<Desc/Clms Page number 1>
L'invention se rapporte à la fabrication de pièces de fonte gri- se à caractéristiques élevées,, ayant des propriétés physiques contrôlées et non sujettes à la faiblesse structurale résultant de l'influence de la masses qui est le défaut courant de la fonte de moulage grise commerciale.
En général, la fonte dé moulage est produite à partir de mélan- ges de mitraille et de fonte crue fondus dans un cubilot, ou même directe- ment à partir de fontes crues liquides fondues dans un haut fourneau. Une telle fonte de moulage est un matériau relativement faible et fragile, peu recommandable,en tant que matériau pour l'industrie mécanique et variant considérablement dans sa composition structurale de pièce en pièce, voire à l'intérieur d'une même pièce.
Cette variation de structure est due prin- cipalement à la quantité et à la forme de la,paillette de graphite qui se rencontre dans une fonte grise normale, et aux difficultés que 1'on rencon- tre pour contrôler cet élémento
L'introduction d9acier dans/la charge de cubilot et le meilleur contrôle de l'analyse de la fonte de moulage en ce qui concerne les éléments chimiques contrôlant la graphitisation représentent un progrès vers un meilleur produit pour l'industrie mécanique.,En bref., l'introduction d'acier dans les charges jusqu'ici à teneur élevée en fonte brute a conduit à un abaissement de la teneur en carbone total etpar conséquente à un abaissement à la fois de la quantité et de la dimension des paillettes de graphite causes de la faiblesse.
Malheureusement-, 19emploi sans discrimination'de l'acier dans la charge se traduit couvent par un excès de dureté un manque de résistan- ce., une contraction et une gazéification excessives dans la fonte de moulage.
Ceci a conduit au procédé de graphitisation ou d9inoculation par des matières graphitisants préalablement à la coulée' delà fonte de moulage. On a trouvé que 1'utilisation judicieuse des derniers inoculants conduit à de la fonte de moulage ayant des propriétés mécaniques supérieureso On peut considérer ce progrès comme étant un des plu& significatif 8 dans l'art de produire des types de fonte de moulage pour l'industrie mécanique, bien que ces fontes de moulages, tout en étant produites par un procédé d'inocu- lation, soient toujours sujettes à unie grande variation des propriétés phy- siques, à une structure de graphite indésirable, à'des défauts de gazéification,
à une fluidité médiocre et à une contamination excessive par des impuretés non métalliques.
Pendant de nombreuses années, de nombreux métallurgistes éminents ontaccordé leur attention au mécanisme et au contrôle des constituants structuraux de la fonte de moulage pendant le processus de solidification, depuis l'état fondu jusqu'à l'état solide.
Trois variables principales interviennet :
1. La nature de la charge,fondue.
2. La composition chimique.
3. Le taux de refroidissement de la pièce dans le moule.
Diverses formules ont été'développées pour relier la composition chimique du fer au taux de refoidissement ou à la section de la pièce.
Malheureusement,on constata que seule la forme la plus simple possède un taux de refroidissement défini, et on'observé bient8t que la composition chimique ne pouvait pas être ajustée suffisamment pour assurer une microstructure uniforme et sûre dans toutes les pièces coulées. On obtint une certaine amélioration par le contrôle de la composition chimique combiné à une inoculation ultérieure, mais on constataque des pièces de section variables, qui présentent des taux de refroidissement variables, ne peuvent être contrôlées avec un dégré quelconque d'exactitude.
On a accordé à la question de la nature des matières de charge une attention considérable et de nombreuses théories ont été avancées pour
<Desc/Clms Page number 2>
expliquer le mécanisme de la solidification de la fonte de moulage, Ainsi, il a été postulé que la graphitisation dépend largement delà présence de germes dans la masse fondue. On a décrit ces germes comme étant des silicates, des particules de carvone non dissoutes:, et même des gaz contenus dans le fer. On a montré que la surchauffe, le lavage avec des gaz inertes et 1-'enlèvement des silicates pouvaient affecter réellement le mode de graphitisation de la fonte de moulage.
Il était accepté d'une manière générale par les métallurgistes versés dans ce domaine que le contrôle complet et positif des structures de la fonte grise de moulage est possible seulement lorsque le degré d'ensemencement de la fonte de moulage est un facteur
EMI2.1
constant ou connue Ce degré d' &1semencement provient de la nature des matières-de charge, des conditions de la fusion et d'autres facteurs.
L9mélioration récente la plus importante pour le contrôle de la structure de la fonte grise est sans contredit le procédé décrit dans le¯ brevet britannique ? 590.344.. Dans ce brevet, le concept fondamental de constitution est esquissé et on y enseigne un contrôle double simultané dés indices de carbure de constitution et de traitement en relation avec la section de la pièce et les propriétés physiques désirées. Ce procédé positif de contrôle est entièrement nouveau dans le domaine de la métallurgie de la fonte de moulage et il s'est traduit par une amélioration sensationnelle de
EMI2.2
1-quniformité de structure des fontes de moulage.
