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Perfectionnements à la fabrication de moulages de fonte malléabili- sée, particulièrement des parties sujettes à usure des instruments agricoles.
La malléabilisation de la fonte suivant la méthode dénom- mée américaine est Habituellement exécutée par le recuit de la fonte blanche de composition appropriée à une température d'en- viron 800 à 950 C. jusqu'à ce que toute la cimentite ait été consumée sous précipitation du graphite sous la forme de carbone dit de trempe et la structure est ainsi arrivée à être constituée d'austénite et de carbone de trempe, après quoi le matériau est mis à refroidir tellement lentement que l'austénite se décompose en ferrite et en carbone de trempe.
La fonte moulée blanche pos- sède généralement une teneur en carbone de 2, 3 à 3,5%, une te- neur en silicium de 0,45 à 1,20% déterminée selon les dimensions du produit, une teneur de soufre aussi réduite que le permettent
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les conditions de fusion, une teneur en manganèse suffisante pour lier le soufre comme sulfure de manganèse et une teneur en phos- phore :le 0,12 à 0,20%, une teneur en phosphore relativement élevée ayant souvent été choisie, par exemple dans le but de rendre le matériau fluide lorsqu'il est moulé. Le fer malléable,produit de cette façon, possède une résistance moyenne à la traction de 50.000 livres par pouce carré (35 kg/mm2).
En réchauffant le matériau au-dessus de la température de transformation eutectique (A1) sous reformation d'austénite et en le refroidissant ensuite, ou par l'accélération du refroidisse- ment après le recuit de malléabilisation mentionné ci-dessus, il est possible de combiner une proportion appréciable de carbone en tant que carbure et d'obtenir de ce fait, un matériau d'une résis- tance considérablement plus élevée et d'une plus grande dureté que le fer malléable normal mais sans la porosité et les autres inconvénients des moulages d'acier.
La présente invention est basée sur une recherche approfondie des conditions d'un traitement thermique de ce genre du fer malléabilisé et elle vise en premier lieu à procurer un bon matériau pour les parties sujettes à usure des machines agricoles ou analogues telles que les socs de charrues, les herses et cultivateurs, les doigts, les pièces de remorques, les roues et les maillons à chaînes pour moissonneuses, les rou- leaux compresseurs pour routes et les sabots pour tracteurs.
La caractéristique principale de l'invention consiste en ce qu'une masse fondue ferreuse possédant une teneur en carbone en dessous de 3%. de préférence en dessous de 2,5% et une teneur en phosphore en dessous de 0.14%. de préférence en-dessous de 0,1%, est moulée de manière à obtenir un produit pratiquement exempt de graphite, qui est recuit sous une décomposition, tout au moins presque complète de la cimentite primitivement présente et est ensuite trempé par un refroidissement rapide depuis une tempé-
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rature au-dessus de la température de transformation eutectique du système fer-graphite.
Il est possible de produire à l'aide de cette méthode un pro- duit nautement résistant au genre d'usure survenait dans les ins- trwaents agricoles. Sa ductilité est relativement réduite, mais d'un autre côté on peut lui conférer une si forte résistance à la traction, qu'il n'y a pas lieu de craindre la -casse, ou seu- lement exceptionnellement. Il n'y a pas non plus de risque de voir s'endommager d'autres parties de l'instrument par suite de la dé- formation du produit.
Des résultats excellents ont été obtenus avec de la fonte au charbon de bois en tant que matière brute principale pour la mas- se fondue et en utilisant des fourneaux oscillants ou rotatifs, de préférence chauffés à l'huile., pour refondre la fonte brute.
Les conditions de moulage doivent être telles qu'elles aident à produire une fonte sensiblement exempte d'écailles de graphite.
Lorsqu'on moule dans des moules à sable de recuit il doit donc être veillé à ce que les produits soient retirés des moules le plus tôt possible après la solidification. La fonte doit avoir les teneurs réduites mentionnées ci-dessus en carbone et en phos- phore mais peut, pour le surplus, posséder une composition nor- male ou connue pour la malléabilisation suivant la méthode améri- caine. Toutefois, la teneur en soufre ne devra pas, de préféren- ce, excéder 0,1 ou 0,07%. Une composition appropriée est donc 2,2 à 2,4%C, environ 1% Si, 0,10 à 0,45% Mn. max. 0.05 S, max.
