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La présente invention se rapporte à des nouveaux alliages ferreux ayant des combinaisons de propriétés, nouvelles et améliorées, particulière- mont lans le sens d'une meilleure résistance à l'usure et d'une meilleure résistance à la chaleur.
Dans le domaine de l'usure par abrasion, on peut d'ordinaire se servir de fonte ordinaire avec succès dans le cas où les chocs en service ne sont pas sévères. Cette fonte, particulièrement la fonte blanche, est résistante à l'usure par abrasion en raison de la présence de carbures extrê- mement durs dans la matrice de la fonte.
Malheureusement, ces carbures sont toutefois normalement massifs et confèrent un degré de fragilité à la fonte qui limite considérablement son utilité.
Bien que certains progrès aient été réalisés dans l'alliage de la fonte dans le dessin d'améliorer sa ténacité tout en conservant sa dureté, on n'a pas encore proposé jusqu'à présent de méthode satisfaisante générale de contrôle positif à la fois des carbures et de la structure de matrice de la fonte en vue de la rendre à la fois dure et tenace.
On a généralement réalisé une amélioration dans la ténacité des fontes blanches en abaissant la teneur en carbone, de manière à réduire la quantité de carbures massifs existant dans la structure de la matrice.
Ceci a pour effet également d'abaisser la dureté et la résistance à l'usure.
Certains aciers, à savoir les aciers austénitiques et autres aciers spéciaux, sont souvent employés pour la résistance à l'abrasion, particuliè- rement dans le cas où la robustesse revêt une importance primordiale. Ils ont l'avantage d'être très tenaces, mais ils sont exempts de carbures qui eux aussi ont de l'importance pour l'obtention de bonnes qualités de résistance à l'usure.
Les aciergaustiénitquesdoivent leurs qualités de résistance à leur aptitude à s'endurcir sous l'action des chocs de pilonnage en service.
La présente invention repose sur la découverte que la tendance à l'austénitisation du manganèse peut être utilisée dans les fontes pour apporter les avantages des aciers austénitiques, avec ceux des fontes blanches. Dans les alliages ferreux de l'invention, on ajoute du manganèse et de l'aluminium conjointement à la masse fondue, de manière à réaliser une gamme complète de fontes allant du blanc au gris, la matrice allant de la structure totalement austénitique à la perlitique en passant par la martensitjque.
Par conséquent, la présente invention apporte une fonte contenant au moins 1% d'aluminium et au moins 1,5% de manganèse, le restant étant essentiellement une composition de fonte.
La présente invention apporte un nouveau produit ferreux contenant au moins environ 50% de fer, carbone et silicium dans la gamme de la fonte et au moins 1,5% de manganèse et au moins 1% d'aluminium.
Le carbone libre peut être sous la forme de graphite ou de carbures.
Pour augmenter la dureté, le carbone est de préférence en prépondérance sous la forme de carbures, mais, pour accroître la ténacité, le carbone est en prépondérance sous la forme de graphite.
La proportion de carbure ou de graphite présente peut être ajustée en fonction du comportement souhaité en service.
La matrice ferreuse peut être de la perlite, ferrite, martensite, austénite, bainite ou autres constituants de transformation aciculaires, de la martensite de recuit, de la sorbite, etc, ou leurs combinaisons connues.
On peut obtenir ces structures à l'état "coulé tel quel" ou par traitement à
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chaud; en out cas, la présence de la combinaison d'alliage de la présente invention, à savoir manganèse et aluminium, permet l'obtention de la structure de matrice désirée plus facilement que lorsque cette combinaison est absente.
L'utilisation de manganèse en tant qu'élément d'alliage est ancien- ne dans le domaine Dans les fontes ordinaires la teneur en manganèse est d'ordinaire inférieu- re à 1% et elle est rarement de plus de 1,5%. un a trouvé que les fontes con tenant plus de 1% de manganèse sont sujettes à de nombreuses difficultés de fonderie, particulièrement des soufflures, des piqûres, des déchirures dues aux gaz, etc.
En plus de ceci, le manganèse en quantités importantes est un stabilisant des carbures et peut conduire à des caractéristiques médiocres d'usinage.