Par sa nature cette découverte est fondamentale et elle révèle la conception des valeurs de carbure de constitution et graphitisé en relation avec la section de la pièce coulée, cette invention constitue un progrès dans ce domaine et énonce un nouveau procédé pour obtenir ces rapports dans la pratique. On peut obtenir ces valeurs de carbure dont il est question ici par le procédé au coin, qui est révélé dans le brevet britannique N 590.344. ou par tout autre procédé connu dans ce domaine.
Un objet de la présente invention est de fournir un contrôle positif prédéterminé de la valeur du carbure de constitution, un contrôle positif de la valeur du carbure graphitisé et un contrôle positif des composants structuraux de la fonte de moulage, tels qu'ils sont influencés par Inaction de masser Un autre objet de l'invention est d'apporter un procédé pour obtenir une fonte de moulage ayant des propriétés physiques prédéterminées constantes et reproductibles.
EMI2.3
En se rapportant aux dessins d-'accompagnement, la figure 1 est une des nûJr,.br"::-U.a3S manières de représenter les principes inclus ; elle cons- titue un graphique ayant comme coordonnées les valeurs de carbures telles
EMI2.4
qu'elles sont mesurées sur un coin dressai de 28 1/209 et l'indice de dissolution du graphite L9indiC4e de dissolution du graphite est le pourcentage de carbone graphitique dansla charge plus un dixième de l'équivalent de carbone de la. charge.
L9equivalent de carbone ici est le carbone total plus un tiers d u 3liaium , la figure 2 est représentative d'un procédé pour relier les changements des éléments chimiques avec la valeur de carbure ; c'est un graphique ayant comme coordonnées la valeur de carbure telle qu'elle
EMI2.5
est mesurée sur un coin dressai de 28 1/2 , et le rapport de changement chimique Le rapport de ehangement- chimique est une relation empirique et est égale à T--OIE :C5 is pOUéëúg9 de perte en silicium à la fusion plus deux fois le fú1,<.'Ç:::¯,:"",gG de p'3':rte en icanganèse à la fusion. Eteins le pourcentage de gain en carbone la fu:;iúuc . 0 0 ....
1 àtes ..Les charges utilisées dans rétablissement de ce graphi- que particulier ont un indice de solution de graphite de 1,700
En bref, la présente invention comprend a) l'établissement d'un moyen de contrôle de graphite de la charge pour assurer une valeur de carbure de constitution prévisible lors de la fusion, b) l'addition et la dissolution contrôlées du graphitisant sur
<Desc/Clms Page number 3>
une base positive par rapport à la valeur de carbure graphitisé ou de trai- tement, en relation avec la valeur du carbure de constitution, la section de la pièce et les propriétés recherchéeso
Par conséquent,la présente invention apporte un procédé pour la production de fonte de moulage,
qui comprend les phases opératoires d'ajustement de la compostion de la charge en ce qui concerne la teneur en carbone graphitique et en équivalent de carbone pour avoir une Valeur du carbure de constitution définie,de fusion de la charge et de raphitisa- tion de la masse fondue avec un agent consistant en un mélange d'un additif à base de silicium et d'un fluorure alcalino-terreux.
Calcul de la composition de la charge.
Ceux qui sont versés dans ce domaine comprendront aisément que la valeur de carbure, obtenue d'après un coin d'essai qui a des dimensions fixes et un taux de refroidissement constant, est fonction de la constitu- tion physique de métal de même que de la composition chimiqueAinsi, avec unecompositionichimique fixe, la valeur de carbure variera lorsque la cons- titution physique de la fonte de moulage varie, tandis qu'avec une consti- tution physique fixe, la valeur de carbure variera lorsque la composition chimique varje,
La valeur de carbure,déterminée par un essai de fracture du coin, est une fonction du degré de surfusion ou de sous-refroidissement qaunt à la solution de graphite en passant de l'état liquide à l'état so- lideo Ainsiune valeur élevée de carbure représente un degré élevé de surfusion,
tandis'qu'une faible valeur de carbure représente un retour à la condition normale de solidification. Ce degré de surfusion ou de sous- refroidissement au cours du processus de solidification estinfluencé par la nature delà matière chargée, sa composition chimique et les conditions ob- tenues durant la fusion de la charge.
Etant donné que la précipitation du graphite du métal fondu pour donner une fonte grise est en partie fonction de la présence et de l'ac- tion de substances d'ensemencement dans la masse fondue, il s'en suit que la présence ou l'absence de telles substances d'ensemencement exercera un effet profond sur la constitution physique du métal et sur le coin de car- bure de constitution. Ainsi, un métal avec une concentration élevée en matière d? ensemencement donnera un coin de carbure bas, tandis qu'un métal à basse concentration en matière d'ensemencement donnera un coin de carbure élevé.
