BE529065A - - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Il est connu que dans la fonte malléable, c'est-à-dire coulée blanche et traitée thermiquement pour la graphitisation, on obtient le gra- phite sous forme nodulaire,   c'est-à-dire   sous forme de noeuds ou amas à contours très irréguliers, et que de ce fait les propriétés mécaniques sont sensiblement plus basses que celles de fontes dans lesquelles le gra- phite est sphéroïdal, celui-ci étant obtenu directement à la coulé pour des compositions soit   hypereutectiques   comprenant du cerium, soit compre- nant du magnésium, généralement associé au nickel. 



     I1   est connu que le soufre gêne la graphitisation des fontes malléables et que son effet doit être neutralisé par un excès de manga- nèse, le rapport Mn devant être plus grand que 3. 



   S
Comme l'excès de manganèse peut gêner la graphitisation, ce- lui-ci, doit être limité et, à   fortiori,   en est-il de même du soufre qui reste généralement inférieur à 0,15%. 



   Par ailleurs, on sait que le soufre abaisse les propriétés mé- caniques des aciers de telle sorte que, à l'exception des aciers très ordi- naires de décolletage au sulfure de manganèse, on cherche toujours les plus basses teneurs en soufregénéralement inférieur à   0,05%.   



   Il est donc paradoxal de chercher à améliorer les propriétés des fontes par le relèvement substantiel du soufre et l'abaissement corrélatif du manganèse. Il est surprenant   d'être   ainsi arrivé à des propriétés mécaniques jamais réalisées dans les fontes blanches graphitisées, ni, plus généralement, dans les fontes exemptes   d'éléments   d'alliages. Ces moyens et ces résultats nouveaux surprenants sont les caractères essentiels de la présente invention.   il   a été signalé que, lorsque le rapport S/Mn croit dans une fonte blanche, la graphitisation par recuit tend à faire passer le graphite de forme nodulaire en amas irréguliers à la forme sphéroïdale, où les sphérules sont de plus en plus symétriques et régulières.

   Mais cette remarque scientifique n'avait, jusqu'à ce jour, été d'aucune portée industrielle car la fonte comportait aussi du graphite lamellaire formé à la   solidifica-   tion, ou du graphite nodulaire irrégulier développé au cours du recuit, ou, si elle ne présentait que du graphite spéroïdal, il était impossible d'obtenir la transformation complète de la cémentite de solidification, quelle que soit la durée du recuit. 



   Dans tous les cas, les propriétés mécaniques restaient mauvaises 
Il est connu que dans les fontes blanches pour malléable, une trempe   martensitique   facilite la fine graphitisation au cours du recuit consécutif. La société Demanderesse a autrefois montré, par d'autres travaux, que ce traitement atteint sa pleine efficacité quand il est suivi d' un traitement de germination du graphite vers 450  et de durée suffisante (10 à 50 heures) avant de procéder au recuit de graphitisation à haute température. 



   Dans les fontes au soufre faisant l'objet de la présente invention la fonte blanche obtenue à la coulée doit aussi subir une trempe avant le recuit de graphitisation. Mais contrairement au cas précédent., le traitement de germination ne doit pas   4tre   pratiqué, car le but n'est pas de multiplier au maximum les germes de graphite pouvant donner naissance à de fines nodules, mais vraisemblablement de provoquer la germination du graphite sur les fines inclusions de sulfure de fer. 



   Selon   l'invention.,   le mécanisme envisagé serait de recourir à une fonte riche en inclusions de sulfure de fer FeS finement réparties; à effectuer une trempe martensitique, la martensite formée donnant naissance   par chauffage à des percarbures instables, susceptibles de se décomposer ensuite en cémentite et graphite selon une réaction du type :    
 EMI1.1 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 puis à former les germes de graphite par épitaxie sur la pyrrhotine hexa- gonale, et enfin, dans la suite, permettre le libre développement de ces germes pour donner les sphérules de graphite. 



   On remarquera que s'il s'agit de former des germes, la seule condition de similitude de système cristallin suffit, la relation entre les dimensions de mailles n'étant pas nécessaires. 



   L'invention qui a permis de réaliser des fontes totalement   blan-   ches à la coulée, graphitisation par recuit sans laisser de cémentite de solidification en conduisant à un graphite totalement   sphérulitique   est caractérisée par les points suivants :    1) - la composition comporte un rapport s/Mn supérieur à 1 - en particulier, moins de 0,15 de manganèse et plus de 0,2 de soufre, et de   préférence elle est comprise dans les limites suivantes : C =   2,10   à 2,70 Si =   0,85   à 1,10 Mn =   0,002   à 0,15 
S = 0,20 à   0,30   P¹   0,10   
En général, il n'y a pas d'éléments spéciaux. 



   2) - La solidification dans le moule doit être aussi rapide que possible et, de préférence, notablement plus que ce qui est stricte- ment nécessaire à l'obtention de la structure blanche. Ceci conduit à une fine répartition du sulfure de fer dont dépend la finesse de répartition des sphérules de graphite obtenues au cours du recuit ultérieur; la coulée en coquille est préférable à la coulée en sable. 



   3) - Le traitement thermique comprend essentiellement une trem- pe en martensite, ou, éventuellement, en bainite inférieure, avant de pro- céder au recuit de graphitisation. 



   Cette trempe est avantageusement effectuée dans des conditions de refroidissement rapide, de préférence dans l'huile par exemple, ou éven- tuellement au bain de sel qui peut être un mélange fusible de nitrate et de nitrite alcalin, et conduisant à la structure   martensitique.   



