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"Procédé de fabrication de pièces en fonte destinées à être nitrurées. et fonte pour la mise en oeuvra de ce procédé" z ¯ On a ceja propose, pour la fabrication de pièces en fonte destinées à être durcies par nitrura tion,, d'utiliser une fonte contenant de l'aluminium, et, éventuellement, un ou plusieurs des éléments tels que le silicium, le manganèse, le chrome, le cobalt, le vanadium, le titane, le zirconium, etc.., mais la généralité des fontes spéciales obtenues en ajoutant à la fonte ordinaire des proportions variables d'un au. plusieurs des éléments cités ci-dessus, et en em- ployant un. des procédés de moulage habituels, présen-
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tent, au point de vue des applications industrielles-, des avantages très inégaux.
En général, les pièces coulées- par les procédés ordinaires ne donnent pas des résultats homogènes.
Elles présentent fréquemment des porosités et des ségré- gations, en particulier au voisinage de la surface: il en résulte une absorption inégale de l'azote pendant le traitement de nitruration, ce qui produit une irrégula- rité de la dureté de surface et de l'épaisseur de la couche nitrurée.
On peut parfois (notamment pour les-pièces épaisses) éliminer de tels défauts en enlevant, par usinage avant nitruration, une épaisseur importante de métal: mais, outre l'augmentation de prix de revient qui en résulte, ce procédé n'est pas applicable lors- qu'il s'agit de pièces minces telles que des cylindres-on, en général, des corps creux à faible épaisseur de parois
En outre, dans un grand nombre de cas, la pro- fondeur de nitruration atteinte, même aveo des opérations de très longue durée, reste faible.
La présente invention a poux objet un procédé de moulage et de traitement thermique permettant de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, ainsi que des fontes spéciales. que leur composition rend tout particulièrement aptes à être traitées par ce pro- cédé, et qui offrent notamment l'avantage d'être usinablea. et de donner des couches nitrurées suffisamment épaissea et exemptes de fragilité.
Suivant l'invention, on obtient le résultat le plus favorable en conduisant la fusion et la coulée de
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façon que le graphite se trouve dans la fonte à l'état finement divisé. Cette fine division du graphite peut être atteinte par l'emploi de fontes ayant une teneur en carbone relativement basse-de l'ordre de 2 à 3,5% par exemple - et par un refroidissement suffisamment rapide.
Pour réaliser ces conditions, on peut avanta- geusement opérer par coulée centrifuge, c'est-à-dire en coulant la fonte dans un moule animé autour de son axe d'un mouvement de rotation très rapide. Sous l'action de la force centrifuge, le produit obtenu est dense et homogène; en outre, le refroidissement de la pièce au contact du moule, si celui-ci est fait d'une matière bonne conductrice de la chaleur, se produit rapidement, et on obtient ainsi une fine division du graphite.
Cette fine division peut encore être obtenue par un fort surchauffage de la charge de fonte, et coulée dans cet état surchauffé, ou encore après re- froidissement jusqu'à la température normale de coulée.
Le surchauffage de la charge peut encore être remplacépar le maintient prolongé de cette charge à une température supérieure au point de fusion*
Dans la fabrication de la fonte, il faut tenir compte, en plus de la possibilité de traitement par nitruration,. du fait ( principalement lié à une déter- mination judicieuse de la teneur en silicium) que la fonte ne doit pas être complètement blanche et non usi- nable.. Dans ce but, la teneur en silicium doit en gênerai- atteindre au minimum 1,4% et,, le plus souvent, être comprise: entre des: limites de l'ordre de l, 4 et 4 %.
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Le silicium favorise la division.du graphite.. mais une teneur plus élevée en silicium:pourrait avoir pour effet de diminuer exagérément l'épaisseur de la couche nitrurée et de rendre cette couche fragile.
Parmi les éléments d'alliage qui provoquent le durcissement par nitruration. les principaux sont le chrome, le molvbdéne. le vanadium, le tungstène et le titane; mais, comme il a été indiqué plus haut, il est nécessaire que la proportion de ces éléments reste comprise dans des limites assez étroites, si l'on veut obtenir l'effet maximum de durcissement par nitruration, en même temps qu'une couche nitrurée d'une profondeur suffisante pour être pratiquement utilisable.
Il est nécessaire, pour réunir ces conditions tout en gardant la possibilité d'usinage, de limiter la teneur totale de ces cinq éléments entre 0,5 et 3,5 %; la fonte peut d'ailleurs contenir, ou. bien tous ces éléments à la fois, ou bien seulement quelques-uns, ou même un seul d'entre eux. Le carbone et le silicium restent dans les limites indiquées ci-dessus.
En outre, la fonte peut contenir jusqu'à 2% d'aluminium, ce qui élève sensiblement la dureté obtenue. par itruration..
Pour améliorer les caractéristiques mécaniques de la fonte, on peut encore ajouter du nickel, du tungs- tène, du cuivre, du bobalt,du manganèse, du zirconium, etc..
Le durcissement par nitruration se trouve très nettement facilité -si on donne à la fonte une structure homogène sorbitique. Ce résultat peut être obtenu par
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chauffage des pièces à une température qui, dans un grand nombre de cas peut être d'environ 875 C mais qui est susceptible de varier suivant la composition exacte de la fonte- et par trempe et revenu, ce revenu étant effectué par exemple à une température d'environ 700/750 C On effectue ensuite la nitruration dans cet état.
Il y a parfois intérêt à faire précéder la trempe d'un recuit à une température qui peut être différente de celle de la trempe ( par exemple aux en- virons de 900 C.). Ce recuit a en outre l'avantage de faciliter l'usinage..