En résumé, la constitution physique d'une fonte de moulage, c'est- à-dire le degré de surfusion, est en somme déterminé par la concentration de matière d'ensemencement présente dans le m étal fondu au moment du changement d'état de la condition liquide à la condition solide.
Cette conception est absolument directe parce que l'introduction délibérée de matière d'ensemencement, comme dans le procédé d'inoculation, abaisse immédiatement la valeur de trempe du métal. De même la présence ou autre de matière d'ensemcement dans la masse fondue originale influencera directement sa valeur de carbure inhérenteo
Le calcul et le contr8le de la composition chimique des charges de cubilot dans le procédé de la présente invention sont basés sur le con- trôle initial des substances d'ensemencement présenteso On porte principalement son attention dans le contrôle sur la teneur en carbone de la charge.
Il est bien connu que le graphite est une matière extrêmement réfractaire et aussi que sa dissolution complète dansée bain ferreux fondu demande du temps. En plus de ceci, son taux de dissolution est une fonction directe à la fois de la température et de la composition.
Dans un cubilot, la fusion est extrêmement rapide et le métal fondu est enlevé du four peu de temps après la fusion. Ce temps d'enlèvement
<Desc/Clms Page number 4>
variera suivant la dimension du four et la capacité du creuset. mais ce temps est dans tous les case et pour tous les types, relativement court.
Les paillettes de graphite dans la charge originale peut donc. à cause de leur dissolution incomplète, passer dans le métal fondu final sans être complètement dissousoElles peuvent agir alors comme matière d'ensemencement dans la solidification finale de la fonte de moulage, ce qui aboutit à abaisser de manière efficace la constitution physique ou la valeur de carbure du métal fonduo
Comme mentionné précédemment, la dissolution du graphite durant la fusion est contrôlée par letemps, la température et la valeur de saturation en carbone de la charge. Ainsi, la dissolution du graphite est plus basse lorsque la teneur en graphite de la charge est plus élevée, et elle est plus élevée lorsque la teneur en graphite de la charge est--plus basse, toutes choses restant égales.
Bien qu'on ne puisse pas ignorer l'effet d'ensemencement d'autres substances, comme par exemple les silicates en suspension, ena trouvé que pour toutes les applications pratiques l'effet des germes de graphite est si puissant que le contrôle de la dissolution de ces germes au cours de la fusion se traduit aussitôt par un contrôle positif de la valeur du carbure de constitution de la composition fondue.
Par conséquent, le premier stade dû-procédé amélioré de la présente inventionrepose sur le contrôle de la teneur en carbone graphitique de la charge,de manière à. contrôler efficacement la dissolution des germes de graphite au cours de la fusion et à produire un métal fondu de valeur de carbure contrôlée.
Gomme le taux de dissolution de graphite pendant la fusion dépend également de la composition de la charge, on a jugé qu'il est souhaitable de tenir compte de la teneur en carbone de la charge qu'exprime le facteur équivalent de carbone bien connu, c'est-à-dire carbone plus un tiers de la teneur en silicium ¯pour les matières ordinaires.
Ainsi le premier stade est de calculer la teneur en carbone -graphitique de la charge et dé modifier ensuite sa valeur suivant la teneur équivalente de carbone de la charge pour fournir un indice de dissolution de graphite qui est utilisé comme point focal dans le contrôle. On peut évidemment effectuer le calcul exact de diverses manières, mais la carac- téristique importante de l'invention est de relier la teneur en carbone graphitique de la charge et la teneur équivalente de carbone de la charge de manière à fournir un indice de dissolution de graphite pendant la fusiono
EMI4.1
<tb>
<tb> A <SEP> titre <SEP> d'exemple <SEP> :
<SEP> (+) <SEP> (+) <SEP> CARBONE <SEP> GRAPHITE
<tb> kg <SEP> C.T. <SEP> G.G. <SEP> kg <SEP> kg
<tb> rails <SEP> d'acier <SEP> 271.8 <SEP> 0,7 <SEP> 0 <SEP> 1,90 <SEP> 0
<tb> fonte <SEP> crue <SEP> 67.9 <SEP> 3,80 <SEP> 3.50 <SEP> 2,58 <SEP> 2,38
<tb> mitraille <SEP> de <SEP> fonte <SEP> 90.6 <SEP> 3,10 <SEP> 2.30 <SEP> 2,80 <SEP> 2,08
<tb> ferrosilicium <SEP> 22,7 <SEP> 2,00 <SEP> 2.00 <SEP> 0,45 <SEP> 0.45
<tb> % <SEP> total <SEP> 453.0 <SEP> 7,73 <SEP> 4.91
<tb> 1,71 <SEP> 1,085
<tb> (+) <SEP> C.T. <SEP> carbone <SEP> total <SEP> G.G. <SEP> = <SEP> carbone <SEP> graphitique
<tb>
Ainsi, le pourcentage de carbone graphitique dans cette charge est de 1,085 et celui-ci doit être modifié en vue d'obtenir l'indice de dissolution de graphite.
