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PERFE6TIONNEIENTS <à<UNE.COMPOS ITION .DE STINEE <à.EIRE .àJOUTEE AU FER'OU A L'ACIER..
La présente invention a pour objet un composé nouveau pour régler et améliorer les propriétés physiques de la fonte et pour d'autres utilisations telles que le traitement de l'acier en fusion.
La fonte est un termegénéral¯ qui comprend les fontes grises. ,les fontes blanches, les fontes trempées et les fontes mal- léableso Les propriétés de ces métaux dépendent en partie de facteurs chimi- ques (principalement des pourcentages de carbone et de silicium) et en-par- tie de facteurs physiques, les uns et les autres dépendant de conditions se rapportant aux procédés de fabrication.
Il en est ainsi parce que la fonte est essentiellement le produit issu d'un traitement et on observe l'influence des détails du procédé dans les qualités du produit, L'introduction d'alliages est utilisée pour modifier les propriétés d'un certain nombre de fontes; cer- tains moulages de fonte soit alliés, soit non alliés sont également soumis à des traitements thermiques pour obtenir les résultats que l'on recherche dans les moulages destinés à des utilisations déterminées. La structure phy- sique (c'est-à-dire la nature et la répartition des microconstituants) et par suite les propriétés du métal sont influencées non seulement par ces di- vers facteurs mais aussi par le réglage de la température maximum atteinte par la fonte en fusion et l'allure du refroidissement à la fois pendant et après la solidification.
La fonte est quelque fois considérée comme une matière ne con- venant pas à la construction en raison de sa faible résistance et de-,son man- que de ductilité quand on la compare à l'acier et à certains autres alliages utilisés dans la technique. Quand on les compare, la fonte est généralement décrite comme étant essentiellement fragile;, particulièrement quand elle est brute de fonderie; cette fragilité peut être réduite seulement, dans de fai- bles limites par un traitement par la chaleur, excepté lorsqu'il s'agit de traitements longs et coûteux que l'on applique aux fontes dans la série des fontes malléables.
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La fonte la plus généralement utilisée industriellement dans la construction est toutefois la fonte grise, mais ce terme s'applique effecti- vement à une longue série de composés dont les propriétés correspondantes va- rient dans de larges limites. La composition de la fonte grise se tient géné- ralement entre 0,5 et 2,75 % de silicium et 2,70 à 3,60 % de-carbone-total.
Dans l'étendue de cette composition, la résistance à la traction peut varier de 10 kgs. 5 à 42 kgs, 2 par millimètre carré et quelquefois être plus éle- vee.
Quoiqu'une partie du carbone de la fonte grise puisse être-sous forme combinée, comme le carbure de fer, la plus grande proportion se trouve sous une forme élémentaire telle que le graphite. Les teneurs relatives de carbone libre et de carbone combiné; aussi bien que la forme, la dimension et la distribution de ces éléments dépendent de la composition chimique fi- nale de la fonte et des influences précitées à savoir la température maximum à l'état liquide, l'allure du refroidissement pendant et après la solidifi- cation et la nature des traitements par la chaleur éventuellement appliqués à un moulage solidifié
Les constituants qui peuvent intervenir dans la production de' la fonte peuvent augmenter ou diminuer ses propriétés telles que la résistan- ce, la ténacité et la ductilité On maintient généralement la teneur en sou- fre,
par exemple, aussi basse que possible, car quoiqu'il augmente la résis- tance de la fonte jusqu'à un certain point, il réduit notablement la ducti- lité. L'ajustement de la teneur ensoufre dépend toutefois des matières premiè- res et du procédé et souvent ne peut pas être maintenu à des valeurs très bas- ses parce que l'on ne peut se procurer que des matières premières riches en soufre, le coût de l'affinage au four électrique étant prohibitif et le trai- tement chimique pouvant ne pas convenir ou n'être pas suffisamment régulier.
Le phosphore quelquefois augmente la résistance de la fonte, mais à des te- neurs élevées la rend tout-à-fait fragile.
Certains éléments généralement considérés comme des produits in- tervenant dans les alliages ont été ajoutés pour régler la structure et les propriétés de la fonteo En certains cas, l'addition de tels alliages a pour effet d'améliorer une propriété au détriment d'une autre; par exemple la ré- sistance peut être améliorée mais la ténacité de la fonte peut être réduite, à moins que l'on utilise certaine forme appropriée de traitement par la cha- leur pour conserver la ténacité. En d'autres cas, l'augmentation de la ré- sistance s'accompagne d'une réduction dans la facilité d'usinage de la fon- te ; dans certains de ces cas, un traitement par la chaleur tel que le recuit, peut rétablir la facilité d'usinage.
