CH339237A - Procédé de traitement de fonte liquide en vue de diminuer la tendance de la fonte à se solidifier sous forme de fonte blanche - Google Patents

Description

  Procédé de traitement de fonte liquide en vue 'de     diminuer     la tendance de la fonte à se     solidifier    sous forme de fonte blanche    Il est connu que suivant la vitesse à laquelle on  refroidit de la fonte se trouvant initialement à l'état  liquide, la solidification peut se produire suivant  deux processus différents, donnant l'un de la fonte  blanche,     l'autre    de la fonte grise, les propriétés     de     chacune de ces deux catégories de fonte étant très  différentes.

   Cette tendance à se solidifier suivant l'un  ou l'autre de ces     processus    dépend de la composi  tion de la fonte en éléments de base et d'autres fac  teurs accidentels moins bien connus et moins régu  liers, provoquant le phénomène appelé anomalie de  trempe. On connaît divers traitements qui     agissent     dans un sens ou dans l'autre sur la tendance de la  fonte à se solidifier sous l'un ou l'autre de ces deux  aspects.  



  On     connait    des traitements en vue de     favoriser    la  solidification avec apparition de graphite, c'est-à-dire,  sous forme de fonte grise, consistant à additionner  au bain des matières     graphitisantes,    c'est-à-dire des  matières favorisant la     libération,    sous forme de gra  phite, du carbone contenu dans la fonte ; ces ma  tières sont constituées en général soit par le graphite  lui-même en faible quantité, soit plus     couramment     par des matières contenant du silicium, ce graphite  ou ces matières étant généralement ajoutés à l'état  plus ou moins divisé.  



  Si des barreaux, tubes ou blocs massifs de gra  phite ou de matières     graphitisantes    sont plongés dans  le bain, avec ou sans déplacements relatifs, ils n'ont  d'effet notable sur le mode de     solidification    qu'au  bout d'un temps trop long et avec un rendement trop  faible pour que l'on puisse considérer     cette    action  comme un mode de traitement industriel de la fonte.    La présente invention permet     d'aceroitre    en quel  ques minutes la     tendance    d'une fonte liquide donnée  à se     solidifier    sous forme de fonte grise.

   Elle a pour  objet un procédé de traitement de fonte liquide en vue  de diminuer la tendance de la fonte à se solidifier  sous forme de fonte blanche, consistant à faire bar  boter un gaz à travers     cette    fonte     liquide    dans des  conditions telles qu'il vienne lécher une paroi en  graphite ou autre matière     graphitisante.    Un moyen  particulièrement avantageux à cet     effet    consiste à  insuffler ce gaz à travers un corps creux constitué  par une matière     graphitisante,    ce corps     creux    étant  totalement ou     partiellement    immergé dans le     bain.     A titre d'exemple,

   l'insufflation pourra avoir lieu à  travers un tube de graphite plongé dans la fonte     h-          quid'e    par une de ses extrémités.  



  Le gaz est     insufflé    dans le tube qui plonge dans  le métal, sans qu'il soit nécessaire de le charger, au  préalable d'un corps actif sous     forme    de poudre, co  peaux ou gouttelettes ou autres.  



  De préférence on     conduit    le barbotage de telle  façon que l'agitation de bain soit assez violente pour  provoquer des projections de métal     liquide    au-dessus  de la surface de     ce    bain.  



  Le gaz employé peut être un gaz     inerte    tel que  l'argon ou l'azote. Néanmoins, on peut aussi faire  barboter de l'oxygène ou de l'air, sous     réserve    que  le barbotage ait une durée assez courte, de l'ordre  d'une à quatre minutes pour les fontes courantes, et  soit effectué lorsque la température ne dépasse pas  un certain     maximum    dépendant de la nature de la  fonte,     maximum    qui, pour les fontes les plus habi  tuelles, se situe vers 14500 :

   au-delà de cette durée  et au-dessus de cette température, on risque de pro-           duire    l'effet inverse, c'est-à-dire un     accroissement    de  la tendance à la solidification sous forme de fonte  blanche, ce dernier effet étant d'ailleurs connu.  