Avec une teneur en silicium de 1,50 % dans la charge, l'équivalent de carbone total de la charge est de 1,71 plus (1/3 x 1,50), ou 2,21 %. Pour les applications pratiques, on a trouvé qu'en ajoutant 1/10 de cette équivalent au pourcentage de carbone graphitique. on a un indice de dissolution de graphite sûr.
Parconséquent; pourcette chargel'indice de
<Desc/Clms Page number 5>
dissolution de graphite est de 1,085 plus (221 divisé par 10), ou 1,306 %
On ne désire pas être limité à une méthode exacte quelconque de calcul parce que., comme ceux qui sont au courant de la partie s'en rendent compte, plus lire facteurs correctifs différents pourraient intervenir à la condition que le graphite de la charge soit toujours pris en considération pour obtenir la valeur de carbureo
Dans une série de bains fondus très soigneusement contrôlés où .l'indice de dissolution de graphite était calculé et la valeur de car- bure résultante mesurée, sur des pièces en coin ayant un angle aigu de 28,
1/2, on a obtenu les résultats représentés dans la figure 1.
Cette relation en tant que base du contrôle du carbure de constitution a été utilisée sur une grande échelle et a donné toujours des résultats consistants. La relation particulière dans la figure 1 est confinée à la fonte de moulage compri- se dans l'intervalle de variation normale de la composition.
Le premier stade de l'invention consiste en l'ajustement de la composition de la charge en ce qui concerne la teneur en carbone graphitique, comme indiquéo Ceci établit un contrôle initial de la teneur disponible en germes dans la charge et constitue un moyen sûr de contrôle du degré de surfusion ou de la consitution physique du métal fondu. La valeur du carbure de constitution est mesuré au moyen d'essais au coin utilisés couramment par les professionnels.,
FUSION DE LA CHARGE.
On peut modifier la valeur du carbure de constitution de la fonte de moulage fondue par le procédé de fusion, ceci parce que le processus de fusion lui-même peut modifier le nombre de germes disponibles dans le bain fondu et modifier ainsi le degré de-surfusion ou de sousrefroidissement .
Il est courant que lesprofessionnels de ce domaine établissent le processus de fusion demanière à apporter des chagements relativement core tants dans la composition chimique de la fonte de moulage au cours du processus de fusiono Ainsi, dans des conditions de fusion bien réglées, on constate que les éléments carbone, silicium, manganèse et même soufre et phosphore varient entre des limites étroiteso
Les éléments silicium, manganèse et carbone offrent une importance particulière et il est courant de perdre du silicium et du manganèse , pendant la fusion tandis que le carbone peutaugmenter. Le degré selon lequel ces éléments varient exerce un effet direct sur la valeur du carbure obtenue lorsqu'on fond une charge donnée.
En ajustant le bain de fusion de la manière pratiquée par les professionnels, il est possible de faire varier le degré de changement obtenu dans les éléments chimiques et par conséquent la valeur de carbure du métal fondu. Il est courant en pratique de réduire toutes les variantes de la fusion à une valeur constante pouréliminer autant que possible les variations des éléments chimiques pendant la fusion.
Dans le procédé de la présente invention il es possible de modifier la valeur du carbure de constitution par le procédé de fusion, mais pour chaque condition de fusion, on trouvera que la valeur du carbure de constitution varie directement avec l'indice de dissolution de graphite de la charge. Ainsi, une variation dans la condition de fusion signifie simplement qu'une nouvelle relation doit être établie pour relier la ur en carbone graphitique de la charge à la valeur du carbure de constitution. Ceci n'affecte en aucune façon l'idée fondamentale de l'invention qui consiste à contrôler le carbone graphitique de lacharge pour contrôler le degré de surfusion ou de sous-refroidissement.
Comme autre moyen auxiliaire de contrôle-de la valeur du carbure de constitution par le contrôle de la teneur en.graphite de la charge, on a
<Desc/Clms Page number 6>
trouvé que l'effet exact de la condition de la fusion sur la valeur de carbure de constitution peut être facilement pris en considération.
La figure 2 indique que la valeur du carbure peut être altérée par une vari ''ion dans le changement des éléments chimiques pendant le processus de fusion. Dans la figure 2 le changement des éléments chimiques a été calculé par une simple formule, à savoir trois fois la perte en silicium pour cent plus deux fois la 'perte en manganèse pour cent moins le gain en carbone pour cent. On a trouvé que cette formule représente une mesure commode du degré de changement des éléments chimiques pendant la fusion.
Les résultats représentés dans la figure 2 ont été obtenus à partir d'une série de bains fondus où la teneur en carbone graphitique de la charge, telle qu'elleestexprinée par l'indice de dissolution du graphite, était maintenu constante mais où on faisait varier lafusion de manière à modifier* les pertes et gains des éléments. On mesurait la valeur de carbure au moyen d'un essai au coin.
En se basant sur la relation représentée=dans la figure 2, on a trouvé qu'un accroissement de 10 dans le rapport de changement chimique aboutit à un accroissement de 2-2,5 / 32e de la valeur de carbure du métal.