On va donner ci-après, à titre d'exemple seu- lement, la composition d'une fonte particulièrement propre à être traitée par ce procédé; cette composition est-la suivante:: carbone environ 2,5 % silicium " 3,0% manganèses " 0,5% aluminium " 1,0% chrome " 1,5%
Des; pièces tubulaires d'une épaisseur de paroi d'environ !0 m/m, obtenues-avec cette fonte par coulée centrifuge, présentent, à l'état brut de coulée, une structure fine à grain, serré;- il suffit,, de préférence après avoir effectué le traitement thermique décrit ci- dessus, de faire une passe peu importante d'usinage pour obtenir une surface parfaitement convenable pour la nitruration.
Un traitement de nitruration d'envi- ron 50 heures, à une température de 500 C., donne une couche nitrurée d'environ 0 m/m2, à 0 m/m,3 d'épaisseur,
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avec une dureté Vic/kers-Brinel1 de 900 à 1000.
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"Process for manufacturing cast iron parts intended to be nitrided. And cast iron for the implementation of this process" z ¯ It has ceja proposed, for the manufacture of cast iron parts intended to be hardened by nitriding, to use a cast iron containing aluminum, and, optionally, one or more of the elements such as silicon, manganese, chromium, cobalt, vanadium, titanium, zirconium, etc., but the generality of special cast irons obtained by adding to ordinary cast iron varying proportions from one to. several of the elements cited above, and employing one. usual molding processes, presenting
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From the point of view of industrial applications there are very unequal advantages.
In general, parts cast by ordinary processes do not give uniform results.
They frequently exhibit porosities and segregations, especially near the surface: this results in uneven absorption of nitrogen during the nitriding treatment, which produces irregular surface hardness and l thickness of the nitrided layer.
It is sometimes possible (especially for thick parts) to eliminate such defects by removing, by machining before nitriding, a significant thickness of metal: but, in addition to the resulting increase in cost, this process is not applicable. when it comes to thin parts such as cylinders - in general, hollow bodies with low wall thickness
Furthermore, in a large number of cases the depth of nitriding achieved, even with very long operations, remains low.
The present invention relates to a molding and heat treatment process making it possible to overcome the drawbacks mentioned above, as well as special cast irons. that their composition makes them particularly suitable for being treated by this process, and which in particular offer the advantage of being machinable. and to give nitrided layers sufficiently thick and free from brittleness.
According to the invention, the most favorable result is obtained by conducting the melting and casting of
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way that graphite is found in cast iron in a finely divided state. This fine division of the graphite can be achieved by the use of cast irons having a relatively low carbon content - of the order of 2 to 3.5% for example - and by sufficiently rapid cooling.
To achieve these conditions, it is advantageously possible to operate by centrifugal casting, that is to say by casting the cast iron in a mold animated around its axis with a very rapid rotational movement. Under the action of centrifugal force, the product obtained is dense and homogeneous; furthermore, the cooling of the part in contact with the mold, if the latter is made of a material which is a good conductor of heat, occurs rapidly, and thus a fine division of the graphite is obtained.
This fine division can also be obtained by a strong superheating of the cast iron charge, and casting in this superheated state, or again after cooling down to the normal casting temperature.
The superheating of the load can still be replaced by maintaining this load for a long time at a temperature above the melting point *
In the manufacture of cast iron, it is necessary to take into account, in addition to the possibility of treatment by nitriding ,. due to the fact (mainly linked to a judicious determination of the silicon content) that the cast iron must not be completely white and not machinable. For this purpose, the silicon content must reach at least 1, 4% and, most often, be between: limits of the order of l, 4 and 4%.
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Silicon promotes the division of graphite .. but a higher silicon content: could have the effect of excessively reducing the thickness of the nitrided layer and making this layer brittle.
Among the alloying elements that cause hardening by nitriding. the main ones are chromium, molvbdenum. vanadium, tungsten and titanium; but, as indicated above, it is necessary that the proportion of these elements remains within fairly narrow limits, if one wants to obtain the maximum effect of hardening by nitriding, at the same time as a nitrided layer of sufficient depth to be practically usable.
To meet these conditions while retaining the possibility of machining, it is necessary to limit the total content of these five elements to between 0.5 and 3.5%; the font can also contain, or. well all of these elements at the same time, or only some, or even one of them. Carbon and silicon remain within the limits indicated above.
In addition, cast iron can contain up to 2% aluminum, which significantly increases the hardness obtained. by itruration ..
To improve the mechanical characteristics of the cast iron, it is also possible to add nickel, tungsten, copper, bobalt, manganese, zirconium, etc.
Hardening by nitriding is very clearly facilitated if the cast iron is given a homogeneous sorbitic structure. This result can be obtained by
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heating the parts to a temperature which in a large number of cases may be around 875 C but which is liable to vary according to the exact composition of the cast iron - and by quenching and tempering, this tempering being carried out for example at a temperature of about 700/750 ° C. The nitriding is then carried out in this state.
It is sometimes advantageous to precede the quenching by annealing at a temperature which may be different from that of the quenching (for example around 900 C.). This annealing also has the advantage of facilitating machining.
There will be given below, by way of example only, the composition of a cast iron particularly suitable for being treated by this process; this composition is as follows: carbon about 2.5% silicon "3.0% manganese" 0.5% aluminum "1.0% chromium" 1.5%
Of; tubular pieces with a wall thickness of about! 0 m / m, obtained with this cast iron by centrifugal casting, present, in the as-cast state, a fine-grained, tight structure; - it is sufficient, to preferably, after carrying out the heat treatment described above, to make a small machining pass to obtain a perfectly suitable surface for nitriding.
A nitriding treatment of approximately 50 hours, at a temperature of 500 C., gives a nitrided layer of approximately 0 m / m2, at 0 m / m, 3 thick,
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with Vic / kers-Brinel1 hardness from 900 to 1000.