CH292144A - Procédé de fabrication de fonte malléable. - Google Patents

Description

  <B>Procédé de</B>     fabrication   <B>de fonte malléable.</B>    Il est bien connu que l'on produit la fonte  malléable à     coeur    noir par traitement thermi  que de la fonte blanche ordinaire et qu'elle  a maintes propriétés désirables, la limite élas  tique étant comprise entre 15,75 et 25     kg/mm2,     la charge de rupture entre 28,5 et 40     kg/mm2          et        l'allongement        entre        10        et        20        %,

          pourvu        que     la matrice soit entièrement     ferritique    et que  la teneur en phosphore soit basse. Toutefois,  comme il est     essentiel    que la fonte initiale soit  complètement. blanche, la gamme des composi  tions est limitée et l'épaisseur des moulages  ne doit pas, en pratique, dépasser 5 cm. En  fait, dans le cas où l'on s'écarte des gammes  assez étroites de compositions qui sont appro  priées, ou dans le cas d'un refroidissement  lent, le graphite primaire est précipité; ce  graphite se présente sous     forrrle    de lamelles  et on doit usiner légèrement le moulage.

   De  plus, le traitement thermique de     malléabili-          sation    est usuellement long, à savoir 30 à  150 heures.  



  Comme il est exposé au brevet suisse       N      278655, on a récemment découvert que si  l'on ajoute du magnésium à un fer fondu  donnant. par coulée une fonte grise, et à con  dition qu'il reste suffisamment de magnésium  dans la pièce coulée, la microstructure du fer  diffère radicalement de celle d'une fonte grise  normale du fait que du graphite et pratique  ment tout le graphite apparaît, sous de faibles  grossissements, sous forme de particules com  pactes, arrondies, généralement presque cir-         culaires,    peu résistantes, de couleur grise, ou       sous    forme de conglomérats ou groupes de  telles particules. Ces particules ou conglomé  rats ou groupes sont dits  sphéroïdaux .

   La  plus grande partie du graphite sphéroïdal,  lorsqu'on l'examine au microscope à de     forts     grossissements après sectionnement et polis  sage appropriés et sous un éclairage conve  nable, a l'apparence d'une structure rayon  nante, et si on le regarde à la lumière     polarisée     avec un microscope muni de polariseurs croi  sés, on voit s'éteindre des zones successives  des     particules,    lorsqu'on fait tourner la pla  tine du microscope. Ce graphite sphéroïdal  doit donc être distingué de la     forme    irrégu  lière et d'apparence pelucheuse du graphite  que l'on trouve dans la fonte malléable ordi  naire à     coeur    noir, lequel graphite est sous  forme d'agrégat de fines lamelles.  



  Dans le procédé de fabrication de fonte  malléable selon l'invention, on prépare une  pièce coulée, de fonte à cassure dont la sur  face paraît, au moins par sa     phis    grande     par-          tie,        blanche,        et        contenant        de        0,03    à     0,5        %        de     magnésium, et on la soumet à un traitement  thermique de malléabilisation, de façon à dé  composer au moins en     partie    les carbures  massifs en fer et graphite sphéroïdal.

   La fonte  malléable résultant a une ductilité plus grande  que celle de la fonte grise contenant, après  coulée, du graphite sphéroïdal, et     non    soumise  au traitement thermique et peut, de ce fait,  être utilisée à des fins pour lesquelles cette      fonte grise, malgré ses propriétés remarqua  bles, ne convient pas.  



  La fonte malléable obtenue conformément  à l'invention possède une combinaison remar  quable de propriétés. En particulier, pour les  mêmes valeurs d'allongement, les limites élas  tiques et les charges de rupture à la traction  de la fonte obtenue conformément à l'invention  sont plus grandes que celles de la fonte malléa  ble à     coeur    noir normale.

   Ainsi,     pourvu    que la  matrice soit encore entièrement     feiTitique    et  que la teneur en phosphore soit basse,     l'allon-          gement        étant        compris        entre        10        et        20        %,        la     limite élastique est comprise dans l'intervalle  de 23,5 à.