Une diminution de 10 dans le rapport de -changement chimique aboutit à une diminution de 2-2,5 /32e de la valeur de carbure du métal.
Si, par conséquent, un changement des éléments chimiques lors de la fusion est inévitable à cause d'un changement dans la quantité du coke, de l'acidité ou de la basicité de la scorie , de la vitesse de fusion et d'autres facteurs, il est possible de déterminer le degré de ce changement et d'ajuster la charge en ce qui concerne la teneur en carbone graphitique de manière à réaliser une valeur de carbure de constitution contrôlée dans le métal fendu.
Un exemple d'un tel ajustement,tel qu'il est appliqué d'après les enseignements de la présente invention, est le suivant :
On place une série de charges dans le cubilot pour avoir une valeur de carbure de constitution de 12/32e. A cet effet, on ajuste la valeur de la charge suivant la figure 2 pour avoir un indice de dissolution du graphi- te de 1,50. Le contrôle de la fusion dans le cubilot aboutit normalement a un rapport de changement chimique de 30 qui donne la valeur désirée de carbure de constitution d'environ 12/32eo
Par suite de la perte par combustion du lit de la coupole vers la fin de chauffage, on trouve que le rapport de changement à la fusion augmente à 50 et que la valeur du carbure de constitution est plus élevée qu'on le désire.
Comme la qualité du coke utilisé pour la fusion rend difficile -le maintien .du rapport de perte chimique normal, qui est de 30, il est nécessaire de modifier la charge à la fin du chauffage pour conférer une valeur de carbure de constitution plus basse de manière à compenser le gain de la valeur de carbure de constitution -produitepar la fusionà ce stade du chauffage.
Un coup d'oeil sur la figure 2 montre que ce gain est d'environ 5/32e pour le changment de 30 à 50 dans le rapport de laperte à la fusion.
Pour une valeur désirée de carbure de constitution de 13/32e, l'indice de dissolution de la charge doit par conséquent être changé pour avoir une valeur de carbure de constitution de 7/32e. La charge à la fin du chauffage doit alors être modifiée pour avoir un indice de dissolution de graphite de 2,0. Ceci avec le rapport de changement chimique de 50 aboutit à une valeur de carbure de constitution d'environ 12/32e, comme souhaité.
Ainsi, dans la pratique de l'invention la teneur en graphite de la charge peut être modifiée pour obtenir une valeur définie de carbure de constitution pour toute condition définie de fusion.
<Desc/Clms Page number 7>
ENSEMENCEMENT OU GRAPHITISATION CONTROLE DU BAIN FONDU.
L'ensemencement de la fonte de moulage fondue avec un additif de graphitisa+ion est peut-être le procédé le plus commun dans la fabrica- tion de fonte de moulage à caractéristiques élevéeso C'est un sujet qui a reçu beaucoup d'attention tant de la part des métallurgistes de recherche que de celle des métallurgistes praticiens au cours des 20 dernières années.
L'ensemencement a trait à l'addition de substances qui agissent directement pour ensemencer le graphite soit par combinaison chimique direc- te avec le fer fondu, ou qui agissent par une réaction gazeuse causant la formation de carbures instables, ou qui peuvent influencer certains facteurs thermiques au,cours de la solidification de l'eutectiqueo Il a été soutenu par certains qu'elles peuvent même créer des germes ayant une certaine struc- ture cristalline pour que le graphite s'y dépose.
En l'absence d'ensemencement, le fer fondu a une forte tendance à varier considérablement en ce qui.c.pncerne le dépôt de graphiteo Comme on l'a fait ressortir plutôt,on a découvert dans la présente invention qu'en contrôlant la quantité de germes de graphite introduits dans,la charge du cubilot, on est à même de contrôler le degré de surfusion pendant la solidi- fication, obtenant ainsi un fer dont la valeur de carbure de constitution est contrôlée. Avec un tel métriau de base,on a donc un contrôle positif du carbures, le coin représentant alors une unité de mesure saine pour le stade final de contrôle exact de l'ensemencement du graphite dans la pièce terminée.
Ce second stade de contrôle de l'ensemencement du graphite au moyen d'un additif est toutefois connu depuis, longtemps dans ce domaine, mais,1?ensemencement de manière à produire une graphitisation finale contrô- lée sur une base positive par rapport à une valeur prédéterminée présente encore de nombreux problèmes non résoluso
Dans tous les procédés existants, on introduit l'additif dans le fer fondu lorsqu'il s'écoule dans la goulotte du four ou.directement dans la pocheo Que son action dépende d'une solution chimique, d'une réaction avec des gaz volatils ou de la création de germes d'une certaine. structure donnée, il est rare que 50 % de la quantité ajoutée soit efficace et il n'est pas exceptionnel que plus de 90 % soit perdu par oxydation, con- tamination de la scorie ou flotation.
