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FONTE GRISE .AU -LITHIUM ET SON PROCEDE ED FABRIDCATOIN
La présente invention concerne des perfectionnements apportés à la fonte grise et à sa fabrications
La fonte grise que l'on traite suivant l'invention peut être du type hypoeutectique ou hypereutectique, c'est-à-dire qu'elle peut être une fonte dans laquelle le carbone non combiné apparaisse sous forme de lamelles hors de sa coulée dans le sableo Cette fonte grise est caractérisée par le fait qu'elle est plus ou moins résistante et cassante et a des propriétés techniques indéterminées.
Les propriétés mécaniques peu satisfaisantes de la fonte grise ordinaire sont attribuées à la présence de lamelles de gra- phite de grandes dimensions qui peuvent occuper de 8 à 12% du volume-du moulage et fragmentent la matrice, dans une grande mesure. de la même manie- re que le feraient des copeaux de bois dans une masse....de béton si on les y mélangeait de façon quelconque.
Un grand nombre d'essais ont été effectués pour améliorer 'les' propriétés de la fonte grise par traitement à l'aide de métaux tels que le magnésium et le cérium. Mais les recherches qui ont conduit à l'invention ont montré que par un simple traitement avec du lithium ou un alliage ren- fermant du lithium dans le jet ou à la poche, le mode de présentation ou de formation de lamelles de graphite dans cette fonte grise peut être modi- fié d'une manière avantageuse pour améliorer à la fois sa faculté de moulage et ses propriétés physiques,,
L'invention concerne une fonte grise (alliée ou non) renfermant du lithium,
avec ou sans la présence d'un autre métal alcalin ou alcaline- terreux en des proportions telles que la plus grande partie du graphite-de- cette fonte se présente dans ladite fonte une fois coulée avec une micro- structure nodulaire,,
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L'invention est également matérialisée dans un procédé de fabri- cation d'une fonte grise (alliée ou non) consistant à faire fondre une fon- te qui, à la coulée, donne une cassure grise, à ajouter du lithium (avec ou sans autre métal alcalin ou alcalino-terreux) à la fonte en fusion, en une quantité suffisante pour que la majeure partie du graphite de la fonte une fois coulée présente une microstructure .nodulaire, à ajouter un agent graphitisant et à effectuer la coulée.
L'invention offre les avantages suivants ; -
1 . Elle permet de produire une fonte grise ayant une durée à l'état fluide et une faculté de coulée améliorées pour la fabrication de moulages homogènes sains.
2 . Elle fournit une fonte grise ayant des propriétés mécani- ques et physiques améliorées, même avec une teneur en carbone relativement faible ou relativement élevée.
3 . Elle donne la possibilité d'améliorer les propriétés méca- niques et physiques d'une fonte qui est en elle-même impure, sans tenir compte de l'élimination totale du soufre, bien que le lithium soit en soi un agent qui agit dans une certaine mesure comme agent de désulfuration et de stabilisation du graphite.
4 . Elle permet d'améliorer la structure du graphite, de façon à fournir des propriétés mécaniques et une tenue technique nettement supé- rieures à celles de la même fonte qui n'a pas été traitée au lithium ou a- vec un alliage renfermant du lithium.
Les recherches dont on a parlé on également montré que le lithium a sur la fonte grise un effet bien déterminé et tend à la rendre blanche.
Ainsi, une fonte grise en fusion contenant du lithium donnera habituellement des moulages ayant une structure indiquant la cémentite à moins que la gra- phitisation ne soit effectuée à la.suite du tratement par le lithium. La graphitisation de la masse en fusion-: renfermant du lithium un peu avant la coulée est une caractéristique importante de l'invention et empêche effica- cement la formation de la structure indicatrice de carbure mentionnée ci-a- vant. On effectue, de préférence, le traitement de graphitisation peu après le traitement au lithium, mais on peut aussi l'effectuer simultanément à celui-ci et un peu avant la coulée de la fonte.
Parmi les agents de graphi- tisation que l'on peut utiliser, on citera le ferro-silicium, le silicium- manganèse-zirconium, le calcium-silicium, le nickel-silicium et l'aluminium- calcium-silicium. La fonte grise améliorée et renfermant du lithium selon.. l'invention contiendra généralement de 2,2 à 4,5% de carbone. La teneur en silicium de la fonte grise selon l'invention peut varier entre 1 et 6%, et de préférence entre 1,5 et 3,5%. La teneur en soufre est sans importance, en ce sens que l'on peut tenir.compte aisément de teneurs en soufre dépas- sant 0,08% par un traitement de désulfuration habituel,alors que le métal renfermant de 0,005 à 0,08% de soufre peut être traité avec du lithium de fagon satisfaisante.