Les fontes martensitiques ont été produites par l'emploi de teneurs en manganèse supérieures à 2% et de nickel comme agent additionnel d'alliage.
Par suite de la dépense occasionnée par ces additions d'alliage et à cause des difficultés de fonderie précitées, l'usage de ces fontes ne s'est pas répandu dans l'industrie.
Lorsqu'on utilise du manganèse comme seul élément d'alliage dans la fonte, il en faut approximativement 10% pour que la fonte devienne austétinique.
Dans le procédé de l'invention on n'obtient d'avantage particulier à avoir une teneur en manganèse supérieure à 15%/
L'aluminium n'est pas considéré comme un élément courant d'alliage dans la fonte, mais il est fréquent dans certaines fontes spéciales.
On a utilisé de faibles quantités d'aluminium, jusqu'à environ 0,5% comme addition graphitisante et, on en a utilisé des quantités plus grandes, par exemple 5% ou plus, avec ou sans chrome pour l'obtention d'une fonte spéciale résistant à la chaleur.
Les quantités d'aluminium d'environ 5% exercent une influence très grande sur la fonte. Dans le procédé de la présente invention on ne retire pas de bénéfice particulier à dépasser une teneur en aluminium de 5%.
Il a été signalé que le manganèse est un stabilisant des carbures et que l'addition de manganèse en quantité dépassant 2% dans une fonte ordinai- re tend à produire des carbures massifs nuisibles. D'un autre côté, l'alumi- nium est un agent graphitisant et, lorsqu'il est utilisé conjointement avec le manganèse, il empêche efficacement la formation de carbures massifs. La présente invention repose sur la découverte que l'aluminium en quantité dépassant 1%, ajouté à une fonte contenant du manganèse en une quantité dépassant 1,5% produit un alliage ferreux nouveau et amélioré ayant des propriétés que l'on ne rencontre pas dans la fonte où l'aluminium est utilisé avec de basses teneurs en manganèse ou dans la fonte où on utilise les hautes teneurs en manganèse sans aluminium.
Pour la fabrication d'une fonte grise ayant relativement peu de carbures présents, il est nécessaire de maintenir la teneur en aluminium à une valeur suffisante pour surmonter la propension du manganèse à former des carbures.
La quantité exacte d'aluminium requise pour prévénir les carbures libres dépendra évidemment de la combinaison d'autres éléments dans la fonte.
Dans le procédé de la présente invention on préfère maintenir le manganèse et l'aluminium dans un rapport approximatif de 0,5 à 1,5 parties d'aluminium par partie d'aluminium pour une fonte grise.
Ce rapport s'applique aux teneurs d'aluminium inférieures à 5%, parce qu'au dessus de cette quantité, l'aluminium agira. lui-même en qualité de formateur de carbure.
Pour la fabrication d'une fonte blanche ayant relativement peu de
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graphite libre présent, il est nécessaire de maintenir la teneur en aluminium à ure valeur suffisamment basse pour permettre au manganèse d'exercer sa propension à former des carbures, ou suffisamment élevée pour que l'aluminium lui-même forme des carbures. Le rapport exact aluminium-manganèse variera suivant la concentration d'autres éléments dans la fonte.
Dans le procédé de la présente invention on préfère maintenir le manganèse et l'aluminium dans un rapport approximatif de 2 à 4 parties de manganèse pour une partie d'aluminium dans une fonte blanche.
Ceux qui sont versés dans ce domaine comprendront aisément que tout degré de formation de carbures ou de formation de graphite est possible en faisant varier le rapport aluminium-manganèse et/ou en altérant la combinai- son d'autres éléments présents dans la fonte en conformité avec la pratique courante pour la fonte.
On a trouvé que l'on peut utiliser tout élément courant d'alliage, employé dans la fonte, également avec les teneurs en manganèse et aluminium de la présente invention. Ainsi, on peut utiliser très efficacement le chrome, le vanadium, le molybdène, le cuivre, le nickel et le cobalt ; d'autres éléments tels que calcium, cérium, magnésium, lithium, sodium, potassium, bismuth et titane peuvent également exister à l'état de traces ou en quantités suffisantes pour produire un effet. Par exemple, on peut utiliser du magnésium et autres agents de nodulation dans le procédé de la présente invention en une quantité suffisante pour amener tout le carbone graphitique en la forme no- dulaire ou sphérolitique.
