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Procédé et installation pour la fabrication de tuyaux ou pièces analogues en fonte malléable et produits en résultant.
La présente invention est relative à la fabrication de tuyaux en fonte malléable dans laquelle le carbone se pré- sente à l'état de modules de graphite.
On connait déjà des procédés de fabrication de pièces, généralement de faibles dimensions, en fonte malléable, Sui- vant ces procédés, on coule les pièces avec une fonte à fai- ble pouvoir graphitisant c'est-à-dire une fonte qui se soli- difie facilement dans un état métastable, tel que le carbone reste en totalité sous la forme de cémentite ou carbure de fer. Ces pièces sont ensuite soumises à un traitement de malléa- bilisation, oonsistant en une élévation de température, qui
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facilite la tendanoe naturelle de la cémentite à se décomposer, l'un des produits de cette décomposition étant du graphite qui se rassemble sous la forme nodulaire recherchée.
Ces procédas connus ntont pu jusqu'ici être utilisés pour la fabrication de tuyaux en fonte malléable, en particu- lier pour les raisons suivantes! - la solidification dans l'état métastable de la fonte à malléabiliser s'accompagne d'un retrait important à la soli- fication qui provoque des retassures et des porosités rédhi- bitoires dans le cas de tuyaux qui doivent être rigoureuse- ment étanches; - la durée du traitement de malléabilisation de fontes à faible pouvoir graphitisant est longue de l'ordre par exemple de vingt quatre heures, ce qui conduirait dans le cas de tuyaux à des fours de malléabilisation d'une longueur excessive tout au moins dans le cas d'une fabrication industrielle en série; - enfin, la fragilité des pièces à l'état métastable est très élevé;
celles-ci sont soumises, en outre, à des tensions internes considérables, ce qui a rendu impossible jusqu'à. présent l'application des procédés ci-dessus à des pièces min- ces, de grandes dimensions, et notamment à des tuyaux.
On connaît, par ailleurs, le procédé de coulée de pièces par centrifugation. Ce procédé d'un usage courant n'a cependant été utilisé jusqu'ici, dans le cas de la fonte, qu'avec la fonte grise, otest-à-dire la fonte dans laquelle le carbone se présente après solification surtout sous la òr- me de graphite en paillettes.
Dans ce cas, on conjugue ltana- lyse du métal mis en oeuvre et ltintensité de son refroidis- sement après coulée pour que seule la couche extérieure du tuyau risque d'être solidifiée dans ltétat métastable, cette couche subit ens@ite un recuit rapide à haute température
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(900 à 950'C) poux que la totalité de la vmentite libre soit décomposée en paillettes de graphite.
Ce procédé de coulée par centrifugation nta pas été utilisé jusqu'ici pour la fonte malléable en raison de la grande fragilité des pièces qui seraient obtenues à l'état
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métastable par le procédé de fabricatio# connu.
L'invention a pour 'objet un procédé de fabrication de tuyaux ou pièces analogues en fonte malléable par oentrifu- gation et permettant d'éviter les inconvénients rappelés plus haut, Ce procédé qui permet une fabrication industrielle en série est remarquable notamment en ce qu'il consiste, après avoir coulé la fonte par centrifugation, à la fefroidir inten- sément par la surface extérieure du.tuyau ¯(;ou autre pièce) coulé pour qu'elle se solidifie rapidement dans toute sa masse et dans l'état métastable (carbone à l'état de cémentite) puis! après démoulage du tuyau, à opérer un chauffage de
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malléabilise;tion à une température relativement modérée de l10rdre de 750 à 880'C.
Grâce à la coulée par centrifugation combinée avec le refroidissement intense exercé sur la face externe, on évite la formation d'un front de solidification intérieur ; la solidification progresse exclusivement de l'extérieur vers l'in-
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térieur, oe qui supprime tout risque de retassures et de porosité à Itintérieur du tSij défaut qui se produirait à la rencontre de deux fronts de solidification qui progresse- ràient en sens inverses de l"intérieur et de l'extérieur.
Suivant une autre caractéristique de Ilinvention, on
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utilise de préférence une fonte à pouvoir graphiisarit élevé, par exemple une fonte de composition oomprise entre les limites ci-après.
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<tb> carbone <SEP> 2.20 <SEP> à <SEP> 2.