La teneur en phosphore peut avoir toute valeur dési- rée, selon l'utilisation ultérieure assignée au moulage. Si l'on veut ob- tenir une certaine ductilité sans recuit ou sans traitement thermique quel- conque, il est alors important que la teneur en phosphore soit inférieure à 0,07%. La ductilité n'est pas toujours une propriété nécessaire pour les moulages de fonte nodulaire. Mais, lorsqu'il est nécessaire d'obtenir des propriétés déterminées ou accrues de résistance au choc ainsi que des résis- tances plus grandes à la traction, il importe que la teneur en phosphore soit inférieure à 0,07% Si les fontes doivent avoir une utilisation telle qu'il soit désirable d'obtenir un réseau eutectique de phosphure, comme dans certains moulages à faire les coussinets ou paliers, la teneur en phos- phore peut alors atteindre 1%.
Les fontes grises peuvent renfermer les quan- tités habituelles des éléments d'alliage tels que nickel, cuivre, molybdène, chrome et manganèse. Le nickel peut être présent en des quantités allant jusqu'à 40%, le molybdène en des quantités allant jusqu'à 2%, le cuivre en des quantités allant jusqu'à 5%, le manganèse en des quantités allant jus- qu'à 2% et le chrome en des quantités allant jusqu'à 2%.
Pour autant qu'il
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soit connu, aucun renseignement n'a été publié et aucune découverte effec- tuée en ce qui concerne le fait que le lithium augmente la résistance de la fonte grise au delà de la valeur ui est considérée comme normale pour la fonte grise, c'est-à-dire 2240 kg/cm2, et aucun renseignement n'a été pu- blié montrant que le lithium produit non seulement une modification dans-la forme du graphite depuis un état lamellaire jusqu'à un état essentiellement nodulaire, mais en conséquence une amélioration notable des propriétés mé- caniques du matériau, qui sont nettement supérieures aux valeurs normales et même à la fonte supérieure, une dureté Brinell inférieure et une meil- leure faculté d'usinage.
Aucune publication n'a indiqué non plus que, con- jointement à ces propriétés, cette fonte présente une durée à l'état fluide notablement accrue et une meilleure aptitude à la coulée. 11 n'a pas été indiqué auparavant non plus que le lithium, contrairement aux autres agents donnant une fonte nodulaire tels que le cérium et le magnésium, peut être utilisé pour la transformation du graphite en nodules en présence d'une quantité de soufre supérieure à 0,005-0,08%.
Malgré les particularités nouvelles distinctes des fontes se- lon l'invention, on comprendra clairement que les structures de graphite a- méliorées et la présence de graphite nodulaire dans la fonte ont fait l'ob- jet d'études multiples dans les ouvrages et publications techniques au cours des dernières décades. Comme on le sait, la production de fonte nodu- laire par traitement thermique d'une fonte blanche a longtemps formé la ba- se d'un procédé de fabrication de la fonte malléable.
Pour permettre une meilleure compréhension de l'invention et du mécanisme de la transformation du graphite, on considèrera une brève é- tude de la forme du graphite et de ses effets sur les propriétés physiques de la fonte grise.
Mécanisme de la formation du graphite dans la fonte
Dans la fonte à haute teneur en carbone (hypereutectique des grains de graphite microscopiques peuvent exister dans la fonte à l'état de fusion. Lorsque tel est le cas, ces inclusions de graphite agissent com- me noyaux ou germes favorisant la croissance de lamelles importantes de graphite au cours du refroidissement de la fonte.
L'élément dénommé "lamel- le ou paillette de graphite" n'est pas un bâtonnet incurvé et aminci comme le montre une micrographie; il a plut&la forme d'une cuvette repliée ou d'une lentille irrégulièreo
Lorsqu'il n'existe pas de graphite présent à l'état libre (état hypoeutectique) l'austénite primaire ou solution solide de carbone dans la fonte se cristallise sous la forme de dendrites qui continuent à croître lorsque la température s'abaisse jusqu'à la température eutectique.
