CH602948A5

CH602948A5 - Lamellar graphitic grey cast iron

Info

Publication number: CH602948A5
Application number: CH341275A
Authority: CH
Inventors: Jan Van Eeghem; Charles Defrancq
Original assignee: Scient Et Tech De L Ind Des Fa
Priority date: 1974-03-22
Filing date: 1975-03-18
Publication date: 1978-08-15
Also published as: JPS559052B2; CA1042237A; JPS514016A

Description


  
 



   La présente invention concerne une fonte grise, à graphite lamellaire, à haute résistance mécanique et faible trempe lédéburitique, comprenant de 2 à4% de carbone, de   I    à 3% d'aluminium et de 0,3% à 2% d'un alliage inoculant.



   Une fonte grise, à graphite lamellaire, à haute résistance mécanique et faible trempe lédéburitique d'un alliage inoculant est décrite dans le brevet belge   N    710679 au nom du demandeur.



   Selon ce brevet antérieur, ralliage inoculant comprend en tant qu'élément inoculant actif, un élément choisi dans le groupe comprenant le Ca, le   Ba,    le Sr.



   Un premier inconvénient des alliages à base de calcium consiste en ce qu'il causent la formation d'une quantité massive de scories de réaction. Ces scories restent en suspension dans la fonte liquide et par différence de densité montent lentement vers
 la surface du bain. Il est indispensable de décrasser le bain avant la coulée, mais même après le décrassage, des scories se reforment en surface. Il est impossible d'attendre suffisamment longtemps pour décrasser complètement la fonte, étant donné que celle-ci se refroidit trop dans la poche. Il en résulte qu'une certaine quantité de scories est toujours entraînée dans le moule lors de la coulée.



  Pour éviter que ces scories entrent dans la pièce, des pièges à crasse doivent être prévus dans le canal de coulée, ce qui complique le système de coulée.



   Un second inconvénient des alliages à base de calcium consiste en ce que les alliages à base de calcium, courants dans l'industrie, comprennent trop de silicium; or la fonte à laquelle a trait la présente invention, dont les caractéristiques sont une haute résistance mécanique et une faible dureté, doit présenter, après inoculation, une teneur en silicium inférieure à 1% et de préférence à 0,75%.



   Cette limitation en silicium pose des problèmes lors de la fabrication industrielle où il faut tenir compte de raccumulation de la teneur en silicium dans les charges par rutilisation de retours.



   En effet, admettons que les mitrailles contiennent a% de silicium et rinoculant x% de silicium; en inoculant avec 1% d'alliage, la teneur en silicium pour la première fusion sera de:
 x
 a+
 100
 En utilisant r% de retours, la deuxième charge sera composée de:
 (100-r) de mitrailles et de r de retours.



   La teneur en silicium de la deuxième fusion est de:
EMI1.1     

 En poursuivant ce raisonnement, on trouve pour la énième fusion, la teneur en silicium égale à:
EMI1.2     

 Quand on passe à   l'infini,    I'expression tend vers:
 100 x    a+---x-(1)
 100-r 100   
 En prenant
 r= 40%
 a=0,3% (teneur normale de Si dans les mitrailles d'acier)
 x=66% (cas du SiCa qui est ralliage inoculant courant dans
 rindustrie) on trouve que la teneur limite en silicium de la fonte sera égale   à 1,40%.   



   L'utilisation du SiCa est donc pratiquement exclue pour la production industrielle de la fonte à raluminium. De la formule (1) on tire que la teneur limite en silicium dans la fonte restera inférieure à 0,75% si la teneur en silicium de l'inoculant ne dépasse pas 27%. Or, il n'existe aucun alliage industriel contenant suffisamment
 de calcium dont la teneur en silicium soit inférieure à 27%.



   Pour la production industrielle des fontes à l'aluminium, un
 alliage dont la composition est donnée ci-après, a été produit
 spécialement: Fe=30%;   Ca= 15%:      Si=25%;      Al= 30%.   