Le carbone total et le silicium, le soufre et le phosphore sont présents dans les quantités normalement obtenues dans les fontes; on peut les faire varier de la manière connue de ceux au courant de la partie.
On peut introduire l'aluminium et le manganèse dans la fonte par l'un quelconque des procédés connus de ceux versés dans le domaine.
' On peut préparer le produit de l'inventin à partir de fonte fondue au cubi- lot, au four électrique, au four à air ou tout autre type d'unité de fusion.
Le four électrique et le cubilot à revêtement basique sont les unités de fusion préférées, parce que dans l'un et l'autre de ceux-ci il est possible d'effectuer une fusion avec une perte relativement petite en manganèse lors de la fusion. Ceci offre des avantages économiques et conduit également à un métal fondu plus propre, moins sujet à contenir des scories d'oxydes.
Bien qu'un métal à haute teneur en manganèse fondu en cubilot acide soit ordinairement contaminé par des soufflures, on a constaté que le produit de l'invention est relativement exempt de ces soufflures.
On suppose que cette absence de gaz est due à l'influence dégazéifiante de l'aluminium. Etant donné qu'aussi bien l'aluminium que le manganèse sont des éléments d'alliage relativement peu coûteux, d'un approvisionnement aisé en toutes circonstances, la présente invention permet la fabrication de fonte à propriétés inusitées sur une base économique très saine.
La majeure partie de l'aluminium requis dans la fonte de la présente invention est de préférence ajoutée comme addition de poche après que la fonte a été fondue.
On a trouvé que cette méthode d'addition permet la meilleure récupération de l'addition.
On peut ajouter l'aluminium en lingots ou en grenaille. Lorsque l'aluminium est ajouté à l'état fondu, il est particulièrement efficace en ce qu'il y a un minimum de formation de scories d'aluminium. On peut utiliser des alliages d'aluminium et de manganèse et d'autres alliages d'aluminium, étant entendu que l'élément associé à l'aluminium est désiré dans la composition finale de la fonte.
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Une autre méthode d'addition de l'aluminium est d'ajouter des morceaux d'aluminium solide mélangés à de la perdre d'aluminium et à un oxyde métallique comme de l'oxyde de fer ou de l'oxyde manganèse.
Un tel mélange est exothermique et dégagera de grandes quantités de chaleur, ceci se traduisant par une addition efficace et une amélioration de la fluidité de la fonte.
On a trouvé que la fonte de la présente invention a des caractéris- tiques de fonderie normales du point de vue fluidité,aptitude à la coulée, contraction, etc. Lorsque la fonte est blanche,elle se comporte de la manière commune aux fontes blanches et, lorsqu'elle est grise, elle se comporte de la manière commune aux fontes grises.
A mesure que la teneur en aluminium de la fonte augmente, elle parait devenir plus paresseuse, mais ceci est dû à la formation d'un enduit d'oxyde sur la surface du métal.
Lorsque l'enduit d'oxyde est susceptible d'être conséquent, il convient de pratiquer un jet de coulée dans les moules pour qu'il y ait un minimum de turbulence durant la coulée.
Le procédé de l'invention sera le mieux illustré à l'aide d'une série d'exemples.
Ces exemples ont trait la plupart au type de structure produite dans la fonte. Ceux qui sont versés dans ce domaine sauront aisément le type de comportement en service que l'on peut en attendre et les propriétés mécaniques inhérentes à une structure donnée quelconque.
Le tableau N 1 indique la composition d'une série de fontes typiques de la présente invention, conjointement avec les structures obtenues dans des sections de pièces coulées d'environ 2,5 cm à 5 cm.
Les fontes blanches ont l'excès de carbone en prédominance sous la forme de carbures, les fontes truitées comportent des proportions substantielles de graphite et de carbure, tandis que les fontes grises ont l'excès de carbone principalement sous la forme de graphite.
TABLEAU I Structure de matrice de diverses fontes de manganèse-aluminium éléments en % en poids.