Il est très courant dans, la pratique d'ajouter plusieurs fois la quantité d'additif, reconnue nécessaire à cause de ces incertitudes concernant la récupération et Inefficacité. Dans le procédé selon la présente invention., pratiquement tout l'additif est efficace, étant rudement absorbé pour entrer complètement en solution ; il accomplit par conséquent l'objet visé qui est un degré de graphitisation contrôlée à une valeur prédéterminée. Ceci veut dire que l'on peut prévoir et ajouter une quantité exacte avec des résultats finaux positifs, et il en faut une quantité si faible que l'on évite des changements inutiles de la composition chimique des pièces coulées terminées ceci en effectuant des économies considérables dans le coût de fabrication.
En plus de ceci., on peut tenir compte de tout changement qui se produit dans la compositiondu fer proprement dit en prenant en considération le rapport de changement chimique et en se référant au mode de relation indique dans la figure 2.
Dans la fabrication d'une pièce coulée offrant des sections très épaisses et très minces, la valeur de carbure de constitution est ajustée par contrôle de la teneur en graphite de la charge de manière à assurer la solidité dans la section épaisse de la pièce coulée. D'un autre côté, la valeur de carbure de traitement doit être ajustée à une valeur faible pour permettre l'usinage dans la section la plus mince de la pièce coulée. Ceci requiert une addition plus grande que la normale en substance d'ensemencement. Une telle addition de substance d'ensemencement devrait aboutir à un changement dans la teneur en silicium du métal, qui équivaudrait à une
<Desc/Clms Page number 8>
augmentation de 0,15.
On fond le métal original à un rapport de changement chimique de 30 qui implique une perte de silicium de 15 Une perte en manganèse de 25 % et un accroissement en carbone de 65 %. L'addition accrue de silicium lors de la graphitisation réduit la perte totale en silicium à une valeur de 10 %,co qui se traduit alors par un rapport de changement chimique de 3 x 10 % plus 2 x25 % moins 65 %, ou 15. Sur la figure 2, ceci correspond à un changement de 5/32e dans la valeur de carbure produit par le changement de la composition pendant l'ensemencementa Tout autre changement dans la valeur de carbure au cours du traitement est dû directement à l'ensemencement plutôt qu'à un changement de composition.
Toute matière normale graphitisante à base de silicium peut in- tervenir dans le procédé de la présente invention, mais on préfère utiliser des alliages de silicium avec des métaux alcalino-terreux et autres métaux terreux. Des exemples de tels alliages sont le calcium -silicium, le baryumsilicium, le strontium-silicium, le magnésium -silicium, le zirconium-silicium, le ferro-silicium et le titane-silicium. Il est entendu que l'expression "alliages de silicium avec des métaux alcalino-terreux et autres;métaux terreux" comprend non seulement les composés intermétalliquestels que le siliciure de calcium, le siliciure de magnésium, le siliciure de zirconium et le siliciure de titane, mais toutes les combinaisons de silicium avec un ou plusieurs métaux alcalino-terreux et autres métaux terreux.
Par exemple, dans une série d'essais on ajoute 2,21 kg par 1000 kg de mélanges variables à un métal fondu produit à partir d'une charge ayant un indice de dissolution de graphite de 1,0 et une valeur de carbure de constitution de 20/ 32e. Les additions faites graphitisent le métal pour donner les valets ce carbure graphitisé indiquées dans le tableau suivant :
EMI8.1
<tb>
<tb> ADDITIFS <SEP> UTILISES <SEP> VALEUR <SEP> DU <SEP> COIN <SEP> GRAPHITISE
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 3 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> et <SEP> d'aluminium <SEP> 1 <SEP> po <SEP> 5/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> fer <SEP> 3 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 1 <SEP> po <SEP> 4/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 4 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 1 <SEP> p. <SEP> 6/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 3 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> lithium <SEP> 1p. <SEP> 5/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> fer <SEP> 4p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 1 <SEP> po <SEP> 6/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> baryum <SEP> 3 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 1 <SEP> p.
<SEP> 5/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> titane <SEP> 3 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 1 <SEP> p. <SEP> 5/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 3 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 1 <SEP> po <SEP> 5/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> zirconium <SEP> 2 <SEP> po
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> calciun <SEP> 1 <SEP> p. <SEP> 7/32
<tb> siliciure <SEP> de <SEP> nickel <SEP> 1 <SEP> p.
<tb> fluorure <SEP> de <SEP> magnésium <SEP> 1 <SEP> p. <SEP> 3/32
<tb>
En plus de ceci, on a trouvé que d'autres alliages de silicium comme le lithium-silicium et le strontium-silicium et autres -matériaux à base de silicium, lorsqu'on les utilise conjointement avec des fluorures alcalino-terreux, sont des graphitisants efficaces.dans le procédé selon la présente invention.
<Desc/Clms Page number 9>
Comme le procédé de la présente invention requiert un contrôle initial pour une valeur définie du carbure de constitution. puis un traite- ment avec uneaddition pour promouvoir la graphitisation, il s'en suit que celle-ci doit être ajoutée de manière à assurer une incorporation absolue et complète dans le métal fondu.
