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"Perfectionnements à la fonte blanche"
Lorsque des moulages de fonte doivent résister à l'usure ou à l'abrasion, on emploie souvent de la fonte blanche spéciale, mais celle-ci, fréquemment, ne présente pas une combinaison satis- faisante de résistance, de ténacité, de résistance à la oorrosion et de résistance à l'usure. Lorsque la ténacité et la résistance
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à la corrosion sont toutes deux exigées, on utilise plus souvent les fontes grises austénitiques au nickel, au nickel-chrome ou au nickel-cuivre-chrome, mais ces métaux, bien qu'ils possèdent une résistance à la oorrosion et une ténacité satisfaisante, sont fré- quemment dépourvus d'une résistance à l'usure ou à l'abrasion con- venable.
Un autre type de fonte, qui possède de nombreuses proprié- tés satisfaisantes, est la fonte blanche à teneur élevée en chrome contenant, pas exemple, 25% de chrome. Mais ce type de fonte ne résiste par à l'attaque corrosive par des solutions caustiques fortes et il présente le sérieux inconvénient de ne pas pouvoir être fondu dans un cubilot, qui est l'outil de fusion le plus éco- nomi que pour le fondeur.
La fonte blanche, conforme à la présente invention, contient de 3,0 à 3,7% de carbone, de 0,5 à 3% de silicium, de 4 à 8% de nickel, de 4 à 15% de chrome et de 0,2 à 1,5% de manganèse, Les fontes blanches ayant des compositions comprises entre ces limites sont connues. Une caractéristique essentielle de la présente inven- tion consiste dans le fait que les teneurs en carbone, en silicium, en nickel et en chrome sont telles que %C+ % Ni + % Or + %Si = 4,2 à 5, 0
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Les fontes produites conformément à l'invention sont blanches et elles ne renferment pas plus de 0,2% de carbone sous forme non com-binée. Leur microstructure est formée d'une phase carbure et d'une phase austénite-martensite.
Le rapport de l'austénite à la martensite dans la phase austénite-martensite varie d'après les dimensions de la section, la teneur en silicium, etc...
La fonte, objet de l'invention, est caractérisée par une structure à grain très fin, même dans les fortes sections, par une grande dispersion des constituants microstructuraux et par le fait qu'elle est dépourvue des gros constituants dendritiques; cette fonte possède une excellente combinaison de propriétés qui doit être attribuée en grande partie à la finesse du grain.
Les limites entre lesquelles doivent être comprises les
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teneurs des divers éléments sont essentielles. La teneur en carbone doit être comprise entre 3 et 3,7% pour donner une quantité conve- nable de carbure dispersé dans une matrice austénite-martensite.
La dureté décroît pour les teneurs en carbone plus faibles et des de carbure se forment pour les teneurs en carbone aiguilles indésirables/plus élevées. On constate une formation excessive d'austénite si la teneur en silicium est inférieure à 0,5 % environ et la formation de perlite, avec un effet d'affai- blissement, si la teneur en silicium est supérieure à 3%. Le sili- cium a un effet important sur les propriétés obtenues dans les fontes spéciales, objet de l'invention, et on peut l'utiliser pour contrôler le rapport de l'austénite à la martensite dans la phase austénite-martensite, la quantité de martensite augmentant avec la teneur en silicium.
Si la teneur en nickel est inférieure à 4%, il se produit une formation indésirable de perlite et, si elle est supérieure à 8%, une quantité excessive d'austénite est rete- nue. De même, si la teneur en chrome est inférieure à 4%, la fine distribution désirée de carbure n'est pas obtenue et, si la teneur en chrome dépasse 15%, la fonte devient tendre par suite de la formation d'une matrice ferritique.
Le contrôle de la teneur en manganèse est important car, au-dessous..de 0,2%, il se produit un contrôle inadéquat, de la distribution du soufre et, au-dessus de 1,5%, il se forme une quantité excessive d'austénite. les fontes blanches spéciales normales sont caractérisées par une microstructure dans laquelle la phase continue est une phase massive de carbure, le reste de la structure étant une phase discontinue habituellement formée de martensite et d'austé- nite. Quand une fonte, conforme à l'invention, contient de 6,8 à 10% de chrome, on obtient une microstructure qui est exactement l'inverse de la microstructure normalement constatée dans les fontes blanches.
Dans ladite fonte, une phase martensite-austénite est la phase continue et les carbures primaires sont dispersés dans ladite phase de manière discontinue avec un affinement marqué de la structure.
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Dans les fontes, formant l'objet de l'invention, le complément de la composition est du fer, sauf pour ce qui est des impuretés et des éléments accidentels existant habituellement dans la fonte blanche, Comme exemples d'impuretés, on peut citer le soufre à raison de 0,02 à 0,15% et le phosphore à raison de 0,02 à 0,4% Des exemples d'éléments accidentels sont le cuivre et le molybdène, qui peuvent être présents en quantités allant jusqu'à 2% et 1%, respectivement, sans effet nuisible. Tous ces éléments peuvent être considérés comme remplaçant une partie de la teneur en fer de l'alliage et leur quantité totale ne doit pas dépasser 3%.
On va donner ci-après des exemples de fontes blanches con- formes à l'invention, en indiquant leur propriété après coulée en sable, en même temps que celles d'une fonte dans laquelle la te- neur en carbone est trop basse. Les compositions sont données dans le tableau I et les propriétés dans le tableau 11.
