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On connait un procédé de fabrication de pièces en fonte à haute ténacité dont la structure est caractérisée par une répartition diffuse du graphite en particules très fines, le procédé consistant essentiellement à soumettre les moulages à structure blanche à un traitement en trois
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phases comportant:
a) une trempe préalable martensi tique, après austén sation à une température peu supérieure à celle de fin de transformation eutectoide à réchauffements b) un revenu de germination de cette nurtensite,, effectué à une température comprise entre 550 et 500 et d'une durée variant en général de 1/2 heure à 48 heures environ,, c) un traitement de graphitisation effectué à une température supérieure à celle de la fin de transformation eutectoïde, d'une durée variant généralement de 30 minutes à 3 heures.
Divers cas d'application industrielle ont été déjà décrits: ils se rapportent à des compositions dépourvues d'éléments spéciaux mais dans lesquelles les éléments usuels carbone, silicium, manganèse, soufre, doivent être tenus entre certaines limites, à des fontes contenant du cuivre ou des éléments favorisant la formation de graphite sous forme de grains ultra-fins, comme aluminium, titane, zir- conium. Ils se rapportent également à différents modes de coulées : en sable vert, en coquilles métalliques, la coulée étant faite, dans ce dernier cas, soit par gravité, soit sous pression, soit par centrifugation.
La présente invention concerne un procédé par lequel de très hautes propriétés mécaniques peuvent être conférées à des moulages, à condition que les épaisseurs soient fai- bles et plus précisément inférieures ou égales à 20 mm avec des avantages importants d'économie par rapport au procédé en trois phases déjà connu.
Suivant l'invention, la structure martensitique né- cessaire à l'application du traitement de germination est obtenue sans que le réchauffage du moulage à température
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-supérieure à celle de la fin de transformation eutectolde à l'échauffement et la- trempe consécutive soient nécessaires.
La structure martensitique résulte de trois dispositions consécutives :
1) La fonte coulée en coquille doit contenir des éléments ralentissant les transformations des aciers en
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quantité et en nature convenables pour qu'après le--refroi- dissement qui suit la solidification le moulage soit cons- titué,, en dehors de la cémentite, par un mélange de martensite et d'austénite, que la solidification se fasse à struc- ture blanche., c'est-à-dire à cémentite sans graphite et que néanmoins la pièce puisse être graphitisée par recuit. A cet effet, la composition est comprise dans les limites suivantes :
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C de 1,8 à S, 5 f0 de préférence 2,5 SI If 1 à 3 % tc Kan If 0 , 6 à 2 7;' If 11 1,5 Cu If 0 à 3 bzz 1f Tf 2 Ni " 0 à 3 foc " If 1,5 tt 0,05 à 0,15.; de If ,0,08.
Ti fi 0 à 0,15 %. If' " If AI t1 0 à Ó, 15 %. If if 0 ,10 Zr If 0 à <?' 30 7 Ir Tf Cr If 0 à 0,25 if tt 0 ' Lie Tf 0 à 0,20 <fo " " 0
2) Eventuellement, le moulage solidifié en coquille est démoulé le plus rapidement possible., la température étant
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encore élevée, de l'ordre de 8OC C, et trempé dans un milieu liquide assurant un refroidissement rapide ;ce milieu de trempe peut être de l'huile.
On peut ainsi éviter que la
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l1iCI'Ostruotul'e de la I.'i.,.lt;e nk C;\J¯lti0.:cne de 1:1 perlito ou de la troostite; elle eot c¯#:.ti'uée ul1i'1..:.c'nelt d'..usténite et de r.:.:#t("llsi te 3) Essentiellement, les pièces coulées en coquille dont la structure, pour ce qui cône; rne la motrice qui
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enrobe les curbures, est partie é<usts.ü5.tiq , partie aarten- si tique, sont souL.ises à un traitement au froid à température suffis animent basse pour que la transformation, de l'austénite en martensite soit assez poussée pour qu'il y ait une grande
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prédominance de mart ::
te peu ou pas d'austénite ((, 20; ) e¯nérature, dans tous les cas, doit être inférieure à 0 C.
Ce procédé s'applique principalement aux moulages minces coulés en coquilles métalliques, par gravité, ou sous pression, ou par centrifugation.
Après traitement au froid, sont effectués successi- vement : - le traitement de germination qui consiste en un
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ch,.uff..(S<3 à température comprise entre 550 et 500 0, sa durée variant entre quelques minutes et 48 heures ; - un traitement de graphitisation effectué à plus
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luute température généralement supérieure à celle de la fin de transformation eutectolde la durée pouvant dans ce der.rier cas Être comprise entre 1/2 heure et trois heures.
Le procédé selon l'invention, comporte essentielle- ment le refroidissement du moulage à partir de la tempé- rature de coulée dans des conditions telles que la structure soit en dehors de la cémentite, un mélange martensite
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1Jsts1ite et qu'ensuite un traitement au froid transforme au moins pour une grande part cette austénite en martensite.
On peut ensuite effectuer le revenu de la martensite avec germination du graphite puis la graphitisation totale
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selon les processus précédemment décrits par la demanderesse,
L'expérience a révélé une efficacité tout à fait -surprenante .du traitement au froid en ce qui concerne Inaptitude ..du métal à la graphitisation, ce qui laisse supposer que -la martensite formée la première et issue de l'austénite résiduelle grâce à ce traitement est plus ap.te à bonner des germes, de graphite que la martensite obtenue directement par -trempe à partir d'une température élevée.