Ceci est d'importance décisive parce que la base de l'obtention de bonnes propriétés mécaniques dans les pièces moulées d'épaisseurs dif- férentes de section est la relation positive de la valeur du carbure de constitution et graphitisé avec la section de la piècecoulée et le niveau des propriétés physiques désirées. Dans le procédé de la : @ i., présente invention on tient''compte de ceci et on utilise les enseignements de base du brevet britannique n 590344= en apportant toutefois un nouveau moyen d'obtenir ces valeurs avec un contrôle positif,
On a mis l'accent sur le fait que les germes de carbone graphi- tique sont extrêmement puissants pour promouvoir la graphitisation d'un bain de fonte de moulage.
Ceci est reconnu par ceux au courant de la partie et, dans le procédé selon l'invention, on préfère utiliser des carbures réfrao- taires engendrés à l'intérieur du métal comme germes de graphitisation.
On s'adresse -particulièrement aux carbures des métaux alcalino-terreux. A titre d'exemple, le carbure de calcium est connu comme étant un carbure réfractaire qui,en vertu de sa nature réfractaire, peut exister dans le fer fondu à des températures élevées et peut par conséquent agir comme germes dans la précipitation du graphite en contrôlant le degré de sur- fusion durant la solidification.
L'addition d'un alliage de silicium avec un métal alcalino-ter- reux, tel le siliciure de calcium, à un bain de fonte de moulage se traduit par la production de quantités ténues de carbures alcalino-terreux, comme du carbure de calcium, dans le métal fondu. On admet ceci depuis un certain temps, particulièrement à cause du dégagement de gaz de carbure lorsqu'on fracture des pièces dressai obtenues à partir d'un métal ainsf traité.
On en a déduit, sur des bases théoriques, que le siliciure de calcium par exemple agit avec le carbone dissout dans le métal fondu sui- vant la réaction.- CaSi2 + 2C = CaC2 + 2Si. Ce carbure de calcium, extrémenant réfractaire et ténu, Jetant formé pour ainsi dire à l'état naissant, est là pour agir comme germes de carbone pour la précipitation subséquente du graphiteo Le mécanisme exactn'est pas entièrement élucidé, mais il est probable que.la métastabilité de ce carbure est la cause d'une dégradation en-carbone, lequel déclenche un graphitisation immédiate par un procédé @ d'"ensemencement".
Quel que soit le mécanisme réel de Inaction, il est évidemment apparent que la quantité de carbure formée est sous contrôle positif, et qu' ainsi le degré d'ensemencement est lui aussi sous contrôle positif. Pour -assurer ce résultat, l'alliage de silicium avec un métal alcalino-terreux, par exemple du siliciure de calcium, doit être introduit dans le bain de manière à ce que se dissolution soit complète et que la formation de car- bures alcalino-terreux, du carbure de calcium par exemple, dans un état finement divisé, soit à une valeur maximum et constante.
La dissolution'complète et effective des siliciures terreux et autres matières alcalino-terreuses préoccupe le métallurgiste pra- ticien depuis longtemps. On a suggéré divers procédés pour l'incorporation mécanique complète de ces siliciures, mais on a constaté que ces procédés ne sont pas totalement efficaces.
Le procédé de la présente invention a trait seulement à l'in- troduction de faibles quantités d'alliages de silicium avec un métal alca- lino-terreux, comme le siliciure de calcium, ou de graphitisants à base de silicium comme le ferro-silicium, le magnésium-silicium et le zirconium- silicum à des fins d'ensemencement et de graphitisation. On-préfère tout
<Desc/Clms Page number 10>
particulièrement, pour des raisons économiques, utiliser un mélange de siliciure de calcium et d'un fluorure minéral, comme par exemple un fluorure de magnésium. sodium. aluminium, calcium ou potassium. comme matière additive pour 1-'ensemencement.
,jans un essai soigneusement contrôlé, on démontre le monde d'action d'un tel mélange d'ensemencement. Dans l'essai A on verse une portion d'un bain sur une quantité de siliciure de calcium représentant 5 % en poids de la portion du bain. On recueille pour examen la scorie résultante sur la surface métalliqueo Dans l'essai B on verse une seconde portion du même bain sur 5 % en poids d'un mélange de siliciure de calcium et de fluorure de calcium en-poudre. Ce mélange contient 2 parties de siliciure de calcium pour 1 partie de fluorure de calcium. On recueille par examen la scorie résultante sur la surface du métal.
En plus de ceci..dans un essai C on examine un échantillon du siliciure de calcium original avant usage pour connaître sa teneur en carbonée Essai A 0 La scorie de siliciure de calcium contient 1,71 de carbone et approximativement 1 % de carbure de calcium.
Essai B. La scorie de silhicource de calcium contenant du fluorure dettxealcium contient 3.20 % de carbone et approximativement 1,5 à 2 % de carbure de calcium.