0.08 ou 0.05 P, et le reste principalement du fer, Il y a éga- lement avantage à utiliser une teneur en carbone en dessous de 2,2%. en particulier conjointement avec une teneur élevée en si- licium, compatible avec l'obtention d'une fonte blanche. Les meilleurs résultats ont été obtenus à l'aide de matériaux oonte-
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nant au maximum 0,04%MP.
Le recuit peut être effectué, par exemple, dans un four à cuve. Pour obtenir une distribution du carbone de trempe favora- ble au traitement thermique ultérieur, il peut être important de recuire le matériau à une température supérieure à 300 C, de pré- férence 950 à 1020 C,
Dans un procédé selon l'invention la température du four de recuit peut donc être élevée jusqu'à 700 C en 8 heures, puis jus- qu'à 950 C en 17 heures, être maintenue à cette température pen- dant 35 heures pour être abaissée à 750 C en 16 heures, et de cet- te température être abaissée à 650 C en 32 heures. Lorsqu'on ré- chauffe la matériau ainsi recuit à une température de trempe supé- rieure à la température de transformation eutectique, la ferrite ainsi qu'une partie du carbone de trempe seront transformés en austénite.
En général la matériau devra être maintenu sensible- ment à la température de trempe seulement jusqu'à ce que tout\ la ferrite présenta ait été transformée Dans le cas où le matériau possède la composition mentionnée à la fin du paragraphe précé- dent la température de trempe peut être d'environ 900 C mais sera plutôt en-dessous de 875 C.
En vue d'obtenir une résistance à l'usure aussi grande que possible le matériau peut être refroidi dans l'eau ou analogue de manière à recevoir une microstructure martensitique et est ensuite
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r i ;ê1* érence pendant environ 1 heure à une température su- périeure à 35000. mais en-dessous de la température de transfor- mation eutectique, de préférence à environ 400 C.
De cette fa- ,on le matériau peut donner une résistance à la tension de 150.000 livres par pouce carré (100 kg/mm2) ou plus et une dureté de 350 à 400 unités Brinell ou plus. La, résistance à l'usure par frot- tement d'un matériau traité de cette façon. désigné ci-après par A, a été officiellement éprouvée en comparaison avec un acier au
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silicium de première qualité avec 1,40% Si CE) et un acier à al- liage de manganèse de première qualité (C).
Les résultats furent
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<tb> Matériau <SEP> Unités <SEP> de <SEP> masse <SEP> détruites
<tb> en <SEP> un <SEP> temps <SEP> donné
<tb>
<tb> A <SEP> 2,1
<tb> B <SEP> 3,9
<tb> C <SEP> 4,4
<tb>
Un matériau conforme à la présente invention fut, par conséquent, remarquablement supérieur à de l'acier de première qualité.
Le risque de fissures au cours du durcissement ci-dessus peut être réduit en étonnant le matériau seulement à une tempéra- ture d'environ 200 C, Dans le même but il peut quelquefois être recommandable de recuire le matériau de manière connue sous décar- bonisation d'une mince couche de sa surface, mais sans réduire ma- tériellement sa teneur totale en carbone. En cas d'exigences moindres relativement à la résistance et la dureté, le durcisse- ment, conformément à l'invention, peut être effectué par le re- froidissement à l'air, éventuellement brûlé, le matériau recevant une masse basique de perlite finement laminée.
Des formes inter- médiaires quant à la microstructure et aux propriétés peuvent avantageusement être produites par une transformation isothermi- que à des températures plus élevées que la limite supérieure pour l'intervalle de martensite. Le matériau peut donc être trempé dans un bain de plomb-étain d'une température d'environ 400 C et maintenu à cette température pendant environ 30 minutes, après quoi il est laissé à refroidir par l'air. On peut aussi avoir recours, pour une telle transformation isothermique, à la trempe dans un bain de sel chaud.
