L'aluminium diminue la stabilité des carbures et agit comme gra- phitisant. Le cuivre ne doit pas être utilisé en quantités dé- passant 3% ou même 2% sans que l'on ait tout d'abord déterminé son effet sur les caractéristiques et propriétés générales de la fonte. Certains éléments d'alliages tels que le nickel peu- vent augmenter la tolérance pour le cuivre. On a observé que certains autres éléments ne se trouvant pas habituellement dans la fonte doivent être évités ou qu'ils ne doivent être présents que sous forme de traces, ou de très petites quantités, parce qu'ils gênent la production de la forme sphéroidale du carbone.
Ces éléments nuisibles sont l'étain, le plomb, l'antimoine, le bismuth, l'arsenic, le sélénium et le tellure. On a constaté que l'étain est particulièrement nuisible et la teneur en étain doit être maintenue aussi basse que possible et, en tout cas, inférieure à 0,1%. Le phosphore ne gêne pas la formation du
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carbone sphéroïdale et la teneur en phosphore peut atteindre 0,5% ou une valeur plus élevée; toutefois, si l'on désire de très bonnes propriétés, en particulier celles relatives au choc et à la ductilité, la teneur en phosphore ne doit pas dépasser 0,06% et être, par exemple, comprise entre 0,02% et 0,06%.
L'effet du phosphore sur les prbpriétés à la trac- tion, y compris la limite élastique (L. E.) mesurée en kg/mm2 et la dureté des produits obtenus conformément à l'invention sont illustrés dans le tableau suivant :
TABLEAU 2 Composition : C 3,5% ; Si 2,4%; Mg de 0,05 à 0,08%; Mn 0,8%;
Ni 1,9%
EMI13.1
<tb> P <SEP> % <SEP> L. <SEP> E. <SEP> C. <SEP> R.T. <SEP> Allongement <SEP> Dureté <SEP> Vickers
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,015 <SEP> 46,94 <SEP> 70,02 <SEP> 5,0 <SEP> 258
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> OeO52 <SEP> 57,46 <SEP> 69,08 <SEP> 1,5 <SEP> 278
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,089 <SEP> 52,59 <SEP> 63,11 <SEP> 1,5 <SEP> 264
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,20 <SEP> n.d. <SEP> 58,56 <SEP> -- <SEP> 307
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,43 <SEP> n.d. <SEP> 48,20 <SEP> -- <SEP> 269
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0,67 <SEP> n.d. <SEP> 47,41 <SEP> 0 <SEP> 312
<tb>
n.d. = non déterminée; l'échantillon s'est rompu avant que l'on ait atteint une déformation de 0,2%.
La teneur en fer des fontes spéciales ou non spécia- les sera d'au moins 87% de la composition totale. Dans le cas des compositions contenant de plus fortes proportions d'éléments d'alliage, ayant habituellement une matrice austénitique, la teneur en fer peut être inférieure à 87%. Sous réserve, toute- fois, de ce qui a été dit plus haut en ce qui concerne les élé- ments nuisibles, le produit tel qu'il est coulé contient le car- bone sous la forme sphéroïdale.
On peut introduire le magnésium de nombreuses
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manières. La quantité de magnésium à ajouter au bain dépend du magnésium retenu désiré, de la quantité additionnelle de magné- sium requise pour combattre la présence des éléments nuisibles tels que le soufre, de la quantité de magnésium perdue par le retard à la coulée du bain après introduction du magnésium et de la proportion de magnésium dans l'agent d'addition de magné- sium perdu lors de l'introduction du magnésium dans le bain.
On croit généralement que le magnésium ne s'allie pas au fer et, en fait, lorsqu'on essaie d'introduire du magnésium métalli- que sous/forme élémentaire dans la fonte en fusion à la tempéra- ture ordinaire élevée nécessaire pour une coulée satisfaisante, il se produit une réaction d'une telle violence explosive que la fonte en fusion peut se trouver soufflée hors du récipient.
On peut ajouter le magnésium métallique avec les précautions voulues sous la forme élémentaire solide directement dans le bain lorsque ce dernier est à une température de peu supérieure à la température du liquidusde la composition en fusion, par exemple à une température d'environ 1235 C. La température doit être assez élevée seulement pour que le bain soit en fusion complète, tout en étant visqueux. Une telle addition de magné- sium élémentaire s'accompagne en général de la combustion du ma- gnésium à la surface du bain avec production d'un éclair bril- lant, dégagement de grandes quantités de fumées d'oxyde de ma- gnésium et perte de la plus grande partie du magnésium ajouté.