   Puisque cet alliage n'est pas produit en grandes quantités,
 le prix de revient est très élevé.



   Dans le brevet antérieur au nom de la titulaire, on a cité
 un alliage inoculant dont la composition   (FeA1Ca)    est exempte de Si;
 il s'agit toutefois d'un alliage obtenu en laboratoire, dont   robten-   
 tion industrielle ne peut être envisagée en raison du coût prohibitif   qu'entraînerait    l'élimination du Si.



   L'objet de la présente invention est une fonte grise, à graphite
 lamellaire, à haute résistance mécanique et faible lédéburitique, qui
 a pour but de remédier aux inconvénients dus aux alliages inoculants
 mentionnés ci-dessus, en proposant des alliages inoculants
 d'un autre type, qui permettent de faciliter la coulée et de réaliser
 une économie de coût de   l'alliage.    A cet effet, conformément à
 l'invention, l'alliage inoculant contient, à titre d'élément inoculant
 actif, 5 à 75% de terres rares.



   Selon une forme de réalisation préférée de rinvention, l'alliage inoculant contient de 20 à 70% de terres rares.



   L'inoculant actif est constitué par une ou, plus généralement,
 plusieurs terres rares, comme cela est bien connu des spécialistes.



   Généralement, rinoculant actif est constitué par ralliage bien connu
 sous la dénomination mischmétal qui contient environ 50% de
 cérium et environ 50% d'autres terres rares telles que le lanthane,
 le néodyme, le praséodyme.



   Il est significatif, pour démontrer   Intérêt    de la présente
 invention, de mentionner comme cela a été décrit dans un article
 de Dawson, publié dans  BCIRA Journal of Research  1961,
   vol. 9,      p. 199,      fig. 7,    qu'une addition dépassant   0,1%    de mischmétal
 à de la fonte au silicium, ce qui correspond à une addition de
 0,05% de cérium, dans la fonte a comme résultat qu'au lieu
 de fonte grise,   l'on    obtient une trempe blanche totale de la fonte.



   L'on verra dans les exemples donnés ci-après, de mise en   oeuvre   
 de   rinvention,    et en particulier dans l'exemple 5, que lorsqu'il
 s'agit de la fonte à l'aluminium à laquelle se réfère la présente
 invention, une ajoute croissante allant jusqu'à 1,5% de mischmétal,
 ce qui correspond à une addition de 0,56% de cérium dans la fonte,
 a comme résultat de diminuer la profondeur de trempe.



   D'autres détails et particularités de   Invention    ressortiront
 des exemples de fontes grises à l'aluminium, inoculées conformé
 ment à l'invention, donnés ci-après.



   Chaque exemple comporte un tableau des caractéristiques de la
 fonte suivant le pourcentage d'alliage inoculant. A titre de compa
 raison,   ron    a indiqué les caractéristiques de la même fonte,
 mais inoculée avec 1% de SiCa, la teneur en Ca étant de 33%.

 

   A titre de comparaison supplémentaire,   l'on    a indiqué dans la
 colonne 5, (HB fonte Si), la dureté Brinell (HB) normale d'une
 fonte grise au silicium, dont la résistance à la traction correspond
 à celle de la fonte selon l'invention, résistance à la traction
 donnée à la colonne 3. La dureté Brinell indiquée colonne 5 a été
 calculée d'après la formule classique:    HB= 100+4,3a   
   s:    résistance à la traction.



   Exemple   1:   
 Composition de   lafonte   
 C   Si*    Mn P S Al
 3,74 0,15 0,53 0,018 0,045 2,35
 * Silicium déterminé avant inoculation.