<SEP> 40 <SEP> % <SEP> environ
<tb>
<tb> silicium <SEP> 3,00 <SEP> à <SEP> 1.50 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> phosphore <SEP> 0,20 <SEP> à <SEP> 0,50 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> manganèse <SEP> 0,30 <SEP> à <SEP> 0,60 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> soufre <SEP> 0,05 <SEP> à <SEP> , <SEP> 0,10 <SEP> % <SEP> "
<tb>
Grâce à ce pouvoir graphitisant éleva, les tuyaux qui, par suite du refroidissement accéléra, se solidifient dans l'état métastable, ont cependant une tendance accrue à quitter cet état métastable ce qui permet de raccourcir considérablement la durée du chauffage de malléabilisation.
Selon @ne autre caraet éristique, on extrait le tuyau de son moule à haute température et on l'introduit immédia- tement dans le four de malléabilisation à une température supérieure à 500 C.
Geaia pour .effet d'éviter les risques de rupture du tuyau momentanément à l'état métastable, la Demanderesse ayant constaté qutau dessus de 500 C environ, la fonte métas- table (ou fonte "blanche") conserve une aptitude aux déforma- tions suffisantes pour que les tensions internes ne prennent pas une valeur dangereuse pour la tenue du tuyau.
L'invention a également pour objet une installation pour Inapplication du procédé ci-dessus, cette installation étant remarquable notamment! en ce qu'elle comporte en combi- naison une machine de eouléà de tuyaux ou pièces analogues par centrifugation, des moyens pour refroidir la surface exté- rieure des tuyaux avant démoulage et un four pour le chauffa- ge de malléabilisation desdits tuyaux.
L'invention a encore pour objet, à titre de produits industriels nouveaux, les tuyaux et pièces analogues en fonte malléable obtenus par centrifugation, conformément au procédé ci-dessus.
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Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple:
La fig. 1 est une vue schématique en élévation et ooupe longitudinale d'une installation suivant l'invention montrant la machine de coulée par centrifugation, ses moyens pour refroidir la surface extérieure, du tuyau ooulé, et le four de chauffage de malléabilisation.
La fige 2. est une reproduction de la micrographie à l'état métastable d'une fonte utilisée.
Les fige* 5, 4, 5 et 6 sont des vues analogues de fontes après malléabilisation.
Suivant l'exemple d'exécution représenté, l'installe- tion comporte un,moule rotatif 1, monté par l'intermédiaire de galets 2 et 3, sur un chariot 4. Ce moule peut être entraîné en rotation autour de son axe longitudinal par un moyen quelconque, par exemple un moteur 5, et une transmission par exemple à eourroie 6. Le moule 1 est entouré d'un carter fixe 7 dans lequel on établit une circulation d'eau ou autre fluide réfrigérant ce fluide arrivant par un conduit flexible 8 et partant par un autre conduit flexible 9.
Le chariot 4. est mobile sur des rails longitudinaux 10 par l'intermédiaire de roues 11. IL est entraîné longitudina- lement par exemple par un vérin hydraulique 12, dont le piston 13 est relié par la tige 14 et la potence 16 audit chariot 4.
L'installation comporte, en outre, une poche de soûlée à débit constant 16, s'ouvrant au-dessus d'un déversoir 17. Celui-ci débouche à l'extrémité amont d'un canal incliné 18, placé sensiblement suivant l'axe de rotation du moule 1, et supporté en porte à faux à aon extrémité amont par un so- cle 19.
Sur la droite de la partie décrite, l'installation comporte, en outre, un extracteur à griffe 20 de type connu, solidaire du piston 21 d'un vérin hydraulique 21a.
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En dessous du poste d'extraction est disposée une cuillère 22. Elle est supportée par un parallélogramme 23 articulé autour d'axes horizontaux 24 et 25. Dans sa position haute, ce parallèlogramme pénètre dans un four 26 dont la tôle 27 porte des ehenets 28 et est munie de chaînes d'entraînement 9 avec dents 29a. Ces chaînes sont commandées par des pignons 30, montée sur un arbre moteur 31. Le four est muni latéralement de bruleurs à gaz 32, alimentés par des cana- lisations de gaz 33 et d'air 34.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant: On remplit la poche 16 de fonte liquide et on met en rota- tion le moule 1. Simultanément on commande la translation du chariot 4 dans le sens de la flèche f jusqu'à, ce que l'extrémité antérieure du moule vienne en la.
