CA1179507A - Procede d'affinage du silicium primaire des aluminium- silicium hypereutectiques - Google Patents
Procede d'affinage du silicium primaire des aluminium- silicium hypereutectiquesInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'affinage du silicium primaire d'alliages aluminium-silicium hypereutectiques. Elle est caractérisée par un pré-affinage au moyen d'un produit à base de phosphore suivi d'un affinage par le magnésium immédiatement avant la coulée. Le procédé de l'invention trouve son application dans la fabrication de chemises de moteurs à combustion interne ou de tout autre pièce soumise à des frottements.
Description
La presente invention concerne un procede d'af~inage du silicium primaire des alliages aliminium-silicium hypereu-tectiques.
L'homme de l~art sait que l'on classe 1es alliayes aluminium-silicium en trois groupes suivant leur teneur en element d'addition. Les allia~es contenant environ 12,5~
en poids de Si sont dits eutectiques; ceu~ qui en renferment une quantite inferieure ou superieure à cette valeur sont qualifies respectivement d'hypo ou dlhypereutectiques.
Dans le cas present, ne sont consideres que les alliages hypereutectiques qui, lors de leur elaboration, donnent successivement, en se refroidissant, une phase solide contenant essentiellement des cristaux de silicium primaire puis l'eutec-tique aluminium-silicium.
De tels alliayes trouvent leur application en particulier lors de la fabrication par moulage de chemises de moteurs à combustion interne, car une telle structure de cristaux de silicium primaire durs noyes dans une matrice eutectique plus tendre est particulierement apte a former une surface presentant des microporosites favorables a la retention des lubrifiants et~au comportement au frottement.
Mais, il faut cependant, pour obtenir des resultats conve-nables, que ces cristaux aient des dimensions ne depassant pas 100 ~m.
Or, cette exigence est difficile a respecter sur les pièces de fonderie surtout lorsqu'elles sont de taille importante.
C'est pourquoi, on est amene, lors de l'elabora-tion de ces alliages, a ajouter des elements ou des composés dits affinants)~ qui multiplient dans le metal liquide le nombre de centres de germination et conduisent, au cours du refroidissement, ~ la ~ormation de cristaux de petites dimensions.
De nombreux agents d'afEinage ont ete decrits dans .
~ , .
.~ qJ7 la litterature. Toutefois, on ne peut les utiliser i~difé-remment car chacu~ d'ent~e eux a un e~fet specifique.
Si certains ont une actioll sur les cristaux de silicium primaire, d'autres, au contxaire, n'agissent que sur les cristaux de silicium de l'eutectique. Il en est même qui peuvent provoquer un grossissement des cristaux de l'une des phases en même temps qulils afinent les cri~taux de l'autre.
S.T. CHIU, dans son article The effect of vaxious elements on the modification of Al-Si ~lloys paru dans la revue METALLKUNDE n 57 de Mai 1966, a montre la specificite de ces elements et, notamment, dans le tableau 4 a la page 399, il donne une liste d'eléments avec leurs concentrations qui sont susceptibles d'affiner les cristaux de silicium primaire. On y trouve le chrome, le molybdène, le manganèse, le tungstene, le phosphore, le soufre, l'iode, le cuivre, l'argent, le zinc, l'etain, le plomb, le nickel, le cadmium, le mercure.
On peut lire aussi dans cet article a la page 396, sur le tableau 2, que le magnesium ajoute a un alliage hypereutectique contrairement a tous les elements cites plus haut a pour effet de grossir les cristaux de silicium ~ -primaire et d'affiner les cristaux eutectiques.
Or, la demanderesse, dans une etude approfondie de l'affinage des alliages hypereutectiques, notamment par ~;
le phosphore, a constate avec surprise qu'un ajout de magnesium a de tels alliages dégà affines, n'avait pas pour effet de reduire cet affinage, mais, au contraire, de l'am-plifier; ce qui va a l'encontre de l'enseignement donne par CHIU. De plus, elle a remarqué que l'action d'affinage complémentaire etait fugace, clest-à-dire qu'elle disparais-sait progressivement dans le temps et qu'il fallait donc ajouter ce magnesium peu de temps avant la couIee pour bene-ficier au maximum de son effe-t.
L'homme de l~art sait que l'on classe 1es alliayes aluminium-silicium en trois groupes suivant leur teneur en element d'addition. Les allia~es contenant environ 12,5~
en poids de Si sont dits eutectiques; ceu~ qui en renferment une quantite inferieure ou superieure à cette valeur sont qualifies respectivement d'hypo ou dlhypereutectiques.