   Inoculation avec un alliage du type FeSi(TR) composé de:
   - TR: mischmétal:    22%   
 - Silicium: 40%
 - Solde: fer     
 Tableau I
 % d'ino- Profondeur Résistance   HB 10/3000/15      MB fonte    culant de trempe à la traction kgf/mm2 Si ajouté en mm kgf/mm2   (    30   mm)   
 ( 30 mm) (1) (2) (3) (4) (5) 0,3 1,5 30,2 177 230 0,4 0,5 31,6 178 236 0,5 0 30,5 178 236
 1% SiCa 1 30,5 174 231
Exemple 2:
 Composition de la fonte
 C   Si*    Mn P S Al
 2,92 0,21 0,55 0,020 0,050 2,58 * Silicium déterminé avant inoculation.



   Inoculation avec un alliage du type FeSi(TR) composé de:
 - TR: mischmétal: 22%    - Silicium: 40%   
 - Solde: fer
 Tableau 2 % d'ino- Profondeur Résistance   HB 10/3000/15      MB fonte    culant de trempe à la traction kgf/mm2 Si ajouté en mm kgf/mm2   (    30 mm)
 ( 30 mm) (1) (2) (3) (4) (5) 0,3 7,5 42,1 242 282 0,4 6,5 42,5 241 283 0,6 1,5 44,6 239 292 0,8 0,5 47 235 302 1% SiCa4 46,8 236 301
Exemple 3:
 Composition de la fonte
 C   Si*    Mn P S Al
 2,94 0,26 0,55 0,016 0,072 2,38 * Silicium déterminé avant inoculation.



   Inoculation avec un alliage du type Si(TR) composé de:
 - TR: mischmétal: 66%
 - Silicium: 33%
 Tableau 3 % d'ino- Profondeur Résistance   HB 10/3000/15      MB fonte    culant de trempe à la traction kgf/mm2 Si ajouté en mm kgf/mm2 ( 30 mm)    ( 30 mm)    (1) (2) (3) (4) (5) 0,3 10,5 47,5 265 304 0,4 6 49,2 268 311 0,6 0 52,1 268 325   1% SiCa 4    47,8 256 305
Exemple 4:
 Composition de la fonte
 C   Si*    Mn P S Al
 3,13 0,15 0,57 0,025 0,044 2,08
 * Silicium déterminé avant inoculation.



   Inoculation avec un alliage du type FeSi(TR) composé de:
 - TR: mischmétal: 5%    - Silicium: 40%   
 - Solde: fer
 Tableau 4
 % d'ino- Profondeur Résistance   HB 10/3000/15      MB fonte    culant de trempe à la traction kgf/mm2 Si ajouté en mm kgf/mm2   (    30 mm)    ( 30 mm)    (1) (2) (3) (4) (5) 0,3 10,5 35,1 247 252 0,6 6,5 36,2 245 256 1 1,5 37,6 246 262 1,5 0 42,3 242 282 1% SiCa2 43,2 246 286
Exemple 5:
 Composition de la fonte
 C   Si*    Mn P S   Al   
 3,37 0,13 0,60 0,028 0,054 2,65 * Silicium déterminé avant inoculation.



   Inoculation avec un alliage du type FeSi(TR) composé de:
   - TR:    mischmétal: 75%
 - Silicium: 12,5%    - Solde: fer   
 Tableau 5 % d'ino- Profondeur Résistance   HB 10/3000/15      MB fonte    culant de trempe à la traction kgf/mm2 Si ajouté en mm kgf/mm2 ( 30 mm)    ( 30 mm)    (1) (2) (3) (4) (5) 0,3 15 35,9 229 254 0,8 7 42,7 249 284 1,2 4 42,5 232 283 1,5 2 45,1 242 294 1% SiCa2 47 248 302
Exemple 6:
 Composition de la fonte
 C   Si*    Mn P S   Al   
 3,32 0,13 0,57 0,026 0,071 2,25 * Silicium déterminé avant inoculation.