On commande alors le déversement de la poche 16, ce qui a pour effet d'établir un courant de fonte 'liquide dans le déversoir 17 et dans le canal 18. Dès¯que la fonte arrive à l'extrémité a dudit canal 18, on commande le retour du chariot 4 dans le sens in- verse de la flèche f1, tout en maintenant en rotation le moule 1, de telle sorte que la fonte liquide, entraînée par la force centrifuge, s'enroule suivant un héliooïde à ltinté- rieur du moule 1 et s'étale sous forme d'un cylindre 35 d'épaisseur oonstante à l'intérieur de ce moule.
A la fin de la coulée le moule et son chariot sont venue dans la position représentée en traits pleins.
Pendant, toute la durée de la coulée, on établit un courant d'eau ou autre fluide réfrigérant dans l'espace annu- laire 7a compris entre le moule et le carter, ce qui a pour effet de provoquer le refroidissement très rapide de la fonte liquide 35 et sa solidification, dans toute sa masse, à l'état métastable.
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.Aussitôt la solidification terminée, on %et en action l'extracteur 20 qui extrait de son moule le tuyau solidifié et le dépose en 35asur la cuillère 22.
On fait alors osciller le parallélogramme 23 et la cuillère 22 vient déposer le tuyau en 35b sur les chenets 28. Simultanément, le tuyau stengage entre les dents 29a des chaînes 29 et se trouve entraîné dans le four de malléabilisa- tion 26.
A l'autre extrémité du four, le tuyau échappe aux dents 29a des, chaînes 29 pour être dirigé sur les ateliers de finissage et d'expédition,
On va maintenant, à titre d'exemple, préciser quel- ques températures et durées d'opérations dans le cas d'un certain nombre,de fontes maléables susceptibles d'être utilisées.
EXEMPLE 1-
On coule à 1200 C environ une fonte liquide ayant la composition suivante:
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<tb> - <SEP> carbone <SEP> 3,00 <SEP> % <SEP> environ
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> siliciuml, <SEP> 80 <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> phosphore <SEP> 0, <SEP> 25 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> manganèse <SEP> 0,40 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> soufre <SEP> 0,08 <SEP> "
<tb>
Le tuyau est extrait de la coquille *iL une température de 700 C. La fig. représente une micrographie à fort grossissement (de l'ordre de 500), de ce,tuyau avant malléa- bilisation c'est-à-dire à ltétat métastable obtenu par le refroidissement dans le moule. Sur cette figure, on remarque des aiguilles 36 de cémentite séparées par des oouches 37 de perlite.
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Le tuyau est ensuite introduit dans le four 26 où il est réchauffe à 750 C et maintenu à cette température pen- dant 5 heures. Le tuyau est ensuite refoidi de 750 C à 700*C en 30 minutes. La durée totale du traitement de malléabilisa- tion ne dépasse pas cinq heures trente. La fige 3 représente une micrographie, à faible grossissement (de l'ordre de 120) du métal obtenu. On y observe des nodules 38 de graphite, noyés dans une masse ferritique 39.
Cette fonte qui est une fonte ferritique très déformai ble présente des qualités mécaniques remarquables, sa résis- tance à la traction atteint 48 kgs par mm2 et son allongement 10 %, allongement mesuré sur éprouvette extraite du tuyau et essayée sur la micromachine type Chévenard.
Suivant cet exemple, l'invention permet de limiter à l'extrême le réchauffage du tuyau dans le four et par con- séquent la consommation de combustible. Le four pourrait même être constitué par une simple enceinte calorifugée et non chauffée dans laquelle le tuyau séjournerait à sa tempé- rature d'extraction du moule.
EXEMPLE II - -On coule à 1200 C environ, une fonte liquide ayant la composition suivantes
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<tb> - <SEP> carbone <SEP> 2.80 <SEP> % <SEP> environ
<tb>
<tb> - <SEP> silicium <SEP> 2.00 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> phosphore <SEP> 0.20 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> manganèse <SEP> 0.30 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> soufre <SEP> 0.06 <SEP> % <SEP> "
<tb>
Le tuyau est extrait du moule a une température de 750 C, sa micrographie à l'état métastable est analogue à celle de l'exemple 1 (fig. 2). Le tuyau est introduit dans le four 26 où il est réchauffé à 800 C pendant d heure.
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Il se refroidit ensuite, progressivement, pendant 2 heures de 800 à 700 C, à la suite de quoi il a@hève librement, à l'air libre son refroidissement. La durée totale du traitement est de l'ordre de trois heures.
La fig. 4 représente une micrographie du métal obtenu, avec un grossissement de 10 environ, on y observe des nodu- les 38 de graphite, légèrement divisés, noyés dans une masse comportant de la ferrite 39 et de la perlite 40.