La solidification commence à 12100 C et se poursuit jusqu'à 1150 C, moment auquel la solidification est,complétée
Lorsque la fonte atteint la température de 1150 C, elle ne se solidifie pas immédiatement, mais sur un certain laps de temps. Toute l'aus- ténite primaire se solidifie sous la forme d'un pin entre les interstices duquel demeure du liquide eutectique. Les lamelles ou paillettes de graphite ne commencent à se former qu'au moment où le matériau eutectique demeurant entre les branches commence à se solidifier.
Dès que l'eutectique est entiè- rement solide, la formation des lamelles est sensiblement achevée, mais el- les continuent à croître ou demeurent telles selon que l'on réduit ou qu'on augmente la vitesse de refroidissemento
Dans certaines conditions, les fontes ayant des caractéristiques particulières présentent le graphite sous une structure prédominante qui en détermine d'une fagon générale les propriétés mécaniques. On comprendra tou- tefois que le graphite marne dans les fontes ordinaires à forte teneur en car- bone n'est pas toujours présent sous une forme particulière.
En réalité, le graphite prend diverses formes, et celles-ci sont parfois les suivantes : -
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1 - Massive
2 - Lamellaire
3 - Distribué au hasard
4 - En rosette
5 - Intergranulaire
6 - Eutectiforme
7 - Interdendritique
8 - Nodulaire
9 - En sphéruleso
11 est rare qu'une fonte quelconque ne renferme que l'une de ces formesoLe plus souvent, deux ou même plusieurs types co-existent dans la même fonteo
Les allusions ci-dessous au graphite nodulaire signifient que le graphite s'est déposé à partir d'une fonte pendant ou immédiatement après la solidification et sans être soumis à l'influence d'un traitement thermi- que ultérieur,
d'une manière telle qu'il prend une forme ronde ou semi-ronde avec une surface relativement faible par rapport au volume contrairement à ce qui est le cas pour le graphite en lamelles plus habituel et dont le rapport entre la surface et le volume est élevée Ce graphite nodulaire peut être géométriquement bien défini par une structure radiale interne (souvent dénommée sphérulitique), ou bien il peut se présenter sous la forme d'un agrégat de particules étroitement associées pour former un seul nodule rond irréguliero
La fonte grise faisant l'objet de l'invention a d'une fagon gé- nérale une forme quasi-lamellaire, c'est-à-dire qu'elle renferme deux t'or- mes de graphite, une partie importante étant sous forme nodulaire, le reste étant du graphite mixte nodulaire et en lamelles incurvéeso
Les facteurs principaux déterminant la forme du graphite sont g -
1 )
La composition
2 ) La vitesse de refroidissemento
Toutefois, il est rare que le graphite se présentant sous une forme quelconque soit du carbone puro Il est presque toujours contaminé par une substance étrangère, gazeuse ou solide. Les impuretés habituelles sont des silicates, des sulfures, etc... Par suite, la pureté de la fonte a une influence vitale à la fois sur la forme du graphite et sur les caractéris- tiques physiques de la fonte elle-même,
En ce qui concerne la vitesse de refroidissement, on sait qu'en général plus la vitesse de refroidissement est élevée, moins le graphite a la faculté de croître et plus les particules de graphites sont fines, tou- tes les autres conditions demeurant inchangées.
On sait aussi que la vitesse de refroidissement n'est pas seule- ment déterminée par les dimensions de la section ou le type de moule, mais également à la fois par la constitution et la composition de la fonteo C'est ce dernier point, connu depuis longtemps mais dont l'importance a échappé aux techniciens, qui a rendu le sujet si obscur pendant longtemps et rendu le contrôle de la cristallisation du graphite si difficile à comprendre.