Toutefois, une quantité suffisante de magnésium se trouve rete- nue si l'on ajoute une quantité assez grande de ce corps. Lors- qu'on applique ce procédé, il est préférable d'élever rapidement la température du bain, après l'introduction du magnésium, à 1370 C. ou à une température plus élevée, puis d'inoculer le bain et de couler rapidement. On peut aussi ajouter le magnésium sous forme de briquettes avec des diluants et autres produits analogues pour réduire la combustion du magnésium, pour permet- tre à celui-ci de se trouver incorporé de manière plus paisible
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dans le bain et pour qu'une plus grande quantité s'y trouve re- tenue.
Bien que l'on puisse utiliser les procédés rappe- lés ci-dessus, un procédé commode consiste à ajouter le magné- sium sous forme d'alliage métallique contenant de 2% à 40% envi- ron de magnésium. Des alliages convenables comprennent ceux que l'on désigne parfois sous le nom de "composés intermétalliques", par exemple MgNi2, ou des mélanges d'un composé intermétallique avec un métal ou avec un autre composé intermétallique, par exemple MgNi2 + Ni ou MgNi2 + Mg2Ni. On a constaté qu'il était désirable d'introduire le magnésium sous forme d'alliage avec un ou plusieurs métaux solubles dans le fer à l'état fondu. Dans la mise en pratique de l'invention, le nickel, le cuivre et/ou le silicium sont les métaux préférés avec lesquels est allié le magnésium pour former l'agent d'addition.
L'utilité du cuivre est quelque peu limitée par le fait qu'il est désirable de main- tenir la teneur en cuivre du produit final à une valeur relati- vement basse. De même, l'effet nuisible d'une teneur élevée en silicium sur les propriétés mécaniques du produit final limite l'utilité des alliages d'addition à haute teneur en silicium'.
Des résultats très satisfaisants peuvent être obtenus avec des alliages binaires et avec des alliages plus complexes de nickel et de magnésium. De préférence, on introduit le magnésium dans le bain sous forme d'un alliage ayant une densité approchant de celle du bain en fusion, ou la dépassant, car il a été constaté que plus est élevée la densité, plus grande est la proportion de magnésium retenu dans le métal pour des conditions données.
Des alliages qui donnent des résultats satisfaisants sont les alliages nickel-magnésium contenant de 4% environ à 20% environ de magnésium. On a-constaté que lorsque les alliages nickel-ma- gnésium contiennent aussi du carbone, par exemple jusqu'à la quantité maximum que les alliages admettent, les caractéristi- ques d'addition des alliages, en particulier de ceux contenant
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de 10% à 15% de magnésium sont améliorées. De plus, en préparant d'abord un alliage nickel-carbone fondu et en y introduisant ensuite du magnésium, la fabrication d'un alliage d'addition nickel-magnésium est facilitée. Les alliages nickel-magnésium- carbone contenant de 10% à 15% de magnésium et contenant du car- bone entre les limites de 1% à 4% sont très satisfaisants.
En général, plus est élevée la concentration en magnésium dans l'agent d'addition, plus est faible la propor- tion de magnésium effectivement introduit dans le bain. C'est ainsi que, par exemple, lorsque le magnésium est ajouté à la surface du bain sous la forme d'un alliage contenant 5% de ma- gnésium et 95% de nickel, une proportion de 90% environ du magné- sium de l'alliage d'addition s'est trouvée retenue dans le bain, tandis que si le magnésium est ajouté sous la forme d'un allia- ge contenant 20% de magnésium et 80% de nickel, c'est seulement 25% environ du magnésium de l'alliage d'addition qui se trouvent retenus dans le bain. Plus est basse la température du bain au moment de l'introduction du magnésium, que celui-ci soit sous forme d'alliage ou sous une autre forme, plus est élevée la pro- portion de magnésium retenu.
On peut augmenter la proportion de magnésium retenu en soufflant un alliage pulvérisé contenant du magnésium au moyen d'un tube ou autre dispositif analogue dans le bain en fusion sous sa surface, à l'aide'd'un gaz non oxydant par rapport au magnésium ou bien en plongeant un alliage contenant du magnésium sous la surface du bain. Du point de vue de la facilité d'introduction du magnésium, l'alliage 96% de nickel-4% de magnésium est très satisfaisant parce qu'il tend à plonger dans le bain en fusion, ce qui fait qu'il ne se pro- duit sensiblement aucune combustion du magnésium.