Cette fonte qui est une fonte perlitique à allonge- ment moyen présente une résistance à la traction de 55 kgs par mm2 légèrement plus élevée que celle de l'exemple 1 et un allongement de 5% encore très important.
EXEMPLE III -
On coule à 1200 C environ, une fonte liquide ayant la composition suivante'
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<tb> - <SEP> carbone <SEP> 2, <SEP> 40 <SEP> % <SEP> environ
<tb>
<tb> - <SEP> silioium <SEP> 3, <SEP> 00 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> phosphore <SEP> 0,20 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> manganèse <SEP> 0, <SEP> 30 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> soufre <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> % <SEP> "
<tb>
Le tuyau est extrait du moule à une température de 750 C; sa micrographie à l'état métastable est analogue à celle des exemples 1 et II (voir fugure 2). Le tuyau est introduit dans le four, où il est porté pendant 15 à 20 minutes à une tempé- rature de 850 C à la suite de quoi, on le refroidit en dix minute.: de 850 C à 700 C.
Le tuyau poursuit ensuite librement son refroidissement*
La fig. 5 est une micrographie, à grossissement modé- ré, (environ 1,20) du métal obtenu. On y observe des nodules , 38 de graphite, entourés d'une masse 39 de perlite.
La fonte obtenue, qui est une fonte perlitique très résistante, présente une résistance à la traction de 60 kgs par mm2 et un allonge ment de 2%.
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EXEMPLE IV -
On coule à 1200 C environ, une fonte liquide ayant la composition suivantes
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<tb> - <SEP> carbone <SEP> 3, <SEP> 30 <SEP> % <SEP> environ
<tb>
<tb> - <SEP> silicium <SEP> 1, <SEP> 60 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> phosphore <SEP> 0,36 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> manganèse <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP> % <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> soufre <SEP> 0,10 <SEP> % <SEP> "
<tb>
Le tuyau est extrait du moule à une température de 750 C. La micrographie à l'état métastable est analogue à celle des exemples précédents. Le tuyau est porté dans le four et mainte- nu pendant 30 minutes à une température de 880 C, puis refroidi en 10 minutes à 700 C; il termine ensuite son re- froidisaeent librement à l'air libre.
La fig. 6 est une micrographie, à échelle modérée (grossissement 120 environ), montrant les nodules de graphite finement divisés 38 dans une masse de ferrite 39.
Cette fonte ferritique, à résistance moyenne et à malléabilisation rapide, a une résistance à la traction de
36 kgs par mm2 et un allongement de 2, 5 %; elle présente donc des avantages mécaniques appréciables malgré sa durée très ré- duite du traitement et son prix de revient relativement réduit.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution représenté et décrit et aux exemples sus-in- diqués qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.
C'est ainsi que le métal peut être déversé dans la coquille non seulement progressivement comme décrit, mais, massivement par une auge à déversement latéral.
La coquille peut être fixée longitudinalement et le canal mobile.
L'extracteur et la cuillère peuvent être du type décrit ou. de tout autre type connu.
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. La malléabilisation peut être effectuée non seulement dans un four continu à un seul étage mais encore dans un four à plusieurs étages.
Le four peut être horizontal, vertical, à chicanes.
On peut utiliser également un four ou autre enceinte, dans laquelle les tuyaux restent immobiles pendant toute la durée de la malléabilisation
Le four peut être maintenu à la température désirée par des brûleurs à gaz ou par tout autre moyen de chauffage connu, électrique par exemple, ¯et être muni de tout dispositif approprié connu de régulation.
La composition des fontes utilisées ainsi que la durée du traitement de malléabilisation peuvent varier entre des limites importantes, la température du traitement devant être, d'une façon générale, dtautant plus élevée que le traitement est plus court et ceci conduisant pour le métal à des allongements d'autant plus réduits.
REVENDICATIONS.
1.- Un procédé de fabrication de tuyaux, poteaux et pièces creuses analogues en fonte malléable, caractérisé en ce qu'il consiste, après avoir coulé la fonte par oentrifugation, à la refroidir intensément par la surface extérieure du tuyau (ou autre pièce) coulé de manière qu'elle se solidifie rapide- ment dans toute sa masse et dans ltétat métastable (carbone à 1 tétât de oémentite) puis après démoulage du tuyau ou autre pièce, à opérer un chauffage de malléabilisation à une tem- pérature relativement modérée de l'ordre de 750 à 880 C.