Dans tous les systèmes métastables (auxquels appartient le sys- tème fer-carbone) le processus de solidification nécessite un certain temps pour sa mise en route. Mais si l'on accélère le refroidissement, soit par des additions chimiques, par surchauffe, soit en accélérant la solidifca- tion, on peut atteindre une température inférieure à celle de solidification avant que celle-ci ne commence réellement.Ce phénomène est dénommé "usrfu- sion"oL'amplitude ou le degré de surfusion ou de sur-refroidissement varie
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selon les types de métaux et d'alliages* Dans le cas d'alliages ayant une composition eutectique, cette surfusion peut déplacer la composition eu- tectique dans l'un ou l'autre sens,
mais en l'écartant de la composition réelle de l'alliage considérée Ceci est particulièrement vrai des fontes à haute teneur en carbone et silicium,,
Selon une particularité de ces fontes, l'évacuation continue de la chaleur et l'abaissement de température de la masse en fusion a pour con- séquence un abaissement continu de l'amplitude et de la rapidité de vibration des molécules de fonte liquide, jusqu'à ce que, à la température de solidi- fication, les molécules "tombent" à des positions relativement fixes l'une par rapport à l'autre. Ces positions pourraient peut-être être mieux déno mées centres d'oscillation car, bien que le déplacement alternatif au ha- sard des molécules caractérisant les états de vapeur et liquide ait dispa- ru,
tout mouvement des molécules n'a pas encore cessé et se poursuit sur toute la gamme de température allant de 1210 à 1150 C, et même après la solidification. Il est simplement réduit à une oscillation autour d'un point fixée
Il n'est pas difficile de comprendre, par suite, que si la fon- te liquide tombe en dessous de son point de solidification vrai avant que des cristaux n'apparaissent et si la graphitisation se produit pendant la surfusion, il peut en résulter une forme de graphite entièrement nouvelle et différente
Si la surfusion est poussée jusquà un point tel qu'il n'y ait pas retour à la graphitisation, la fonte devient alors blanche, c'est-à-dire que la modification critique assurant le dépôt du graphite est supprimée..
Toutefois, si l'on recuit cette fonte blanche vers 880 C pendant un laps de temps suffisant, le graphite se précipite sous une forme nodulaire. On obtient alors ce qui est connu sous le nom de fonte malléable.
Effet des germes de nucléation
Outre le phénomène de surfusion, il existe un autre facteur qui influe sur la forme du graphite dans les fontes à savoir ce qu'on peut dé- nommer "effet des germes de nucléation"o
Lorsque des germes sub-microscopiques de silicates, d'oxydes ou de sulfures de manganèse, etc...contaminent le métal en fusion, il n'est pas possible d'assurer une surfusion contrôléeo Il est évident par exemple que la contamination par le soufre est une cause fréquente d'obtention de graphite en grosses lamelleso En réalité, les connaissances concernant leef- fet de germes de nucléation étrangers sur la formation et la structure du graphite sont insuffisantes,
ainsi que celles concernant l'effet des gaz dissous et des réactions chimiques se produisant dans la fonte en fusion pendant la solidification.
Etant donné que toute solution et tout dépôt de cristaux néces- sitent un certain temps, la vitesse d'abaissement de la température va affec- ter de façon évidente le degré de dépôt de carbone et celui de surfusion et de supersaturation obtenuso En général, une condition de supersaturation est amenée par un refroidissement rapide, cette saturation pouvant être écartée par la fixation du carbone sous forme de carbure de fer
Lorsque les germes de nucléation sont présents en excès, la ten- dance va être de séparer le graphite de l'état de solution à un moment pré- coce au cours du cycle de solidification, en réduisant ainsi la surfusiono
Toutefois, que la fonte soit à l'état hypoeutectique ou hypereu- tectique, qu'elle soit pure ou impure,
quelle soit soumise à un traitement de nucléation (graphitisation), qu'elle soit refroidie lentement ou rapi- dement, et qu'elle soit soumise ou non à un traitement assurant la forma- tion de'graphite nodulaire, elle doit se solidifier sur une vaste gamme de températureso Par suite, le mécanisme de la formation de graphite est tou- jours complexe, et il est rarement possible de produire un moulage en fonte dans lequel le graphite se présente uniquement sous l'une des formes consi- dérées plus haute
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Le degré d'apparition des autres formes de graphite est souvent aggravé par la forme du moulage lui-même, en particulier dans le cas de for- mes complexes qui engendrent des zones chaudes et dans les formes ayant des sections nettement différentes,
Il n'est donc pas dans l'esprit de l'invention de produire un seul type particulier de graphite, non plus que d'obtenir des nodules de graphite entièrement sphérulitiques et formés d'un agrégat de cristallites de graphite rayonnant à partir d'un centre ou germe de nucléation commun.
En fait, un grand nombre d'éléments dénommés sphérulites sont réellement des nodules,c'est-à-dire que ce sont des agrégats de graphite ayant une forme plus ou moins sphérique ou ovale. Cela n'a toutefois pas une importance primordiale, car les recherches dont il a déjà été parlé ont montré qu'en ce qui concerne les propriétés physiques définitives et la tenue du moulage ils ont d'une façon générale le même effeto
Le but de l'invention est par suite d'améliorer la structure du graphite de manière à lui conférer des propriétés mécaniques et une te- nue technique nettement supérieures à la même fonte non traitée avec du li- thium ou un alliage renfermant du lithium.