Dans le cas present, ne sont consideres que les alliages hypereutectiques qui, lors de leur elaboration, donnent successivement, en se refroidissant, une phase solide contenant essentiellement des cristaux de silicium primaire puis l'eutec-tique aluminium-silicium.
De tels alliayes trouvent leur application en particulier lors de la fabrication par moulage de chemises de moteurs à combustion interne, car une telle structure de cristaux de silicium primaire durs noyes dans une matrice eutectique plus tendre est particulierement apte a former une surface presentant des microporosites favorables a la retention des lubrifiants et~au comportement au frottement.
Mais, il faut cependant, pour obtenir des resultats conve-nables, que ces cristaux aient des dimensions ne depassant pas 100 ~m.
Or, cette exigence est difficile a respecter sur les pièces de fonderie surtout lorsqu'elles sont de taille importante.
C'est pourquoi, on est amene, lors de l'elabora-tion de ces alliages, a ajouter des elements ou des composés dits affinants)~ qui multiplient dans le metal liquide le nombre de centres de germination et conduisent, au cours du refroidissement, ~ la ~ormation de cristaux de petites dimensions.
De nombreux agents d'afEinage ont ete decrits dans .
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.~ qJ7 la litterature. Toutefois, on ne peut les utiliser i~difé-remment car chacu~ d'ent~e eux a un e~fet specifique.
Si certains ont une actioll sur les cristaux de silicium primaire, d'autres, au contxaire, n'agissent que sur les cristaux de silicium de l'eutectique. Il en est même qui peuvent provoquer un grossissement des cristaux de l'une des phases en même temps qulils afinent les cri~taux de l'autre.
S.T. CHIU, dans son article The effect of vaxious elements on the modification of Al-Si ~lloys paru dans la revue METALLKUNDE n 57 de Mai 1966, a montre la specificite de ces elements et, notamment, dans le tableau 4 a la page 399, il donne une liste d'eléments avec leurs concentrations qui sont susceptibles d'affiner les cristaux de silicium primaire. On y trouve le chrome, le molybdène, le manganèse, le tungstene, le phosphore, le soufre, l'iode, le cuivre, l'argent, le zinc, l'etain, le plomb, le nickel, le cadmium, le mercure.
On peut lire aussi dans cet article a la page 396, sur le tableau 2, que le magnesium ajoute a un alliage hypereutectique contrairement a tous les elements cites plus haut a pour effet de grossir les cristaux de silicium ~ -primaire et d'affiner les cristaux eutectiques.
Or, la demanderesse, dans une etude approfondie de l'affinage des alliages hypereutectiques, notamment par ~;
le phosphore, a constate avec surprise qu'un ajout de magnesium a de tels alliages dégà affines, n'avait pas pour effet de reduire cet affinage, mais, au contraire, de l'am-plifier; ce qui va a l'encontre de l'enseignement donne par CHIU. De plus, elle a remarqué que l'action d'affinage complémentaire etait fugace, clest-à-dire qu'elle disparais-sait progressivement dans le temps et qu'il fallait donc ajouter ce magnesium peu de temps avant la couIee pour bene-ficier au maximum de son effe-t.
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~ ~'7~5~i~7 Ainsi, la presente invention est-elle ~elative ~ un procédé d'afEinage du silicium primaire d'alllages aluminium-silicium hypereutecti~ues ~yant subi un pré-afinage par un produit à base de phosphore, ca~actérisé
en ce que l'on ajoute a cet alliage un produit a base de magnésium immédiatement avant de le couler. ~'alliage étant préparé de manière classique et affillé par ajout de 50 à
1000 ppm de phosphore ou dlune ~uantité correspondante de l'un de ses derives, on ~ ajoute donc du magnesium. Ce dernier peut être à l'état élémentaire ou d'alliages~meres aluminium-magnésium et sous forme de tournures, de poudre ou même de morceaux massiEs de dimensions compatibles avec une vitesse de dissolution suffisamment grande.
La quantité utilisée est telle qu'elle permet d'atteindre, dans l'alliage final, une teneur en magnésium de 500 ppm mais, dans le cas de l'élaboration d'alliages contenant du magnésium dans leur composition, on peut ajouter la quantite necessaire pour atteindre la teneur souhaitee.
L'ajout s'effectue a un moment le plus voisin possible de celui de la coulee et en tout cas, moins de 30 minutes avant la solidification, car, au-dela de ce laps de temps, l'effet d'affinage s'estompe et devient pratiquement nul. De pre férence, l'ajout se fait moins de cinq minutes avant la coulee pour être dans les conditions optima d'affinage.
