<Desc/Clms Page number 1>
La fabrication de pièces en fonte selon la technique qui comprend la coulée de pièces en fonte blanche, puis la gamme de traitement thermique suivante : - austénisation de la matrice et trempe martensitique, différée ou étagée pour éviter les tapures; -revenu et germination par maintien à température précise de l'or- dre de 450 , avec ou sans refroidissement consécutif; - graphitisation à haute température, puis refroidissement final; conduit à un graphite de recuit très fin et très régulièrement réparti sur une pièce qui est perlitique (et qui peut éventuellement être modifiéeulté- rieurement par trempe et revenu). On obtient ainsi des caractéristiques mé- caniques élevées : R = 80 à 100 kg/cm2 A% = 4 à 6%, avecvun module élasti- que élevé, une endurance aux efforts répétés élevée, etc...
Ce procédé convient admirablement bien que pour les petites piè- ces coulées en sable ou les pièces moyennes coulées en coquille, mais il est difficile à appliquer aux grosses pièces massives coulées en sable vert, en sable à noyau;,ou en carapace, télé est le cas des vilebrequins de moteur d'automobile coulés en carapace et dont le diamètre des manetons de ligne d'arbre atteint 60 à 70 mm.
Cette difficulté provient des conditions contradictoires à réali- ser pour que la structure de solidification reste blanche --malgré la forte section des pièces, ce qui exige une teneur modérée en silicium et une te- neur élevée en éléments à carbure tels que manganèse et chrome, alors qu'in- versement la graphitisation par recuit exige des teneurs modérées en manga- nèse et en chrome, élevées en silicium.
On peut arriver à couler des pièces de diamètre allant jusqu'à 40 mm tout au plus si on limite les teneurs de carbone vers 1,8% et de si-i- licium vers 1% pour pouvoir lier les deux propriétés contradictoires. Mais alors il est impossible de pratiquer la coulée en carapace qui exige des produits ferreux à bas points de fusion, c'est-à-dire assee riches en car- bone et en silicium , par exemple, au moins é,5% C et 1,5% Si.
Il a maintenant été découvert, selon l'invention, qu'on peut, dans le cas de grosses pièces allant jusqu'à 70 mm de diamètre par exemple et coulées en carapace, utiliser des fontes à bonne coulabilité grâce aux teneurs suffisantes en carbone, silicium et cuivre, mais contenant une ad- dition de 0,025 à 0,25% de tellure. On obtient ainsi une structure parfai- tement blanche à coeur, cet effet blanchissant du tellure est bien connu et on sait également (voir Metal Handbook, p. 521 - Ceveland - 1948) que pour ces teneurs élevées en tellure, la graphitisation de la cémentite primaire est très longue et très incomplète. On peut préciser qu'un recuit de 30 à 40 heures à 930 reste impuissant.
Ce qui est remarquable et nouveau, c'est que, si cette fonte con- tient en outre des dénitrurants à faibles teneurs tels que zirconium Zr, aluminium Al, titane Ti et qu'elle est soumise à un traitement triple de trempe martensitique, revenu et germination ,puis graphitisation à haute température, il devient facile et rapide d'obtenir la décomposition complè- te de la cémentite primaire en fins nodules de graphite sur une pièce per- litique (ou éventuellement sorbitique).
A titre d'exemple, on a coulé en sable à noyau ou en carapace des vilebrequins ayant des manetons de 60 mm de diamètre avec une fonte de com- position suivante :
<Desc/Clms Page number 2>
C = 2,5 % Si = 1,5% Mn = 0,7% P = 0,1% S = 0,1% Cu = 1,20% Zr = 0,15% à laquelle des additions variables des tellure ont été faites. sans tellu- re, la fonte est grise et à grandes lamelles de graphite dans les parties épaisses, partiellement à graphite et à cémentite auprès de la surface des parties minces. Si l'addition de tellure est de 0,025%, la structure est tout à fait 'blanche sans trace de graphite même à coeur des parties les pl massives ; il en est de même pour des teneurs plus fortes en tellure.
Les pièces obtenues avec cette addition de tellure e ont été austénisées à 840 puis trempées à l'huile tiède, elles ont ensuite été soumises à un revenu de 4 heures à 440 , puis réchauffées à 930 et maintenues trois heures à cette température, puis refroidies à l'air calme.