   Inoculation avec un alliage du type FeSi(TR)Ca composé de:
 - TR: mischmétal: 25%
 - Calcium: 10%    - Silicium: 40%   
 - Solde: fer  
 Tableau 6 % d'ino- Profondeur Résistance   HB 10/3000/15      MB fonte    culant de trempe à la traction kgf/mm2 Si ajouté en mm kgf/mm2 ( 30 mm)
 ( 30 mm) (1) (2) (3) (4) (5) 0,3 14 34,9 245 250 0,6 10 34,8 235 250 1 3 38,1 246 264 1,5 1 41,6 241 279 1% SiCa3 39,4 236 270
Exemple 7:
 Composition de la fonte
 C Si Mn P S Al*
 3,15 0,16 0,58 0,027 0,047 2,44 * Aluminium déterminé avant inoculation.



   Inoculation avec un alliage du type FeAI (TR) composé de:
   - TR:    mischmétal: 50%    - Aluminium: 25%   
 -   Fer:25%   
 Tableau 7
 % d'ino- Profondeur Résistance   HB10/3000/15      MB fonte   
 culant de trempe à la traction kgf/mm2 Si
 ajouté en mm kgf/mm2    30 mm)       ( 30 mm)    (1) (2) (3) (4) (5) 0,3 6 42,3 246 282 0,6 2 44,9 245 293
 1 1 45,6 243 296
 1% SiCa2 43,2 246 286
 Les exemples montrent qu'il est souhaitable d'utiliser un alliage inoculant dont   élément    actif représente entre environ 20% (22% dans les exemples) et environ 70% (66% dans les exemples) en poids de   Alliage.   

 

   On peut alors se contenter d'utiliser de 0,3 à 0,8% en poids d'alliage inoculant pour obtenir des caractéristiques très satisfaisantes de la fonte, en ce qui concerne les trois aspects examinés: faible trempe   lédèburitique,    haute résistance à la traction, dureté pas trop élevée.



   Les tableaux démontrent également (col. 3 et 5) que les fontes à l'aluminium inoculées par un alliage à base de terres rares sont sensiblement moins dures, à résistance égale, que les fontes classiques au silicium.



   Il doit être entendu que   Invention    n'est pas limitée aux exemples décrits et que bien des variantes peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. C'est ainsi que d'autres alliages inoculants tels que Al (TR), Cu (TR), CuSi (TR),
Ni (TR) et NiSi (TR) peuvent être utilisés.

Claims

REVENDICATION

Fonte grise, à graphite lamellaire, à haute résistance mécanique et faible trempe lédéburitique, comprenant de 2 à 4% de carbone, de 1 à 3% d'aluminium et de 0,3% à 2% d'un alliage inoculant, caractérisée en ce que l'alliage inoculant contient, à titre d'élément inoculant actif, 5 à 75% de terres rares.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce qu'elle comprend 0 à 1% de silicium.

2. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce qu'elle comprend 0 à 0,7% de manganèse.

3. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce qu'elle comprend 0 à 0,05% de soufre.

4. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce qu'elle comprend 0 à 0,1% de phosphore.

5. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce que l'élément inoculant actif contient 50 à 55% de cérium, 22 à 25% de lanthane, 15 à 17% de néodyme et 8 à 10% d'autres terres rares.

6. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce que Alliage inoculant contient de 20 à 70% de terres rares.

7. Fonte grise selon la sous-revendication 5, caractérisée en ce que l'alliage inoculant contient de 22% à 66% de terres rares.

8. Fonte grise selon l'une ou l'autre des sous-revendications 5 et 6, caractérisée en ce qu'elle comprend de 0,3 à 0,8% de l'alliage inoculant.

9. Fonte grise selon la sous-revendication 8, caractérisée en ce que l'alliage inoculant comprend une teneur maximale de 40% de Si.

10. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce que l'inoculant est choisi dans le groupe comprenant: Si(TR); FeSi(TR) FeAISi(TR); FeAl(TR) Al(TR); FeAl(TR) CuSi(TR); Ni(TR); Si(TR).

11. Fonte grise selon la revendication, caractérisée en ce que Alliage inoculant contient un élément actif additionnel choisi dans le groupe comprenant le Ca, le Ba, le Sr.