CA1135475A - Procede d'elaboration de pieces notamment en fonte a graphite spheroidal - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'élaboration de pièces en fonte. Selon l'invention, on coule le métal en fusion dans un moule après avoir élevé sa teneur en aluminium à au moins 0,1% et préalablement à la coulée, la cavité de moulage a été inertée par déversement d'azote liquide en fond de moule. Grâce à cette façon de faire, on évite à la fois les piqûres d'hydrogène et les crasses d'alumine. Application essentiellement à la fonte à graphite sphéroidal.

Description

1~35475 La présente invention concerne un procédé d'~labora-tion de pièces en fonte notamment en fonte à graphite sphé-roidal, du genre où l'on coule le m~tal en fusion d'une poche de préparation dans un moule.
Généralement, ce procédé de moulage de fonte à graphite sph~roidal et, à un moindre titre, de fonte dite lamellaire et de fonte dite alliée, est souvent sujet à des d~fauts que l'on dénomme généralement "piqûres" d'hydrogène.
Ces défauts sont provoqués par une baisse brutale de la solubilité de l'hydrogène dans le métal en cours de soli-di~ication, ils se produisent surtout dans des conditions de diffusibilité réduites, comme c'est le cas de pièces minces ou d'épaisseur moyenne.
Les piq~res d'hydrogène se forment généralement sous la peau de pièces dans une zone solidifiée et cette formation intervient avec un certain retard sur la solidification, si bien que ces défauts n'apparaissent pas immédiatement après démoulage. En fait, c'est au moment où les opérations de pa-rachèvement, telles qu'usinage des pièces moulées, que les piqûres d'hydrogène apparaissent à l'oeil et l'on est contraint alors à mettre au rebut les pièces ainsi moulées et presque complètement usinées. Il s'ensuit de fortes pertes dues non seulement au moulage, mais aux opérations ultérieures de démasselotage, de meulage, d'ébarbage, de t~aitements thermi-miques, etc...
; De nombreuses études ont été menées pour déterminer les causes de la présence de l'hydrogène dans le métal et l'on sait maintenant que cet hydrogène pro~lent de la décomposition de l'eau au contact du métal à haute température, cette eau pouvant être absorbée à différents stades du processus d'éla-boration, par exemple l'humidité de l'air ou des réfractaires -1 ~
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constituant la paroi du four, du chenal con~uisant à la poche et enfin dans le moule lui-même, et l'on a pu également cons-tater que la cause essentielle de la présence d'hydrogène est précisément l'absorption d'hydrogène juste avant solidification, c'est-à-dire d'hydrogène qui se manifeste dans les moules de coulée.
C'est donc bien entendu les moules dits en sable à
vert qui causent le plus de défauts de piqûres d'hydrogène, puisque le sable qui les constitue présente une certaine hu-midité.
On a constaté également que ce défaut était accentuéen fonction de la longueur du parcours d'alimentation de la pièce moulée et que les pièces situées en bout de la grappe en étaient les plus affectées.
Pour remédier à ce défaut, en tout cas l'atténuer, on a bien proposé d'augmenter la température de coulée, ce qui, en reportant dans le temps la soli~ification de la pièce i coulée, favorise donc le dégazage et par là même évite dans une grande mesure la formation de piqûres dues à l'hydrogène.
Mais ce remède n'est pas toujours applicable, car il dépend de l'organisation de l'installation de moulage, des synchro-nisations dans leq processus de fusion et de moulage, etc...
et en outre, cette façon de faire occasionne une dépense é-nergétique suppl~mentaire non négligeable.
On a également proposé d'accroître la dose de noir minéral ou de brai dans le sable de moulage, de façon à modi-fier les conditions de cGntact du métal avec la paroi des moules et de ralentir l'oxydation du métal par l'oxygène pro-; venant de la décomposition de l'humidité. Le "mouillage" du sable par la fonte qui suppose la présence d'un film oxydéest ainsi évité. Bien que cette fa,con de faire ait également ' ' ' ' ' ~ ' ' ' ' :
~135475 pour effet de diminuer la présence d'hydrogène, elle augmente également, et de facon non négligeable, le coût du moulage.
On a bien constat~ le role de la teneur en aluminium des fontes dans la formation des piqûres d'hydrogène et on a pu établir que, pour les teneurs en magnésium habituelles de 0,03 à 0,07~/0, l'absorption d'hydrogène tend à augmenter avec la teneur en aluminium et le risque de piq~re intervient dès que la teneur en pourcentage des fontes en aluminium dé-passe quelques millièmes. Cette situation est d'autant plus gênante que généralement, la teneur en aluminium dans la fonte coulée est difficilement maltrisable. En effet, que la fonte de base contienne ou non de l'aluminium, l'obtention de fonte à graphite sphéroYdal nécessite l'introduction de produits d'addition et de traitements tels que nodulisants, inoculants, qui contiennent de l'aluminium, si bien qu'en général, on ne peut prédéterminer à l'avance s'il y aura des piqûres d'hydrogène et quelle en sera l'importance.