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Carb. <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Al <SEP> Structure
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<tb> total <SEP> Structure
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<tb> 2.90 <SEP> 1.60 <SEP> 6.30 <SEP> 1.30 <SEP> blanche <SEP> - <SEP> Austénite <SEP> - <SEP> Martensite
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<tb> 2040 <SEP> 1.80 <SEP> 5.20 <SEP> 1 <SEP> .80 <SEP> truitée <SEP> - <SEP> Austénite <SEP> - <SEP> Martensite
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<tb> 3. <SEP> 28 <SEP> 1.22 <SEP> 5060 <SEP> 2.70 <SEP> truitée <SEP> - <SEP> Austénite <SEP>
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<tb> 3.83 <SEP> 1.33 <SEP> 3.50 <SEP> 1.80 <SEP> grise <SEP> - <SEP> Bainite <SEP> - <SEP> perlite <SEP>
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<tb> 3. <SEP> 30 <SEP> 0.65 <SEP> 4.83 <SEP> 2.
<SEP> 55 <SEP> truitée <SEP> - <SEP> Austénite <SEP> - <SEP> Bainite
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<tb> 3.40 <SEP> 2.10 <SEP> 2.35 <SEP> 2.68 <SEP> grise <SEP> - <SEP> perlite <SEP>
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<tb> 2. <SEP> 85 <SEP> 0. <SEP> 98 <SEP> 1.98 <SEP> 1.70 <SEP> grise <SEP> - <SEP> perlite <SEP>
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<tb> 3.15 <SEP> 1.46 <SEP> 2.63 <SEP> 5.53 <SEP> blanche <SEP> - <SEP> Bainite <SEP> - <SEP> perlite <SEP>
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<tb> 3.32 <SEP> 1.10 <SEP> 2.03 <SEP> 4.77 <SEP> truitée <SEP> - <SEP> Bainite
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<tb> 3.22 <SEP> 1.52 <SEP> 1.62 <SEP> 4.63 <SEP> truitée <SEP> - <SEP> perlite <SEP> - <SEP> Bainite <SEP>
<tb>
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<tb> 3.12 <SEP> 1.60 <SEP> 8.20 <SEP> 3.00 <SEP> grise <SEP> - <SEP> Austénite <SEP>
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TABLEAU I.
Structure de matrice de diverses fontes de manganèse-aluminium éléments en % en poids.
EMI5.1
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Carb. <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> A1 <SEP> Structure
<tb> total. <SEP> rupture
<tb>
<tb> 3. <SEP> 20 <SEP> 1. <SEP> 72 <SEP> 6.10 <SEP> 2. <SEP> 90 <SEP> grise <SEP> - <SEP> Austénite <SEP> - <SEP> Martensite
<tb>
<tb> 3. <SEP> 42 <SEP> 1 <SEP> .08 <SEP> 3.64 <SEP> 2.88 <SEP> grise <SEP> - <SEP> Martensite <SEP> -Bainite
<tb>
<tb> 2. <SEP> 86 <SEP> 2. <SEP> 10 <SEP> 4.20 <SEP> 1 <SEP> .10 <SEP> 'blanche-Martensite-perlite
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<tb> 2.58 <SEP> 2. <SEP> 40 <SEP> 2. <SEP> 55 <SEP> 2. <SEP> 40 <SEP> grise <SEP> - <SEP> Bainite <SEP> - <SEP> perlite
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<tb> 3. <SEP> 26 <SEP> 3. <SEP> 20 <SEP> 3.10 <SEP> 1. <SEP> 10 <SEP> grise <SEP> - <SEP> perlite
<tb>
<tb> 3. <SEP> 10 <SEP> 1 <SEP> .22 <SEP> 4.90 <SEP> 3.
<SEP> 00 <SEP> grise <SEP> - <SEP> Austénite
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Le chrome et le vanadium sont particulièrement intéressants conjointe= tement avec l'aluminium et le manganèse employés dans la présente invention pour l'obtention de fontes blanches et truitées ayant des caractéristiques supérieures de résistance à l'usure.
Le vanadium semble promouvoir une matrice plus robuste avec moins de carbures massifs. On montre dans le tableau N 2 quelques fontes typiques, résistantes à l'usure, qui contiennent du chrome et du vanadium.
TABLEAU 2., Fontes de manganèse-aluminium résistantes à l'usure, contenant du chrome ou du vanadium.