On sait qu'une addition de magnésium à de la fonte qui autrement coulerait sous forme de fonte grise ou sous une forme approchante contri- bue à donner à cette fonte une forte résistance et une certaine ductilité.
On a reconnu dans certains cas que la ductilité pouvait être augmentée par un traitement de recuit avec une réduction relativement faible de cette ré- sistance maxima.
Toutefois, de sérieuses difficultés ont accompagné des tentati- ves pour rendre pratiquement l'utilisation du magnésium telle qu'elle procu- re avec certitude la reproduction successive, dans des opérations continues de fabrication, d'articles en fonte de haute résistance et de haute résistan- ce et de ductilité satisfaisante. Le point d'ébullition du magnésium étant très inférieur à la fois aux températures de fusion des métaux avec lesquels on le combine de préférence pour fabriquer dés produits d'addition et infé- rieur aux températures auxquelles on coule ou on verse la fonte, il s'en- suite une très grande difficulté pour réaliser sûrement la récupération to- tale du magnésium en provenance des matières premières dans la fonte termi- née.
Le point d'ébullition du magnésium est voisin de 1110 C, ce qui a pour effet de très fortes pertes dues à la vaporisation du magnésium quand on l'ajoute à du cuivre fondu et à du nickel fondu pour réaliser des pro- duits d'addition tels qu'ils comprennent 20 % de magnésium et 80 % de cui-
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vre et 20 % de magnésium et 80 % de nickel. Une autre difficulté apparaît quand on essaie d'introduire du fer dans ces composés. Le fer est un métal de support très intéressant lorsque l'on doit introduire du magnésium dans des alliages de fer tels que la fonte grise ou l'acier. Toutefois l'intro- duction du fer dans les alliages à base de cuivre ou de nickel précités a pour seul effet d'augmenter les pertes déjà élevées en magnésium pendant la fabrication.
Etant donné que la température d'écoulement de la fonte à par- tir du cubilot est normalement de l'ordre de 1260 à 1537 C, il est évident que des pertes supplémentaires se produiront par vaporisation au moment où l'on ajoute des alliages de magnésium à la fonte. Lorsque l'on ajoute du magnésium métallique pur à la fonte à de telles températures de coulée;,, sa volatilisation peut prendre un caractère explosif. La vaporisation du ma- gnésium se poursuit aussi longtemps que la fonte reste en fusion et le facteur temps combiné avec la violente réaction initiale a pour effet des pertes variables et des variations de propriétés échappant au contrôle in- dustriel normal.
L'utilisation de tels produits alliés d'addition tels que les composés précités formés de 20 % de magnésium et 80 % de cuivre et de 20 % de magnésium et de 80 % de nickel ne résoud pas ces difficultés de manière satisfaisante. Par exemple si la fonte à laquelle on ajoute de tels alliages se trouve à une température située dans la partie élevée de l'é- chelle de température ci-dessus, il se produira une violente réaction avec des pertes élevées de magnésium par volatilisation ainsi qu'une perte de métal et le risque pour les travailleurs de recevoir des projections de fonte en fusion. Si, par contre,la température de la fonte est basse il peut survenir une dissolution incomplète, ayant pour effet des segrégations et des variations à la fois de structure et de propriétés dans toute la mas- se du produit.
La demanderesse a découvert, au cours de recherches étendues orientées pour l'élaboration d'un procédé donnant satisfaction en vue de la production de fonte contenant du magnésium et présentant des proprié- tés susceptibles d'être prévues à l'avance et d'être reproduites, que par un procédé comprenant la fabrication et l'utilisation de certains composés de préférence sous forme d'alliage, de magnésium, de silicium et de plomb, avec ou sans fer ou fer et manganèse, on apporte une solution inattendue à ces problèmes. En premier lieu la présente invention a pour objet un pro- cédé grâce auquel où l'on met le magnésium sous une forme convenant au traitement de la fonte avec une récupération complète accrue de magnésium en provenant des matières premières dans la fonte terminée.