   40     kg/mm2    (en général 31,5     kg/nim2     environ) et la charge de rupture est comprise  dans     l'intervalle    de 35 à 52     kg/mm2    (généra  lement     44        kg/mm2    environ). La comparaison  de ces chiffres avec ceux donnés plus haut et  qui sont les chiffres moyens obtenus sur les  fontes malléables à     coeur    noir montre immé  diatement que l'on obtient. avec un même  allongement pleinement satisfaisant des limi  tes élastiques et des charges de rupture sen  siblement plus élevées.  



       Lin    autre avantage réside dans le fait, que  l'on n'a plus de limitation dans la dimension  des moulages.  



  On a fait.     antérieurement    des propositions  pour traiter la fonte en fusion avec du ma  gnésium. Le magnésium est un élément. haute  ment. réactif et on doit. prendre des précau  tions spéciales si l'on veut qu'il en reste une  certaine quantité dans la fonte brute de     cou-          lée.        S'il    y a     moins        de        0,03        %        de        magnésium     dans la fonte brute de coulée, on ne peut pas  obtenir une     forme    sphéroïdale du graphite  par traitement thermique.

   Par exemple, on a  constaté qu'un moulage en fonte blanche       exempt        de        magnésium,        contenant        2,8        %        de          carbone,        0,8        %        de        silicium        et    1     %        de        nickel,     ainsi qu'un moulage similaire contenant, en       outre,        0,

  016        %        de        magnésium        retenu        contien-          nent    du graphite sous forme d'agrégats de  lamelles, après avoir été traités à 952  C.

    D'autre part, dans un moulage similaire     ren-          fermant        environ        0,07        %        de        magnésium        re-          tenu,    le graphite est sous forme sphéroïdale    après le même traitement thermique de     mal-          léabilisation.     



  On peut ajouter le magnésium à la fonte  en fusion sous forme d'alliage par exemple  avec du nickel ou du cuivre. De préférence,  on introduit le magnésium sous forme d'un  alliage dont. la densité approche celle du bain  en fusion ou la dépasse, étant donné que plus  la densité est grande, plus, dans un ensemble  donné de conditions, la proportion de magné  sium retenue dans le métal est élevée. Des  alliages     nickel-magnésium    contenant de 4 à.

         20        %        de        magnésium        et        des        alliages        nickel-          magnésium-carbone    contenant de 12 à. 7.5 0/0       de        magnésium        et.        de        1,3    à     2,5        %        de        carbone     donnent des résultats satisfaisants.

   En géné  ral, plus la concentration en magnésium dans  l'agent d'addition est grande, plus le pourcen  tage de magnésium effectivement introduit  dans la coulée est. proportionnellement faible.  Plus la température du bain en     fusion    au mo  ment de l'introduction du magnésium soit  sous forme d'alliage, soit. sous une autre  forme, est faible, plus la proportion du ma  gnésium retenu est, grande.  



  A titre d'exemple de l'addition de magné  sium sous forme d'alliage, un alliage     compre-          nant        13,15        %        de        magnésium,        le        complément     étant du nickel, est. concassé en morceaux  d'un calibre de 9 mm environ et. est.

   ajouté  à la surface d'une fonte en fusion contenant       3,31/0        de        carbone,        1,5%        de        silicium,        0,10%          de        soufre        et        0,027        %        de        phosphore,    à     suie        tem-          pérature    de 1370  C.

   La quantité d'alliage       ajoutée        est        de        1,63        %        en        poids        par        rapport     au métal en fusion et la. quantité de magné  sium présente dans le moulage de fonte blan  che résultante est de 0,069 0/0.