On peut ainsi obtenir une réduction de moitie environ de la taille des cristaux de silicium primaire par rapport à celle qui est obtenue en presence de phosphore seulement.
On peut également, pou~ une taille de cristaux souhaités, réduire la quantité de phosphore necessaire à
un tel affinage et la compenser par une quantité de magnésium.
Celà a pour avantage de réduire la consommation en ce métal-loide et de diminuer les quantites presentes dans les fours d'élaboration.
:~
, ~ J7 L'invention peut etre illustrée au moyen des exemples suivants:
EXEMPLE l A partir d'un bain métallique d'~S17 ultra pur, contenant quelques dizaines de ppm de phosphore, et a une ~-température de 765C, on a Prélevé un échantillon que l'on a solidifié en 13 secondes. Ce dernier présentait, a l'examen, des cristaux de silicium primaire d'une taille moyenne voisine de 50 ~m.
On a alors ajouté au même bain 0,1~ de magnésium ~uis, deux minutes apres l'introduction, on a prélevé, soli-difié et examiné dans les memes conditions que précédemmenk, un nouvel échantillon: la taille des cristaux était alors passee à 25 ~Im. Les memes operations ont ete répétées une heure après l'introduction du magnésium et ont alors conduit à l'observation de cristaux de ~0 ~m montrant ainsi la fugacité de l'effet de cet element d'affinage.
Un bain métalli~ue d'AS17 a ete partage en trois ~olumes distincts auquels on a ajouté à chacun des quantités differentes de phosphore, comprises entre 10 et 50 ppm. On a preleve sur chacun d'eux un échantillon que l'on a solidi-fie en treize secondes et dont a examine la structure: la taille des cristaux de silicium primaire observée était:
20 - 40 - 60 ~m.
~ chacun des volumes, on a ajoute 0,1~ Mg et, deux minutes après introduction de cet element, on a procedé aux mêmes operations que celles pratiquées sur l'alliage non traité par le magnesium. La taille des grains etait ~30 respectivement, pour chacun des echantillons: 11 - 19 - 32 ~Im.
On constate ainsi que le magnésium a pour effet de diviser la taille des grains de silicium primaire par un facteur 2 environ.
~, . ~ ..
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~ partir d'un bain d'AS17U~G, ~ une temperature de 780C auquel on a ajoute du cuprophosphore a 15~ de phosphore, de maniere à atteindre une -teneur en phosphore de 700 ppm, on a preleve une certainei quantite de liquide pour le couler sous forme d'eprouvett:es de traction. Apres solidification, la taille des cristaux de silicium primaire observee sur ces éprouvettes depassait 50 ~m.
Au bain restant, on a ajoute 0,~% de magneslum e-t prelevé immediatement, après introduction et fusion de ce dernier, d'autres eprouvettes; celles-ci presentaien-t, apres solidi~ication, une taille de grains de 30 ~m confi.r-mant ainsi le role du magnésium comme élement d'affinage.
La presente invention trouve son applica-tion dans l'affinage des alliages d'aliminium hypereutectiques et pre-sente un g.rand intérêt, notamment lorsque ces alliages sont des-tinés à la fabrication de chemises de moteurs a combustion interne ou de tout autre piece soumise a des frottements.
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en ce que l'on ajoute a cet alliage un produit a base de magnésium immédiatement avant de le couler. ~'alliage étant préparé de manière classique et affillé par ajout de 50 à
1000 ppm de phosphore ou dlune ~uantité correspondante de l'un de ses derives, on ~ ajoute donc du magnesium. Ce dernier peut être à l'état élémentaire ou d'alliages~meres aluminium-magnésium et sous forme de tournures, de poudre ou même de morceaux massiEs de dimensions compatibles avec une vitesse de dissolution suffisamment grande.
La quantité utilisée est telle qu'elle permet d'atteindre, dans l'alliage final, une teneur en magnésium de 500 ppm mais, dans le cas de l'élaboration d'alliages contenant du magnésium dans leur composition, on peut ajouter la quantite necessaire pour atteindre la teneur souhaitee.
L'ajout s'effectue a un moment le plus voisin possible de celui de la coulee et en tout cas, moins de 30 minutes avant la solidification, car, au-dela de ce laps de temps, l'effet d'affinage s'estompe et devient pratiquement nul. De pre férence, l'ajout se fait moins de cinq minutes avant la coulee pour être dans les conditions optima d'affinage.
On peut ainsi obtenir une réduction de moitie environ de la taille des cristaux de silicium primaire par rapport à celle qui est obtenue en presence de phosphore seulement.