LITHIUM.
Le métal lithium a un point de fusion de 186 C et un point d'é- bullition de 1336 C Son point d'ébullition élevé lui donne avantage sur la plupart des autres agents de stabilisation du métacarbure, en ce sens que son introduction dans le métal en fusion est plus saine, qu'il ne donne pas lieu à des explosions et à des effets pyrotechniques, et qu'il est d'un con- trôle plus positif,, On peut introduire le lithium dans la fonte en fusion tel qu'il se présente mais il doit être protégé de l'atmosphère, de préférence dans des enveloppes hermétiques en cuivre, fer ou nickel, car il réagit avec l'a- zote de l'airo
On peut d'ailleurs utiliser les alliages de lithium avec plus d'avantages encore que le lithium métallique.
Les méthodes les plus judi- cieuses de produire des alliages de lithium sont
1 - De le fondre et de le mélanger avec les métaux constitutifs.
2 - De déposer par électrolyse le lithium sur ou dans les autres métaux de l'alliage.
3 - De co-déposer le lithium avec les autres constituants de l'alliage,
Le lithium s'allie aisément lorsqu'on l'ajoute à du cadmium, de l'aluminium, du plomb ou du zinc en fusion, et à du bismuth, du magnésium, du silicium, du cuivre ou du nickel. Le point de fusion de l'alliage aug- mente habituellement avec une teneur croissante en lithium.
Suivant un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention on a- joute le lithium sous la forme d'un alliage avec l'un des métaux alcalins ou alcalino-terreux suivants -. calcium, baryum, strontium, magnésium, cé- rium, sodium ou potassium en une quantité telle que la fonte coulée renfer- me de 0, 001 à 0.1% de lithium et de 0,001 à 0.2% de métaux alcalins ou al- calino-terreuxo
Pour obtenir ces alliages de lithium, il est préférable de dé- poser par électrolyse le lithium conjointement avec le métal alcalin ou al- calino-terreux à partir d'un bain en fusion renfermant le lithium et des ha- logénures alcalins ou alcalino-tereux Dans le cas de certains métaux al- calino-terreux (par exemple de calcium) il n'existe qu'une seule opération pour la production d'alliages,
lithium-calcium. On peut manipuler aisément les alliages lithium-calcium, lithium baryum, lithium-strontium ou lithium- magnésiumo Le lithium allié au sodium ou au potassium réagit violemment
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avec l'humidité, l'oxygène et l'anhydride carbonique présents dans l'air.
Dans la pratique réelle, on utilise du lithium métallique con- tenu dans des enveloppes en cuivre, ainsi que du lithium allié au silicium et au manganèse, du lithium allié au calcium et au magnésium, du lithium allié au magnésium et du lithium allié au nickel et au magnésiumo
Les alliages de lithium et de magnésium se révèlent d'une im- portance particulièreo On a proposé déjà d'ajouter du magnésium suivi d'un agent graphitisant à la fonte en fusion, de manière à convertir la plus grande partie du graphite dans la fonte coulée pour lui donner une micro- structure nodulaire.
Les dangers pyrotechniques d'adjonction du magnésium à la fonte en fusion sont considérables, car le magnésium a un point de fusion de 6709 C mais un point d'ébullition d'environ 1120 C, et va par suite brûler violemment si on s'efforce de l'ajouter à de la fonte en fu- siono
Le lithium a un effet d'apaisement remarquable sur le magné- sium, même lorsqu'il est incorporé en des pourcentages ne dépassant pas 3% dans un alliage magnésium-lithium. L'alliage peut être utilisé avec les valeurs extrêmes opposées de 97% de lithium et de 3% de magnésium.
On peut attendre un effet dapaisement, mais l'effet remarquable du lithium sur le magnésium met à part cet alliage particulière En outre, l'effet de l'allia- ge lithium-magnésium sur la fonte en fusion est surprenanto On peut ajou- ter cet alliage en faible quantité et obtenir un effet beaucoup plus im- portant que l'on en attendrait d'une addition beaucoup plus importanteo
L'alliage lithium-magnésium est de préférence tel que, dans la fonte coulée, le rapport en poids de lithium au magnésium soit compris entre 1/3 et 1/30, et de préférence tel que la fonte coulée renferme de 0,001 à 0,05% de lithium et pas plus de 0,2% de magnésium.