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Carb.
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<tb> total <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Al <SEP> Or <SEP> V <SEP> dureté <SEP> Brinell <SEP> N
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<tb> 3.50 <SEP> 0.30 <SEP> 4.22 <SEP> 1.20 <SEP> 2.00 <SEP> 600
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<tb> 2.70 <SEP> 0.50 <SEP> 3.72 <SEP> 1 <SEP> .30 <SEP> 1.80 <SEP> 470
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<tb> 3.40 <SEP> 0.80 <SEP> 5.32 <SEP> 1. <SEP> 32 <SEP> 2.20 <SEP> 0.80 <SEP> 550
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<tb> 2. <SEP> 80 <SEP> 0.60 <SEP> 4. <SEP> 97 <SEP> 1.40 <SEP> 1.90 <SEP> 0.78 <SEP> 450
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<tb> 3. <SEP> 24 <SEP> 1.32 <SEP> 6. <SEP> 30 <SEP> 2. <SEP> 20 <SEP> 1.80 <SEP> 1.00 <SEP> 332
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<tb> 3.32 <SEP> 1.40 <SEP> 5 <SEP> il <SEP> 85 <SEP> 1.90 <SEP> 1.50 <SEP> 0.50 <SEP> 402
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<tb> 3. <SEP> 10 <SEP> 2.00 <SEP> 3.
<SEP> 02 <SEP> 2.00 <SEP> 3.00 <SEP> 364
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<tb> 3.28 <SEP> 1.10 <SEP> 2.40 <SEP> 1.32 <SEP> 2 <SEP> . <SEP> 24 <SEP> 0.76 <SEP> 500
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<tb> 3. <SEP> 24 <SEP> 1.22 <SEP> 2. <SEP> 03 <SEP> 5.50 <SEP> 1.10 <SEP> 430
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<tb> 3. <SEP> 36 <SEP> 1.52 <SEP> 3. <SEP> 50 <SEP> 1.20 <SEP> 4.00 <SEP> 3.00 <SEP> 580
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On va maintenant se rapporter aux dessins d'accompagnement dans lesquels : la figure 1 est un dessin qui montre les types de structure obtenus avec diverses combinaisons des constituants d'alliage de la présente invention ;
la, figure 2 est une reproduction d'une microphotographie prise avec un grossissement de 400 diamètres, montrant la structure, révélée avec
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un réactif d'attaque, d'un alliage "coulé tel quel" produit conformé- ment à l'invention, la figure 3 est une reproduction d'une microphotographie prise avec un grossissement de 600 diamètres, montrant la structure, révélée avec un réactif d'attaque, d'un alliage selon la présente invention, à l'état trempé ; la figure 4 est une reproduction d'une microphotographie prise avec un grossissement de 600 diamètres, montrant la structure, révélée avec un réactif d'attaque, d'un alliage selon la présente invention, à l'état trempé;
la figure 5 est une reproduction d'une microphotographie prise avec un grossis. sement de 400 diamètres, montrant la structure, révélée avec un réactif d'attaque, d'un alliage contenant les éléments spéciaux de l'invention, l'alliage étant à l'état "coulé tel quel"; la figure 6 est une reproduction d'une microphotographie prise avec un grossissement de 400 diamètres, montran t la structure, révélée avec un réactif d'attaque, d'un alliage contenant les éléments spéciaux de la présente invention, l'alliage étant à l'état trempé.
Se rapportant aux dessins, on peut voir par la figure 1 l'effet combiné du manganèse et de l'aluminium sur la structure de la,fonte; cette figure a été obtenue par l'examen d'un certain nombre de passes fondues conformément à la présente invention. Ce diagramme est très utile du point de vue-pratique parce qu'il indique aisément la combinaison de composition nécessaire pour une structure donnée.
Si la composition d'un alliage tombe dans la zone 1 délimitée par les lignes RB, BA et la coordonnée de référence verticale entre A et R, elle consiste essentiellement en de la perlite avec des carbures dans la matrice.
Dans la zone 2, délimitée par les lignes AB, BC, CH, HE et EA, elle consiste en de la perlite avec de la bainite.