Lorsque la concentration en magnésium des alliages nickel-magnésium est augmentée, la combustion et la perte de magnésium se trouvant également augmentées parce que les alliages flottent sur le bain, deviennent progressivement moins denses et sont moins
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immergés dans le bain. Des alliages satisfaisants et raisonnable- ment peu coûteux pour l'introduction du magnésium dans le bain sont :
1 / un alliage contenant 10% de magnésium et 90% de nickel;
2 / des alliages contenant de 12% à 15% de magné- sium, de 2% à 4% de darbone, le complément étant essentiellement du nickel.
Les alliages nickel-magnésium peuvent contenir aussi d'autres éléments comme le silicium, le manganèse, le cuivre et le fer, mais on a observé que, en général, la proportion de ma- gnésium retenue dans le bain à partir de l'alliage d'addition croit lorsque la teneur en nickel de l'alliage d'addition croît elle-même. Par exemple, le remplacement d'une partie du nickel par du fer diminue habituellement la proportion de magnésium que l'on retrouve comme magnésium retenu.
EXEMPLES ILLUSTRATIFS ET DONNEES.
Pour les applications générales, on désire habi- tuellement une matrice perlitique formée soit de perlite, soit en partie de perlite comme dans une matrice perlite-ferrite; à cet effet, la fonte peut contenir les quantités des éléments in- diquées dans le tableau 3.
TABLEAU
EMI17.1
<tb> Elément <SEP> Limites
<tb>
<tb> Carbone.......................... <SEP> 2,8 <SEP> à <SEP> 3,8 <SEP> %
<tb>
<tb> Silicium......................... <SEP> 1,5 <SEP> à <SEP> 2,7 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Magnésium........................ <SEP> 0,06 <SEP> à <SEP> 0,15 <SEP> %
<tb>
<tb> Nickel........................... <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> %
<tb>
<tb> Manganèse........................ <SEP> 0,1-à <SEP> 1 <SEP> %
<tb>
La fonte peut contenir aussi du chrome, par exemple jusqu'à 0,5%. Le complément sera presque entièrement du fer, sauf pour ce qui est des petites quantités accidentelles d'impuretés.
Bien entendu, il faut tenir compte de la section moyenne de la pièce coulée. En général, plus sont grandes les dimensions de
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la section moyenne, plus doit être élevée la teneur en magné- sium et plus doit être faible la teneur en carbone. Des compo- sitions convenables pour deux limites de dimensions de section sont données par le tableau 4.
TABLEAU 4
EMI18.1
<tb> Dimension <SEP> de <SEP> la <SEP> C <SEP> % <SEP> si <SEP> % <SEP> Mg <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP>
<tb> section <SEP> ¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯
<tb>
<tb> 6,34 <SEP> à <SEP> 38 <SEP> mm <SEP> 3,2-3,6 <SEP> 1,8-2,5 <SEP> 0,06-0,10 <SEP> 1-3
<tb>
<tb> 50 <SEP> à <SEP> 100 <SEP> mm <SEP> 3,0-3,2 <SEP> 1,8-2,5 <SEP> 0,08-0,12 <SEP> 1-3
<tb>
Les propriétés des fontes de ce genre, identiques sauf pour ce qui est de la quantité de magnésium retenu, sont indiquées dans le tableau 5. Toutes les fontes ont été inoculées par une addition, faite dans la poche, de 0,5% de silicium sous forme de ferro-silicium. Les fontes contenant du magnésium ont été inoculées peu de temps après l'addition de magnésium.
TABLEAU Composition : C 3,6%; Si 2,3%; Ni 2%; Mn 0,7%;. P 0,03%
EMI18.2
<tb> Fonte <SEP> N . <SEP> Mg <SEP> % <SEP> Essai <SEP> de <SEP> flexion <SEP> C.R.T. <SEP> Dureté <SEP> Choc
<tb> transversal <SEP> Brinell
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> @ <SEP> Flèche <SEP> :
<SEP> charge <SEP> @
<tb>
<tb> 1 <SEP> Néant <SEP> 4,31 <SEP> 987 <SEP> 12,9 <SEP> 158 <SEP> 2,79
<tb>
<tb> 2 <SEP> 0,02 <SEP> 4,29 <SEP> 1178 <SEP> 15,58 <SEP> 165 <SEP> 2,9
<tb>
<tb> 3 <SEP> 0,039 <SEP> 4,57 <SEP> 2052 <SEP> 29,43 <SEP> 228 <SEP> 5,25
<tb>
<tb> 4 <SEP> 0,067 <SEP> 6,09 <SEP> 4068 <SEP> 78,7 <SEP> 290 <SEP> 11,61
<tb>
<tb> 5 <SEP> 0,096 <SEP> 6,29 <SEP> 4095 <SEP> 71,61 <SEP> 302 <SEP> 7,47
<tb>
L'importance d'une inoculation après introduction de la quantité requise de magnésium est illustrée par l'omis- sion du traitement d'inoculation dans une portion du bain en fusion contenant du magnésium employé pour produire la fonte N . 4.