On peut également, pou~ une taille de cristaux souhaités, réduire la quantité de phosphore necessaire à
un tel affinage et la compenser par une quantité de magnésium.
Celà a pour avantage de réduire la consommation en ce métal-loide et de diminuer les quantites presentes dans les fours d'élaboration.
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, ~ J7 L'invention peut etre illustrée au moyen des exemples suivants:
EXEMPLE l A partir d'un bain métallique d'~S17 ultra pur, contenant quelques dizaines de ppm de phosphore, et a une ~-température de 765C, on a Prélevé un échantillon que l'on a solidifié en 13 secondes. Ce dernier présentait, a l'examen, des cristaux de silicium primaire d'une taille moyenne voisine de 50 ~m.
On a alors ajouté au même bain 0,1~ de magnésium ~uis, deux minutes apres l'introduction, on a prélevé, soli-difié et examiné dans les memes conditions que précédemmenk, un nouvel échantillon: la taille des cristaux était alors passee à 25 ~Im. Les memes operations ont ete répétées une heure après l'introduction du magnésium et ont alors conduit à l'observation de cristaux de ~0 ~m montrant ainsi la fugacité de l'effet de cet element d'affinage.
Un bain métalli~ue d'AS17 a ete partage en trois ~olumes distincts auquels on a ajouté à chacun des quantités differentes de phosphore, comprises entre 10 et 50 ppm. On a preleve sur chacun d'eux un échantillon que l'on a solidi-fie en treize secondes et dont a examine la structure: la taille des cristaux de silicium primaire observée était:
20 - 40 - 60 ~m.
~ chacun des volumes, on a ajoute 0,1~ Mg et, deux minutes après introduction de cet element, on a procedé aux mêmes operations que celles pratiquées sur l'alliage non traité par le magnesium. La taille des grains etait ~30 respectivement, pour chacun des echantillons: 11 - 19 - 32 ~Im.
On constate ainsi que le magnésium a pour effet de diviser la taille des grains de silicium primaire par un facteur 2 environ.
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~ partir d'un bain d'AS17U~G, ~ une temperature de 780C auquel on a ajoute du cuprophosphore a 15~ de phosphore, de maniere à atteindre une -teneur en phosphore de 700 ppm, on a preleve une certainei quantite de liquide pour le couler sous forme d'eprouvett:es de traction. Apres solidification, la taille des cristaux de silicium primaire observee sur ces éprouvettes depassait 50 ~m.
Au bain restant, on a ajoute 0,~% de magneslum e-t prelevé immediatement, après introduction et fusion de ce dernier, d'autres eprouvettes; celles-ci presentaien-t, apres solidi~ication, une taille de grains de 30 ~m confi.r-mant ainsi le role du magnésium comme élement d'affinage.
La presente invention trouve son applica-tion dans l'affinage des alliages d'aliminium hypereutectiques et pre-sente un g.rand intérêt, notamment lorsque ces alliages sont des-tinés à la fabrication de chemises de moteurs a combustion interne ou de tout autre piece soumise a des frottements.
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Claims (3)
1. Procédé d'affinage du silicium primaire d'alliages d'aluminium-silicium hypereutectiques au moyen de produits à base de phosphore et de magnésium caractérisé
en ce que l'on ajoute le produit à base de magnésium à un alliage préaffiné par le produit à base de phosphore et ce immédiatement avant la coulée.
en ce que l'on ajoute le produit à base de magnésium à un alliage préaffiné par le produit à base de phosphore et ce immédiatement avant la coulée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le produit à base de magnésium est ajouté moins de trente minutes avant la coulée.
en ce que le produit à base de magnésium est ajouté moins de trente minutes avant la coulée.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac-térisé en ce que la quantité de produit à base de magnésium ajoutée est telle qu'elle permet d'atteindre, dans l'alliage final, une teneur en magnésium d'au moins 500 ppm.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8107856 | 1981-04-14 | ||
| FR8107856A FR2504154B1 (fr) | 1981-04-15 | 1981-04-15 | Procede d'affinage du silicium primaire des aluminium-silicium hypereutectiques |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1179507A true CA1179507A (fr) | 1984-12-18 |
Family
ID=9257585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000400963A Expired CA1179507A (fr) | 1981-04-14 | 1982-04-14 | Procede d'affinage du silicium primaire des aluminium- silicium hypereutectiques |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPS57177943A (fr) |
| CA (1) | CA1179507A (fr) |
| DE (1) | DE3264528D1 (fr) |
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| FR (1) | FR2504154B1 (fr) |
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1982
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| JPS6155576B2 (fr) | 1986-11-28 |
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