   A titre d'autre       exemple,        un        alliage        renfermant        19        %        de        ma-          gnésium        et        81%        de        nickel        est        concassé        de     manière similaire et plongé     au-dessous    de la       surface        d'une        fonte     <RTI  

   ID="0002.0142">   en        fusion        contenant        3,4        %          de        carbone,        1,7        %        de        silicium,        0,03        %        de        sou-          fre        et        0,07        %        de        phosphore,

      à     une        tempéra-          ture    de     1.165     C. La quantité d'alliage ajouté       représente        1,7        %        en        poids        du        métal        en        fusion     et la quantité de magnésium dans le moulage  en fonte blanche résultant est de 0,08 0/0.

        Le magnésium réagit particulièrement  avec le soufre et un moulage contenant au       moins        0,03        %        de        magnésium        est        caractérisé     par une très basse teneur en soufre, en     géné-          ral        de        0,

  02        %        de        soufre        ou        moins.        Ceci        est     plus clairement illustré par les résultats don  nés par certains essais.

   Dans ces essais, on est       parti        de        fonte        liquide        renfermant    3     %        de        car-          bone,        0,5        %        de        silicium,        0,5        %        de        manganèse        et          0,

  11        %        de        soufre        et        on        forme        un        premier        mou-          lage    à partir de cette fonte sans autre traite  ment ultérieur. Cette fonte présente une cas  sure blanche lorsqu'elle est brute de coulée.

    On fait un second moulage en traitant une  partie de la. fonte liquide avec une petite  quantité de magnésium; il présente à l'état  brut de coulée une cassure blanche et contient       0,087        %        de        soufre        et        0,012        %        de        magnésium.     On traite une troisième partie de la coulée  avec une quantité de magnésium légèrement  plus grande;

   le moulage présente une cassure       truitée        brute        de        coulée        et        contient        0,036        %        de          soufre        et        0,025        %        de        magnésium.        On        traite     une quatrième partie de la coulée avec assez  de magnésium pour obtenir une teneur en  magnésium retenu de 0,036 010,

   le teneur en       soufre        étant        réduite    à     0,018,%.        On        soumet     ces quatre moulages de fonte au même traite  ment de malléabilisation à température éle  vée. On constate que, après ce traitement., le  graphite des trois premiers     moulages    est sous  forme de lamelles, tandis que dans le qua  trième moulage, il se présente     sous    forme     sphé-          roïdale.     



  Il n'est pas     essentiel    d'utiliser une fonte  liquide ayant -une composition telle que, sans  adjonction de     magnésium,    elle fournisse un  moulage blanc, parce que le     magnésium        qui     est. ajouté a une tendance énergique à. donner  de la fonte blanche. Il est possible, par suite,  d'utiliser des fontes qui seraient grises à l'état  brut de coulée, si elles étaient coulées sans y  retenir de magnésium, et d'obtenir cepen  dant des fontes malléables très satisfaisantes  contenant du graphite sphéroïdal.

   En réalité,  même lorsqu'une certaine quantité de gra  phite se trouve déjà présente dans la fonte  contenant du magnésium que l'on soumet au    traitement de malléabilisation, ce graphite se  présente sous la forme sphéroïdale et n'affecte  pas d'une manière nuisible les propriétés de  la fonte après traitement thermique et, en  fait, il est avantageux. Cette caractéristique  permet d'utiliser l'inoculation, aussi bien que  des compositions ayant de fortes tendances à  la graphitisation, dans la production du mou  lage initial en fonte à cassure dont la surface  paraît blanche, au moins sur sa plus     grande          partie,    qu'on se propose de malléabiliser. Une  telle fonte peut donc contenir déjà une cer  taine quantité de graphite sphéroïdal.  



  Par suite du fait que le métal liquide n'a  pas besoin de fournir un moulage complète  ment blanc, la fonte de base peut contenir de  plus grandes     quantités    de carbone et de-     sili-          ciiun    (qui sont des éléments de     graphitisa-          tion)    que les moulages utilisés pour produire  la fonte malléable ordinaire à     coeur    noir.