On peut voir une explication à cette observation surprenante dans le fait -que par suite de l'hétérogénéité de solidification;, l'austénite résiduelle de solidification a une composition moyenne différente' de celle de la martensite obtenue par trempe*
La raison d'être du traitement de l'invention réside dans la difficulté de tremper la fonte blanche sans risque de tapure. Ces risques se trouvent diminués si l'on profite du refroidissement de solidification et si la fonte par sa composition est apte à devenir riche en austénite.
En outre, la suppression d'un réchauffage pour trempe est une source d'économie et par cette suppression, l'état de surface est meilleur
L'établissement du prix de revient montre que la suppression du réchauffage pour trempe martensitique effec- tué généralement en atmosphère contrôlée est une économie qui compense et au-delà le supplément de, prix dû à l'élément d'addition tel que 1,5 % de nickel.
Il est difficile par moulage en coquille,et compte tenu des différences d'épaisseur entre différentes parties, . d'obtenir industriellement avec la régularité désirable une structure purement martensitique , Soit on obtient un mélange martensite-troostite-perlite, soit un mélange martensite-austénite.
,Selon l'invention on se place systématiquement dans ce second cas, facile à obtenir avec régularité si on observe
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les prescriptions de ltinvention et sans que l'austénite, puisqu'elle est ensuite transformée en martensite par action du froid, soit une gène à la germination diffuse du graphite, alors que, au contraire, la perlite et la troostite ne peuvent convenir ,
Trois cas d'application de l'invention sont donnés ci-dessous à titre d'exemple; ils se rapportent à des pièces dtépaisseurs différentes, les moulages sont obtenus en coquille métallique.
Exemple 1 - Des pièces dont l'épaisseur est assez réguliè- relent voisine de 4 mm sont obtenues par coulée en co.quille de fonte ayant pour composition :
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Fn <SEP> S <SEP> P <SEP> Al
<tb> 2,41 <SEP> 2,07 <SEP> 0,89 <SEP> 0,037 <SEP> 0,025 <SEP> 0,10
<tb>
L'examen fait après coulée montre que la structure comporte un réseau de carbure à mailles fines sur une ma.trice de 20 % de martensite et 80 % d'austénite- dosée par diffraction de rayons X.
Les moulages sont soumis à la succession des traiter..ents : - immersion dans l'azote liquide et maintien pe,ndant 15 minutes,, La teneur en austénite se trouve abaissée à 10% environ.
- chauffage. à 440 pendant 2 heures,suivi de refroi- dissocient à l'air calme, - chauffage à 890 pendant 2 heures. La graphitisa- tion est alors assurée, le graphite étant réparti d'une façon homogène en nombreux nodules ultra-fins.
Exemple II - Des pièces de 8 mm d'épaisseur moyenne sont obtenues par moulage en coquille métallique d'une fonte ayant pour composition :
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P <SEP> Ou <SEP> Ni <SEP> A1 <SEP> Ti
<tb> 2,51 <SEP> 1,96 <SEP> 1,26 <SEP> .0,054 <SEP> 0,027 <SEP> 2,04 <SEP> 0,98 <SEP> 0,08 <SEP> 0,05
<tb>
L'examen fait après coulée montre que la structure comporte un réseau de carbures à mailles fines sur une matri- ce de 40 % de martensite et 60% d'austénite.
Le traitement ensuite appliqué est celui de l'exemple 1.
Exemple III - Des pièces de 17 mm d'épaisseur moyenne ont été obtenues par coulée de fonte de composition :
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<tb>
<tb> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ou <SEP> Ni <SEP> Al <SEP> Te
<tb> 2,17 <SEP> 1,87 <SEP> 1,24 <SEP> 2,06 <SEP> 0,95 <SEP> 0,10 <SEP> 0,05
<tb>
Dans ce cas particulier,!} les pièces sont démoulées de la coquille à chaud vers 800 et immédiatement trempées à l'huile.Leur structure comporte & cet état un fin réseau de carbures et une matrice constituée de 15 %-de martensite et 85 % d'austénite.
Les moulages sont soumis aux traitements suivants : immersion dans l'azote liquide et maintien 15 minutes, - chauffage à 4500 C. pendant 4 heuresp suivi de re@roi- dissernent à l'air calme .
- chauffage à 740 C. pendant 14 heures., suivi d'une montée de 740 à 8750 en 1 heure et maintien 30 minutes à 875 .
refroidissement de 875 à 800 en 1 heure, suivi d'un refroidissement à l'air calme.
Le graphite se présente sous forme de très nombreux petits grains répartis de façon régulière sur une matrice fine à caractère aciculaire peu marqué.La dureté est de 450 kg/mm2 Vickers.
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Les moulages peuvent être adoucis par un réchauffage de revenu à température inférieure à celle du début de transformation, eutectoïde. Dans le cas du présent exemple après un revenu de 30 minutes à 650 1& dureté des pièces s'abaisse à 290 kg/mm2 Vickers et un essai de traction fait sur éprouvette prélevée dans un moulage donne pour résultat :
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Limite élastique Charge de rupture Allongement fi kg(mm2 kg/mm2 6
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<tb>
<tb> 76 <SEP> 88
<tb>
On peut pour obtenir l'adoucissement, faire le refroi-
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dissement très lentement par exemple dans le kier'-'lguI?n et se dispenser alors du revenu..
On peut aussi après graphitisation faire le traitement
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de treupe et revenu comme pour un a cier dur de construction.
REVSNDICATICIS
1 - procédé de fabrication de moulages en fonte à haute té@@cité appliqué à des pièces d'épaisseur inférieure ou égale @ 20 mm environ, coulées en coquille, caractérisé en ce que: a) la fonte contient des éléments ralentissant la transformation des aciers,en quantité et en nature conve- nables pour que la solidification se fasse à structure blanche .. que n-anmoins la pièce puisse être graphitisée par recuit et qu'après le refroidissement qui suit la solidification.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.