La présente invention a pour objet un procédé d'élabo-ration de pièces en fonte, notamment en fonte à graphite sphé-roidal, qui permet d'éviter à coup sûr la formation de piqûresd'h~drogène et cette invention est caractérisée par l'utilisa-tion impérativement conjointe de deux mesures chacune connue en soi: d'une part, on fait en sorte que la teneur de la fonte en magnésium étant comprise entre 0,03 et 0,07%, la teneur teneur en aluminium soit au moins égale à 0,1% et d'autre part, l'on applique a ladite fonte en cours de coulée, la tech-nique connue en soi de coulée en moule inerté par de l'azote liquide préalablement d~versé en fond de moule. Ainsi, l'in-vention permet de combiner deux mesures d'une fa~on particu-lièrement performante, en effet, on avait bien constaté qu'enaugmentant au- delà des valeurs usuelles la teneur en alumi-1~3S47S
nium dans une fonte, la quantité de l'hydrogène incluse pas-sait par un maximum, puis décroissait régulièrement pour pratiquement s'annuler, pour des teneurs d'aluminium de 0,1%
et plus. Mais on n'avait pas ~té plus loin que cette cons-tatation, car les essais qui avaient été faits avec de telles teneurs en aluminium avaient conduit à d'autres inconvénients consistant en des inclusions d'alumine. En effet, les quan-tités d'aluminium relativement importantes incluses dans la fonte, que ce soit au four ou lors de la coulée en poche par exemple, réagissent avec l'oxygène de l'air pour former de l'alumine. Dans la majorité des cas, cette alumine, qui pré-sente une densité plus faible que la fonte, décante facilement aux différents stades d'élaboration dans le four, en poche, et peut être ainsi aisément éliminée. Au contraire, lors d'une coulée en moule, on ne peut assurer cette d~cantation, car aussi bien la forme du conduit d'alimentation que celle de l'empreinte ou des évents, est toujours telle qu'il se crée au sein du métal en cours de coulée, d'importantes turbulen-ces qui interdisent donc toute décantation. L'alumine reste donc dans la fonte en cours de solidification sous forme d'in-clusions gén~ralement près de la surface. Ces inclusions ou "crasses" n'ont pas d'adhérence ni de résistance et leur présence diminue donc la tenue mécanique en surface des piè-ces ainsi moulées.
Grâce à l'intervention conjointe de la seconde mesure préconisée par l'invention, qui consiste à éviter toute pré-senc~ d'air dans la cavité de moulage, on peut être sûr que lors de l'opération de moulage au moins, aucune formation d'alumine ne peut se produire et comme on a vu que les crasses qui s'étaient formées antérieurement à l'opération de moulage pouvaient être facilement ~liminées, on parvient donc, grace 1135~7S
à la conjonction des deux mesures préconisées par l'invention à faire en sorte qu'aucune inclusion d'alumine ne subsiste dans les pièces moulées, donc à éviter, en outre, les indésirables piqûres d'hydrogène.
A titre d'exemple, une fonte de base coulée en poche avec addition de 0,1% d'aluminium, nodulisée par traitement par cloche plongeuse avec Fe Si Mg (35% Mg) puis inoculée avec Fe Si, est transportée et coulée en sable à vert. Quel-ques dizaines de secondes avant la coulée du métal, les moules sont inertés en déversant dans la cavité de moulage une quan~
tité d'azote liquide dont le volume, à l'état vaporisé, est de 50 à 100 fois le volume de la cavité de moulage. A l'usi-nage, les défauts de piqûres d'hydrogène constatés précédem-ment à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et qui pouvaient conduire à des rebuts de 15%, pratiquement avaient disparu, le taux de rebut tombant à 2% et cela pour une con-sommation d'azo~e liquide d'environ 20 litre.s par tonne de pièces moulées.
L'invention s'applique essentiellement au moulage de fonte a graphite sph~roidal.

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Claims (2)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué
sont définies comme il suit:-

1. Procédé d'élaboration de pièces en fonte, notamment en fonte à graphite sphéroidal, du genre où l'on coule le métal en fusion d'une poche de préparation dans un moule, caractérisé en ce que, d'une part, la teneur de la fonte en magnésium étant comprise entre 0,03 et 0,07%, la teneur en aluminium est établie à au moins 0,1%, d'autre part, on appli-que à ladite fonte en cours de coulée, la technique de coulée en moule inerté par déversement préalable d'azote liquide en fond de moule.

2. Procédé d'élaboration selon la revendication 1, carac-térisé en ce que la quantité d'azote liquide déversée est à
l'état vaporisé de 50 à 100 fois en volume de la cavité de moulage.