   Les  avantages consistent en ce que l'on obtient  une meilleure fluidité et une meilleure     coula-          bilité    à l'état de fusion et que l'on peut obte  nir les fontes de base à partir d'une plus  grande variété de matières brutes et avec  moins d'exigences pour contrôler étroitement  les teneurs en carbone et en silicium. De plus,  en raison de l'effet blanchissant du magné  sium, les moulages peuvent contenir des     phis     grandes quantités d'éléments d'alliage ou     gra-          phitisants    tels que le nickel et le cuivre que  celles qu'il était possible d'introduire dans la  fonte malléable ordinaire.

   Ceci donne la pos  sibilité     d'augmenter    la résistance à la rupture  et. à la corrosion de la fonte malléable. Quand  la fonte en fusion fournit, sans addition de  magnésium,     tut    moulage     gris    ou quand on  obtient des     moulages    de section     supéi@ïeure    à  5 cm, on doit ajouter assez de magnésium  pour assurer une teneur en magnésium retenu  supérieure à 0,03 0/0, de préférence supérieure  à     0,

  05        %.        Il        est        préférable        de        donner        au        ma-          gnésium    une teneur comprise entre 0,06 et  0,15 0/0.

   Bien que la     teneur    en magnésium       puisse        être        aussi        élevée        que        0,5        %,        elle        ne        doit     pas, de préférence, dépasser 0,2 0/0.  



  Le fait que l'on peut utiliser une fonte  de base qui,     sans    addition de     magnésium,    au-      rait une structure grise, est d'une     importaiiee     pratique dans les fonderies dans lesquelles on  exécute également des moulages en fonte mal  léable et des moulages en fonte grise, étant  donné qu'il devient. inutile de produire une  coulée qui serait de structure blanche, en vue  de malléabilisation ultérieure. Au contraire,  on peut. utiliser une composition de base nor  male à la fois pour les moulages en fonte  malléable et. les moulages en     fonte'    grise et on  peut leur donner une structure blanche pour  les     moulages    malléables par addition de ma  gnésium.  



  Pour la. mise en     oeuvre    du procédé selon  l'invention, on peut préparer une fonte blan  che contenant, en plus du     magnésium,    de 1,8  à     4-%        de        carbone,        de        0,4    à     -1%        de        sili-          cium,        de        0,

  05    à 2     %        de        manganèse        et.          des        proportions        maximums        de        3,5        %        de        nickel          et        de    2     %        de        cuivre,        ces        deux        derniers     métaux pouvant être tous deux absents, le  complément,

   étant constitué par du fer et des  impuretés, la. quantité de magnésium ajoutée  étant. telle que la teneur en soufre du fer  soit réduite à, moins de     0,021/o.    Les fontes  ayant de faibles teneurs en manganèse,     c'est-          à-dire    des teneurs     inférieures    à     0,30/0,    sont  caractérisées par une vitesse de     malléabilisa-          tion    plus grande que celle des fontes simi  laires qui contiennent davantage de manga  nèse.

   Des fontes blanches que l'on     peut        mal-          léabiliser    rapidement et qui possèdent une  excellente combinaison de propriétés sont  celles renfermant de 0,05 à 0,20% de     man-          ganèse,        de        2,5    à     3,5        %        de        carbone,        de        0,4    à       2,

  6        %        de        silicium        et        de        0,04    à     0,15        %        de        ma-          gnésium    et pouvant ne contenir ni cuivre ni  nickel.

   Le phosphore affecte de manière nui  sible la ductilité de la fonte malléable et sa  teneur est, de préférence, maintenue au-des  sous de 0,12 0/0, mais il ne gêne pas la for  mation de graphite sphéroïdal pendant le  traitement.     thermique.    Certains autres élé  ments que l'on ne trouve pas d'ordinaire dans  la fonte sont, nuisibles et doivent autant. que  possible     être    éliminés. Ces éléments nuisibles  sont l'étain, le plomb, l'arsenic, le bismuth,  l'antimoine et le tellure.

