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"PERFECTIONNEMENTS A LA METHODE DE FABRICATION DE LA FONTE DE FER ET D'ARTICLES EN CETTE FONTE"
La présente invention se rapporte à la fabrication d'ar- ticles en fonte de fer, spécialement en fonte moulée dans le sable, et elle a pour objet principal l'obtention d'une nou- velle fonte et.la prévision d'une nouvelle méthode perfection- née pour la fabrication de celle-ci, comprenant la préparation d'une fonte d'analyse prédéterminée et un traitement de cette fonte en vue d'obtenir un produit ayant des propriétés physi
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siques particulièrement avantageuses, qu'on jugeait jusqu'à présent impossibles à obtenir avec la fonte de fer,
Jusqu'à présent, les produits résultant de la coulée étaient la fonte grise, la fonte truitée, la fonte blanche, suivant l'analyse de la matière initiale,
le procédé de fusion et la vitesse de refroidissement. Les plus importantes de ces fontes sont la fonte grise et la fonte blanche..La fonte grise se caractérisé par la présence de carbone distribué dans la structure métallographique sous forme de flocons ou fibres de graphite, tandis que dans le cas de la fonte blanche, le carbo- ne se présente sous forme combinée, c'est-à-dire sous forme de carbure de fer, et d'une solution solide de fer et de carbure de fer.
La fonte blanche est extrêmement dure et très cassante et, par suite de la difficulté de mécanisage selon les procédés habituels, son utilisation est très limitée. Toutefois, des quantités considérables de fonte blanche sont employées à la fabrication des fontes malléables, lesquelles sont douces et ductiles et relativement peu résistantes par rapport à l'acier.
Il est bien connu que la fonte grise, quoique très utili- sée dans l'industrie, présente une résistance relativement faible à la traction et que, malgré la grande analogie entre la structure de cette fonte grise et celle de l'acier, il n'est pas possible d'améliorer les propriétés physiques de la dite fonte grise en la traitant suivant les procédés habituels de durcissement et de trempe, qui sont employés avec succès dans le traitement de l'acier. Ceci provient principalement de la présence de flocons et fibres graphitiques qui constituent toujours des plans de faible résistance. Toutefois, il est possible d'améliorer les propriétés physiques de la susdite fonte grise'par des traitements spéciaux.
Pour autant qu'on
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le sache, les seules méthodes commercialement utilisées jus- qu'à ce jour, particulièrement dans la production de la fonte moulée dans le sable, étaient la méthode de surchauffe et celle de chauffage du moule. Dans la surchauffe, la fonte est chauffée considérablement au.-dessus des températures employées habituellement dans le four, dans le but d'augmenter la solu- bilité pour le carbone, et comme résultat d'un tel accroisse- ment de solubilité, le produit final contient moins de carbone libre sous forme de flocons et de fibres graphitiques, que la fonte grise ordinaire.
Quoique la méthode de surchauffe permet- te d'obtenir une meilleure fonte, cette méthode présente quand même les inconvénients que le produit contient encore des flo- cons et fibres graphitiques en quantité suffisante pour dimi- nuer la résistance,et que les températures plus élevées de travail augmentent le coût de la fabrication par suite de l'augmentation du coût de la fusion.
La deuxième méthode, cèst-à-dire celle de chauffage du moule, consiste à chauffer les moules avant d'y verser le métal en fusion, et à employer une fonte d'une analyse telle qu'elle donnerait lieu à la fonte blanche si elle était cou- lée dans des moules non chauffés. Le chauffage préalable des moules assure un: refroidissement lent, empêche la formation de fonte blanche, même si l'analyse correspond à celle qui donnerait habituellement de la fonte blanche, et produit une fonte ayant une structure perlitique avec du carbone libre qui se présente dans cette structure sous forme de flocons de graphite.
Cette méthode offre l'inconvénient déjà mentionné ci-dessus concernant la formation de flocons et fibres gra- phitiques et présente en outre le désavantage de l'augmenta- tion du coût de fabrication et de la difficulté de manipula- tion des moules chauffés.