Dans la zone 3, délimitée par les lignes HC, CD, DG, GI et IH, elle consiste en de l'austénite avec de la bainite.
Dans la zone 4, délimitée par les lignes GD, DF et FG, elle consiste en de l'austénite.
Dans la zone 5, délimitée par les lignes FP, PK, KJ, JI, IG et GF, elle consiste en de l'austénite et des carbures.
Dans la zone 6 délimitée par les lgnes LN, NJ, JK, KS et la. coor- donnée de référence horizontale entre S et L, elle consiste en du carbure et de la perlite.
Dans la zone 7, délimitée par les lignes EH, II, IJ, JN et NE, elle consiste en de la bainite et du carbure.
Dans la zone 8, délimitée par les lignes AE, EN,NL, la coordonnée de référence horizontale entre le zéro et L et la coordonnée de référence vertica- le entre zéro et A, elle consiste en de la perlite.
Les alliages tombant dans l'une quelconque des zones indiquées dans la figure 1 peuvent contenir une certaine proportion de graphite libre suivant, parmi d'autres facteurs, le restant de la composition et le taux de refroidis- sement. La figure 1 est tout simplement un guide général pour les teneurs en manganèse et aluminium pour divers types de structures.
La position des diverses lignes divisant le diagramme en les différentes zones peut varier suivant le restant des autres constituants.de la composi- tion de la fonte et suivant d'autres facteurs bien connus de ceux au courant de la.partie.
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La fonte de la présente invention se prête particulièrement à tous les types de traitement thermique connus de ceux versés dans ce domaine.
La structure perlitique ou bainitique de "coulée telle quelle" peut être aisément convertie en une structure austénitique-par trempe depuis une tempé- rature d'environ 871-1038 C, suivant le restant de la composition de la fonte.
Avec certains restants de composition il est possible d'obtenir une structu- re austénitique par trempe à partir de températures encore plus basses.
Le produit austénitique de l'invention peut être durci par précipitation en le chauffant à une température d'environ 482-649 C. Pour certains restants de composition, une température de chauffage supérieure ou inférieure à cette gamme peut aussi être efficiente. L'aptitude de la fonte au manganèse-aluminium à être durcie par chauffage en fait un matériau de construction aux applications multiples.
Ainsi, il est possible de couler un métal tendre et usinable ou de tremper pour obtenir un métal doux, et de faire suivre l'opération d'usinage d'un simple chauffage, sans changement dimensionnel important.
L'aptitude au durcissement par chauffage est aussi très utile lorsqu'on utiljse la fonte à des températures élevées dans des conditions où
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de la r6sist-anceà 1. usure est requise.
Un exemple typique est une matrice de formage à chaud.
La fonte austénitique de la présente invention a aussi la possi- bilité de durcir à l'usage.
Ce type de durcissement est bien connu des personnes au courant de la partie et c'est une des principales raisons des caractéristiques excellentes à l'usure d'un matériau comme l'acier austénitique au manganèse.
Lorsque de la fonte blanche ou truitée contenant du manganèse et de l'aluminium conformément à l'invention est chauffée à des températures d'envi- ron 871 C, puis trempée à partir de ces mêmes températures, elle devient beaucoup plus robuste. Cette amélioration de la ténacité est due à la sphéroi- disation des carbures et à l'austénitisation de la matrice. Cette propriété est extrêmement utile au cas où on exige une bonne résistance à l'usure sous des chocs sévères durant le service.
Le comportement de la fonte au manganèse-aluminium au traitement à chaud sera le mieux illustré par une série d'exemples.
On coule un barreau de 3,1 cm de diamètre à partir d'une masse fondue ayant la composition suivante : carbone total 3,12 silicium 1,34 manganèse 2,68 aluminium 2,35
A l'état "coulé tel quel", une portion de ce barreau est martensiti- que et représentée dans la figure 2 des dessins. La dureté de cette éprouvette est de 420 en Brinell.
Une deuxième portion de ce barreau est chauffée à 1007 C, puis trempée à l'huile à partir de cette température. La structure de la pièce trempée est austénitique et représentée dans la figure 3 des dessins. Cette éprouvette a une dureté Brinell de 230.