   L'étain est particu-         lièrement    nuisible et, d'une manière générale,  ne doit pas être présent en quantités     supé-          rieures    à     0,05        %.        Des        éléments        stabilisants        ou     ayant tendance à donner de la fonte blanche,  tels que le chrome,     doivent    être évités ou ne  doivent être présents qu'en faibles     quantités,     par exemple la.

   teneur en chrome ne doit pas,       de        préférence,        dépasser        0,15        %.     



  La teneur du carbone combiné dans la  fonte malléable qui possède une matrice prin  cipalement     ferritique    est usuellement basse,       c'est-à-dire        en        dessous        de        0,2%,        quoique        la     teneur en carbone combiné dans les moulages  ayant une matrice principalement.     perlitique     soit plus élevée, par exemple de 0,5 à 1 0/0.

   De  préférence, presque tout. le carbone ou gra  phite non combiné est sous forme sphéroïdale,  quoique l'on obtienne des     résultats    intéres  sants même si une seule     partie,    à savoir 25 0/0,  du graphite est sphéroïdale.  



  On conduit le traitement thermique appli  qué aux moulages en fonte blanche aux tem  pératures habituelles de malléabilisation,  mais, en général, on l'effectue en beaucoup  moins de temps que lorsque l'on produit de la  fonte malléable à.     coeur    noir ordinaire.

   Pour  produire une fonte malléable présentant une  matrice     ferritique,    le traitement peut com  prendre un chauffage à une température com  prise entre     8.10    et 980  C, de préférence entre  900 et 925  C, pendant. 5 à 15 heures, puis  un chauffage à une température inférieure  à la     température    de transformation     gamma-          alpha,    mais de préférence pas inférieure de  plus de 45  C à cette température de trans  formation pendant     une    plus courte période,  à savoir 2 à 5 heures. Les températures nor  malement utilisées dans le second chauffage  sont comprises entre 690 et 710  C.

   Quand  on désire obtenir de la fonte malléable ayant  une matrice essentiellement     perlitique,    on  supprime le second traitement à. température  de l'ordre de 700  C.  



  Par exemple, on fond de la fonte     conte-          nant    3     %        de        carbone,        0,4        0/0        de        silicium,          0,014        %        de        phosphore,        0,07        %        de        manganèse     et     0,04(1/o    de soufre.

   Une partie de la fonte  en fusion est traitée avec du magnésium, par      exemple un alliage nickel-magnésium     conte-          nant        87        %        de        nickel        et        13        %        de        magnésium     et est coulée sans     inoculation,    sous forme  d'une barre de fonte blanche et dure     con-          tenant        environ        0,

  06        %        de        magnésium        retenu,     qui est sensiblement exempte de carbone non  combiné. On coule une autre partie de la  fonte en fusion, sans addition de magnésium,  sous forme d'une barre en fonte blanche dure.  On chauffe ces deux barres pendant 10 heu  res environ à 925  C environ et on les refroi  dit à l'air. Le carbone non combiné contenu  dans la barre renfermant du magnésium et  que l'on a traitée     thermiquement    se présente  sous forme de sphéroïdes denses dispersés  dans une matrice     perlitique,    presque tous les  carbures     massifs    ayant été décomposés par le  traitement thermique.

   La dureté Brinell de  cette barre est de 279. D'autre part, dans la       barre    exempte de magnésium traitée     thermi-          quement,    seule une petite portion des     car-          hures    massifs présents initialement dans la  barre exempte de magnésium a été     décompo-          ,sée    en carbone non combiné, sous une forme  irrégulière, duveteuse, agglomérée en lamelles  réparties dans une matrice de     perlite    et de  carbure. La dureté Brinell de cette barre est  de 393.  