Essai C. Le siliciure de calcium contient 0,12 % de carbone, mais il ne contient pas de carbures de calcium.
Ces essais montrent que l'empli sélectif de fluorures facilite la production de carbure de calcium lorsque le siliciure de calcium est ajouté au métalo Comme on désire produire ces carbures dans le procédé de l'in- vention. on préfère utiliser un mélange de siliciures alcalino-terreux, comme du siliciure de calcium, et des fluorures 'alcalino-terreux ou d'autres fluorures terreux, comme la cryolite, le fluorure de magnésium, pour l'addition graphitisante qui est le stade final du procédé de l'invention.
L'utilisation d'un mélange d'un alliage de silicium avec un métal alcalino-terreux. comme le siliciure de calcium, et d'un fluorule alcalino-terreux comme le fluorure de calcium , a comme conséquence divers autres avantages qui ne s'obtiennent pas normalement dans le procédé de grâphitisation par ensemencement.
Premièrement, la récupération de l'alliage à partir d'un tel additif est plus que 95 % efficiente. Ceci permet une estimation et un contrôle précis de l'effet des éléments chimiques, si bien qu'on peut le différencier de l'effet de carbure constitutionnel à graphitiser produit par l'ensemencement.
Deuxièmement, le mélange se traduit par une dissolution complète de l'additif sans accumulation d'un excès d'agent d'ensemencement dans la goulotte du four ou dans la poche selon l'endroit où l'addition a été faite.
Le fait d'éviter une accumulation au point d'addition assure une graphitisation complète et contrôlée à tout moment. Lorsqu'on exécute une addition purement mécanique, une telle accumulation, particulièrement dans un chenal de four, trouble le dégré de contact entre l'additif et le métal, donnant ainsi des résultats variables et incontrôlables. Dans le procédé préféré tel qu'il est décrit, on évite toutes ces inconsistances..
Troisièmement, l'action du mélange siliciure-fluorue alcalinoterreux est de nature exothermique. Ceci permet l'addition de toute quantité de matière d'ensemencement sans aucune diminution de la température du métal;.. Au contraire, on a trouvé qu'une addition de 0,5 à 1 % d'un mélange de ce genre augmente la fluidité du métal fondu jusqu'à 25 à 50 %.
Les siliciures alcalino-terreux utilisés à eux seuls, sans fluorures alcalino-terreux. requièrent des températures élevées du métal fondu pour une meilleure absorption,. Le degré d'absorption variera donc ainsi de chauffage à chauffage ou même au cours d'un même chauffa-
<Desc/Clms Page number 11>
ge suivant la température du métal fondu.
Avec la méthode préférée de l'in- vention, qui comprend une combinaison de siliciure et de fluorure alcalion- terreux:, l'incorporation ne dépend pas de la température du métal, étant donné que la réaction est exothermique et fournit sa propre chaleur pour la dissolution, un est ainsi en mesure d'éviter une cause majeure de variation dans le processus d'ensemencement et de graphitisationo
Quatrièmement1?action de la scorie riche en composé alcalinô- terreux produite par l'addition selon l'invention est une action de nettoyage ét dégorgemento Une telle scorie absorbe avidement les oxydessili- cates, sulfuresetc.
et constitue un moyen pratique de-nettoyage du métal fondue Dans la pratique réelle, l'addition préférée de la présente inven tion aboutit à une réduction et élimination des défauts de surface dûs à la scorie que l'on rencontrait auparavant dans les pièces produites par les procédés plus conventionnels d'ensemencement.
Cinquièmement on obtient une dégazéification complète du fer fondu, ce qui donne un fer fluide qui s'alimente de lui-mêmetrès supérieur à un fer non traité de cette manièreo
La quantité d9additif pour 1?ensemencement, dans le procédé selon l'invention, est ajustée en accord avec le degré d'ensemencement requis en réduisant la valeur du carbure de constitution à la valeur du carbure de traitement ou graphitisé..
On a été à même de déterminer le degré d'ensemencement requis d'une manière pratique par l'étude statistique des additionsle graphitisation lorsque les charges ont été ajustées dans leur teneur en graphite et quelle processus de fusion a été contrôle.
On ajoute normalement une moyenne de 2,76 kg par 1000 kg (en se basant sur la teneur en siliciure alcalino-terreux) pour les réductions de la valeur de trempe de carbure dans le rapport de 4 : 1, de 2 kg par 1000 kg pour des réductions dans le rapport de 3 :1 et de 1,1 kg pour des réductions dans un rapport inférieur à 3 1 la
Toutefoisle-procédé préféré d'addition de siliciure alcalinoterreux, tel qu'il est pratiqué selon l'invention, assure toujours des résultats absolument reproductibles, mesurés en s'exprimant en degré de réduction de la valeur en carbure depuis la valeur de carbure de constitution jusqu'à la valeur de carbure de traitement ou graphitisé,
REVENDICATIONS.