Tableau I - Composition
EMI4.1
<tb> Fonte
<tb>
<tb>
<tb> N . <SEP> %C <SEP> % <SEP> Si <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> S <SEP> % <SEP> P
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 2,6 <SEP> l <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> o,i
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 3,6 <SEP> 0,9 <SEP> 5,7 <SEP> 5,7 <SEP> 0,6 <SEP> 0,1 <SEP> 0,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 3,5 <SEP> 1,8 <SEP> 5,6 <SEP> 5,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,1 <SEP> 0,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 3,5 <SEP> 1,8 <SEP> 5,4 <SEP> 7,1 <SEP> 0,6 <SEP> o,i <SEP> 0,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 3,7 <SEP> 2,2 <SEP> 6,1 <SEP> 7,9 <SEP> 0,5 <SEP> 0,03 <SEP> 0,
03
<tb>
Tableau II - Propriétés après moulage en sable
EMI4.2
<tb> Fonte <SEP> Essai <SEP> de <SEP> flexion <SEP> Flèche <SEP> mm <SEP> Essai <SEP> au <SEP> choc <SEP> Dureté
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> transversale <SEP> kg. <SEP> (x) <SEP> Izod <SEP> Kg-m <SEP> Brinell.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> 2178,9 <SEP> 2,79 <SEP> 4,84 <SEP> 375
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 1721,4 <SEP> 1,77 <SEP> 3,18 <SEP> 555
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 2120 <SEP> 2,03 <SEP> 2,90 <SEP> 616
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 2708,9 <SEP> 2,54 <SEP> 3,32 <SEP> 600
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 2400,9 <SEP> 2,54 <SEP> 4,15 <SEP> 540
<tb>
(x) obtenue sur une éprouvette de 30,5 mm de diamètre et sur une portée de 305 millimètres.
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On voit que la fonte N 1, à teneur en carbone trop faible et ne satisfaisant pas à la formule donnée ci-dessus, a une dureté Brinell de 375 après coulée en sable, tandis que la fonte N 2 a une dureté Brinell de 555 dans les mêmes conditions. Les fontes N 4 et 5, possédant la microstructure inversée dans laquelle les carbures sont dispersés de manière discontinue dans une matrice austénite-martensite, ont une meilleure combinaison de propriétés que les fontes N 2 et 3.
Les moulages en coquille des alliages, objet de l'invention, possèdent aussi des propriétés améliorées. Par exemple, une éprou- vette de 30,5 mm de diamètre moulée en coquille en fonte n 2 a une dureté Brinell de 564, tandis qu'une éprouvette semblable mou- lée en coquille en fonte N 1 n'a qu'une dureté de 418 Brinell.
Cette augmentation de la dureté s'accompagne d'une augmentation de la résistance à la flexion transversale et de la ténacité.
Des blocs de-fontes N 2 et 3 coulés en coquille sont complète- tement blancs et ont, pour la face en contact avec la coquille, des duretés de 725 à 744 Brinell et de 719 à 744 Brinell, respec- tivement. Ces moulages en coquille ont une structure à grain très fin. Les fontes obtenues conformément à l'invention ont une plus grande résistance et une plus grande ténacité que les fontes blan- ches communément employées et contenant environ 1,5% de nickel et 4,5% de chrome. Par exemple, des fontes obtenues conformément à l'invention possèdent une résistance d'environ 30% plus grande à l'essai de flexion transversale et ont une ténacité d'environ 20 plus grande dans l'essai au choc que les fontes blanches à 1,5% de nickel et 4,5% de chrome.
La résistance améliorée après moulage au sable procure cet avantage pratique important que des pièces, ayant une forme compliquée difficile à obtenir par mou- lage en coquille, peuvent maintenant être coulées de manière satisfaisante dans des moules en sable.
Dans les essais de corrosion exécutés dans l'acide sulfuri- que dilué à 5% et aéré et dans une eau reproduisant artificielle-
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ment les propriétés de l'eau de mine aérée (contenant 0,8 % de sulfate ferrique), les échantillons coulés en sable et soumis à 1,!essai de corrosion, dans le cas des fontes blanches à 1,5% de nickel et 4,5% de chrome, se sont corrodés environ 2,2 fois plus vite que les échantillons, coulés en sable, de fonte obtenue conformément à l'invention lorsque l'essai a été fait dans l'aci- de sulfurique dilué aéré et environ 20% plus vite lorsque l'essai a été fait dans de l'eau de mine artificielle aérée.
Les fontes obtenues conformément à l'invention peuvent être utilisées toutes les fois qu'une bonne combinaison de structure à grain fin, de résistance, de dureté, de résistance à l'usure et de résistance à la corrosion est nécessaire. Par exemple, des or- ganes de pompes pour puits de pétrole peuvent être exécutés avan- tageusement avec les fontes, objet de l'invention. Des éléments soumis à des efforts ou à des contraintes élevés, comme des organes de broyeurs rotatifs, des tâtes de cylindres de broyeurs, des sabots d'étampage ou des dents de broyeurs, sont d'autres exemples.
Le grain fin de cette fonte la rend particulièrement utile pour la confection de cylindres employés pour le laminage de métaux mous, tels que l'aluminium, où la "tache d'eau" ("watermark"),produite sur de tels métaux par des cylindres en fonte,se trouve réduite ou supprimée grâce à ce grain extrêmement fin.
Ces fontes peuvent être fondues en cubilot ou dans tout autre four de fonderie.