Il est désira- ble que la fonte coulée renferme au moins 0,04% de magnésiumo
Un autre.avantage apparent réside dans le fait qu'il n'existe pas de limite de temps critique pour la coulée du moulage après 1"addition de ce nouvel alliageo Des recherches ont montré qu'après inoculation avec du magnésium seul, le moulage doit être coulé en moins de trois minutes.
Ceci n'est pas le cas avec une fonte traitée par un alliage lithium-magné- siumo On peut utiliser alors une durée de coulée normale.
En outre, à cause de l'effet apaisant du lithium sur le magné- sium et de l'effet réciproque des deux métaux, les résultats désirés sur les propriétés physiques sont obtenus avec une addition d'alliage total considérablement plus réduiteo
Dans la pratique et avant l'invention, aucune suggestion prati- que n'avait été faite sur la manière d'ajouter un pourcentage calculé de magnésium et de le mainteniro Des recherches ont montré que la plupart du magnésium présent dans l'alliage selon linvention est retenu dans la masse en fusion, et les pourcentages peuvent par suite être calculés avant l'ad- ditiono
On décrira maintenant trois exemples de modes de mise en oeuvre de l'invention en se reportant aux dessins annexés sur lesquels ;
La figo 1 est une micrographie avec un grossissement égal à 250 d'une section à travers un moulage en fonte telle que décrite dans l'exemple 1.
La figo 2 est une micrographie du même moulage avec un grossis- . sement égal à 20000
La fig. 3 est une micrographie avec un grossissement de 250 d'une section dans un moulage en fonte telle que décrite dans l'exemple 2
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Exemple 1 Essai N 1 Fonte grise renfermant g T.C. 3,76
Si 2,39 Mn 0,93
S 0,025
P 0,17 le reste étant formé sensiblement par du fero
On fond cette fonte dans un four électrique.
On ajoute à la fon- te en fusion g 0,5$ de lithium métallique dans des enveloppes de cuivre, puis 0,4% de silicium (sous forme de ferro=silicium)
Résultats des essais
EMI8.1
<tb> Résistance <SEP> Résistance <SEP> Dureté
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> transversale <SEP> Déformation <SEP> Brinell
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg/cm2 <SEP> en <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> avant <SEP> 1610 <SEP> 950 <SEP> 0,28 <SEP> 187
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> après <SEP> 3570 <SEP> 1440 <SEP> 0,28 <SEP> 255
<tb>
Structure du graphite quasi-lamellaire et nodulaire.
Essai N 2
Même masse de fusion à l'origine 1% de lithium métallique dans des enveloppes en cuivre puis 0,3% de sili- cium (sous forme de ferro-silicium).
Résultats des essais
EMI8.2
<tb> Résistance <SEP> Résistance <SEP> Dureté
<tb> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> transversale <SEP> Déformation <SEP> Brinell
<tb>
<tb> kg/cm2 <SEP> en <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> avant <SEP> 1610 <SEP> 950 <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP> 187
<tb>
<tb>
<tb> après <SEP> 5110 <SEP> 2310 <SEP> 0,41 <SEP> 255
<tb>
Structure du graphite entièrement nodulaire. Voir les Figso 1 et 2 des dessins.
On note dans chaque cas que la fonte traitée est exceptionnelle en ce qui concerne sa fluidité et sa clarté,.tout à fait supérieure et dif- férente de celle résultant du traitement au magnésium ou au cérium. On re- marquera la fluidité résultant de ce traitement. Ce métal va remplir des sections et cavités extrêmement petites qui seraient autrement non complète- ment remplies par la fonte non traitée,
Par suite du coût et des difficultés de manipulation du lithium métallique et à cause des essais cités plus haut, on introduit le lithium dans la fonte en fusion dans des enveloppes en cuivre, ce qui a pour consé- quence une action retardée et l'introduction de quantités excessives de cuivre dans la fonte finale. On effectue d'autres essais en utilisant des alliages de lithium.
Exemple ¯2 : Cet exemple montre les résultats dressais obtenus en utilisant un alliage renfermant 40% de lithium et 60% de magnésium.
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La fonte traitée renferme T.C 3,7
Si 2,2
Mn 0,8
S 0,064
P 0,08 le reste étant formé sensiblement par du fer. On fond cette fonte dans un cubilot ayant un diamètre de 1 mètre environ.