Plus particulièrement la présente invention a pour objet une certaine combinaison précise des proportions de magnésium, de silice et de plomb, avec ou sans fer ou fer et magnanèse, qui augmente sensiblement la récupération du magnésium dans la fabrication du produit d'addition aus- si bien que pendant l'addition de ce produit à la fonte en fusion. La com- binaison de ces effets apporte une économie remarquable. Il est encore tou- tefois plus remarquable que lorsqu'on utilise des composés dans les limi- tes de la présente invention on peut obtenir les améliorations désirées dans la fonte finie plus rapidement et avec une plus grande régularité.
Quoique l'on ait pu obtenir fréquemment de la fonte dans laquelle la tota- lité du carbone était sensiblement sous forme de granules ou sphéroïdes on a éprouvé de la difficulté pour obtenir des moulages de structure par- faite dans des conditions de production comportant une grande variété d'u- sines, de matériels de fusion, de matières premières et autres particula- rités de fonderie. On peut s'approcher de beaucoup plus près de la per- fection quand on utilise des alliages conformes à l'invention.
Les compositions qui ont donné les avantages précités contien- nent environ 5 à 30 % de magnésium, environ 15 à 40 % de silicium et en- viron 20 à 70 % de plomb. Cette composition peut également contenir du fer ou du fer et du manganèse. Le ferne doit pas dépasser 28 % et le manganèse ne doit pas dépasser 12 %. Les impuretés habituelles et les éléments moins importants tels que le carbone, le soufre., le phosphore, etc.. peuvent
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exister en quantité n'excédant pas un total d'environ 4 %.
Le nickel ne fait pas partie de ces éléments secondaires; il se trouve de nos jours dans quelques fontes en gueuse et dans la plupart des riblons de fonte et d'acier et par suite peut exister dans ces alliages en quantité pouvant s'é- lever à environ 2 % et ne nuit pas à l'action des alliages. Dans les compo- sitions conformes à la présente invention l'aluminium est un élément nuisi- ble. Il doit être maintenu au-dessous de 1 % et de préférence au-dessous de 0,6 %.
La quantité d'alliage ajoutée à la fonte en fusion destinée à être coulée sous forme de moulage en fonte grise varie avec la nature de la fonte (telle qu'elle dépend des matières premières utilisées et des condi- tions de fabrication pendant la fusion), avec la température maximum attein- te par la fonte en fusion, la température à laquelle on effectue 1-'addition, la teneur en soufre de la fonte et peut être d'autres facteurso En général l'addition est voisine de 0,12 à 0,20 % du magnésium contenu., plus une quan- tité de magnésium égale à une fois et demie la teneur en soufre de la fonte.
Ceci n'est pas une quantité absolue mais une quantité qui varie selon la composition exacte de l'alliage que l'on utilise, aussi bien que selon les divers facteurs agissant sur le caractère de la fonte en fusion, comme on l'a précisé ci-dessus, et selon le procédé d'addition de l'alliage à la fon- te en fusion. On aura toutefois intérêt, pour commencer, à effectuer la mi- se au point du procédé dans une fonderie déterminée possédant une expérien- ce particulière de la fusion de sorte qu'il suffise d'un nombre limité d'es- sais dans lesquels on fera varier l'addition en plus ou en moins, pour fi- xer rapidement l'addition optimum nécessaire.
En général la quantité d'al- liages ajoutée doit être telle qu'il reste dans la fonte solidifiée une te- neur totale en magnésium de 0,04 à 0910 %, de préférence de 0,05 à 0,08 %.
Ces produits d'addition sous forme d'alliages présentent en ou- tre l'avantage d'une augmentation de la récupération du magnésium à la fois pendant la fabrication et pendant l'utilisation dans le traitement de la fon- te grise. Des alliages dont la composition se trouve dans ces limites ont la propriété particulière de se dissoudre suffisamment facilement dans la fon- te pour qu'on puisse effectivement les utiliser aux températures de coulée habituellement très basses, qui caractérisent la pratique d'une fonderie in- dustrielle moderne. Par ailleurs, la dissolution est suffisamment lente pour que l'alliage et ses composés soient uniformément répartis dans la masse en fusion et le magnésium ne sera pas éliminé si rapidement qu'il ne puisse exercer son influence sur la masse toute entière de la fonte.