Une troisième portion de ce barreau est trempée à partir de 1007 C puis ensuite réchauffée à 538 C, La structure de cette pièce trempée et étirée est martensitique et représentée dans la figure 4 des dessins. Cette pièce à une dureté Brinell de 450.
Dans un autre exemple, on coule un barreau d'essai à partir
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d'une masse fondue ayant la composition suivante : carbone total 3,35 silicium 1,32 manganèse 4,80 aluminium 1,99 chrome 2,18 vanadium 1,16
La structure de "coulée telle quelle" de ce barreau est truitée avec une matrice perlitique. Elle est représentée dans la figure 5 des dessins.
La distribution au hasard de ces carbures est une caractéristique de ce type de restant de composition.
La dureté Brinell de "coulée :-elle quelle" est de 411.
On chauffe une portion de ce barreau à 81600 et on la trempe à partir de cette température. Ce traitement conduit à une structure consistant en des carbures sphérïdaux dans une matrice austénitique.
La structure de cette pièce est représentée dans la figure 6 des dessins.
La dureté Brinell après ce traitement est de 387. La pièce ainsi traitée à chaud présente un degré exceptionnel de ténacité.
On a trouvé que n'importe qu'elle fonte de la présente invention est sensible aux types de traitement thermique décrits, de même qu'à tous les types de traitement mis en oeuvre par ceux au courant de la partie.
Les températures requises pour obtenir un effet quelconque varieront en conformité avec le restant de la composition de la fonte ; peut les déter- miner très facilement en effectuant une série d'essais simples de laboratoire.
Ces types d'essais sont bien connus de l'homme de métier'
La structure nouvelle et les propriétés physiques nouvelles de la fonte de la présente invention en font un produit que l'on peut utiliser pour des applications industrielles où des conditions de service sévères rendent souvent les autres fontes courantes inutilisables.
Lorsque la fonte au manganèse-aluminium est grise, on peut la fabriquer avec des résistances à la traction, pour la forme "coulée telle quelle", allant de valeurs aussi basses que 1750 kg/cm jusqu'à des valeurs aussi élevées que 7000 kg/cm en modifiant la composition d'une manière commune aux fontes oridnaires.
Lorsque la composition est du genre produisant une matrice sciculaire, la résistance à la traction est d'ordinaire supérieure à 4200 kg/cm et, lorsque la composition est-dû genre où l'on peut rendre le graphite nodulaire ou sphéroïdal, la résistance est ordinairement supérieure à 5600 kg/cm .
Les caractéristiques de service des fontes au manganèse-aluminium peuvent être mises en évidence par une série d'essais et d'exemples.
On soumet aux épreuves un certain nombre de matériaux en faisant tourner des barreaux d'essai, obtenus à partir de ces matériaux, dans des particules abrasives de carbure de silicium à grande vitesse. Parmi ces matériaux se trouve un barreau d'essai N 5 fabriqué à partir de la fonte de la présente invention, ayant la composition suivante : carbone total 3,14 silicium 1,42 manganèse 4,60 aluminium 2, 20 chrome 1,85 vanadium 0,52 Les résultats de ces essais sont exprimés de manière à pouvoir les comparer à un acier mi-dur au carbone, laminé à froid, possédant un facteur d'usure de 100 ; résultats sont repris dans le tableau 3 :
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TABLEAU 3.
Essais d'usure par abrasion sur des matériaux ferreux que l'on fait tourner dans un bain de carbure de silicium.
EMI9.1
<tb> barreau <SEP> facteur <SEP> d'usure
<tb> d'essai <SEP> N <SEP> Type <SEP> de <SEP> matériau <SEP> compare.
<tb>
<tb>
1 <SEP> acier <SEP> mi-dur <SEP> au <SEP> carbone <SEP> laminé <SEP> à <SEP> froid <SEP> 100
<tb> 2 <SEP> fonte <SEP> grise <SEP> 90
<tb> 3 <SEP> fonte <SEP> blanche <SEP> 66
<tb> 4 <SEP> fonte <SEP> blanche <SEP> martensitique. <SEP> 42
<tb> 5 <SEP> fonte <SEP> au <SEP> manganèse-aluminium <SEP> 25
<tb> 6 <SEP> fonte <SEP> à <SEP> graphite <SEP> sphérolitique <SEP> 84
<tb> 7 <SEP> fonte <SEP> traitée <SEP> à <SEP> chaud <SEP> 75
<tb> 8 <SEP> acier <SEP> austénitique <SEP> au <SEP> manganèse <SEP> 55
<tb>
Le tableau ? 3 montre clairement les excellentes propriétés d'usure de la fonte obtenue conformément à la présente invention.