On en prélève trois poches. On ajoute à l'une 1,375% d'allia- ge, à l'autre 0,875% et à la troisième 0,625% On ajoute l'alliage sous for- me de morceaux (d'environ 5 x 3,7 cm) directement à la surface de chaque po- che
Lorsqu'on ajoute l'alliage, on place un couvercle sur la poche et lorsque l'action cesse on effectue les additions de ferre=silicium (90% de silicium).Le métal est agité jusqu'à ce que Inaction cesse et on coule les barres et moulages pour les essaiso
L'action est différente de celle des alliages renfermant du ma- gnésium Elle est calme et suffisamment lente pour contrôler les modifica-. tions physiques.
La quantité de scories produite est excessivement faible et le métal final beaucoup plus fluide que cela n'est normal avec de la fonte nodulaire ordinaireo Les résultats des essais sont indiqués ci-des- sous :
EMI9.1
<tb> Essaie <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
<tb> Quantité <SEP> d'alliage
<tb> ajoutée <SEP> 1,375% <SEP> 0,875% <SEP> 0,625%
<tb> Silicium <SEP> ajouté <SEP> 0,5% <SEP> 0,5% <SEP> 0,5%
<tb> Microstructure <SEP> dans <SEP> un <SEP> entièrement <SEP> .
<SEP> nodulaire
<tb> échantillon <SEP> de <SEP> 25 <SEP> mm, <SEP> nodulaire <SEP> avec <SEP> traces <SEP> Lamellaire
<tb> type <SEP> du <SEP> graphite <SEP> de <SEP> lamelles
<tb> Garnone <SEP> -total <SEP> 3965 <SEP> 3,62 <SEP> 3,55
<tb> Silicium <SEP> 2,2 <SEP> 2,19 <SEP> 2,11
<tb> Manganèse <SEP> 0,78 <SEP> 0,72 <SEP> 0,70
<tb> Soufre <SEP> avant <SEP> 0,064 <SEP> 0,075 <SEP> 0,075
<tb> Soufre <SEP> après <SEP> 0,029 <SEP> 0,047 <SEP> Résistance <SEP> transversale <SEP> 2500 <SEP> kg <SEP> 2220 <SEP> kg <SEP> 1138 <SEP> kg
<tb> Déformation <SEP> 0,42% <SEP> 0,51% <SEP> 0,33$
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la
<tb> traction <SEP> kg/cm2 <SEP> 5390 <SEP> 5040 <SEP> 1610
<tb> Dureté <SEP> Brinell <SEP> 241 <SEP> 241 <SEP> 187
<tb>
On remarquera que leeffet de carbure nest pas obtenu avec des additions d'alliage inférieures à 0,
625%
Des recherches ont montré également grâce à ces essais et à d'autres qu'avec une teneur en soufre allant de 0,06 à 0,08% par rapport au métal de base, au moins 0,875% de eet alliage est nécessaire pour provoquer la formation en noduleso Une particularité frappante de ces essais réside dans le fait quon peut obtenir une formation totale de nodules avec moins
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de 0,04% demagnésium résiduel et moins de 0,15% de lithium en présence de soufre résiduel en une quantité de 0,047% Voir la fige 3 des dessins.
Exemple 3 On utilise un,alliage de 15% de lithium et 85% de magnésiumo
On traite une fonte contenant : T.C 3,7
Si 2,2 Mn . 0,8
S 0,064
P 0,08 le reste étant formé sensiblement de fer, et on la fond dans un cubilot de 1 mètre de diamètre environo
On prélève quatre poches. On ajoute à l'une 1,33% d'alliage, à la seconde 0,875%, à la troisième 0,625% età la quatrième 0,375%'=. On ajou- te l'alliage en morceaux directement à la surface de chaque poche..
Lorsqu'on ajoute l'alliage, on place un couvercle sur les po- ches et lorsque l'action cesse, on effectue les additions de ferro-sili- cium (90% de Si). Le métal est agité jusqu'à ce que toute action cesse et on coule alors les barres et moulages d'essais.
L'action est différente de celle des alliages renfermant du magnésium. Elle est calme et suffisamment lente pour contrôler les modi- fications physiqueso La quantité de scories produite est excessivement ré- duite et le métal final est beaucoup plus fluide que cela n'est normal pour la fonte nodulaire ordinaire,.