  Ce procédé se prête à des applications pratiques  assez diverses    1) Traitement des fontes grises ordinaires    Les qualités recherchées en général pour ces fon  tes sont d'être aussi homogènes que possible, de  s'usiner facilement et de ne pas présenter de points  ou de régions durs, même dans les zones où les épais  seurs sont faibles.    Or, en appliquant le procédé selon l'invention à  des fontes de ce type,     c'est-à-dire    en y faisant bar  boter, quand elles sont liquides, des gaz traversant un       tube    de graphite, par exemple, on     diminue    la ten  dance à la solidification sous forme de fonte     blanche,     autrement dit, on diminue sa tendance à la trempe.

    On réalise ainsi des pièces ayant une dureté plus ré  gulière et une meilleure     usinabilité    et, en général, une  plus grande homogénéité que lorsque l'on coule les  mêmes pièces sans effectuer un tel traitement, ce que  l'on peut constater en     particulier    sur la cassure des       éprouvettes    dites   éprouvettes de trempe     v.       <I>Exemple 1</I>         Une        fonte        grise        ordinaire    à     3,6,%        de        carbone,          1,

  7        %        de        silicium,        0,5,%        de        manganèse,        0,   <B>1</B>     1%        de          soufre        et        0,1        %        de        phosphore,        élaborée        au        cubilot,     mais non traitée conformément à     l'invention,

      peut  atteindre en certains points d'une pièce où l'épaisseur  n'est que de 5 mm, une dureté     Brinell    de 255 et des  écarts de 60 unités Brinell d'un point à un autre  d'une même pièce présentant des épaisseurs varia  bles. Une éprouvette de trempe constituée par un  parallélépipède     rectangle    de 20 X 50 X 80 mm dont  une face de 20 X 80 mm est coulée contre un bloc  de fonte, et les autres contre un moule de sable,  présente dans ces conditions une profondeur de fonte  blanche de 5 à 10 mm.  



  Toutes les conditions d'élaboration restant les  mêmes, on fait barboter de l'air pendant une durée  de 90 secondes à travers un tube de graphite à un  débit de 13 litres par minute avant la coulée en mou  les, dans une poche contenant une soixantaine de  kilogrammes de fonte liquide.  



  La dureté     maximun    de pièces identiques à     celles     définies plus haut s'abaisse à 219 et l'écart maximum  à 42 unités Brinell.  



  En remplaçant l'air par l'azote, les chiffres ob  servés sont respectivement de 202 et 41 unités Bri  nell. L'éprouvette de trempe, coulée     comme    il est  dit ci-dessus, n'a plus après traitement qu'une épais  seur blanche de 1 à 3 mm environ.  



  <I>Exemple 2</I>       Une        fonte        contenant        3,3        %        de        carbone,        1,9        0/0          de        silicium,        0,6        1%        de        manganèse,        0,09        %        de        soufre          et        0,

  6        %        de        phosphore,        élaborée        par        les        procédés       normaux présentait une profondeur de trempe de  4 mm.  



  Un barbotage d'azote a été effectué sur une poche  de 1200 kg de fonte liquide à travers quatre tubes de  graphite de 110 X 10 mm de diamètre et de 760 mm  de longueur, ce traitement étant poursuivi pendant  deux minutes avec un débit d'azote de 180 litres par  minute. Il en est résulté une profondeur de trempe  de 2     mm.     



  2) Obtention de fontes à haute     résistance        usina-          bles    à l'outil coupant  Le procédé selon l'invention peut être appliqué  également à certaines fontes à bas carbone et à bas  silicium, en vue de réaliser des fontes à haute ré  sistance,     minables    à l'outil coupant. Par les procédés  usuels, de telles fontes présentent à la solidification,  dans toute leur épaisseur, une texture blanche, elles  sont dures, non     usinables    à l'outil coupant et fragiles  sous l'effet des chocs.  



  En appliquant le procédé suivant l'invention à  de telles fontes on leur donne une texture grise, le  graphite se trouvant sous forme de lamelles qui sont  en général     courtes    et épaisses. Ces fontes ainsi trai  tées ont des qualités mécaniques remarquables, tout  en étant encore facilement     usinables    à l'outil coupant.    <I>Exemple 3</I>    Une fonte élaborée par les procédés connus ayant  une teneur en carbone de 2,6 à 2,8     9/o    et en silicium  de 1,4 à 1,6 0/0, est     usinable    et fragile, sa dureté  Brinell dépasse 400 unités, les éprouvettes de trempe  définies ci-dessus ont une cassure entièrement blan  che.  