En dehors des précautions qu'il convient de prendre pour se protéger contre les vapeurs de plomb susceptibles de se dégager pendant le traitement de la fonte, il n'est besoin ni de précautions supplémentaires ni de modifications à la pra- tique courante antérieure; il suffit d'ajouter l'alliage à la fonte qui serait autrement coulée sous forme de fonte grise et présenterait.une résis- tance basse ou réduite.
On n'a pas éclairci la ou les raisons pour lesquelles ces alliages fondus dans des conditions précises telles qu'ils puissent être utilisés avec plein effet tout le long d'une échelle de températures de cou- lée aussi étendue mais toujours fondue suffisamment lentement pour que tous les composants et particulièrement le magnésium se répartissent uniformé- ment dans toute la fonte, mais les observations ont été suffisamment nombreu- ses pour être concluantes.
En améliorant les propriétés mécaniques de la fonte les alliages conformes à la présente invention régularisent la microstructure de la fon- te grise de telle sorte qu'il se produit du graphite en forme de nodules en quantité importante allant généralement jusqu'à la transformation complète du carbone sous cette forme.
Les procédés d'échantillonnage et d'analyse couramment utilisée montrent qu'après l'addition des alliages conformes à la présente invention la teneur en carbone et la teneur en soufre des fontes non traitées ont été réduites par le traitement. La réduction de la teneur en soufre est sans doute due à la combinaison de magnésium avec au moins une partie du soufre et son élimination sous forme de scorie ou d'un constituant entrant dans la
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composition de la scorie.
La raison de la modification de la teneur en car- bone n'est pas aussi évidente et il se peut que la modification soit appa- rente plutôt que réelle en raison de la différence dans la forme et la dis- tribution du carbone'. ce qui entraîne la nécessité de réaliser des procédés d'échantillonnage et d'analyse différents de ceux utilisés habituellemento
On n'a pas jusqu'ici imaginé ni découvert des procédés donnant entière sa- tisfactiono
Il a été jusqu'ici absolument nécessaire dans la production de la fonte, dont tout ou presque tout le carbone se présente sous la forme de granules ou sphéroides, d'y ajouter après l'addition de l'alliage de magné- sium une seconde addition riche en silicium tel que du ferro-silicium dont la quantité est importante dans la plupart des cas.
Quand on utilise les al- liages conformes à la présente invention, cette addition finale de ferro- silicium n'est pas nécessaire et l'on peut s'en passer dans la plupart des cas. La quantité de silicium représentée par l'addition des alliages con- formes à la présente invention est très inférieure à celle qu'il y aurait lieu d'ajouter conformément aux procédés antérieurs de la technique après l'incorporation de l'alliage de magnésium.
Mais dans ces cas, où l'on effec- tue une addition finale d'un alliage riche en siliciumg la teneur totale en silicium représentée par cette addition plus la teneur en silicium ajoutée par le moyen de l'alliage magnésium-silicium-plomb est nettement inférieure à la teneur en silicium ajoutée au titre d'une dernière addition de ferro- silicium conformément aux procédés antérieurement en usage dans la techni- que.
Lorsque l'on utilise effectivement la dernière addition de ferro-sili- cium en liaison avec les alliages conformes à la présente invention, la te- neur maximum de ferrite dans la microstructure peut être obtenue avec une addition minimum de silicium., ne laissant tout au plus qu'une très petite quantité de structure perlitique dans la masse des constituants et il en résulte un avantage au point de vue de la facilité d'usinage et de la ré- duction de l'usure des outils utilisés pour l'usinage. La production d'une fonte présentant un minimum de perlite a également pour effet une ductili- té maximum du composé de fonteo
Quoique des résultats franchement satisfaisants puissent être obtenus dans certains cas dans le traitement de la fonte avec' des composés compris dans les limites précitées,
se présentant non sous forme d'alliage mais sous forme de mélanges mécaniques, on obtient de bien meilleurs ré- sultats en utilisant ces compositions sous forme d'alliage.
On a également ajouté des alliages conformes à la présente in- vention à de l'acier fondu pour abaisser la teneur en soufre de l'acier.
Par exemple:, l'utilisation de ces alliages a provoqué un abaissement de la teneur en soufre de certains aciers depuis environ 0,03 % jusqu'à environ
0,02 %.
Il est bien entendu que l'on peut apporter diverses modifica- tions aux exemples de mise en oeuvre donnés ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.