Les résultats des essais sont indiqués ci- dessous s
EMI10.1
<tb> Essai <SEP> N <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Quantité <SEP> d'alliage <SEP> 1,33$ <SEP> 0,875$ <SEP> 0,625% <SEP> 0,375%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ajoutée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> ajouté <SEP> 0,5% <SEP> 0,5% <SEP> 0,5% <SEP> 0.5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Type <SEP> de <SEP> graphite;
<SEP> micro- <SEP> entière- <SEP> nodulaire <SEP> lamel- <SEP> lamel-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> structure <SEP> dans <SEP> un <SEP> ment <SEP> no- <SEP> avec <SEP> traces <SEP> les <SEP> les
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> de <SEP> 25 <SEP> mm <SEP> dulaire <SEP> de <SEP> lamelles
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 3,6 <SEP> 3,52 <SEP> 3,5 <SEP> 3,51
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 2,2 <SEP> 2,19 <SEP> 2,19 <SEP> 2,19
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,78 <SEP> 0,68 <SEP> 0,68 <SEP> 0,64
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> avant <SEP> 0,064 <SEP> 0,075 <SEP> 0,075 <SEP> 0,075
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> après <SEP> 0,034 <SEP> 0,040 <SEP> 0,040 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> transversale <SEP> 2670 <SEP> kg <SEP> 2590 <SEP> kg <SEP> 950 <SEP> kg <SEP> 1100 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Déformation <SEP> 0,6% <SEP> 0,
68% <SEP> 0,2% <SEP> 0,28%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> trac-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tion <SEP> kg/cm2 <SEP> 5460 <SEP> 5880 <SEP> 1680 <SEP> 1470
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dureté <SEP> Brinell <SEP> 201 <SEP> 228 <SEP> 176 <SEP> 176
<tb>
Des recherches ont montré également grâce à ces essais et à d'autres qu'avec une teneur en soufre de 0,06 à 0,08% par rapport au métal de base, au moins 0,875% de cet alliage est nécessaire pour provoquer la formation de nodules.
Une particularité frappante de ces divers,essais
<Desc/Clms Page number 11>
réside dans le fait qu'on obtient une formation totale de nodules avec moins de 0,04% de magnésium résiduel et moins de 0,15% de lithium en pré-
EMI11.1
sence d'une teneur en soufre résiduel s1'élevant à 004%'=,
On peut choisir par une série d'expériences d'autres alliages renfermant du lithium et indiqués ci-dessous, ces expériences étant effec- tuées dans le cadre des recherches ayant abouti à linventiono
Le tableau ci-dessous montre la composition approximative de certains alliages renfermant du lithium et pouvant être utilisés comme a-
EMI11.2
gents d'addition pour permettre-olintroduction du lithium dans le bain en fusion avec les quantités requises selon l'invention :
EMI11.3
Alliage N %Li %Mn %Ou %Mg %'0 a %Ni %Si
EMI11.4
<tb> 1 <SEP> 20 <SEP> 20 <SEP> 60 <SEP> == <SEP> == <SEP> == <SEP> #
<tb>
EMI11.5
2 - 15 35 50 == = ,;,;".
3 10 .,:f.#f:= . 80 10 ="" == :,,,""
EMI11.6
<tb> 4 <SEP> 20 <SEP> '==' <SEP> == <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> # <SEP> #
<tb>
<tb> 5 <SEP> 20 <SEP> == <SEP> == <SEP> == <SEP> 80 <SEP> == <SEP> ==
<tb>
<tb> 6 <SEP> 40 <SEP> # <SEP> # <SEP> 60 <SEP> # <SEP> # <SEP> #
<tb>
<tb> 7 <SEP> 40 <SEP> == <SEP> == <SEP> 30 <SEP> ' <SEP> 30 <SEP> # <SEP> #
<tb>
EMI11.7
8 20 == == ==: == 80 == $.
EMI11.8
<tb>
9 <SEP> 20 <SEP> == <SEP> == <SEP> 10 <SEP> # <SEP> 70 <SEP> #
<tb>
<tb> 10 <SEP> 20 <SEP> == <SEP> == <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb>
D'autres combinaisons sont possibles et le tableau ci-dessus en donne une idée généraleo On peut introduire l'alliage en morceaux ou sous forme granulaireo
On peut l'introduire en l'ajoutant à la surface de la poche de coulée comme indiqué plus haut ou bien un mélangeur mécanique peut être u- tilisé dans le courant de métal s'coulant du four ou dans la poche.