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La présente invention vise à fabriquer comme produit final, une fonte sans flocons ,ni fibres graphitiques, et dans laquelle le carbone libre se présente sous forme de carbone de trempe, tandis que le carbone restant se présente sous une forme correspondante à celle qu'on rencontre dans les variante perlite , sorbite, troostite ou martensite, suivant les usages auxquels la. fonte est destinée. En résumé, l'invention est basée sur l'analyse déterminée d'avance de la fonte, dont les constituants tombent dans des limites bien définies et, en combinaison avec cette analyse, sur un traitement thermique de la fonte après la coulée de manière à régler la décomposition du carbone y contenu.
La méthode qui se trouve dans la suite décrite d'une manière plus détaillée, convient particulièrement pour la coulée dans des moules de sable, quoique l'application. de l'invention ne soit pas limitée à un type particulier quel- conque de moules.
Il a été constaté qu'une fonte, dont les constituants tombent dans les limites suivantes et qui est soumise au trai- tement thermique décrit dans la suite, présentera les très avantageuses propriétés physiques que l'invention vise à ob- tenir :
Carbone de 1,90 à 2,30%
Manganèse de 0,20 à 0,65% Silicium de 1,50 à 2,20%
Phosphore moins de 0,12% et
Soufre moins de 0,12%
Une fonte ayant l'analyse suivante et préparée suivant l'invention,a été utilisée avec grand succès :
Carbone 2,08%
Manganèse 0,21%
Silicium 1,85%
Phosphore 0,05% et
Soufre 0,06%.
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Du métal en fusion, ayant la composition indiquée ci- dessus, est coulé, de préférence dans des moules de sable, en vue d'obtenir une ou plusieurs pièces de forme et de gran- deur déterminées d'avance. Grâce à cette analyse, la pièce est constituée principalement de fonte blanche. Après refroi- dissement, la pièce est réchauffée jusqu'au-dessus de la tem- pérature critique, par exemple, jusque 1700 F, et soumise ensuite à différents types de traitements de refroidissement, suivant la structure qu'on désire obtenir, tel qu'il a été indiqué ci-dessus. Ce traitement donne une solution solide, eutectique ou intermédiaire, dont la structure montre le car- bone libre sous forme de carbone de trempe. La durée du trai- tement thermique dépend de la section transversale de la pièce.
Pour des pièces en fonte d'une épaisseur ne dépassant pas un demi-pouce, un traitement thermique, à la température maximum, d'une durée d'une heure et demie est suffisant.
Dans certains cas, on chauffe de nouveau les pièces à une température légèrement inférieure à la température critique, et on les laisse se refroidir à l'air libre, afin d'obtenir une structure comportant principalement de la perlite (et sorbite) dans laquelle sont noyées des particules libres de carbone de trempe.
Il a été constaté que dans le produit obtenu selon la méthode décrite ci-dessus (c'est-à-dire avec une fonte conte- nant approximativement 2% de carbone), approximativement 1% de carbone se présente sous forme de carbone combiné, c'est-à-dire carbure de fer en solution solide dans la structure, et ap- proximativement 1% sous forme de carbone de trempe libre, dis- tribué dans la structure. Ce produit possède des propriétés physiques particulièrement avantageuses, et résiste à un effort de traction dépassant 90. 000 livres; la dureté du produit est facilement réglable.
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Toutefois, il est bien entendu que la proportion de carbone sous forme de carbone de trempe, et de carbone en solution sous forme de carbure de fer, variera suivant l'ana- lyse de la charge. Il est également bien entendu que cette analyse, aussi bien que le mode de traitement thermique peu- vent être modifiés par rapport à l'exemple particulier décrit ci-dessus, et que les revendications qui suivent sont censées couvrir ces changements et modifications auxquels on peut avoir recours sans se départir des principes de base de la présente invention.
REVENDICATIONS.
1 - La méthode de fabrication de fonte de fer, consistant à préparer une charge de métal en fusion dans laquelle les constituants se trouvent dans les limites suivantes :
Carbone de 1.90 à 2,30%
Manganèse de 0,20 à 0,65%
Silicium de 1,50 à 2,20%
Phosphore èn-dessous de 0,12% et
Soufre en-dessous de 0,12%, à couler le métal en fusion dans un moule afin d'obtenir une pièce de forme déterminée et, après refroidissement de la pièce, à réchauffer celle-ci jusqu'au-dessus de la température critique pendant un temps dont la durée dépend de la section transversale de la pièce.
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