Tandis que la fonte N .4 inoculée a la cassure aciérée type et contient le carbone sous la forme sphéroïdale caracté- ristique de l'invention, la même fonte contenant du magnésium mais non inoculée est dure et a une cassure blanche telle que celle de la fonte blanche.
Les compositions d'un certain nombre de fontes
<Desc/Clms Page number 19>
graphitiques sans éléments d'addition et avec une faible quanti- té desdits éléments, fontes préparées conformément à l'inven- tion, sont données dans le tableau 6, leurs propriétés étant in- diquées dans le tableau 7.
TABLEAU 6
EMI19.1
<tb> Alliage <SEP> C% <SEP> Si% <SEP> Ni% <SEP> Mg% <SEP> Mn% <SEP> autres <SEP> éléments <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> N .
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
6 <SEP> 3,2 <SEP> 3,7 <SEP> --- <SEP> 0,085 <SEP> 2,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 2,6 <SEP> 2,3 <SEP> 1,9 <SEP> 0,072 <SEP> 0,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 2,8 <SEP> 3,1 <SEP> 1,7 <SEP> 0,069 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 3,1 <SEP> 2,2 <SEP> 1,9 <SEP> 0,083 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 3,2 <SEP> 4,5 <SEP> 1,9 <SEP> 0,063 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> il <SEP> 3,4 <SEP> 2,0 <SEP> 1,9 <SEP> 0,058 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 3,4 <SEP> 2,3 <SEP> 1,9 <SEP> 0,068 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 3,7 <SEP> 1,9 <SEP> 1,9 <SEP> 0,075 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 14 <SEP> 3,6 <SEP> 2,3 <SEP> 3,6 <SEP> 0,084 <SEP> 0,73
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> 3,6 <SEP> 2,
3 <SEP> 3,6 <SEP> 0,10 <SEP> 0,17
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> 3,6 <SEP> 2,1 <SEP> 4,7 <SEP> 0,053 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 17 <SEP> 3,2 <SEP> 2,2 <SEP> --- <SEP> 0,069 <SEP> 1,41 <SEP> Cu <SEP> 0,96
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 18 <SEP> 3,3 <SEP> 2,3 <SEP> --- <SEP> 0,074 <SEP> 2,1 <SEP> Cu <SEP> 1,88
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 19 <SEP> 3,5 <SEP> 2,1 <SEP> 1,5 <SEP> 0,054 <SEP> 0,1 <SEP> Mo <SEP> 0,66
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 3,6 <SEP> 1,9 <SEP> 1,5 <SEP> 0,059 <SEP> 0,1 <SEP> Cr <SEP> 0,36
<tb>
TABLEAU 7
EMI19.2
<tb> No <SEP> L.E. <SEP> C.F.T. <SEP> Allongement <SEP> Choc <SEP> Essai <SEP> de <SEP> flexion <SEP> Dureté
<tb> transversal <SEP> Brinell
<tb> Flèche <SEP> :
<SEP> Charge
<tb>
<tb> 6 <SEP> 51,15 <SEP> 5,53 <SEP> 2,87 <SEP> 2631 <SEP> 321
<tb>
<tb> 7 <SEP> 54,77 <SEP> 62,64 <SEP> 0,8 <SEP> 296
<tb>
<tb> 8 <SEP> 68,62 <SEP> 8,99 <SEP> 3,96 <SEP> 3542 <SEP> 275
<tb>
<tb> 9 <SEP> 49,89 <SEP> 70,51 <SEP> 1,8 <SEP> 6,85 <SEP> 4525 <SEP> 298
<tb>