  Conformément à l'invention, on a fait barboter  dans le bain liquide de l'azote ou de l'argon à tra  vers un tube de graphite,     ce    barbotage étant com  mencé lorsque le bain est à 14800 et poursuivi pen  dant deux minutes.  



  Les fontes obtenues ont présenté alors des résis  tances à la traction (sur une éprouvette     cylindrique     prise par usinage dans un jet ou barreau de 22 mm)  situées entre 37 et 42     kg/mm .    Elles étaient parfai  tement minables à l'outil coupant, même en épais  seur de 5 mm avec une dureté     Brinell    comprise entre  220 et 260 et la cassure de l'éprouvette de trempe  n'était blanche que sur une profondeur de 10 à  15 mm à partir<B>du</B> refroidisseur.

      <I>Exemple 4</I>    On a élaboré par les procédés connus une fonte       contenant        3,3        %        de        carbone,        1.1        o/o        de        silicium,          0,8        %        de        manganèse,        0,08        %        de        soufre,        0,15        %        de     phosphore.

   On l'a étudiée avec une éprouvette de  100 X 40 X 140 dont une face de 100 X 40 avait  été coulée contre un bloc de fonte. La profondeur de  trempe était de 45 mm. La fonte aurait donc été  difficilement minable aux endroits où les parois ne  dépassaient pas 4 cm d'épaisseur ; de plus, elle eût  été fragile.      Conformément à l'invention on a fait barboter de  l'azote pendant deux     minutes    avec un débit de 160  litres par minute dans une poche de 1700 kg à tra  vers quatre tubes en graphite de 110 X 10 mm de  diamètre et de 760 mm de longueur plongés dans le  bain.

   La profondeur de trempe est passée à 12 mm,  la fonte était     usinable    sans difficultés en tous les  points des pièces où l'épaisseur ne     descendait    pas  au-dessous de 15 mm et elle présentait une     résistance     à la rupture de 34     kg/mm2.     



  3) Obtention de     fontes    à forte résistance à l'usure.  Le procédé selon l'invention peut aussi être appli  qué à des fontes à bas carbone et à bas     silicium    com  me ci-dessus, dans des conditions telles qu'il reste  dans la fonte une proportion de cémentite assez im  portante pour donner une forte     résistance    à l'usure,  cette proportion de cémentite étant néanmoins main  tenue assez faible pour que l'usinage ne soit pas com-    promis.

    Ce résultat est atteint par exemple en effectuant  le traitement par un barbotage d'une durée de deux       minutes        sur        une        fonte    à     2,4        %        de        carbone        et        1,3        %     de silicium, qui présente après traitement une résis  tance de 28 à 32 kg, donc moins élevée que dans  l'exemple précédent, mais dont l'examen     microgra-          phique    fait apparaître un réseau de cémentite suscep  tible de conférer à ce matériau,

   dans     certaines    con  ditions de frottement, une très appréciable     résistance     à l'usure.  



  Comme on le voit, le procédé est d'une grande  souplesse car les effets obtenus sont fonction du dé  bit et de la durée du barbotage que l'on peut régler  très facilement. Au contraire dans les procédés clas  siques dits   d'inoculation   par addition de matiè  res plus ou moins divisées, il est beaucoup plus dif  ficile de régler et de contrôler l'action de ces matiè-         res.     Le procédé selon l'invention est donc plus sûr  tout en étant plus économique que les procédés  d'inoculation actuellement connus.  



  Quelle que soit la fonte traitée, on a constaté un  accroissement de la coulabilité du fait du traitement,  un grain plus     fin,    une     structure    plus homogène. La  surface du bain est plus nette et surtout on n'observe  pas les inclusions d'oxydes     difficilement    évitables  dans les fontes traitées par l'inoculation classique au  ferro-silicium ou     silico-calcium.     



  Le procédé est avantageusement employé pour  la réalisation de pièces mécaniques de qualité: élé  ments de machines outils, cylindres de laminoirs, che  mises de moteur Diesel et de moteurs à explosion,  lingotières, ces applications n'étant données qu'à ti  tre d'exemple.  



  Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, deux  réalisations d'appareillage permettant la     mise    en     oeu-          vre    de l'invention.  



  La     fig.    1 est une     fig.    schématique de principe.  La     fig.    2 montre une réalisation plus industrielle       correspondant    en     particulier    à la mise en     oeuvre    du       procédé    conformément à l'exemple 2.    A la     fig.    1 on a représenté en 1 la poche ou le  creuset dans lequel est disposé le bain de fonte en  fusion. Dans ce bain plonge un tube de graphite 2  raccordé par un manchon de     fixation    3 avec un tube  coudé rigide 4, raccordé lui-même, par un tube sou  ple 5 et un compteur de débit 6, avec une bouteille  de gaz comprimé 7, air ou azote par exemple.

   On  voit immédiatement sur ce dessin que le gaz prove  nant de cette bouteille 7 pénètre dans le bain de     fonte     en     léchant    les parois du tube de graphite 2.  



  Dans la réalisation de la     fig.    2 on retrouve la  poche ou le creuset 1, la     bouteille    de gaz comprimé  7, l'appareil de contrôle de débit 6. Cet appareil est  lui-même raccordé à la bouteille 7 par l'intermédiaire  du tube 8 et du     manodétendeur    9. Les     tubes    de gra  phite 2 sont ici au nombre de quatre et sont portés  par un support commun 10 avec dispositif de serrage  11,     ce    support 10 étant lui-même     fixé    à     l'extrémité     de la tige 12 d'un vérin 13 porté     par    une console  fixe 14 disposée au-dessus du creuset 1.

   Les divers  tubes 2 sont raccordés par des tubes 15 avec une  tête de distribution 16 raccordée par un tube souple  commun 17 avec la bouteille et le compteur de dé  bit 6.     Les    tubes 15 sont enfin raccordés en 19 avec  les tubes en graphite.  



  Sur cette figure on a également représenté en 18  un raccord d'assemblage creux de deux éléments de  tubes de graphite 2 successifs.     Le    vérin 13 permet  de commander à volonté la descente et la montée des  tubes de graphite 2 dans la poche ou le creuset et  par suite de déterminer avec exactitude la durée de  mise en     oeuvre    du     procédé.  

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Procédé de traitement de fonte liquide en vue de diminuer la tendance de la fonte à se solidifier sous forme de fonte blanche, caractérisé en ce que l'on fait barboter un gaz dans la fonte en lui faisant lécher, pendant le barbotage, une paroi en matière graphitisante. II.

   Appareil pour la mise en eeuvre du procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il com porte un ou plusieurs tubes en matière graphitisante raccordés par un tube souple avec une source de gaz comprimé, ces tubes étant eux-mêmes portés par un organe de support relié à un dispositif mécanique de montée et de descente, permettant, au moment voulu, de plonger ces tubes dans un creuset disposé sur une surface horizontale et de les en dégager. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'on conduit le barbotage de telle façon que l'agitation du bain soit assez violente pour provo quer des projections de métal liquide au-dessus de la surface de ce bain. 2. Procédé suivant la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est in troduit dans le bain à travers un corps en matière graphitisante. 3.

   Procédé suivant la revendication I et la sous revendication 2, caractérisé en ce que ce corps en matière graphitisante est constitué par un tube plongé dans le bain de fonte. 4. Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz est de l'azote. 5. Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz est de l'argon. 6.

   Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz est de l'air, le barbotage ayant alors une durée maxi- mum de quatre minutes et la température ne d6pas- sant pas 1450 C. 7. Procédé suivant la revendication I et les sous-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz est de l'oxygène, le barbotage ayant alors une durée maximum de quatre minutes et la température ne dépassant pas 14500 C. 8.

   Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière graphitisante est constituée par du graphite. 9. Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière graphitisante est constituée par une matière conte nant du silicium. 10. Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est appliqué à de la fonte grise. 11.

   Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est appliqué à des fontes à basse teneur en carbone et en silicium. 12. Procédé suivant la revendication I et les sous- revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est appli qué à des fontes à basse teneur en carbone et en si licium et exécuté de façon à laisser subsister un ré seau de cémentite tel que la fonte présente une forte résistance à l'usure avec une usinabilité encore suf fisante.