Même pour des teneurs en tellure atteignant 0,25%, la graphitisa- tion de la cementite primaire a été complète, malgré aussi la teneur élevée en manganèse (nécessaire à la trempabilité). De plus , la structure est pér litique lamellaire homogène, le graphite est réparti en petits nodules de forme très arrondie-peu différents des sphérules de dimension très fine, et en très grand nombre ; ce qui-assure l'homogénéité de propriété mécanique un haut module, un bon coefficient de frottement, etc....
Lespropriétés des mêmes pièces peuvent éventuellement être amé- liorées en portant le cuivre à 2%, en abaissant le soufre vers 0,05 ou moins, en ajoutant du nickel 0,5 à 1,5% (par exemple 0,7%), en relevant ]le manganèse jusqu'au 0,9%. On peut aussi remplacer 0,10 à 0,25 % de Zr par 0,05 à 0,15% de Ti, ou par 0,03 à 0,10% de A1, ou employer un mélange de deux ou trois de ces dénitrurants à teneurs intermédiaires, sans rien chan- ger à l'invention.
En résumé , les compositions peuvent avantageusement être compri- ses dans les limites suivantes :
EMI2.1
<tb> C <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 3,5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 3%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,4 <SEP> à <SEP> 1,2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cu <SEP> 0,7 <SEP> à <SEP> 2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ni <SEP> O <SEP> à <SEP> 1,5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> 0,03 <SEP> à <SEP> 0,15 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> 0,03 <SEP> à <SEP> 0,15%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Zr <SEP> O <SEP> < <SEP> O, <SEP> O <SEP> < <SEP> < <SEP> 0,25% <SEP> # <SEP> ou <SEP> 0,25% <SEP> mélange <SEP> de <SEP> deux <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ou <SEP> Ti <SEP> 0 <SEP> < <SEP> 0,15% <SEP> ou <SEP> un <SEP> mélange <SEP> de <SEP> deux <SEP> ou
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ou <SEP> A1 <SEP> 0 <SEP> 0,
10% <SEP> des <SEP> composants
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Te <SEP> 0,025 <SEP> à <SEP> 0,250
<tb>
compositions qui ne sont pas limitatives puisqu'on pourrait aussi remplacez partiellement le manganèse par du chrome ou du molybdène en quantités équi- valenteso
Le procédé conforme à l'invention conduit à un résultat nouveau, à savoir de réaliser à la fois la structure blanche à coeur de pièces mas- sives et une graphitisation rapide et complète de la cémentite primaire.
Après traitement on obtient une répartition très fine et très régulière du graphite en petits grains de forme arrondie. On obtient ainsi des proprié- tés qui jusqu'à ce jour n'étaient réalisées que danss des moulages minces.
REVENDICATION
Procédé de fabrication de pièces moulées traitées, massives, en fonte dont la composition est de préférence comprise dans les limites sui-
<Desc/Clms Page number 3>
vantes :
EMI3.1
<tb> C <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 3,5%
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 3%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> 0,4 <SEP> à <SEP> 1,2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cu <SEP> 0,7 <SEP> à <SEP> 2%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ni <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 1,5%
<tb>
<tb>
<tb> P <SEP> 0,03 <SEP> à <SEP> 0,15%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> S <SEP> 0,03 <SEP> à <SEP> 0,15% <SEP> - <SEP>
<tb>
EMI3.2
Zr 0,25% mélane de deug
EMI3.3
<tb> ou <SEP> Ti <SEP> O <SEP> < <SEP> 0,15% <SEP> # <SEP> ou <SEP> un <SEP> mélange <SEP> de <SEP> deux <SEP> ou
<tb>
<tb> ou <SEP> Al <SEP> 0 <SEP> < <SEP> 0,10% <SEP> des <SEP> trois <SEP> composants
<tb> Te <SEP> 0,
025 <SEP> à <SEP> 0,250
<tb>
et qui est coulée en sable à noyau, en sable à vert ou en carapace, pour founir ainsi une structure blanche, exempte totalement de graphite même dans le coeur des parties les plus épaisses, les pièces moulées étant en- suite soumises à un traitement thermique complexe comprenant : - austénisation et trempe martensitique; - revenu et germination du graphite; - graphitisation à haute température de la totalité de la cémen- tite primaire pour obtenir un graphite de recuit très fin et très réguliè- rement réparti.