<tb> 10 <SEP> '49,26 <SEP> 53,51 <SEP> 0,5 <SEP> 2,72 <SEP> 3,22 <SEP> 1687 <SEP> 283
<tb>
<tb> 11 <SEP> 43,91 <SEP> 70,20 <SEP> 5 <SEP> 14,52 <SEP> 8,50 <SEP> 4326 <SEP> 238
<tb>
<Desc/Clms Page number 20>
EMI20.1
12 -5,64 9,49 2 7,60 5,84 4018 247
EMI20.2
<tb> 13 <SEP> 84,68 <SEP> 16,59 <SEP> 8,23 <SEP> 4280 <SEP> 273
<tb>
<tb> 14 <SEP> 74,45 <SEP> 90,03 <SEP> 1,5 <SEP> 3,32 <SEP> 4,09 <SEP> 4135 <SEP> 340
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> 63,90 <SEP> 85,31 <SEP> 3 <SEP> 14,41 <SEP> 5,97 <SEP> 4733 <SEP> 308
<tb>
<tb>
<tb> 16 <SEP> 56,19 <SEP> 79,48 <SEP> 8,99 <SEP> 4,
24 <SEP> 3139 <SEP> 477
<tb>
<tb>
<tb> 17 <SEP> 67,36 <SEP> 15,17 <SEP> 5,23 <SEP> 4022 <SEP> 298
<tb>
<tb>
<tb> 18 <SEP> 64,69 <SEP> 4,70 <SEP> 4,52 <SEP> 4090 <SEP> 317
<tb>
<tb>
<tb> 19 <SEP> 83,89 <SEP> 16,59 <SEP> 7,97 <SEP> 4674 <SEP> 298
<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> 82,16 <SEP> 11,34 <SEP> 8,76 <SEP> 4240 <SEP> 282
<tb>
Des valeurs comparables obtenues avec deux fon- tes à teneur en nickel élevée et ayant des matrices austéniti- ques, dont l'une contenait 2,8% de carbone, 1,6% de silicium, 20,2% de nickel, 0,8% de manganèse et 0,17% de magnésium, l'au- tre contenant 2,9% de carbone, 1,7% de silicium, 0,8% de manga- nèse et 20% de nickel sans magnésium,sont données dans le tableau 8.
TABLEAU 8
EMI20.3
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> C. <SEP> F.T. <SEP> Essai <SEP> de <SEP> flexion <SEP> Choc <SEP> Dureté <SEP> Brinell
<tb>
<tb> manganèse <SEP> transversal
<tb>
EMI20.4
¯¯¯¯¯¯¯ Flèche charge ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI20.5
<tb> 0 <SEP> 11,17 <SEP> 31,75 <SEP> 1118 <SEP> 2 <SEP> coups <SEP> 95
<tb>
<tb> 0,17 <SEP> 5,6 <SEP> 54,61 <SEP> 3171 <SEP> non <SEP> cassé <SEP> 155
<tb> après <SEP> 10
<tb> coups
<tb>
Des fontes dont le carbone est essentiellement en totalité sous la forme sphéroïdale sont caractérisées par une excellente résistance aux effets nuisibles combinés de la chaleur et de l'oxydation, par exemple la résistance au gonflement. Ceci est illustré par des essais exécutés sur quatre coulées conte- nant 3,5% de carbone, 2,5% de silicium, 1,5% de nickel et 0,8% de manganèse.
Deux des produits (fontes N9s. 21 et 22) étaient exempts de magnésium, tandis que les deux autres (fontes N s.
23 et 24) contenaient 0,063% de magnésium retenu. Tous ont été inoculés peu de temps avant la coulée. Des pièces faites à par- tir de chacune des quatre coulées ont été soumises à un essai
<Desc/Clms Page number 21>
d'oxydation de 100 cycles, chaque cycle consistant à chauffer la pièce dans l'air à 870 C. pendant une demi-heure environ, à maintenir la pièce pendant une heure environ à 870 C. dans l'air et enfin à refroidir à l'air pendant une heure environ. Les ré- sultats obtenus par ces essais sont donnés dans le tableau 9.