  A titre d'autre exemple, on fond une fonte       contenant        2,4        %        de        carbone,        0,65        %        de        sili-          cium,        0,24        %        de        manganèse        et        0,

  03        %        de        sou-          fre.    On coule une partie du métal en fusion  sans traitement ultérieur; le moulage est  blanc et a une dureté Brinell de 387. On  ajoute suffisamment de magnésium à une  autre partie de la coulée pour obtenir une  teneur en magnésium restant dans la fonte  (le     0,0511/o    dans un moulage que l'on en  obtient, et ce moulage a une dureté Brinell  de 428.

   On soumet ensuite les     deux    moulages        <  <     un traitement thermique comprenant un  chauffage à environ 950  C pendant 5 heures,  un refroidissement au four à 690  C environ  et un chauffage à cette température pendant  5 heures, suivi d'un refroidissement à l'air  à la température atmosphérique. Après ce  traitement thermique, le moulage exempt de       magnésium    a une dureté Brinell de 207 en-         viron    et le graphite qui y est contenu est  :Sous forme d'agrégat de lamelles.

   Le moulage  contenant du magnésium, après le traitement  thermique, a une     dureté    Brinell de 157, mais  une charge de rupture de 44     kg/mm2    et cons  titue une fonte malléable     ferritique    compor  tant du graphite     sous    forme sphéroïdale.  



       Etant    donné que les quantités de magné  sium en question sont très faibles, des procé  dés     différents    d'analyse peuvent donner fa  cilement des     résultats    différents, et il est dé  sirable, par conséquent, de signaler que les  chiffres donnés dans la description sont obte  nus par le procédé suivant:  On dissout l'échantillon dans un mélange  d'acide perchlorique et d'acide nitrique. On  évapore jusqu'à production de fumées, on  dilue et filtre. On sépare la majeure partie  du fer du filtrat par électrolyse dans une cel  lule à cathode de mercure en laissant assez  de fer pour former une combinaison avec le  phosphore présent. On rend la solution am  moniacale, ajoute du     persulfate    d'ammonium,  fait bouillir et filtre.

   On précipite le magné  sium dans le filtrat avec du phosphate     diam-          monique,    de la manière habituelle, on filtre,  on calcine et pèse le Mg sous forme de       Mg2P207.  

Claims (1)

1. REVENDICATION Procédé de fabrication de fonte malléable, caractérisé en ce que l'on prépare une pièce coulée de fonte, à cassure dont la surface paraît, au moins par sa plus grande partie, blanche, et contenant de 0,03 à 0,5 % de ma- gnésium, et on la soumet à un traitement thermique de malléabilisation de façon à dé composer au moins en partie les carbures massifs qu'elle contient, en fer et graphite sphéroïdal.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication, caracté risé en ce que, pour préparer ladite pièce coulée, on ajoute du magnésium à une fonte en fusion renfermant de 1,8 à 4 % de car- bone. 2.

   Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que, pour préparer ladite pièce coulée, on ajoute du magnésium à une fonte en fusion contenant. de 1,8 à 4 % de carbone, de 0,4 à 4 % de silicium, de 0,05 à 2 % de manganèse et des proportions maximums de 3,

   5 % de nickel et de 2 % de cuivre, le com- plément étant constitué par du fer et des impuretés, la quantité de magnésium ajoutée étant telle que la teneur en soufre du fer soit réduite à moins de 0,02 0/0. 3. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que le traitement thermique de malléabilisation est conduit à une tempéra ture comprise entre 840 et 980 C. 4.

   Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'on prépare une pièce coulée contenant de 0,06 à 0,2 % de magnésium. 5.

   Procédé selon la revendication et la sous-revendication 2, caractérisé en ce que l'on prépare une pièce coulée contenant. de 0,04 à 0,15% de magnésium, de 2,5 à 3,501o de carbone, de 0,4 à 2,6 0'/o de silicium et de 0,05 à 0,20 % de manganèse. 6. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que le traitement thermique de malléabilisation comprend titi chauffage à une température comprise entre 900 et q25 C pendant 5 à 15 heures. 7.

   Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'on soumet la fonte traitée thermiquement à un chauffage ultérieur à tune température inférieure à la température de transformation gamma-alpha du fer.