Si la transformation se pro- duit à une température relativement basse, par exemple de 250oc,
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tcJttMfMte bevert U) il peut être nécessaire qu'elle soit suivie par unLy u à plus haute température.
Un traitement de durcissement par l'une ou l'autre des
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manières décrites ci-dessus en vue d'obtenir une dureté d'environ 200 à 240 Brinell ou plus, peut aussi être avantageusement effec- tué sans malléabilisation préalable complète du matériau. Au lieu de permettre aux produits de refroidir lentement dans le four de recuit jusqu'à une température inférieure à la température de transformation eutectique (A1) ils peuvent être enlevés du four après qu'ils y ont refroidi seulement jusqu'à 800 ou 850 C, et ensuite en les laissant se refroidir par l'air ou dans des bassins dans lesquels ils ont été logés pendant le recuit.
En vue d'uti- liser une partie de la chaleur possédée par les bassins ceux-ci peuvent être vidés quelques heures après l'enlèvement et être en- suite réintroduits aussitôt que possible dans le four avec de nou- veaux produits. Lorsque des résidus solitaires de la cimentite de la fonte blanche ne sont pas dommageables, le cycle de recuit peut encore être raccourci davantage et les produits peuvent être sor- tis du four aussitôt qu'ils ont été recuits pendant un temps tel par exeruple 20 heures à une température de recuit de 950 c qu'il ne subsiste seulement que des résidus de cimentite qui ne sont pas ramifiés. Lorsque les produits sont exposés à l'air, par exemple, ils peuvent alors être durcis directement après le recuit.
Si les produits doivent être soumis à une transformation isothermique dans un bain chaud de métal ou de sel il peut convenir, afin d'éviter la formation de perlite, de donner au matériau une certaine teneur en molybdène ou une teneur relativement élevée en manganèse, en général pas essentiellement plus de 0,6%, laquelle ne retarde pas matériellement la décomposition ae la cimentite dans le traitement de recuit.
Dans tous ces traitements de durcissement il a été démontré qu'il était d'importance essentielle que la teneur en phosphore du matériau soit limitée comme il est mentionnéci-dessus. Des
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teneurs plus élevées en phosphore sont susceptibles de provoquer au cours de la trempe des micro-fissures aux modules de carbone de trempe de même que des fissures intercristalliniques par lesquelles la résistance à la traction du matériau est réduite et le risque de fissure pendant le durcissement est aggravé. Aux degrés ré- duits de refroidissement un tel risque est à peine présent, mais également ici la résistance à la traction du matériau est réduite de même que son élongation.
Conformément à l'invention il est également possible éventuel- lement d'une manière connue en elle-même, de ne durcir intention- nellement que certaines parties seulement: d'un objet, ou de durcir différentes parties à des degrés différents. Des articles de di- mensions normales pour la fonte malléable peuvent être trempés de parten partsans additions d'alliage spécial.
Bien que de telles additions ne sont pas Indispensables pour le durcissement ou pour combiner le carbone, il n'est pas exclus, conformément à l'invention, d'utiliser pour certains buts spéciaux des éléments d'alliage supplémentaires, tels que le cuivre pour améliorer la résistance à la corrosion, l'aluminium ou le titanium lequel,en teneur de l'ordre de 0,1%, semble influencer favorable.ment l'élon- gation du matériau. Un traitement d'enlèvement ou détachement des bavures éventuellement nécessaire, peut être effectué aussi bien avant qu'après le durcissement.
Si un produit, par exemple un soc a perdu sa conformation par suite d'usure, la conformation peut sensiblement être rétablie par forgeage à une température de 800 à 900 ou 950 0, après quoi l'article peut à nouveau être durci.
Particulièrement dans le cas d'articles de conformation compliquée le matériau peut être moulé sous forme de barres, plaques ou sous d'autres formes préliminaires et être ensuite recuit; , laminé et/ou forgé sous la forme désirée et durci.