TABLEAU 9
EMI21.1
<tb> Fonte,No. <SEP> Mg.% <SEP> Longueur <SEP> Pourventage <SEP> de <SEP> gon-
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> Primitive <SEP> Finale <SEP> flement <SEP> en <SEP> longueur
<tb>
<tb> 21 <SEP> Néant <SEP> 79,3 <SEP> 88,46 <SEP> 11,30
<tb>
<tb> 22 <SEP> Néant <SEP> 79,75 <SEP> 90,19 <SEP> 13,05
<tb>
<tb> 23 <SEP> 0,063 <SEP> 79,29 <SEP> 80,91 <SEP> 2,01
<tb>
<tb> 24 <SEP> 0,063 <SEP> 79,60 <SEP> 81,03 <SEP> 2,04
<tb>
Si l'on désire exalter certaines propriétés parti- culières des fontes produites conformément à l'invention, on peut les soumettre à des traitements thermiques normaux. Pour illustrer de quelle manière ces propriétés peuvent être modifiées, les tableaux 10 et 11 donnés ci-après indiquent trois traitements thermiques et leur influence sur les propriétés de traction et de dureté de trois fontes obtenues conformément à l'invention.
TABLEAU 10
EMI21.2
<tb> Traitement <SEP> No. <SEP> Traitement
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> Telle <SEP> que <SEP> coulée
<tb>
<tb> 2 <SEP> Trempée <SEP> à <SEP> partir <SEP> de <SEP> 845 C <SEP> dans <SEP> un
<tb> bain <SEP> de <SEP> sel <SEP> à <SEP> 425 C <SEP> et <SEP> maintien <SEP> à
<tb> cette <SEP> dernière <SEP> température <SEP> pendant
<tb> 5 <SEP> heures.
<tb>
<tb>
3 <SEP> Trempée <SEP> dans <SEP> l'huile <SEP> à <SEP> partir <SEP> de
<tb> 845 C <SEP> et <SEP> revenue <SEP> à <SEP> 5950C <SEP> pendant
<tb> 5 <SEP> heures
<tb>
<tb> 4 <SEP> Normalisée <SEP> à <SEP> partir <SEP> de <SEP> 845 C <SEP> et
<tb> revenue <SEP> à <SEP> 595 C <SEP> pendant <SEP> 5 <SEP> heures.
<tb>
TABLEAU 11
EMI21.3
<tb> Traitement <SEP> Fonte <SEP> L. <SEP> E. <SEP> C. <SEP> F.T. <SEP> Dureté <SEP> Vickers
<tb>
<tb> No. <SEP> No. <SEP> Kg/mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 7 <SEP> 54,77 <SEP> 62,64 <SEP> 296
<tb>
<Desc/Clms Page number 22>
EMI22.1
<tb> 1 <SEP> 9 <SEP> 49,89 <SEP> 70,51 <SEP> 298
<tb>
EMI22.2
1 12 45, 6+ 59 ,+9 247
EMI22.3
<tb> 2 <SEP> 7 <SEP> 72,40 <SEP> 83,62 <SEP> 344
<tb>
<tb> 2 <SEP> 9 <SEP> 76,65 <SEP> 89,40 <SEP> 328
<tb>
<tb> 2 <SEP> 12 <SEP> 69,25 <SEP> 75,07 <SEP> 316
<tb>
<tb> 3 <SEP> 7 <SEP> 67,68 <SEP> 71,14 <SEP> 280
<tb>
<tb> 3 <SEP> 9 <SEP> 64,69 <SEP> 68,46 <SEP> 264
<tb>
<tb> 3 <SEP> 12 <SEP> 57,92 <SEP> 60,44 <SEP> 246
<tb>
<tb> 4 <SEP> 7 <SEP> 51,94 <SEP> 78,22 <SEP> 299
<tb>
<tb> 4 <SEP> 9 <SEP> 55,24 <SEP> 79,64 <SEP> 285
<tb>
<tb> 4 <SEP> 12 <SEP> 49,26 <SEP> 64,
84 <SEP> 272
<tb>
Dans certains cas, on peut obtenir d'autres amé- liorations des propriétés des produits objet de l'invention, en particulier pour ce qui est de leur ductilité, par le traitement thermique décrit dans la demande de brevet déposée ce même jour par la demanderesse pour "Procédé de traitement thermique des fontes", ce traitement consistant d'une manière générale à chauf- fer la fonte à une température très légèrement inférieure à son point critique pour décomposer le-carbone qui reste à l'état com- biné lors du refroidissement au-dessous du point critique et pour l'obliger à se transformer en graphite.
REVENDICATIONS
1. Fonte graphitique comprenant ou non des élé- ments d'alliage, qui contient du magnésium retenu, une partie au moins du graphite étant présentesous la forme de particules sensiblement sphéroidales dans la fonte de coulée.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.