   Pour éviter les   risques   de tapure de trempe, il a été reconnu, selon l'invention, l'intérêt primordial d'effectuer un recuit préalable, simple   austénisation   au-dessus de la fin de transformation à l'échauffement A1 suivi de refroidissement à vitesse moyenne, tel que refroidissement à 1 air calme. 



   Selon l'invention, il a également été reconnu que, si le refroi- dissement de solidification est modéré (moulages en sable) il peut être néces- saire d'effectuer deux traitements consécutifs   d'austénisation   et trempe martensitique. 



   4) - le traitement thermique comprend en outre, après trempe   martensitique,   un recuit de graphitisation au-dessus du point A1, c'est-à- dire à température suffisamment élevée pour que la fonte ne soit constituée que de cémentite et d'austénite, maintenu un temps suffisant pour la dispa- rition totale de la cémentite non dissoute dans l'austénite à la   températu-   re du recuit. La durée de ce recuit est inférieure à ce qu'elle est dans le cas des fontes blanches classiques pour malléable recuites à la même température. 



   Le refroidissement consécutif est conduit en fonction des pro- priétés mécaniques recherchées; on peut obtenir la graphitisation eutec- toide totale pour structure de ferrite et graphite comme dans la fonte malléable usuelle -très douce - ou mieux, arrêter la graphitisation à temps pour que la matrice soit de composition sensiblement eutectoide (perlite lamellaire) ce qui conduit à une ténacité élevée. 



   Eventuellement,on peut, par la suite, faire austénisation, trempe et revenu pour obtenir une ténacité plus élevée. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   TJn exemple d'exécution du procédé, conformément à l'invention est donné ci-dessous :
Des pièces d'un poids de 700 grammes et d'une épaisseur moyen- ne de 20 mm. sont coulées dans des moules partiellement métalliques et par- tiellement en sable. 



   La fonte a la composition suivante :
Carbone   = 2,5   Silicium = 1 Manganèse   = 0,12   Soufre :0,28
Phosphore = 0,10. 



   Après décochage et refroidissement complet des moulages, on chauffe ceux-ci à 8200 pendant 30 minutes et on les refroidit à l'air calme. On effectue ensuite un second chauffage à 825  pendant 30 minutes puis les pièces sont trempées à l'huile. Ces pièces sont ensuite réchauf- fées à   9400   pendant huit heures; après quoi, elles sont sorties du four et refroidies à l'air calme
On obtient une structure à fines sphérules de graphite sur fond de perlite   lamellaire.   



   Des essais mécaniques effectués sur éprouvettes prélevées dans ces pièces conduisent aux résultats suivants :
Limite élastique : 55 à 75 kg/mm2
Charge de rupture : 95 à   100   kg/mm2
Allongement de rupture : 5 à 6 %. 



   De telles propriétés n'ont pas encore été rassemblées jusqu'à ce jour sur des moulages de fonte dépourvus de tout élément d'alliage. 



   Des mesures de limite d'endurance à la flexion rotative sur éprouvette Moore ont été faites. 



   On trouve, pour la limite d'endurance 38 à   40   kg/mm2, ce qui est supérieur aux caractéristiques des fontes   sphéroldales   usuelles. 



   Le procédé présente pour avantages nouveaux : - de s'appliquer à des fontes d'élaboration facile qui mettent en oeuvre des matières premières chargées en soufre, de faible valeur commerciale, et de ne recourir à aucun élément spécial   d'alliage.   



   - de donner, par recuit, une répartition très régulière de graphite en forme de sphérules, cette structure micrographique étant elle-même liée à des propriétés mécaniques très élevées, la charge de rupture étant comprise entre 95 et 105   kg/mm2   avec des allongements compris entre 5 et 6,5  %   si la matrice est perlitique -lamellaire. 



   - d'être d'application industrielle économique et d'une mise en oeuvre facile conduisant à des résultats constants. 



   REVENDICATIONS. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. A) - Procédé de fabrication de moulage en fonte à hautes propriétés mécaniques, à graphite sphéroïdal de recuit, dans lequel les moulages en fonte blanche sont soumis à un traitement thermique, et caracté- risé par les points suivants : a) - La fonte qui peut être coulée en sable ou, de préférence, en moule métallique ou semi-métallique a une teneur en soufre et en maganLse telle que le rapport S/Mn soit supérieur à 1, la composition étant de préférence comprise entre les limites :

   C = 2,10 à 2,70 Si = 0,85 à 1,10 Mn = 0,002 à 0,15 S = 0,20 à 0,30 P 0,10 b) - Les moulages de composition conforme à a) sont soumis à ur traitement thermique qui comprend essentiellement : <Desc/Clms Page number 4> 1) - un chauffage suivi de trempe qui confère au métal une structure martensitique; 2) - un recuit de graphitisation effectue à une température supérieure à A1 et poursuivi le temps voulu - de préférence entre 900 et 9500 pendant 5 a 12 heures.

   En variante, le procédé peut comprendre : 1) - un traitement préalable de détente dans lequel un chauffage à une température peu supérieure à A1 est suivi d'un refroidissement à l'air.

   2) - un traitement de qualité après le chauffage de grahphiti- sation, qui peut être le refroidissement même qui suit ce chauffage avec ou sans revenu consècutif, ou un traitement complémentaire d'austénisation de trempe et revenu, apte à conduire aux propriétés mécaniques désirées.

   B) L'invention concerne en oatre les moulages obtenus par le procédé ci-dessus.

   RESUME.

   Procédé de fabrication de moulage en fonte à hautes propriétés mécaniques, à graphite sphéroïdal de recuit.