On soumet aux épreuves un certain nombre de matériaux pour la résistance à chaud en immergeant des barreaux d'essai, produits à partir de ces matériaux, dans un four maintenu à 896 C pendant une période de 300 heures.
Au bout de ce temps-, on mesure les barreaux d'essai pour les variations de dimension et les variations de poids. Les résultats de ces essais sont montrés dans le tableau N 4.
Parmi ces résultats figurent ceux obtenus avec le barreau d'essai N 4, fabriqué avec la fonte de la présente invention, dont la composition est la suivante : carbone total 2,80 silicium 2,00 manganèse 2, 50 aluminium 4,00 chrome 1,50
TABLEAU 4.
Essais de résistance à chaud sur des matériaux ferreux au four à 8960C.
EMI9.2
<tb> barreau <SEP> augm, <SEP> de <SEP> perte <SEP> par
<tb>
<tb> d'essai <SEP> ? <SEP> Type <SEP> de <SEP> matériau <SEP> longueur <SEP> écaillage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> acier <SEP> laminé <SEP> à <SEP> froid <SEP> 0% <SEP> 25%
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> fonte <SEP> grise <SEP> 9% <SEP> 20%
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> fonte <SEP> blanche <SEP> 7% <SEP> 6%
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> fonte <SEP> au <SEP> manganèse-aluminium <SEP> 1% <SEP> 3%
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> fonte <SEP> austénitique <SEP> 1% <SEP> 5%
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> fonte <SEP> au <SEP> silicium <SEP> ferritique <SEP> 0% <SEP> 10%
<tb>
On a également trouvé que la fonte austénitique de la présente invention possède une excellente résistance à la corrosion.
Elle résiste extrêmement bien à l'action rouillante de l'atmosphère, probablement à cause d'un mince enduit superficiel d'oxyde qui est toujours présent et qui est plus prononcé dans les compositions ayant une teneur en aluminium supérieure à 3,0%.
Les fontes au manganèse-aluminium sont également résistantes à certains acides, alcalis et produits chimiques et, pour cette raison, les pièces coulées à partir du nouveau matériau peuvent être utilisées largement dans l'industrie chimique et les industries connexes.
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Le produit de la présente invention peut être magnétique ou non magnétique, selon le restant de la composition.
Ceci confère des caractéristiques électriques très intéressantes aux pièces coulées préparées à partir de fontes au manganèse-aluminium.
Les propriétés magnétiques de ce matériau sont également un guide extrêmement utile dans le processus de fabrication, particulièrement au cours du traite-
EMI10.1
ment -à- chaud pour ',1' âusi;ni.ts,,tic. ,. e¯=aïns ''restants'.: '".
-.........-....' lfdÔ7éoÀBosition utilisés dans le procédé de la présente invention sont caractérisés par une coercivité magnétique très élevée.
On n'avance aucune théorie en ce qui concerne le nouveau produit obtenu en alliant une fonte avec du manganèse et de l'aluminium conformément au procédé de la présente invention.
On suppose que le potentiel de graphitation de l'aluminium est mis en opposi- tion au potentiel promoteur du manganèse pour l'obtention de carbures, ce qui permet de contrôler efficacement la condition du carbone dans la fonte et d'obtenir un bénéfice total de ces éléments d'alliage à la fois sur les points de transformation équilibrés durant la solidification de la masse fondue.
Quel que soit le mécanisme exact de l'invention, on a découvert que la présence à la fois d'aluminium et de manganèse en les quantités envisagées par la présente invention conduit à une fonte qui possède une structure et des propriétés physiques nouvelles qui ne sont pas possibles quand le manganèse ou l'aluminium est absent.
REVENDICATIONS.
1.- Fonte contenant au moins 1% d'aluminium et au moins 1,5% de manganèse, le restant étant essentiellement une composition de fonte.